CN2798123Y

CN2798123Y - 高分辨率头戴式虚拟显示目镜

Info

Publication number: CN2798123Y
Application number: CN 200420103564
Authority: CN
Inventors: 张蔚
Original assignee: LIHE DONGFANGJING PHOTOELECTRIC CO Ltd SHENZHEN
Current assignee: LIHE DONGFANGJING PHOTOELECTRIC CO Ltd SHENZHEN
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2014-12-28

Abstract

本实用新型公开了一种高分辨率头戴式虚拟显示目镜。包括镜架，遮光罩，像源及固定盖。还包括设置于镜架内部的光学显示系统；该光学显示系统包括有透镜，半透半反分束镜和凹面反射镜；透镜位于像源与半透半反分束镜之间，凹面反射镜的光轴位于经半透半反分束镜反射后的透镜的光轴上；像源位于所述光学显示系统的焦平面上；出瞳位于凹面反射镜的光轴上。透镜是球面透镜或非球面透镜；凹面反射镜是球面或非球面反射镜。本实用新型技术方案所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，出瞳直径可做到φ10mm以上，出瞳距离可做到25mm以上。在保持由较少元件构成并且是小型结构的情况下，能够以广阔的视野观察高像质的良好图像。像质可满足640×480以上分辨率的像源。

Description

高分辨率头戴式虚拟显示目镜

技术领域

本实用新型涉及一种目镜，特别是涉及一种高分辨率头戴式虚拟显示目镜。

背景技术

现有技术中的头戴显示器(HMD)光学系统的常用方式，如图1所示，显示器件21中的图像发出的由分束镜22反射射向凹面反射镜23，经凹面反射镜放大，人眼在出瞳24处观察到经放大的虚像。在头戴显示器领域，人们希望显示系统具有较大的视场角、出瞳直径和长的工作距离，同时具有尽可能小的体积。但由于体积、重量的限制，镜片使用数目及元件间距受到限制，从而使以上三个指标和像质不能同时达到。现有技术为满足头戴显示功能，通常达不到足够大的的视场角、出瞳直径或足够长的工作距离，或者提高了上述指标，像质却存在不足。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有的头戴式虚拟显示目镜所存在的不足，提供一种结构简单，大视场、大出瞳直径、高像质、可用于640×480以上分辨率的头戴式虚拟显示目镜。为了实现这一目的，本实用新型所采取的技术方案是：

包括镜架，遮光罩，像源及其固定盖。还包括有设置于镜架内部的光学显示系统；所述的光学显示系统，进一步包括有透镜，半透半反分束镜和凹面反射镜；透镜位于像源与半透半反分束镜之间，凹面反射镜的光轴位于经半透半反分束镜反射后的透镜的光轴上；像源位于所述光学显示系统的焦平面上；出瞳位于凹面反射镜的光轴上。所述的透镜可以是球面透镜，也可以是非球面透镜；所述的凹面反射镜可以是球面反射镜，也可以是非球面反射镜。像源为LCD，LCOS或其它亮度及分辨率满足要求的显示器件。

本实用新型技术方案所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，由于所采用的光学显示系统，使得设于焦平面上的像源所发出的光线经过透镜后，射向一半透半反分束镜。经分束镜反射至凹面反射镜，光线经凹面反射镜反射回来之后，经分束镜透射后被人眼接收。人眼在出瞳位置可观察到放大的虚像。目镜具有一定放大率，出瞳直径可做到φ10mm以上，出瞳距离可做到25mm以上。在保持由较少元件构成并且是小型结构的情况下，能够以广阔的视野观察高像质的良好图像。像质可满足640×480以上分辨率的像源。

附图说明

图1是现有技术的头戴式显示器光学系统原理图

图2是本实用新型的结构分解图

图3是本实用新型装配之后的整体图

图4是图3中沿A-A方向的剖视图

图5是本实用新型光学系统结构示意图

具体实施方式

如图2和图3所示，包括镜架1，以及设置在镜架1上的遮光罩2，像源3及其固定盖4；像源3为LCD，LCOS或其它亮度及分辨率满足要求的显示器件。还包括有设置于镜架1内部的光学显示系统；所述的光学显示系统，进一步包括有球面或非球面透镜5，半透半反分束镜6和球面或非球面反射镜7。如图4所示，球面或非球面透镜5位于像源3与半透半反分束镜6之间，通过垫片8将球面透镜5与像源3隔开，并使得像源3位于所述光学显示系统的焦平面上；球面或非球面反射镜7的光轴位于经半透半反分束镜6反射后的球面或非球面透镜5的光轴上，通过固定夹9将球面或非球面反射镜7固定在镜架1上。出瞳12位于球面或非球面反射镜7的光轴上。PCB板10通过螺丝11连接在镜架上。

