[發明專利]一種創造自由空間光學反射表面的系統和方法

有效

• 申請號: 201180060662.2
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN103261945A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 格雷戈里·A·哈里森;大衛·艾倫·史密斯;加里·E·威斯
• 申請（專利權）人: 洛克希德馬丁公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00;G02B17/06
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

1.一種基于計算機的設計一個自由空間光學反射表面的方法，適用于頭盔式顯示器中；其特征在于，所述方法用于制造一個供用戶肉眼在預設的空間位置能夠觀察到的一個虛擬圖像；所述方法包括采用一個或多個計算機設備來實現下述步驟：

（a）采用一系列顯示對象表示一個顯示表面；

（b）采用一系列表面元件表示所述自由空間光學反射表面；每個所述表面元件的特征為：（i）具有相關于所述顯示表面、一個標稱的用戶肉眼以及預設的所述虛擬圖像的一個空間位置的一個空間位置；（ii）一個法向量，以及（iii）一個曲率半徑；

（c）采用至少一個所述表面元件連接每個所述顯示對象，所述表面元件的方向為在使用所述頭盔式顯示器時位于一個預設的空間位置的顯示對象的虛擬圖像能夠顯示在一個標稱的用戶肉眼的方向，每個所述表面元件只通過一個所述顯示對象連接；

（d）對于每個所述表面元件：

定義所述表面元件的一個初始空間位置；

（ii）采用所述表面元件的所述初始空間位置計算所述表面元件的所述法向量的初始方向，所述表面元件連接至的所述顯示對象的位置，以及一個標稱的用戶眼睛（15）的旋轉中心（17）的位置，以使從所述顯示對象發出并在所述表面元件上反射的光線通過所述旋轉中心；以及

（iii）計算使所述顯示對象的所述虛擬圖像位于預選的空間位置的所述表面元件的一個初始曲率半徑；以及

（e）對于每個所述表面元件，計算所述表面元件的一個最終空間位置，所述表面元件的所述法向量的一個最終方向，所述表面元件的一個最終曲率半徑，以及迭代調整一系列所述表面元件的空間位置直到出現滿足預先設定的標準的誤差函數。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（e）中，對于至少一個第一表面元件進行的所述迭代調整基于所述曲率半徑的至少一部分，以及至少一個第二表面元件的所述法向量，所述第一表面元件是最接近所述第二表面元件的一個所述表面元件。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，對所述第一表面元件進行的所述迭代調整基于對所述表面元件的空間位置的偏差計算；所述表面元件的所述空間位置位于一個球形中；所述球形的半徑等于所述第二表面元件的曲率半徑；所述球形的圓心位于所述第二表面元件的所述法向量上。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述迭代調整包括的內容少于整個所述偏差計算。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對于一系列所述第一表面元件進行的所述迭代調整基于至少一部分所述曲率半徑以及至少一個所述第二表面元件的所述法向量，一系列所述第一表面元件中的每個所述第一表面元件作為最接近所述第二表面元件的所述表面元件。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，一系列的所述第一表面元件包括所有最接近于所述第二表面元件的所述表面元件。

7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，對于所述第一表面元件的所述空間位置的所述迭代調整基于對所述表面元件的所述空間位置進行偏差計算；所述空間位置位于一個球形上；所述球形的半徑等于所述第二表面元件的所述曲率半徑；所述球形的圓心位于所述第二表面元件的所述法向量上。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述迭代調整包含的內容少于整個所述偏差計算。

9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述誤差函數基于所述偏差計算。

10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述誤差函數基于對所述偏差計算的絕對值的求和結果。

11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述預先設定的標準為數值化的所述絕對值的求和結果。

12.如權利要求5所述的方法，其特征在于，對所述第一表面元件的所述空間位置進行的所述迭代調整是加權的，以使對于至少一個所述第一表面元件進行的所述迭代調整大于或小于非加權的迭代調整。

13.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二表面元件是一個邊緣表面元件或一個角落表面元件；對于至少一個所述第一表面元件進行的迭代調整是加權的，以使對于至少一個所述第一表面元件進行的所述迭代調整大于或小于非加權的迭代調整。