CN1825165A

CN1825165A - 二次放大近眼大视角成像装置的设计方法

Info

Publication number: CN1825165A
Application number: CN 200510113016
Authority: CN
Inventors: 王小光
Original assignee: Individual
Current assignee: Wang Xiaoguang
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2025-10-10
Also published as: CN100498423C

Abstract

本发明涉及一种提供近眼观看视频影响的大视角成像装置的设计方法，特别是一种二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：在窥镜体内固定有显示器(9)、投影镜头、反射镜、投影屏幕(7)、放大目镜。所述的显示器(9)为视频显示器；显示器液晶电路后有反射背光源的镜罩和聚光镜。这种二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，使得现有显示器在小尺寸、小分辨率条件下获得只有大尺寸、大显示器才能得到的大屏甚至全景的显示效果，且成本更低、用在眼镜式显示器上重量更轻，取材也更方便(小尺寸显示器尤其是小尺寸液晶显示器更容易买到)。

Description

二次放大近眼大视角成像装置的设计方法

技术领域

本发明涉及一种提供近眼观看视频影响的大视角成像装置的设计方法，特别是一种二次放大近眼大视角成像装置的设计方法。

背景技术

现有的窥镜式收视装置或眼镜式显示器其成像原理为一次放大的光学虚像成像，即为达到使人眼能正常收看的明视距离，以往的装置均采用的是能生成放大虚像的光学镜头，无论这些镜头属同轴式目镜式放大光路系统还是离轴式自由曲面内反射光路系统，或离轴式分路放大光学系统，也不论这些光学镜头的组件有多少。虚像一次成像的不足之处是视频图像的放大倍数受到了限制，如果欲增加放大倍数就必须增加镜头数量或显示器尺寸，这样就大大增加了成本、重量，并使得分辨率不高的显示器的像素元对视觉的干扰更加严重。而要增加分辨率，成本就大大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，使得现有显示器在小尺寸、小分辨率条件下获得只有大尺寸、大显示器才能得到的大屏甚至全景的显示效果，且成本更低、用在眼镜式显示器上重量更轻，取材也更方便(小尺寸显示器尤其是小尺寸液晶显示器更容易买到)。

本发明的技术方案是：设计一种二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：在窥镜体内固定有显示器、投影镜头、反射镜、投影屏幕、放大目镜。

所述的显示器为视频显示器；显示器液晶电路后有反射背光源的镜罩和聚光镜。

所述的显示器9背面正对菱形反射镜直角与斜角所夹的一矩形平面，另一矩形平面与投影镜头组即投影透镜A2、投影透镜B3、投影透镜C4、投影透镜D5平行，平面反射镜6在投影透镜5主轴线的一侧并与该轴线成35～45度角放置，投影屏幕7又在平面反射镜6的下边，两平面也成35～45度角放置。投影屏幕7的背面与放大目镜A13、放大目镜B14平行置于眼睛21之前。

所述的反射镜是镀有反射膜的平面镜或棱镜。

所述的反射镜是曲面镜。

所述的投影镜头是一组光学镜头；投影屏幕是能够透射成像的场镜。

所述的窥镜是与眼镜架连接的窥视暗箱。

所述的放大目镜是凸透镜组。

所述的投影屏幕为平面或曲面。

本发明与已有技术相比具有如下优点：

1、本发明由于采用了投影光学镜头和放大目镜(即二次接力放大，先将视频图像放大成实像，再将此已经放大的实像进一步放大成更大的虚像)，故视频图像放大率较一次放大率大为提高。

2、本发明由于采用了微小尺寸显示器即可达到较大尺寸显示器的显示效果，故解决了只有用大尺寸显示器才能达到超大屏显示，而适合条件的大尺寸显示器又缺少货源的矛盾。

3、本发明由于采用了曲面投影屏幕，故可改善或消除凸透镜引起的像差。

4、本发明由于采用了投影光学镜头(实像投影技术)，故可改善或消除LCD像素元引起的视觉干扰，画面更加清晰柔和。

5、本发明由于采用了微小尺寸显示器，故分辨率容易提高，且价格要比同等分辨率的较大尺寸显示器便宜得多。

6、本发明由于采用了微小尺寸显示器，用在眼镜式显示器上，重量大为减轻。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。