半透半反分束镜6的大小为15×15×1.2mm～40×40×4mm；球面或非球面反射镜7的半径为30～70mm；球面或非球面透镜5的半径为——300～300mm，厚度为2～10mm；球面或非球面透镜5的光轴与球面或非球面反射镜7的光轴夹角为75°～105°；半透半反分束镜6与球面或非球面透镜5的光轴或球面或非球面反射镜7的光轴间的夹角为30°～60°。

球面或非球面透镜5与半透半反分束镜6中心的距离为2.3～18mm；球面或非球面反射镜7与半透半反分束镜6中心的距离为5～17mm；出瞳与半透半反分束镜6中心的距离为15～35mm。

设于焦平面上的显示器件所发出的光线经过球面或非球面透镜5后射向半透半反分束镜6，经分束镜6反射至凹面反射镜7，光线反射回来后经分束镜6透射后被人眼接收。人眼在出瞳位置12处可观察到放大的虚像，如图5所示。

半透半反分束镜与像面之间所设置的有一定放大率的透镜，改变了系统的总焦距，同时校正像差，此方法加大了视场角，提高了像质，使系统可用于640×480以上分辨率的显示。这种情况下，可依靠凹面反射镜及透镜的非球面来修正像差。该系统是属于全投入式，二级放大(凹面反射镜起主要放大作用，透镜起次要放大作用)的头戴显示器。本实用新型在保持由较少元件构成并且是小型结构的情况下，能够以广阔的视野观察高像质的良好图像。

本实用新型的光学系统采用少量光学零件(分光镜、反射器、透镜)采用折反式结构可以达到高倍率及小型化的光学系统。显示器件的像面尺寸涵盖范围为对角线0.23～2英寸。由于半透半反分束镜同时起到折反作用，故系统能量至少衰减75％，故系统对像源发光亮度有一定要求。另外，本光学装置，由于是双目系统，对于双影像重合度要求很高，这就要求组装必须符合以下规定，即凹面反射镜、光学零件中心、像源中心与系统光轴重合(满足一定精度要求)。在本实用新型的实施过程中，为了保证上述光轴重合定位精度，必须保证像源、分光镜、凹面反射镜和透镜的装配精度。并且分光镜安装时光学结构保证是在与光轴相交30°～60°度范围内，且应保证两组分光镜的平面度。其次，凹面反射镜安装通过球面定位保证安装精度。

Claims

1.一种高分辨率头戴式虚拟显示目镜，包括镜架，以及设置在镜架上的遮光罩，像源及其固定盖，其特征在于：还包括有设置于镜架内部的光学显示系统；所述的光学显示系统，进一步包括有透镜，半透半反分束镜和凹面反射镜；透镜位于像源与半透半反分束镜之间，凹面反射镜的光轴位于经半透半反分束镜反射后的透镜的光轴上；像源位于所述光学显示系统的焦平面上；出瞳位于凹面反射镜的光轴上。

2.根据权利要求1所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：所述的透镜是球面透镜；所述的凹面反射镜是球面反射镜。

3.根据权利要求1所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：所述的透镜是球面透镜；所述的凹面反射镜是非球面反射镜。

4.根据权利要求1所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：所述的透镜是非球面透镜；所述的凹面反射镜是球面反射镜。

5.根据权利要求1所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：所述的透镜是非球面透镜；所述的凹面反射镜是非球面反射镜。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：所述透镜的光轴与凹面反射镜的光轴夹角为75°～105°；半透半反分束镜与透镜光轴或凹面反射镜光轴的夹角为30°～60°。

7.根据权利要求6所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：球面透镜顶点与半透半反分束镜中心的距离为2.3～18mm；球面反射镜与半透半反分束镜中心的距离为5～17mm；出瞳与半透半反分束镜中心的距离为15～35mm。

8.根据权利要求7所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：所述的像源为LCD或LCOS。

9.根据权利要求6所述的高分辨率头戴式虚拟显示目镜，其特征在于：半透半反分束镜的大小为15×15×1.2mm～40×40×4mm；球面反射镜的半径为30～70mm；球面透镜的的半径为-300～300mm，厚度为2～10mm。