CN200979615Y - 一种硅基液晶微显示器的光学成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的硅基液晶微显示器的光学成像系统包括面光源、分光镜、硅基液晶微显示器和光学放大镜组。面光源和硅基液晶微显示器位于分光镜两侧。面光源所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行。分光镜所在的平面与面光源所在的平面以及硅基液晶微显示器所在的平面均成45度角。光学放大镜组位于光线最终出射方向一侧。面光源发出的光线经分光镜透射到硅基液晶微显示器上，硅基液晶微显示器对光线进行调制并将其反射回分光镜上，分光镜再将光线反射到光学放大镜组上，光学放大镜组将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。硅基液晶微显示器可以向面光源方面来回移动，从而可调节其位置以适应光学放大镜组的焦距并改进成像效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及反射型微显示器领域。
背景技术
当今娱乐用头戴显示器已经大量出现。头戴显示器目前可以采用的微显示器有多种，硅基液晶(LCoS——Liquid Crystal on Silicon)微显示器便是其中的一种。硅基液晶微显技术是一种新型的反射式液晶显示技术，它融合了当今信息产业的两大支柱技术——以单晶硅为衬底的CMOS器件集成技术和在透明平板硬质基底上封装盒的液晶显示技术。硅基液晶微显示器具有小尺寸和高分辨率特性，主要应用在头戴显示器及投影机等高分辨率设备上。
参照图1，在目前的头戴硅基液晶微显示器的光学成像系统中，点光源11、均匀光学组件12与硅基液晶微显示器4位于分光镜3的同一侧。硅基液晶微显示器4所在的平面与光学放大镜组5所在的平面相互平行。点光源11发出的光线经过均匀光学组件12后被发散成面光源，然后被分光镜3反射起偏照射到硅基液晶微显示器4上，经过硅基液晶微显示器4的调制和反射后，再次照射到分光镜3上，光线被分光镜3透射后照射到光学放大镜组5上，并被光学放大镜组5放大，然后投影到观察者的视网膜上成像。在这种结构的头戴硅基液晶微显示器的光学成像系统中，由于硅基液晶微显示器4所在的平面与光学放大镜组5所在的平面相互平行，成像时硅基液晶微显示器4位于人眼的正前方，使得头戴显示器的厚度较大，从而体积和重量也较大，不仅影响美观，还造成使用者的不便；另外，由于头戴显示器受到厚度方面的限制，使得硅基液晶微显示器4不可移动，导致成像的距离是固定不变的，不能根据实际需要进行调节。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种硅基液晶微显示器的新型光学成像系统，使头戴显示器的厚度减小，并可以调节成像距离、改进成像效果。
本实用新型实现上述目的的硅基液晶微显示器的光学成像系统包括面光源、分光镜、硅基液晶微显示器和光学放大镜组。面光源和硅基液晶微显示器位于分光镜两侧。面光源发出的光线经分光镜透射到硅基液晶微显示器上，硅基液晶微显示器对光线进行调制并将其反射回分光镜上，分光镜再将光线反射到光学放大镜组上，光学放大镜组将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。
本实用新型还包括如下进一步的改进：
面光源所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行；分光镜位于面光源与硅基液晶微显示器之间，其所在的平面与面光源所在的平面以及硅基液晶微显示器所在的平面均成45度角；硅基液晶微显示器可以向面光源方面来回移动；光学放大镜组位于光线最终出射方向一侧。
面光源包括点光源和均匀光学组件，或线光源和均匀光学组件；均匀光学组件所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行。
点光源为半导体发光二极管LED或白炽灯泡。
本实用新型运用这种硅基液晶微显示器的光学成像系统的头戴显示器包括两组硅基液晶微显示器的光学成像系统。每组硅基液晶微显示器的光学成像系统包括面光源、分光镜、硅基液晶微显示器和光学放大镜组。每组硅基液晶微显示器的光学成像系统中面光源和硅基液晶微显示器均位于分光镜两侧。面光源发出的光线经分光镜透射到硅基液晶微显示器上，硅基液晶微显示器对光线进行调制并将其反射回分光镜上，分光镜再将光线反射到光学放大镜组上，光学放大镜组将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。
面光源所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行；分光镜位于面光源与硅基液晶微显示器之间，其所在的平面与面光源所在的平面以及硅基液晶微显示器所在的平面均成45度角；硅基液晶微显示器可以向面光源方面来回移动；光学放大镜组位于光线最终出射方向一侧。
面光源包括点光源和均匀光学组件，或线光源和均匀光学组件；均匀光学组件所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行。
