CN201096987Y

CN201096987Y - 单像源双目显示装置

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Publication number: CN201096987Y
Application number: CNU2007201199592U2007201199592U
Authority: CN
Inventors: 黄峰松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2017-04-30

Abstract

本实用新型公开一种用于微显示装置，能利用一个像源产生两个相同的图像，分别在两个眼睛对应的观察窗显示出来的单像源双目显示装置。一种单像源双目显示装置，包括图像投射源、成像光纤面板，在图像投射源出射光方向，设有成像光纤面板，其特征是：设有一个所述的图像投射源，其出射光方向设有分光用光学装置，分光用光学装置两路出射光方向上分别设置有相应的成像光纤面板。本实用新型利用一个像源产生图像，通过分光装置进行分光产生两个同样的图像，分别投影在两个光纤面板上，进行双目显示，其制造成本低，显示图像同步性好，显示效果佳。

Description

单像源双目显示装置

技术领域

本实用新型公开一种属于光机电一体化领域的光学显示装置，特别是一种用于微显示装置，能利用一个像源产生两个相同的图像，分别在两个眼睛对应的观察窗显示出来的单像源双目显示装置。

背景技术

众所周知，一般双目微显示装置都是采用两个像源分别成像，但很多应用场合，由于这种双目显示装置的目的，只是用来显示一幅平面图像，其两个像源的图像是完全相同的，由于像源的显示器件是此类产品的成本核心，其价格占有全部成本的比例超过50％-70％。因此，用一个像源取代两个像源，有非常现实的意义。

目前，单像源双目显示装置还未在市场出现，主要因为，以前的技术方案是通过棱镜分光，或通过反射镜向两边反射图像，从而把图像一分为二，其理论基础虽然没有问题，但实际生产工艺却难以处理因微小的制造差异，带来双目图像不一致的结果，并没有真正应用于产品中。

发明内容

针对上述提到的现有技术中双目显示装置的制造成本高，单像源双目显示装置成像效果差等缺点，本实用新型提供一种新的单像源双目显示装置，比较好的解决了因光程差带来的双目图像不一致的问题。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种单像源双目显示装置，包括图像投射源、成像光纤面板。设有一个图像投射源，在图像投射源的出射光方向，设有分光用光学装置，分光用光学装置两路出射光方向上分别设置有相应的成像光纤面板。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的分光用光学装置采用半反半透镜和反射镜相结合组成，在图像投射源出射光方向上设有与出射光方向呈45°的半反半透镜，半反半透镜透射光出射方向上设有与透射光出射方向呈45°的第一全反射镜，第一全反射镜出射光方向上设有与出射光方向呈45°的第二全反射镜，第二全反射镜出射光方向上设有纤维束方向与出射光方向平行的第一成像光纤面板；半反半透镜反射光出射方向上设有与反射光出射方向呈45°的第三全反射镜，第三全反射镜出射光方向上设有纤维束方向与出射光方向平行的第二成像光纤面板。

所述的分光用光学装置可采用两个锐角夹角为45°的平行四边形分光棱镜，第一分光棱镜中两个平行面A面和C面都为透射面，另外两个平行面B面和D面中，B面为全反射面，D面为半反半透面；第二分光棱镜中两个平行面E面和G面都为透射面，另外两个平行面F面和H面都为全反射面，第一分光棱镜的C面和第二分光棱镜的E面相邻且在同一平面内，同时图像投射源的中心法线、第一分光棱镜的A面中心法线和第二分光棱镜的E面中心法线在同一条直线上，且该中心法线与第一分光棱镜的D面中心法线呈45°夹角。

所述的分光用光学装置可采用一分二光纤束。

所述的图像投射源可采用OLED显示器件、LCOS显示器件、FLCOS显示器件、LCD显示器件、DLP显示器件、光纤显示器件，或其他对角线小于1英寸的可显示平面图像的微显示器件。

所述的第一成像光纤面板和第二成像光纤面板的出射光方向上分别设有增加图像清晰度的后置光学系统。

所述的第一成像光纤面板和第二成像光纤面板与分光用光学装置之间分别设有将分光光学装置出射图像清晰的投影在第一光纤面板和第二光纤面板的入射端面的前置光学系统。

所述的光纤面板为多股细小光纤束结合而成。

所述的光纤面板出射光端面可为凹面，凹面为球面或非球面。

所述的前置光学系统和后置光学系统可采用透镜、透镜组、棱镜或反射镜。

所述的前置光学系统和后置光学系统所采用的透镜、透镜组、棱镜或反射镜表面结构可以是球面也可以是非球面。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用一个像源产生图像，通过分光装置进行分光产生两个同样的图像，分别投影在两个光纤面板上，进行双目显示，其制造成本低，显示图像同步性好，显示效果佳。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1、为本实用新型单像源双目显示装置的成像原理示意图；

