一種頭戴式圖像顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頭戴式圖像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頭戴式顯示裝置的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯 示技術(shù)中時(shí)，需要頭戴式顯示裝置具有較高的透明度和較大的視場(chǎng)角，并且不對(duì)外界進(jìn)入 人眼的光線產(chǎn)生偏折。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的頭戴式顯示裝置，例如采用全息光柵和光波導(dǎo)的技術(shù)設(shè)計(jì)的頭戴式 顯示裝置，制作工藝復(fù)雜、成本高、存在色散，且視場(chǎng)角較??；采用的Wave guides with micro reflector技術(shù)實(shí)現(xiàn)透視效果顯示器，制作難度大、成本高、視場(chǎng)有限;采用基于微透 鏡陣列的集成顯示技術(shù)制作的智能眼鏡分辨率低、像差大、不具有透視功能;利用雙投影設(shè) 備+雙凹面鏡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)透視效果的智能眼鏡，成像面的位置固定、不具備調(diào)焦的功能，且成 本較高、設(shè)備較厚重。
[0004] 綜上，如何控制成本加工制造透明度和視場(chǎng)角均滿足需求的頭戴式顯示裝置是增 強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種頭戴式圖像顯示裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中頭戴式顯示裝置制造 成本高，且視場(chǎng)角較小的問(wèn)題。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種頭戴式圖像顯示裝置，包括:通光區(qū)域、以及 位于通光區(qū)域內(nèi)的圖像顯示器和具有半透半反功能的光學(xué)組件;其中，光學(xué)組件將圖像顯 示器顯示的圖像信號(hào)分別投射入佩戴者的左眼和右眼，并在佩戴者的視線前方形成虛擬圖 像。
[0007] 其中，光學(xué)組件包括:第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件和第三光學(xué)元件;其中，圖像顯 示器顯示的圖像信號(hào)經(jīng)第一光學(xué)元件處理后形成第一虛像和第二虛像，第二光學(xué)元件將第 一虛像反射入佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的視線前方形成第三虛像，第三光學(xué)元件對(duì) 第二虛像處理后形成第四虛像，并將第四虛像反射入佩戴者的另一只眼中，并在佩戴者的 視線前方形成第五虛像;其中，第三虛像和第五虛像重合。
[0008] 其中，光學(xué)組件還包括第四光學(xué)元件，圖像顯示器顯示的圖像信號(hào)經(jīng)第四光學(xué)元 件反射后形成倒立實(shí)像，第一光學(xué)元件對(duì)倒立實(shí)像處理后形成第一虛像和第二虛像。
[0009] 其中，第一光學(xué)元件包括：
[0010] 正彎月形凸透鏡和設(shè)置于正彎月形凸透鏡凹面上的半透半反膜。
[0011] 其中，第一光學(xué)元件包括:第一凸透鏡，以及具備半透半反功能的凹面鏡;其中，凹 面鏡位于第一凸透鏡與圖像顯示器之間。
[0012] 其中，第一光學(xué)元件包括:第一平凸透鏡、第二平凸透鏡，和第一平凸透鏡和第二 平凸透鏡之間填充的半透半反層。
[0013] 其中，第一光學(xué)元件包括:一半透半反鏡，以及設(shè)置于半透半反鏡兩側(cè)的第二凸透 鏡和第三凸透鏡。
[0014] 其中，第二光學(xué)元件包括第一半透半反鏡，第一半透半反鏡將經(jīng)第一光學(xué)元件反 射形成的第一虛像反射至佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的視線前方形成第三虛像。
[0015] 其中，第三光學(xué)元件包括第二半透半反鏡和平面鏡;其中，平面鏡將經(jīng)第一光學(xué)元 件透射形成的第二虛像反射，形成第四虛像，第二半透半反鏡將第四虛像反射入佩戴者的 另一只眼中，并在佩戴者的視線前方形成第五虛像。
[0016] 其中，通光區(qū)域包括相互連通且呈一定角度的第一通光區(qū)域和第二通光區(qū)域；其 中，在第一通光區(qū)域和第二通光區(qū)域的連接處設(shè)置有第四光學(xué)元件，第四光學(xué)元件包括全 反射的第一凹面鏡，圖像顯示器位于第一通光區(qū)域內(nèi)，第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件和第三 光學(xué)元件均位于第二通光區(qū)域內(nèi)；圖像顯示器顯示的圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)第一凹面鏡的反射在第 二通光區(qū)域內(nèi)形成一倒立實(shí)像。