点光源为半导体发光二极管LED或白炽灯泡。
两组硅基液晶微显示器的光学成像系统对称分布于一电路控制系统两侧，两组硅基液晶微显示器的光学成像系统中的硅基液晶微显示器均与该电路控制系统电连接；两组硅基液晶微显示器的光学成像系统中的硅基液晶微显示器还均与一机械调节装置连接，操作该机械调节装置的手柄，可使两个硅基液晶微显示器同时向各自的面光源方向来回移动，进而同时调节两个硅基液晶微显示器的位置以适应各自的光学放大镜组的焦距并改进成像效果，满足不同人的使用需要。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：该光学成像系统结构简单，由于将现有技术中硅基液晶微显示器所在的平面与光学放大镜组所在的平面相互平行、成像时硅基液晶微显示器在人眼正前方的结构改变成了硅基液晶微显示器所在的平面与面光源所在的平面相互平行、成像时硅基液晶微显示器在人眼侧面的结构，使光学成像系统结构变得更为紧凑。当把采用这种结构的光学成像系统运用到头戴显示器时，可减小头戴显示器的厚度，使其变得轻巧、美观；并且，该光学成像系统中还可以调节硅基液晶微显示器的位置以适应光学放大镜组的焦距，进而改进成像效果和满足不同人的使用需要。
附图说明
图1是现有技术的微显示器光学成像系统示意图。
图2是实施方式1的微显示器光学成像系统示意图。
图3是实施方式1的微显示器光学成像系统实际运用到头戴显示器的示意图。
图4是实施方式2的微显示器光学成像系统示意图。
图5是实施方式3的微显示器光学成像系统示意图。
其中：1、面光源，3、分光镜，4、硅基液晶微显示器，5、光学放大镜组，6、光学组合器，7、硅基液晶微显示器装置，8、手柄，9、电路控制系统，10、光学放大镜组装置，11、点光源，12、均匀光学组件，13、线光源。
具体实施方式
实施方式1
参照图2，本实施方式的硅基液晶微显示器的光学成像系统包括面光源(如扁平荧光灯VFD、电致发光EL、有机电致发光OEL和平板场发射FED)1、分光镜3、硅基液晶微显示器4和光学放大镜组5。面光源1和硅基液晶微显示器4位于分光镜3两侧。面光源1所在的平面与硅基液晶微显示器4所在的平面相互平行。分光镜3位于面光源1与硅基液晶微显示器4之间，其所在的平面与面光源1所在的平面以及硅基液晶微显示器4所在的平面均成45度角。硅基液晶微显示器4可以向面光源1方面来回移动。光学放大镜组5位于光线最终出射方向一侧，其包括一个物镜和一个目镜(图中未示出)，该物镜和目镜均为不规则透镜，其中物镜用于放大、消除相差和畸变；目镜用于会聚光线，使进入人眼的光线变成平行光线。
面光源1发出的光线经分光镜3透射到硅基液晶微显示器4上，硅基液晶微显示器4对光线进行调制并将其反射回分光镜3上，分光镜3再将光线反射到光学放大镜组5上，光学放大镜组5将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。
当把硅基液晶微显示器的光学成像系统实际运用到头戴显示器上时，参照图3，头戴显示器由两组硅基液晶微显示器的光学成像系统、一个机械调节装置和一个电路控制系统9组成。两组硅基液晶微显示器的光学成像系统对称分布于电路控制系统9两侧。每组硅基液晶微显示器的光学成像系统都包括面光源1、分光镜3、硅基液晶微显示器4和光学放大镜组5。面光源1和分光镜3置于一光学组合器6内，硅基液晶微显示器4置于一硅基液晶微显示器装置7内，光学放大镜组5置于一光学放大镜组装置10内。面光源1和硅基液晶微显示器4位于分光镜3两侧。面光源1所在的平面与硅基液晶微显示器4所在的平面相互平行。分光镜3位于面光源1与硅基液晶微显示器4之间，其所在的平面与面光源1所在的平面以及硅基液晶微显示器4所在的平面均成45度角。硅基液晶微显示器4可以向面光源1方面来回移动。光学放大镜组5位于光线最终出射方向一侧，其包括一个物镜和一个目镜。两组硅基液晶微显示器的光学成像系统中的硅基液晶微显示器4均与电路控制系统9电连接，并均与机械调节装置连接。电路控制系统9可以把手机、DVD和计算机等视频信号转换成显示器的信号，为两个硅基液晶微显示器装置7内的硅基液晶微显示器4提供其所需的视频信号。而操作机械调节装置的手柄8则可以使两个硅基液晶微显示器4同时在两个硅基液晶微显示器装置7内移动，进而同时调节两个硅基液晶微显示器4的位置以适应光学放大镜组5的焦距并改进成像效果。
在运用到头戴显示器的各组硅基液晶微显示器的光学成像系统中，面光源1发出的光线经分光镜3透射到硅基液晶微显示器4上，硅基液晶微显示器4对光线进行调制并将其反射回分光镜3上，分光镜3再将光线反射到光学放大镜组5上，光学放大镜组5将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。
由于该光学成像系统将现有技术中硅基液晶微显示器4所在的平面与光学放大镜组5所在的平面相互平行、硅基液晶微显示器4在人眼正前方的结构改变成了硅基液晶微显示器4所在的平面与面光源1所在的平面相互平行、硅基液晶微显示器4在人眼侧面的结构，使光学成像系统结构变得更为紧凑。把这种光学成像系统运用到头戴显示器上，便可以使头戴显示器的厚度减小，从而使头戴显示器变得轻巧、美观。又由于硅基液晶微显示器4可以向面光源1方向来回移动，当该光学成像系统运用到头戴显示器上时，还可以调节硅基液晶微显示器4的位置以适应光学放大镜组5的焦距，进而可对清晰度等成像效果进行调节，满足不同人的使用需要。