图2、为本实用新型单像源双目显示装置的结构分解示意图；

图3、为本实用新型单像源双目显示装置的整体示意图；

图中，101-图像投射源，102-半反半透光镜，103-第三全反射镜，104-第一全反射镜，105-第二全反射镜，106-第一前置光学系统，107-第一成像光纤面板，108-第一后置光学系统，109-右眼睛示意，110-左眼睛示意，111-第二后置光学系统，112-第二成像光纤面板，113-第二前置光学系统，202-第一分光棱镜，203-第二分光棱镜，204-第一支架，205-第一前置光学系统安装座，206-第一成像光纤面板安装座，207-第一后置光学系统座，208-第二后置光学系统座，209-第二成像光纤面板安装座，210-第二前置光学系统安装座，211-第二支架，301-图像投射源安装座，302-分光装置安装架，303-连接架，304-固定螺钉。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其它凡其原理和基本结构与本实用新型相同或相近的，均在本实用新型保护范围之内。

为了达到只使用一个像源，就让观察者的两个眼睛看到相同的两幅图像的目的，即是解决其他方案因光程差异造成两个图像不同的问题，本实用新型中采用光纤面板作为图像显示器件，光纤面板的制作原理是：光纤面板是由若干股细小的光纤束烧结而成，每个光纤束又是由若干细小的光纤结合而成，可以形成一个长的光纤棒，把长光纤棒横向切开成薄片，再表面抛光，形成两个端平面，就可以作为一种显示器件——光纤面板，在此基础上也可以把光纤面板加工成有特殊形状的端面，比如说凹球面。当在光纤面板的一个端面投影图像时，图像的每一个像素都被所感光的光纤或光纤束真实的传递到该光纤或光纤束的另一端，既光纤面板的另一端面。因此当把分光后的图像分别成像在两个光纤面板的入射端面时，其出射端面同时显示出与入射端面完全相同的图像，分别调节入射端面投影用的透镜的物距和像距，就可以在两个光纤面板入射端面上形成完全相同的像，即可以使观察者观察到两个光纤面板的出射端面有完全相同的图像。

本实用新型中，显示装置显示部分的基本结构为图像投射源和光纤面板，以及后置光学系统，图像投射源出射光方向上设有显示用的光纤面板，图像投射源产生的图像投射到光纤面板进行显示，结合后置光学镜片，即可构成一套单目显示系统。本实用新型，在图像投射源与光纤面板之间增设了一个分光装置，将图像投射源投射出的图像一分为二，分别送至两个光纤面板进行显示，实现单像源双目显示。本实用新型中的分光装置可采用半反半透镜配合全反射镜实现，也可采用分光棱镜实现，还可采用一分二光纤束实现。

参看附图1，图1中所示为本实用新型具体实施例的实现原理图。实施例一分光装置采用半反半透光镜配合全反射镜构成，其中，图像投射源101产生图像，图像投射源101光线出射方向上设有与图像投射源101光线出射方向夹角呈45°的半反半透光镜102，图像投射源101产生图像通过半反半透镜102一分为二，半反半透光镜102透射光出射方向上设有与半反半透光镜102出射光方向夹角呈45°的第一全反射镜104，第一全反射镜104出射光方向上设有与出射光方向呈45°第二全反射镜105，第二全反射镜105出射光方向上设有纤维束方向与出射光方向平行的第一成像光纤面板107；半反半透镜102反射光出射方向上设有与透射光出射方向呈45°的第三全反射镜103，第三全反射镜103出射光方向上，设有纤维束方向与出射光方向平行的第二成像光纤面板112。图像投射源101产生图像投射到半反半透镜102上，图像通过半反半透光镜102一分为二，其中一路图像光路沿II、IV、V方向透射到第一成像光纤面板107上，另一路图像光路沿I、III方向投射到第二成像光纤面板112上，为了将分散的光线会聚，便于观察，在这个分光系统中，在第一成像光纤面板107和第二成像光纤面板112前端分别设有第一前置光学系统106和第二前置光学系统113。第一前置光学系统106和第二前置光学系统113起到将两路投射的图像，分别会聚在第一成像光纤面板107的入射端面M以及第二成像光纤面板112的入射端面M’上，形成实像。由于人的舒适观测距离一般为0.4-2.5米之间，因此为了使观察者在很近的距离观察图像仍能很清晰并且感觉舒适，本实用新型分别在第一光纤面板107和第二光纤面板112出射方向上增设一个第一后置光学系统108和第二后置光学系统111，将图像虚拟到人的舒适观测距离之外，一般为0.4-2.5米。观测者的两只眼睛通过第一后置光学系统108和第二后置光学系统111，就可以观察到第一成像光纤面板107的出射端面N以及第二成像光纤面板112的出射端面N’上的图像。本实用新型所设置的前置光学系统和后置光学系统均可采用透镜、透镜组、棱镜或反射镜，各光学镜片可采用球面镜或非球面镜。人右眼睛109、左眼睛110为使用参考状态，非本发明的部件。

