RU2427015C2 - Компактный виртуальный дисплей - Google Patents
Компактный виртуальный дисплей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427015C2 RU2427015C2 RU2008125493/28A RU2008125493A RU2427015C2 RU 2427015 C2 RU2427015 C2 RU 2427015C2 RU 2008125493/28 A RU2008125493/28 A RU 2008125493/28A RU 2008125493 A RU2008125493 A RU 2008125493A RU 2427015 C2 RU2427015 C2 RU 2427015C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirrors
- virtual display
- polarizing
- reflective
- prisms
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/006—Systems in which light light is reflected on a plurality of parallel surfaces, e.g. louvre mirrors, total internal reflection [TIR] lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
- G02B27/285—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining comprising arrays of elements, e.g. microprisms
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G2300/00—Aspects of the constitution of display devices
- G09G2300/02—Composition of display devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
Abstract
Компактный виртуальный дисплей включает устройство, состоящее из множества двумерных ячеек, выполненное с возможностью отображения изображения, набор поляризационных отражающих призм, размещенных позади указанного устройства, набор увеличительных отражающих поляризационных зеркал, размещенных одно за другим таким образом, что их оптические оси и оси, проходящие через указанные поляризационные отражающие призмы, совпадают, набор модуляторов с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, размещенных между упомянутыми поляризационными отражающими призмами и упомянутыми увеличительными отражающими поляризационными зеркалами. Технический результат - уменьшение размера и веса. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к оптике, а более конкретно к устройствам для получения оптического увеличения изображений, и может найти применение в конструировании малогабаритных приборов, например, размещаемых на голове или шлеме оператора. Такие приборы, обеспечивающие отображение изображений за счет линз, призм, световодов, электронных трубок, жидкокристаллических матриц и т.п., относятся к одному классу - дисплеи, поэтому малогабаритные приборы, размещаемые на голове оператора, далее будем называть HMD (head mounted display).
Такие малогабаритные HMD могут располагаться либо напротив одного глаза (monocular HMD) или напротив двух глаз (binocular HMD). Они находят широкое применение, например, при работе с малыми объектами при сборке электронной аппаратуры, при хирургических операциях, в службах наблюдения и игровых симуляторах.
Из уровня техники известно достаточно большое число технических решений в указанной области. В частности, в патенте США №5790311 [1] описано миниатюрное оптическое устройство, включающее в себя три смежных оптических поверхности, промежуток между которыми заполнен прозрачной субстанцией с коэффициентом преломления выше единицы, при этом две ближайших к окуляру поверхности являются вогнутыми и между ними имеет место, по крайней мере, четыре отражения. В патенте США №5715094 [2] описан безлинзовый миниатюрный прибор, в основу которого положено применение волоконной оптики и жидкокристаллического экрана.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в патенте США №5986812 [3], в котором первая поверхность объектива является полупрозрачной, падающий свет отражается третьей поверхностью, а затем первой поверхностью, после чего отраженный свет отражается второй поверхностью, выполненной в виде децентрованной отражающей поверхности, расположенной на оптической оси, проходящей через окуляр, при этом три упомянутых поверхности принадлежат объемным элементам с плоскостной симметрией, у которых нет оси вращательной симметрии.
Все перечисленные аналоги [1]-[3] имеют одинаковые недостатки, а именно, для получения виртуального изображения приемлемого размера требуется большая числовая апертура, а это приводит к существенному увеличению веса и размера прибора, делая его неудобным при длительном использовании. Кроме того, ни одно из решений не позволяет видеть одновременно проецируемое изображение и реальное окружение.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке такой конструкции прибора, которая обеспечивала бы возможность наблюдения сразу за несколькими виртуальными, т.е. спроецированными изображениями, и за реальным окружением, обладая при этом малыми размерами, малым весом и значительной прочностью.
Техническое решение достигнуто за счет того, что в конструкции прибора использовано устройство типа «микро-дисплей», состоящее из множества двумерных ячеек, выполненное с возможностью отображения изображения, набор поляризационных отражающих призм, размещенных позади указанного элемента, увеличительные отражающие поляризационные зеркала, размещенные одно за другим таким образом, что их оптические оси и ось, проходящая через указанные поляризационные отражающие призмы, совпадают, и набор модуляторов с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, размещенных между упомянутыми поляризационными отражающими призмами и упомянутыми увеличительными отражающими поляризационными зеркалами.
