[發明專利]一種單像源雙目近眼顯示裝置

有效

• 申請號: 201610098482.8
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105572879B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 程德文
• 申請（專利權）人: 蘇州耐德佳天成光電科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫

技術領域

本發明涉及一種自由曲面棱鏡，具體地說，尤其涉及一種適用于單像源近眼顯示裝置的自由曲面棱鏡、以及使用它的單像源近眼顯示裝置，該單像源近眼顯示裝置只需一個高PPI的小型圖像顯示元件即可實現良好的雙目視覺特性，有效的降低了近眼顯示裝置的成本。

背景技術

消費電子產品在近年來得到了蓬勃的發展，在智能手機之后，消費者已普遍地知道虛擬現實(virtual reality)和增強(augmented reality)的概念，并追逐相關的各種產品作為體驗新技術的嘗試，諸如Microsoft、FACEBOOK、GOOGLE等公司均推出了概念性的產品，在這些產品中，大多使用了單獨針對某只人眼的顯示元件，或者分立于左右眼目視光學系統上的兩個中小型顯示元件，即使這兩個中小型顯示元件可以集成在一體化形成，比如Oculus與Samsung合作的gear VR設備，但無可避免的依然需要使用植入整體較大面積顯示器(如手機屏幕)，相對于近眼顯示裝置需要的高PPI分辨率顯示元件的需求而言，這樣的設置顯然不夠經濟，極大的影響了近眼顯示裝置的制造成本，也無法在輕薄的光學系統下實現良好的雙目視覺特性。

為了減少使用占據成本中高比例的顯示元件，一些設計提出了基于分光鏡的方式，將來自顯示元件的光經由諸如半反半透的分光鏡分成兩束而進入左右眼的目視系統，但上述方式的弊端顯而易見，由于分光鏡的引入，光學系統的體積無法變得更薄，光損失也變大，并不利于設備的輕薄化，影響近眼顯示裝置的使用體驗。

發明內容

本發明旨在提供一種單像源雙目近眼顯示裝置，其基于自由曲面棱鏡實現，在僅使用單一微型顯示元件的情況下，通過有效光學面和反射元件的位置配合，能夠實現良好的雙目視覺體驗，并具有超薄的體積，可以作為夾片型的外設附著于主體框架或者普通校正眼鏡存在。

根據本發明的一種單像源雙目近眼顯示裝置，包括：一微型顯示元件；第一自由曲面棱鏡和第二自由曲面棱鏡；用于將所述微型顯示元件發出的光反射至位于左側的第一自由曲面棱鏡的第一反射鏡，用于將所述微型顯示元件發出的光反射至位于右側的第二自由曲面棱鏡的第二反射鏡，所述微型顯示元件位于第一和第二自由曲 面棱鏡的中線上，顯示面垂直于所述中線設置，與所述第一和第二反射鏡相對，且與出瞳相平行；所述第一和第二反射鏡的反射面下邊緣位置不凸出于所述第一和第二自由曲面棱鏡的下邊緣位置。

作為一種具體實施的方式，所述第一反射鏡包括第三自由曲面棱鏡，所述第二反射鏡包括第四自由曲面棱鏡；所述第三和第四自由曲面棱鏡至少包括一個非球面面型的自由表面，且所述第三和第四自由曲面棱鏡的位置關于所述中線對稱。

其中，所述第三和第四自由曲面棱鏡可以形成為一整體；第三和第四自由曲面棱鏡的光入射面相對于微型顯示元件設置，并分別向所述中線方向內傾斜。

優選的，第一至第四自由曲面棱鏡中的每一個至少包括三個光學面，其中兩個光學面的光焦度與另外一個光學面不同。

作為一種變形，第一和第二反射鏡為一對關于所述中線呈對稱分布的球面反射鏡，一對球面反射鏡為分立設置或合為一體設置。

根據本發明的自由曲面棱鏡，具有輕薄易安裝的優勢，并且在反射元件的位置配合下，能夠不擴大整個光學系統的尺寸而將作為單一像源的微型顯示元件發出的光合理分配到左右兩個自由曲面棱鏡，提高光能利用率，減輕裝置的重量和體積，從而提高了近眼顯示設備的實用性和舒適度，降低了實現VR、AR等各種近眼顯示裝置的成本。

附圖說明

圖1為根據本發明第一實施例的近眼顯示裝置的光路圖

圖2為根據本發明第二實施例的近眼顯示裝置的光路圖

圖3為根據本發明一種變形例的近眼顯示裝置的光路圖

圖4為根據本發明的近眼顯示裝置電連接外設裝置后的系統框圖

具體實施方式

以下內容將參考附圖和自由曲面棱鏡的結構等來詳細討論具體實施本發明的實際示例。本發明可以以許多不同的形式實現且不應解釋為限于這里所闡述的各實施例。而是，提供這些實施例使得本公開充分和完整，且向那些本領域的技術人員全面地傳達本發明的構思。另外，各個實施例中的特征也可以按照下述實施例之外的方式組合，組合后的技術方案仍落在本申請的范圍之內。

第一實施例