[發明專利]場曲型虛像顯示系統

有效

• 申請號: 201610956540.6
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106896496B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 洪維毅
• 申請（專利權）人: 洪維毅
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/01
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 張晶;郭佩蘭

一種場曲型虛像顯示系統，且該場曲型虛像顯示系統適用于一投影鏡組，該場曲型虛像顯示系統包含：一影像源，位于該投影鏡組的一物平面的部分區域；一第一成像群組，具有一前群鏡組與一后群鏡組；以及一第二成像群組，具有一部分反射部分透射面以及一抗反射面，在系統中作為一影像結合器使用；其中，物平面與第一成像群組共軸于系統的一第一光軸；第二成像群組共軸于系統的一第二光軸；物平面透過第一成像群組與第二成像群組形成具有特定場曲型態的一虛像面；影像源位于物平面的部份區域，使虛像面僅有部分區域可被顯示；影像源所在的部份區域中心與物平面中心具有一物偏移量，使虛像面的可顯示的區域與虛像面中心同時產生一像偏移量。

技術領域

本發明屬于一種虛像顯示裝置，特別關于一種擴增實境型可穿戴式的場曲型虛像顯示系統。

背景技術

虛像投影是指將一影像源透過光學系統成像，使其成為具有投射距離和放大倍率的虛像，當影像源的光線入射于折射型或反射型光學系統而造成光線發散時可產生虛像，其所在的位置并無光束的實際匯聚故無法以屏幕承接到一真實的像，虛像系統的出瞳面與觀察者的瞳孔重合時可使觀察者看到完整的虛像，此時目鏡與瞳孔之間存在一距離為適眼距。

折射型虛像光學系統多采用放大鏡、顯微鏡或望遠鏡等裝置，因其用途屬于觀察特定目標，使用時無需同時對眼睛前方的外界環境進行觀察；也可不考慮人體穿戴需求，故眼睛前方光學組件的數量、體積及重量等并非設計時要考慮的主要因素。

反射型虛像光學系統因為可以利用反射元件使虛像位置與光學系統光軸間產生轉折，故可使光學系統大部分的元件從眼睛正前方轉移至其他位置，對于穿戴式應用而言可使光學系統的重心較接近頭部而降低力矩，同時也達到美觀的目的；反射元件本身可被制造成具有光線部分反射部分透射特性，使穿戴者可通過反射光觀察到來自影像源的虛像，同時從透射光觀察到外界環境，此類元件用在反射型虛像光學系統稱為影像結合器(Combiner)。

反射型虛像光學系統可分為軸上式與離軸式，其中軸上式光學系統的常見類型，以影像結合器的類型做區分，以波導(Waveguide,參見U.S.Pub.No.2007/0091445)、偏振光束分光器(Polarization beam splitter,參見U.S.Pat.No.7,369,317)以及半反半穿鏡(Half mirror,參見U.S.Pat.No.5,822,127)等為常見；采用軸上式反射型虛像光學系統的設計，為使虛像看起來位于使用者正前方，在偏振光束分光器以及半反半穿鏡的架構必須裝置具有傾斜45°的平面反射面在人眼前方作為影像結合器的一部分，如此將使影像結合器產生相當厚度，且厚度會隨著系統視場角設計值的增加而遞增。

離軸式光學系統依影像結合器的類型可區分為全像光學元件(Holographicoptical element,U.S.Pat.No.5,305,124)和一般光學元件(Opticalelement)。而本發明屬于采用一般光學元件作為影像結合器的反射型離軸式虛像顯示系統。

圖1A表示一反射型離軸式虛像投影系統1000，該系統適用于投影鏡組100，影像源101前方的光學鏡組作為第一成像群組103；以具有凹面曲率的部分反射部分透射鏡作為第二成像群組106，同時也作為影像結合器使用。操作上影像源101透過第一成像群組103成像一實像105于第二成像群組106的焦距內使系統1000產生虛像面108以及出瞳110；上述兩群組不共軸，用以使入射第二成像群組106的中心的主光線113與從第二成像群組106反射的反射主光線113’兩者間具有足夠大的夾角，以期虛像能位于觀察者的正前方且觀察虛像的同時頭部組織不會與投影鏡組發生干涉。