参看附图2，图2中所示为本实用新型具体实施例的实体分解图。分光装置采用两个分光棱镜构成。图中，第一前置光学系统106固定设置在第一前置光学系统安装座205内，第二前置光学系统113固定设置在第二前置光学系统安装座210内，第一成像光纤面板107固定设置在第一成像光纤面板安装座206内，第二成像光纤面板112固定设置在第二成像光纤面板安装座209内，第一后置光学系统108固定安装在第一后置光学系统安装座207内，第二后置光学系统111固定安装在第二后置光学系统安装座208内。第一前置光学系统安装座205和第二前置光学系统安装座210前端分别设有第一支架204和第二支架211。支架、前置光学系统安装座、光纤面板安装座、后置光学系统安装座之间通过螺纹相互连接，各个部件中的内螺纹和外螺纹可根据实际情况自由选定，只要相连接的部件间可通过螺纹配合连接在一起即可。由图像投射源101产生图像配合第一分光棱镜202和第二分光棱镜203将图像一分为二，分别投射到两个显示系统中，进行双目显示。其中，第一分光棱镜202和第二分光棱镜203均为锐角交角为45°的平行四边形棱镜，第一分光棱镜202的A面和C面为两个平行面，均为透射面，B面和D面为两个平行面，且B面为全反射面，D面为半反半透面；第二分光棱镜203的E面和G面为两个平行面，均为透射面，F面和H面为全反射面。第一分光棱镜202和第二分光棱镜203装配时保持严格定位关系，第一分光棱镜202的C面和第二分光棱镜203的E面相邻且在同一平面内，同时第一分光棱镜202的A面中心法线和第二分光棱镜203的E面中心法线在同一条直线上，此中心法线同样是图像投射源101的中心法线，本实施例中给出的三者对应关系为最佳对应关系，由于制造装配误差，图像投射源101的中心法线也可能不与第一分光棱镜202的A面中心法线和第二分光棱镜203的E面中心法线在同一直线上，如此将会产生图像的偏移。在制造上，为便于保证其各个光路的相对位置关系，可以直接将第一分光棱镜202和第二分光棱镜203设计为一个整体。图像投射源101产生的图像通过第一分光棱镜202的A面入射，经过第一分光棱镜202的D面将入射图像一分为二，其中一路图像为第一分光棱镜202的D面反射光路，第一分光棱镜202的D面反射图像投射到第一分光棱镜202的B面上，经第一分光棱镜202的B面反射后，由第一分光棱镜202的C面出射，经过后置光学系统113的作用，成像在第二成像光纤面板112的入射端面；第一分光棱镜202的D面产生的另一光路为D面的透射光路，图像通过第二分光棱镜203的E面入射到第二分光棱镜203内，经第二分光棱镜203的F面反射到第二分光棱镜203的H面上，再经第二分光棱镜203的H面反射到第二分光棱镜203的G面上，并由G面出射，经过后置光学系统106的作用，成像在第一成像光纤面板107的入射端面上。观察者的两眼通过第一后置光学系统座207、第二后置光学系统座208的观察窗，即可观测到第一成像光纤面板107的出射端面和第二成像光纤面板112的出射端面上的图像。