[0017] 其中，第一凹面鏡的成像公式為：
[0019] 式中，a表示第一凹面鏡與圖像顯示器之間的距離，b表示第一凹面鏡與倒立實(shí)像 之間的距離，fa表示第一凹面鏡的焦距；
[0020] 其中，圖像顯示器位于第一凹面鏡兩倍焦距處或兩倍焦距外。
[0021] 其中，第一光學(xué)元件反射成像公式為：
[0023]式中，c表示倒立實(shí)像與第一光學(xué)元件之間的距離，d表示第一虛像與第一光學(xué)元 件之間的距離，fb表示第一光學(xué)元件的反射焦距；
[0024]其中，倒立實(shí)像位于第一光學(xué)元件一倍焦距內(nèi)。
[0025]其中，第一光學(xué)元件折射成像公式為：
[0027]式中，c表示倒立實(shí)像與第一光學(xué)元件之間的距離，g表示倒立實(shí)像經(jīng)第一光學(xué)元 件折射后形成的第二虛像與第一光學(xué)元件之間的距離，f。表示第一光學(xué)元件的折射焦距； [0028]其中，第一虛像與第一光學(xué)元件之間的距離為第一距離，第一光學(xué)元件與第一半 透半反鏡之間的距離為第二距離，第二虛像與平面鏡之間的距離為第三距離，平面鏡與第 二半透半反鏡之間的距離為第四距離；第一距離和第二距離的和，與第三距離和第四距離 的和相等;且fb = fc。
[0029]本發(fā)明的實(shí)施例的有益效果是：
[0030]該頭戴式圖像顯示裝置通過(guò)具有半透半反功能的光學(xué)組件將圖像信號(hào)放大并分 別透射至佩戴者的雙眼，進(jìn)而在佩戴者的視線前方形成虛擬圖像，該頭戴式圖像顯示裝置 僅需要一個(gè)圖像顯示器件，制造成本低、輕薄便攜、深度可調(diào)，且能夠滿足透明度和視場(chǎng)角 的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1表示本發(fā)明的頭戴式圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2表示本發(fā)明的頭戴式圖像顯示裝置的實(shí)像成像原理示意圖；
[0033]圖3表示本發(fā)明的頭戴式圖像顯示裝置的右眼成像原理示意圖；
[0034]圖4表示本發(fā)明的頭戴式圖像顯示裝置的左眼成像原理示意圖；
[0035] 圖5表示本發(fā)明的第一光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0036] 圖6表示本發(fā)明的第一光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0037]圖7表示本發(fā)明的第一光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0038]圖8表示本發(fā)明的第一光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖四。
[0039] 其中圖中：1、通光區(qū)域，2、圖像顯示器，3、第一光學(xué)元件，4、第二光學(xué)元件，5、第三 光學(xué)元件，6、第四光學(xué)元件；
[0040] 30、正彎月形凸透鏡，31、半透半反膜，32、第一凸透鏡，33、凹面鏡，34、第一平凸透 鏡，35、第二平凸透鏡，36、半透半反層，37、半透半反鏡，38、第二凸透鏡，39、第三凸透鏡； [0041 ] 40、第一半透半反鏡；
[0042] 50、第二半透半反鏡，51、平面鏡；
[0043] 60、第一凹面鏡；
[0044] 101、第一虛像，102、第二虛像，103、第三虛像，104、第四虛像，105第五虛像，106、 倒立實(shí)像。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本發(fā)明 的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例 所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍 完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0046] 實(shí)施例
[0047]如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種頭戴式圖像顯示裝置，包括:通光區(qū)域1、 以及位于通光區(qū)域1內(nèi)的圖像顯示器2和具有半透半反功能的光學(xué)組件;其中，光學(xué)組件將 圖像顯示器2顯示的圖像信號(hào)分別投射入佩戴者的左眼和右眼，并在佩戴者的視線前方形 成虛擬圖像。其中，該頭戴式圖像顯示裝置的通光區(qū)域1可以是空心的自由空間，也可以是 實(shí)心的透明