[发明专利]一种头戴式图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种头戴式图像显示装置。

背景技术

随着科学技术的发展，头戴式显示装置的应用越来越广泛。在应用于增强现实显示技术中时，需要头戴式显示装置具有较高的透明度和较大的视场角，并且不对外界进入人眼的光线产生偏折。

现有技术中的头戴式显示装置，例如采用全息光栅和光波导的技术设计的头戴式显示装置，制作工艺复杂、成本高、存在色散，且视场角较小；采用的Wave guides with micro reflector技术实现透视效果显示器，制作难度大、成本高、视场有限；采用基于微透镜阵列的集成显示技术制作的智能眼镜分辨率低、像差大、不具有透视功能；利用双投影设备+双凹面镜结构实现透视效果的智能眼镜，成像面的位置固定、不具备调焦的功能，且成本较高、设备较厚重。

综上，如何控制成本加工制造透明度和视场角均满足需求的头戴式显示装置是增强现实显示技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种头戴式图像显示装置，解决了现有技术中头戴式显示装置制造成本高，且视场角较小的问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种头戴式图像显示装置，包括：通光区域、以及位于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，光学组件将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，并在佩戴者的视线前方形成虚拟图像。

其中，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，图像显示器显示的图像信号经第一光学元件处理后形成第一虚像和第二虚像，第二光学元件将第一虚像反射入佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第三虚像，第三光学元件对第二虚像处理后形成第四虚像，并将第四虚像反射入佩戴者的另一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第五虚像；其中，第三虚像和第五虚像重合。

其中，光学组件还包括第四光学元件，图像显示器显示的图像信号经第四光学元件反射后形成倒立实像，第一光学元件对倒立实像处理后形成第一虚像和第二虚像。

其中，第一光学元件包括：

正弯月形凸透镜和设置于正弯月形凸透镜凹面上的半透半反膜。

其中，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，凹面镜位于第一凸透镜与图像显示器之间。

其中，第一光学元件包括：第一平凸透镜、第二平凸透镜，和第一平凸透镜和第二平凸透镜之间填充的半透半反层。

其中，第一光学元件包括：一半透半反镜，以及设置于半透半反镜两侧的第二凸透镜和第三凸透镜。

其中，第二光学元件包括第一半透半反镜，第一半透半反镜将经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，并在佩戴者的视线前方形成第三虚像。

其中，第三光学元件包括第二半透半反镜和平面镜；其中，平面镜将经第一光学元件透射形成的第二虚像反射，形成第四虚像，第二半透半反镜将第四虚像反射入佩戴者的另一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第五虚像。

其中，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，在第一通光区域和第二通光区域的连接处设置有第四光学元件，第四光学元件包括全反射的第一凹面镜，图像显示器位于第一通光区域内，第一光学元件、第二光学元件和第三光学元件均位于第二通光区域内；图像显示器显示的图像信号经过第一凹面镜的反射在第二通光区域内形成一倒立实像。

其中，第一凹面镜的成像公式为：

式中，a表示第一凹面镜与图像显示器之间的距离，b表示第一凹面镜与倒立实像之间的距离，f_a表示第一凹面镜的焦距；

其中，图像显示器位于第一凹面镜两倍焦距处或两倍焦距外。

其中，第一光学元件反射成像公式为：

式中，c表示倒立实像与第一光学元件之间的距离，d表示第一虚像与第一光学元件之间的距离，f_b表示第一光学元件的反射焦距；

其中，倒立实像位于第一光学元件一倍焦距内。

其中，第一光学元件折射成像公式为：

式中，c表示倒立实像与第一光学元件之间的距离，g表示倒立实像经第一光学元件折射后形成的第二虚像与第一光学元件之间的距离，f_c表示第一光学元件的折射焦距；