图1是二次放大近眼大视角成像装置的设计方法中的第一次投影放大光路示意图。

图2是二次放大近眼大视角成像装置的设计方法中的二次放大光路示意图。

图3是二次放大近眼大视角成像装置的设计方法中显示器与背光源间置有聚光镜的光路示意图。

图4是二次放大近眼大视角成像装置的设计方法内置并固定于窥镜体中的结构剖视图。

图5是置有二次放大近眼大视角成像装置的设计方法的窥镜体连接在眼镜架上的结构示意图。

图6是垂直式二次放大近眼大视角成像装置的设计方法接力放大光路示意图。

图7是垂直式二次放大近眼大视角成像装置的设计方法接力放大侧视光路示意图。

图8是垂直式二次放大近眼大视角成像装置的设计方法内置于窥镜体中的结构透视图。

图9是双显示器平行置于两眼之间的前方的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法接力放大光路示意图。

图10是双显示器并排(背靠背)于两眼之间的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法接力放大光路示意图。

图11是双显示器分别位于双眼两侧的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法接力放大光路示意图。

图中：1、菱形反射镜；2、投影透镜A；3、投影透镜B；4、投影透镜C；5、投影透镜D；6、平面反射镜；7、投影屏幕；8、投影光路汇聚点；9、显示器；10、显示光线；11、视频图像；12、投影屏实像；13、放大目镜A；14、放大目镜B；15、第二次放大光路；16、聚光镜A；17、聚光镜B；18、背光源光线；19、背光源；20、背光源罩；21、眼睛；22、窥镜框；23、眼镜架；24、放大目镜C；25、投影镜头；26、实像的放大虚像。

具体实施方式

本发明的原理如图1、图2、图3所示：二次放大近眼大视角成像系统由背光源19、背光源罩20、聚光镜A16、聚光镜B17，显示器9、菱形反射镜1、投影透镜A2、投影透镜B3、投影透镜C4、投影透镜D5，平面反射镜6、投影屏幕7、放大目镜A13、放大目镜B14所组成。

实施时，单目二次放大近眼大视角成像显示系统由背光源19、背光源罩20、聚光镜A16、聚光镜B17，显示器9所连接构成，它与置于眼睛21前的由投影屏幕7、放大目镜A13、放大目镜B14构成的第二次放大系统相平行。显示器9背面正对菱形反射镜直角与斜角所夹的一矩形平面，另一矩形平面与投影镜头组即投影透镜A2、投影透镜B3、投影透镜C4、投影透镜D5平行，平面反射镜6在投影透镜5主轴线的一侧并与该轴线成35～45度角放置，投影屏幕7又在平面反射镜6的下边，两平面也成35～45度角放置。投影屏幕7的背面与放大目镜A13、放大目镜B14平行置于眼睛21之前。

设显示源9显示的视频图像11为倒立的“A”(见图1)，其发出的显示光线10经菱形反射镜1反射后通过投影镜头组2、3、4、5汇聚、发散到平面反射镜6，再经平面反射镜6反射并投影至投影屏幕7，汇聚成投影光路汇聚点8，形成投影屏实像12即正立的“A”。此为第一次放大了的实像。根据光学原理：当f＜u＜2f时，有v＞2f，且形成倒立的放大的实像。在这里，显示器9与投影透镜A2、投影透镜B3、投影透镜C4、投影透镜D5构成的投影镜头组(因需在40mm左右的极小距离内完成投影，故需一组极微小镜头替代一片凸透镜)之间的u在投影透镜A2、投影透镜B3、投影透镜C4、投影透镜D5构成的投影镜头组的f和2f之间，投影屏幕7与投影透镜A2、投影透镜B3、投影透镜C4、投影透镜D5构成的投影镜头组的v在2f之外，故显示器9的视频图像11倒立的“A”经投影镜头投影，在投影屏幕7上形成投影屏实像12的立正的“A”。

第2次放大见图2，根据光学原理：当u＜f时，可形成放大的虚像。在这里，投影屏幕7与放大目镜A13、放大目镜B14之间的u小于放大目镜A13、放大目镜B14的f，故投射并汇聚到投影屏幕7的投影光路汇聚点8经放大目镜A13、放大目镜B14折射后形成第二次放大光路15，进入眼睛21，投影屏实像12“A”再一次即第二次被放大为实像的放大虚像26“A”。此“A”将覆盖眼睛21的视场范围。

图3中的背光源罩20反射背光源19发出的背光源光线18经聚光镜A16、聚光镜B17聚光，强烈地照亮显示器9，使得显示器9发出的显示光线10更集中更亮，投影效果也更好。

