[发明专利]一种头戴式图像显示装置

权利要求书

1.一种头戴式图像显示装置，其特征在于，包括：通光区域、以及位于所述通光区域内的图像显示器和具有半透半反功能的光学组件；其中，所述光学组件将所述图像显示器显示的图像信号分别投射入佩戴者的左眼和右眼，并在所述佩戴者的视线前方形成虚拟图像；所述光学组件包括：第一光学元件、第二光学元件和第三光学元件；其中，所述图像显示器显示的图像信号经所述第一光学元件处理后形成第一虚像和第二虚像，所述第二光学元件将所述第一虚像反射入佩戴者的一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第三虚像，所述第三光学元件对所述第二虚像处理后形成第四虚像，并将所述第四虚像反射入所述佩戴者的另一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第五虚像；其中，所述第三虚像和所述第五虚像重合；所述第一光学元件包括正弯月形凸透镜和设置于所述正弯月形凸透镜凹面上的半透半反膜；或者，所述第一光学元件包括：第一凸透镜，以及具备半透半反功能的凹面镜；其中，所述凹面镜位于所述第一凸透镜与所述图像显示器之间；或者，所述第一光学元件包括：第一平凸透镜、第二平凸透镜，以及在所述第一平凸透镜和所述第二平凸透镜之间填充的半透半反层；或者，所述第一光学元件包括：一半透半反镜，以及设置于所述半透半反镜两侧的第二凸透镜和第三凸透镜。

2.根据权利要求1所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述光学组件还包括第四光学元件，所述图像显示器显示的图像信号经所述第四光学元件反射后形成倒立实像，第一光学元件对所述倒立实像处理后形成第一虚像和第二虚像。

3.根据权利要求2所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第二光学元件包括第一半透半反镜，所述第一半透半反镜将经所述第一光学元件反射形成的第一虚像反射至佩戴者的一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第三虚像。

4.根据权利要求3所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第三光学元件包括第二半透半反镜和平面镜；其中，所述平面镜将经所述第一光学元件透射形成的第二虚像反射，形成第四虚像，所述第二半透半反镜将所述第四虚像反射入所述佩戴者的另一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第五虚像。

5.根据权利要求4所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述通光区域包括相互连通且呈一定角度的第一通光区域和第二通光区域；其中，在所述第一通光区域和所述第二通光区域的连接处设置有第四光学元件，所述第四光学元件包括全反射的第一凹面镜，所述图像显示器位于所述第一通光区域内，所述第一光学元件、所述第二光学元件和所述第三光学元件均位于所述第二通光区域内；所述图像显示器显示的图像信号经过所述第一凹面镜的反射在所述第二通光区域内形成一倒立实像。

6.根据权利要求5所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第一凹面镜的成像公式为：

$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}=\frac{1}{f_a}$

式中，a表示所述第一凹面镜与所述图像显示器之间的距离，b表示所述第一凹面镜与所述倒立实像之间的距离，f_a表示所述第一凹面镜的焦距；

其中，所述图像显示器位于所述第一凹面镜两倍焦距处或两倍焦距外。