Существенного сокращения продольных размеров прибора удалось достигнуть, благодаря использованию отражающих поляризационных призм и зеркал, которые работают попарно-синхронно, обеспечивая широкий угол виртуального отображения информации, представленной на микро-дисплее (LCD, OLED, PLED и т.п.). При одном и том же апертурном угле заявляемый прибор в несколько раз короче известных образцов.
Далее существо заявляемого изобретения поясняется с привлечением графических материалов.
Фиг.1 показывает схему заявляемого прибора, где изображены: источник 10 света, осветительная (коллимационная) линза 20, набор поляризационных отражающих призм 30, набор модуляторов 40 с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, поляризационные отражательные увеличивающие зеркала 50, устройство 60 отображения изображения.
Фиг.2 показывает схему заявляемого прибора в продольном разрезе, где изображены: источник 10 света, осветительная линза 20, поляризационные отражающие призмы 30-32, модуляторы 40-41 и 43-44 с электрическим приводом вращения плоскости поляризации в выключенном ("OFF") состоянии, аналогичные модуляторы 42-45 во включенном ("ON") состоянии, поляризационные отражательные увеличивающие зеркала 50-52, устройство 60 отображения изображения.
Фиг.3 демонстрирует работу поляризационных отражающих линз согласно заявляемому изобретению, где изображены: (р) поляризация светового пучка 15, поляризационные отражающие призмы 30-32, модуляторы 40-42 с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, при этом вид 3.1 показывает модуляторы в выключенном ("OFF") состоянии, а вид 3.2 показывает модулятор 40 во включенном ("ON") состоянии, световой пучок преобразуется в состояние (n) поляризации и проходит через набор отражающих призм.
Фиг.4 демонстрирует работу поляризационных отражательных увеличивающих зеркал, где изображены: световой пучок 15 с (n) поляризацией, поляризационные отражательные увеличивающие зеркала 50-51, модуляторы 40-41 с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, при этом вид 4.1 показывает модулятор 41 во включенном ("ON") состоянии, а модулятор 40 - в выключенном ("OFF") состоянии, световой пучок 15 с (n) поляризацией приобретает (р) поляризацию и отражается от поляризационного отражательного увеличивающего зеркала 51, как пучок 16, а вид 4.2 показывает модулятор 41 в выключенном ("OFF") состоянии, а модулятор 40 - во включенном ("ON") состоянии, световой пучок 15 с (n) поляризацией приобретает (р) поляризацию и отражается от поляризационного отражательного увеличивающего зеркала 50, как пучок 17.
На Фиг.5 приведен вариант реализации прибора с уменьшенными продольными размерами согласно заявляемому изобретению, где изображено отображающее устройство 60 в виде OLED или LCD дисплея, оптическая пластина 80, набор отражающих поверхностей 70 с электрооптическим переключением, набор увеличивающих отражающих поверхностей с электрооптическим переключением.
Фиг.6 показывает предшествующее техническое решение, где изображены: выходной окуляр 1 оптической системы, совмещенный с входным окуляром глаза наблюдателя, зрительная ось 2 наблюдателя, отражающая поверхность 3, отражающая поверхность 4, отражающая поверхность 5, источник 6 изображения.
Виртуальный дисплей с уменьшенным продольным размером работает следующим образом.
В состав прибора входят (см. Фиг.1) источник света, за счет которого пучок света, направляемый в апертуру коллимационной линзой 20, освещает устройство 60 отображения (в данном случае, ЖК дисплей), набор поляризационных отражающих призм 30 отражает свет вдоль оси прибора, другой набор увеличивающих отражающих поляризационных зеркал 50 отражает и фокусирует свет в направлении глаза оператора (наблюдателя), наблюдатель видит увеличенное виртуальное изображение информации, освещенной на устройстве 60 отображения (дисплее). Набор модуляторов 40 с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, каждый из которых помещен между упомянутыми поляризационными отражающими призмами 30 и между упомянутыми отражающими поляризационными зеркалами 50, служит для устранения перекрестных помех (cross talk) в отражениях между каждой отражающей поляризационной призмой 30 из набора и каждым отражающим поляризационным зеркалом 50 из набора.