参看附图3，本实用新型组装后示意图。图像投射源101安装在图像投射源安装座301内，第一分光棱镜202、第二分光棱镜203或其整体，安装在分光装置安装架302内，图像投射源安装座301与分光装置安装架302之间固定连接。支架、前置光学系统安装座、光纤面板安装座、后置光学系统安装座相互连接组成一套显示系统，左右两套显示系统通过连接架303安装在一起，连接架303上开有螺钉孔，螺钉孔内设有固定螺钉304，通过固定螺钉304将左右两套显示系统与连接架304相对固定。

由于不同的人眼睛瞳距不同，多数成人的瞳距在61mm-64mm之间，本实用新型为双目光学系统，可采用大致固定的瞳距，配合可变视线夹角的设计，以尽可能满足绝大多数人的眼睛，使佩带者可以观测到最优的图像，本实用新型中可将连接架303设置为可调节形式，用以调节两套系统的瞳距和视线夹角。

本实用新型中的光纤面板出射光面可设计为凹球面，若观察者的眼睛处在凹面的中间时，即光纤面板形成了一个凹球面屏幕围绕在人的眼睛周围，通过后置光学系统的作用，形成一个清晰的球面虚像屏幕，该屏幕的各个点到人瞳孔的距离近似相等，因此，和平面图像相比，曲面图像的视角自然变大了，使观察者可以看到很大视角的图像。

本实施例可配合一些固定装置使用，可用固定带子将本发明固定在人眼睛部位。可设计为头盔式结构佩带，或眼镜式结构佩带等。

Claims

1. 一种单像源双目显示装置，包括图像投射源、成像光纤面板，在图像投射源出射光方向，设有成像光纤面板，其特征是：设有一个所述的图像投射源，其出射光方向设有分光用光学装置，分光用光学装置两路出射光方向上分别设置有相应的成像光纤面板。

2. 根据权利要求1所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的分光用光学装置可采用半反半透镜和反射镜相结合组成，在图像投射源出射光方向上设有与出射光方向呈45°的半反半透镜，半反半透镜透射光出射方向上设有与透射光出射方向呈45°的第一全反射镜，第一全反射镜出射光方向上设有与出射光方向呈45°第二全反射镜，第二全反射镜出射光方向上设有纤维束方向与出射光方向平行的第一成像光纤面板；半反半透镜反射光出射方向上设有与透射光出射方向呈45°的第三全反射镜，第三全反射镜出射光方向上设有纤维束方向与出射光方向平行的第二成像光纤面板。

3. 根据权利要求1所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的分光用光学装置可采用两个锐角夹角为45°的平行四边形分光棱镜，第一分光棱镜中两个平行面A面和C面都为透射面，另外两个平行面B面和D面中，B面为全反射面，D面为半反半透面；第二分光棱镜中两个平行面E面和G面都为透射面，另外两个平行面F面和H面都为全反射面，第一分光棱镜的C面和第二分光棱镜的E面相邻且在同一平面内，同时图像投射源的中心法线、第一分光棱镜的A面中心法线和第二分光棱镜的E面中心法线在同一条直线上，该中心法线与第一分光棱镜的D面中心法线呈45°夹角。

4. 根据权利要求1所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的分光用光学装置可采用一分二光纤束。

5. 根据权利要求1或2或3或4所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的图像投射源可采用LCD显示器件、LCOS显示器件、FLCOS显示器件、OLED显示器件、DLP显示器件，光纤显示器件，或其它对角线小于1英寸的可用于显示平面图像的微显示器件。

6. 根据权利要求1或2所3或4所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的第一成像光纤面板和第二成像光纤面板的出射光方向上可分别设有增加图像清晰度的后置光学系统。

7. 根据权利要求1或2所3或4所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的第一成像光纤面板和第二成像光纤面板与分光用光学装置之间分别可设置有将分光光学装置出射图像清晰的投影在第一光纤面板和第二光纤面板的入射端面的前置光学系统。

8. 根据权利要求1或2所3或4所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的光纤面板为多股细小光纤束结合而成。

9. 根据权利要求1或2所3或4所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的光纤面板出射光端面可为凹面，凹面可采用球面或非球面。

10. 根据权利要求6所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的后置光学系统可采用球面的或非球面的透镜、透镜组、棱镜或反射镜。

11. 根据权利要求7所述的单像源双目显示装置，其特征是：所述的前置光学系统可采用球面的或非球面的透镜、透镜组、棱镜或反射镜。