实施例如图4、图5所示：将两副二次放大近眼大视角成像装置的设计方法放置并固定于窥镜框22中，形成双目成像装置的设计方法，再将窥镜框22连接在眼睛架23上供人们佩戴观看视频影像。

另一种垂直投影式二次放大近眼大视角成像装置的设计方法的原理如图6所示：该装置由显示器9、投影镜头25、平面反射镜6、投影屏幕7、放大目镜C24所组成。实施时，显示器9位于最上方，视频图像11的一侧(即显示器有影像的一侧)面朝下水平放置，正下方为投影镜头25并与显示器9平行，投影镜头25下方是与其成45～80度角放置的镀膜反射镜6，平面反射镜6的反射面又与投影屏幕7成10～45度角，投影屏幕7与显示器9及投影镜头25垂直.放大目镜24、投影屏幕7分别位于平面反射镜6的两侧而相互平行。

设视频图像11的平面为abcd，并令ab为上、cd为下、ac为左、bd为右，则当眼睛21通过放大镜头24观看时，其视线与放大目镜24的主轴重合，与投影屏幕7的平面垂直。这时，面朝下的视频图像11的cd边(下边)靠近眼睛21而ab边(上边)在其对面，ac边(左边)这时在眼睛21的右边，bd边(右边)在眼睛21的左边。根据光学原理，当显示器9与投影镜头25之间的距离在投影镜头25的2倍焦距和1倍焦距之间时，视频图像11上的abcd各点发出的光线在通过投影镜头25时将发生折射并通过焦点，然后沿各自倒立的点前进，在遇到镀膜平面反射镜6后发生反射，最终投影于投影屏幕7的a’b’c’d’，形成了放大的实像。这个实像原本是倒立的，但由于平面反射镜6反射的缘故，在眼睛21看来则是一幅正立的像。由于投影屏幕7距放大镜头24的距离小于放大镜头24的焦距，故实像a’b’c’d’经过放大目镜24后，眼睛21看到的是经过放大目镜24再次放大的第一次放大过的实像a’b’c’d’的虚像a”b”c”d”，即实现了二次放大。特别是第一次放大的实像a’b’c’d’所张视角若超过了眼睛21的视角范围，则眼睛21将通过放大目镜24，再通过平面反射镜6(半镀膜时)看到一幅放大了的几乎全景的虚像a”b”c”d”(见图7)。

实施例如图8所示：显示器9位于最上方，视频图像11的一侧面朝下水平放置，正下方为投影元件25(镜头)并与显示器9平行，投影镜头25下方则是与其成45～80度角放置的平面反射镜6。平面反射镜6的反射面又与投影屏幕7成10～45度角，后者又与显示器9及投影镜头25垂直。放大镜目24与投影屏幕7分别位于平面反射镜6的两侧而相互平行。

他们相互连接固定并装置于窥镜框22中，窥镜框22可安装有眼镜架23，以便人们佩戴。放大目镜24处为窥孔。

其他3种不同组合(见图9、图10、图11)的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法的实施原理也与上所示原理基本相同，都是先将显示器影像投影成实像，再以此实像为放大对像再次放大成虚像。差别只是结构、光路不同。

Claims

1、二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：在窥镜体内固定有显示器(9)、投影镜头、反射镜、投影屏幕(7)、放大目镜。

2、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的显示器(9)为视频显示器；显示器液晶电路后有反射背光源的镜罩和聚光镜。

3、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的显示器(9)背面正对菱形反射镜直角与斜角所夹的一矩形平面，另一矩形平面与投影镜头组即投影透镜A(2)、投影透镜B(3)、投影透镜C(4)、投影透镜D(5)平行，平面反射镜(6)在投影透镜(5)主轴线的一侧并与该轴线成35～45度角放置，投影屏幕(7)又在平面反射镜(6)的下边，两平面也成35～45度角放置。投影屏幕(7)的背面与放大目镜A(13)、放大目镜B(14)平行置于眼睛(21)之前。

4、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的反射镜是镀有反射膜的平面镜或棱镜。

5、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的反射镜是曲面镜。

6、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的投影镜头是一组光学镜头；投影屏幕(7)是能够透射成像的场镜。

7、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的窥镜是与眼镜架连接的窥视暗箱。

8、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的放大目镜是凸透镜组。

9、根据权利要求1所述的二次放大近眼大视角成像装置的设计方法，其特征是：所述的投影屏幕为平面或曲面。