В целях уменьшения продольных размеров виртуальный дисплей снабжен электрическим блоком для приведения в действие модуляторов 40 с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, при этом, когда модулятор 42 (см. Фиг.2) с электрическим приводом вращения плоскости поляризации включен ("ON"), поляризованный пучок света, отраженного от призмы 32, будет распространяться вдоль оптической системы дисплея без отражения от других призм, свет будет отражен лишь в том случае, если соответствующий модулятор 45 будет тоже включен ("ON").
Функционирование упомянутого модулятора 42 синхронизируют функционированием модулятора 45, другие модуляторы 41-44 и 40-43 также составляют синхронизируемые пары. Когда один из модуляторов, например модулятор 40 (см. Фиг.3.1), находится во включенном ("ON") состоянии, плоскость поляризации светового пучка 15 (р) повернется в положение поляризации (n), и световой пучок будет беспрепятственно распространяться через набор отражающих линз 31, 32 и т.д. Если ни один из модуляторов не включен, световой пучок будет отражаться в призмах (Фиг.3.2).
Увеличивающие отражающие поляризационные зеркала функционируют аналогичным образом: если модулятор 41 включен (Фиг.4.1), то световой пучок 15 с поляризацией (n) будет преобразован в световой пучок с поляризацией (р) и отразится от зеркала 51 как световой пучок 16, если во включенном состоянии находится модулятор 40 (Фиг.4. 2), то световой пучок с поляризацией (n) будет преобразован в световой пучок с поляризацией (р) и отразится от зеркала 50 как световой пучок 17.
Следует отметить, что роль поляризационных увеличивающих зеркал могут исполнять также и голографические фокусирующие элементы.
Кроме того, важно, чтобы в конструкцию прибора был включен вычислительный блок, выполненный с возможностью синхронизации работы модуляторов и устройства отображения (микродисплея).
Система привода модуляторов выполнена с возможностью программирования различных операционных алгоритмов.
Уменьшенные продольные размеры виртуального дисплея в предпочтительном варианте обеспечиваются за счет применения различных принципов модуляции отражения, в частности, Фиг.5 демонстрирует прибор с электрооптическим или оптическим приводом активных элементов 70 и 50 модуляции отражения. При этом для обеспечения прохождения пучка света между элементами 70 и 50 использована оптическая пластина 80, выполняющая роль волновода.
Заявляемое изобретение может найти применение в конструировании компактных приборов, например, размещаемых на голове или шлеме оператора (наблюдателя).
Claims (6)
1. Компактный виртуальный дисплей, включающий в себя:
- устройство, состоящее из множества двумерных ячеек, выполненное с возможностью отображения изображения,
- набор поляризационных отражающих призм, размещенных позади указанного устройства,
- набор увеличительных отражающих поляризационных зеркал, размещенных одно за другим таким образом, что их оптические оси и оси, проходящие через указанные поляризационные отражающие призмы, совпадают,
- набор модуляторов с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, размещенных между упомянутыми поляризационными отражающими призмами и упомянутыми увеличительными отражающими поляризационными зеркалами.
- устройство, состоящее из множества двумерных ячеек, выполненное с возможностью отображения изображения,
- набор поляризационных отражающих призм, размещенных позади указанного устройства,
- набор увеличительных отражающих поляризационных зеркал, размещенных одно за другим таким образом, что их оптические оси и оси, проходящие через указанные поляризационные отражающие призмы, совпадают,
- набор модуляторов с электрическим приводом вращения плоскости поляризации, размещенных между упомянутыми поляризационными отражающими призмами и упомянутыми увеличительными отражающими поляризационными зеркалами.
2. Компактный виртуальный дисплей по п.1, отличающийся тем, что в нем содержится устройство, выполненное с возможностью осуществления электрического привода модуляторов.
3. Компактный виртуальный дисплей по п.2, отличающийся тем, что в его состав включен вычислительный блок, выполненный с возможностью синхронизации работы модуляторов и устройства, отображающего изображение.
4. Компактный виртуальный дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптическая связь между наборами призм и зеркал обеспечивается путем размещения их в оптической пластине-волноводе.
5. Компактный виртуальный дисплей по п.1, отличающийся тем, что зеркала имеют асферическую поверхность.