实施方式2：
参照图4，在实施方式1的基础上，面光源1可以替换为点光源(如半导体发光二极管LED和白炽灯泡)11和均匀光学组件12。均匀光学组件12所在的平面与硅基液晶微显示器4所在的平面相互平行。分光镜3位于均匀光学组件12与硅基液晶微显示器4之间，其所在的平面与均匀光学组件12所在的平面以及硅基液晶微显示器4所在的平面均成45度角。点光源11发出的光线，经过均匀光学组件12被发散成面光源，然后照射到分光镜3上。
实施方式3：
参照图5，在实施方式1的基础上，面光源1可以替换为线光源(如冷阴极荧光灯和热阴极荧光灯)13和均匀光学组件12。均匀光学组件12所在的平面与硅基液晶微显示器4所在的平面相互平行。分光镜3位于均匀光学组件12与硅基液晶微显示器4之间，其所在的平面与均匀光学组件12所在的平面以及硅基液晶微显示器4所在的平面均成45度角。线光源13发出的光线，经过均匀光学组件12被发散成面光源，然后照射到分光镜3上。
Claims (9)
1.一种硅基液晶微显示器的光学成像系统，包括面光源、分光镜、硅基液晶微显示器和光学放大镜组，其特征在于：面光源和硅基液晶微显示器位于分光镜两侧；面光源发出的光线经分光镜透射到硅基液晶微显示器上，硅基液晶微显示器对光线进行调制并将其反射回分光镜上，分光镜再将光线反射到光学放大镜组上，光学放大镜组将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。
2.根据权利要求1所述的硅基液晶微显示器的光学成像系统，其特征在于：所述面光源所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行；分光镜位于面光源与硅基液晶微显示器之间，其所在的平面与面光源所在的平面以及硅基液晶微显示器所在的平面均成45度角；硅基液晶微显示器可以向面光源方面来回移动；光学放大镜组位于光线最终出射方向一侧。
3.根据权利要求1或2所述的硅基液晶微显示器的光学成像系统，其特征在于：所述面光源包括点光源和均匀光学组件，或线光源和均匀光学组件；均匀光学组件所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行。
4.根据权利要求3所述的硅基液晶微显示器的光学成像系统，其特征在于：所述点光源为半导体发光二极管LED或白炽灯泡。
5.一种运用硅基液晶微显示器光学成像系统的头戴显示器，包括两组硅基液晶微显示器的光学成像系统，每组硅基液晶微显示器的光学成像系统包括面光源、分光镜、硅基液晶微显示器和光学放大镜组，其特征在于：每组硅基液晶微显示器的光学成像系统中面光源和硅基液晶微显示器均位于分光镜两侧；面光源发出的光线经分光镜透射到硅基液晶微显示器上，硅基液晶微显示器对光线进行调制并将其反射回分光镜上，分光镜再将光线反射到光学放大镜组上，光学放大镜组将光线放大并使其直接投影到观察者的视网膜上成像。
6.根据权利要求5所述的头戴显示器，其特征在于：所述面光源所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行；分光镜位于面光源与硅基液晶微显示器之间，其所在的平面与面光源所在的平面以及硅基液晶微显示器所在的平面均成45度角；硅基液晶微显示器可以向面光源方面来回移动；光学放大镜组位于光线最终出射方向一侧。
7.根据权利要求5或6所述的头戴显示器，其特征在于：所述面光源包括点光源和均匀光学组件，或线光源和均匀光学组件；均匀光学组件所在的平面与硅基液晶微显示器所在的平面相互平行。
8.根据权利要求7所述的头戴显示器，其特征在于：所述点光源为半导体发光二极管LED或白炽灯泡。
9.根据权利要求5或6所述的头戴显示器，其特征在于：所述两组硅基液晶微显示器的光学成像系统对称分布于一电路控制系统两侧，两组硅基液晶微显示器的光学成像系统中的硅基液晶微显示器均与该电路控制系统电连接；两组硅基液晶微显示器的光学成像系统中的硅基液晶微显示器还均与一机械调节装置连接，操作该机械调节装置的手柄，可使两个硅基液晶微显示器同时向各自的面光源方向来回移动，进而同时调节两个硅基液晶微显示器的位置以适应各自的光学放大镜组的焦距并改进成像效果，满足不同人的使用需要。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104570366A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-04-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种具有手势识别功能的全息头盔显示器 |
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2006
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