6. Компактный виртуальный дисплей по п.1, отличающийся тем, что функцию зеркал выполняют голографические фокусирующие элементы.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125493/28A RU2427015C2 (ru) | 2008-06-25 | 2008-06-25 | Компактный виртуальный дисплей |
KR1020090027758A KR20100002085A (ko) | 2008-06-25 | 2009-03-31 | 컴팩트한 가상 디스플레이 장치 |
EP09163481A EP2138886A3 (en) | 2008-06-25 | 2009-06-23 | Compact virtual display |
US12/491,621 US20090322653A1 (en) | 2008-06-25 | 2009-06-25 | Compact virtual display |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125493/28A RU2427015C2 (ru) | 2008-06-25 | 2008-06-25 | Компактный виртуальный дисплей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008125493A RU2008125493A (ru) | 2009-12-27 |
RU2427015C2 true RU2427015C2 (ru) | 2011-08-20 |
Family
ID=41642560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008125493/28A RU2427015C2 (ru) | 2008-06-25 | 2008-06-25 | Компактный виртуальный дисплей |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100002085A (ru) |
RU (1) | RU2427015C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556291C2 (ru) * | 2013-03-01 | 2015-07-10 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Устройство для формирования голографических изображений |
RU2579804C1 (ru) * | 2014-09-16 | 2016-04-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности |
RU2660919C1 (ru) * | 2014-02-04 | 2018-07-11 | Шарп Кабусики Кайся | Осветительный элемент, осветительное устройство и способ монтажа осветительного устройства |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2138886A3 (en) | 2008-06-25 | 2011-10-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Compact virtual display |
CN107315249B (zh) * | 2013-11-27 | 2021-08-17 | 奇跃公司 | 虚拟和增强现实系统与方法 |
KR102682123B1 (ko) * | 2017-01-11 | 2024-07-08 | 삼성전자주식회사 | 투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법 |
KR102286002B1 (ko) * | 2020-10-16 | 2021-08-03 | 심충건 | 투명 광고판 |
-
2008
- 2008-06-25 RU RU2008125493/28A patent/RU2427015C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-03-31 KR KR1020090027758A patent/KR20100002085A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556291C2 (ru) * | 2013-03-01 | 2015-07-10 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Устройство для формирования голографических изображений |
RU2660919C1 (ru) * | 2014-02-04 | 2018-07-11 | Шарп Кабусики Кайся | Осветительный элемент, осветительное устройство и способ монтажа осветительного устройства |
RU2579804C1 (ru) * | 2014-09-16 | 2016-04-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20100002085A (ko) | 2010-01-06 |
RU2008125493A (ru) | 2009-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2138886A2 (en) | Compact virtual display | |
RU2427015C2 (ru) | Компактный виртуальный дисплей | |
US12066626B2 (en) | Near-to-eye display device and Augmented Reality apparatus | |
RU2579804C1 (ru) | Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности | |
CN110161697B (zh) | 近眼显示装置及近眼显示方法 | |
RU2015154980A (ru) | Устройство для оптического просвечивающего, укрепляемого на голове дисплея с возможностью взаимного перекрытия и управления непрозрачностью | |
US20230341683A1 (en) | Near eye 3d display with separate phase and amplitude modulators | |
KR970703681A (ko) | 고해상도 감색 투영 시스템(high resolution subtractive color projection system) | |
AU2020301646B2 (en) | Apparatus and methods for eye tracking based on eye imaging via a light-guide optical element | |
WO2008129539A2 (en) | A collimating optical device and system | |
US11385502B1 (en) | Near-eye display apparatus | |
CN114153073A (zh) | 基于单光机的双目近眼显示装置和增强现实显示设备 | |
WO2019221539A1 (ko) | 증강현실 디스플레이 장치 | |
CN104062768B (zh) | 一种显示系统 | |
CN216718817U (zh) | 单光机双目成像的近眼显示装置和增强现实显示设备 | |
CN108333779B (zh) | 近眼显示系统 | |
US10845614B2 (en) | Near-eye display device | |
CN108333750B (zh) | 近眼显示装置 | |
CN108333776B (zh) | 近眼显示光学模组及近眼显示系统 | |
CN114326123B (zh) | 一种近眼显示装置 | |
CN216622845U (zh) | 一种增强现实光学系统和双目光学系统 | |
JP2019117237A (ja) | ヘッドマウントディスプレイ | |
WO2018212479A1 (ko) | 이미지 장치 | |
CN112882229A (zh) | 一种增强现实显示系统 | |
CN215729102U (zh) | 一种双焦面ar光学系统及ar显示设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20091218 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20101119 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190626 |