[发明专利]一种单像源双目近眼显示装置

说明书

本发明涉及一种单像源双目近眼显示装置，其基于自由曲面棱镜实现，在仅使用单一微型显示元件的情况下，通过自由曲面棱镜和反射元件的位置配合，实现良好的双目视觉体验，并具有超薄的体积，可以作为夹片型的外设附着于主体框架或者普通校正眼镜存在，有效降低了近眼显示装置的成本，改善了用户体验，推动装置的普及化。

本申请是申请号为201610098428.8，申请日为2016年2月23日，发明名称为“一种单像源双目近眼显示装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种自由曲面棱镜，具体地说，尤其涉及一种适用于单像源近眼显示装置的自由曲面棱镜、以及使用它的单像源近眼显示装置，该单像源近眼显示装置只需一个高PPI的小型图像显示元件即可实现良好的双目视觉特性，有效的降低了近眼显示装置的成本。

背景技术

消费电子产品在近年来得到了蓬勃的发展，在智能手机之后，消费者已普遍地知道虚拟现实(virtual reality)和增强(augmented reality)的概念，并追逐相关的各种产品作为体验新技术的尝试，诸如Microsoft、FACEBOOK、GOOGLE等公司均推出了概念性的产品，在这些产品中，大多使用了单独针对某只人眼的显示元件，或者分立于左右眼目视光学系统上的两个中小型显示元件，即使这两个中小型显示元件可以集成在一体化形成，比如Oculus与Samsung合作的gear VR设备，但无可避免的依然需要使用植入整体较大面积显示器(如手机屏幕)，相对于近眼显示装置需要的高PPI分辨率显示元件的需求而言，这样的设置显然不够经济，极大的影响了近眼显示装置的制造成本，也无法在轻薄的光学系统下实现良好的双目视觉特性。

为了减少使用占据成本中高比例的显示元件，一些设计提出了基于分光镜的方式，将来自显示元件的光经由诸如半反半透的分光镜分成两束而进入左右眼的目视系统，但上述方式的弊端显而易见，由于分光镜的引入，光学系统的体积无法变得更薄，光损失也变大，并不利于设备的轻薄化，影响近眼显示装置的使用体验。

发明内容

本发明旨在提供一种单像源双目近眼显示装置，其基于自由曲面棱镜实现，在仅使用单一微型显示元件的情况下，通过有效光学面和反射元件的位置配合，能够实现良好的双目视觉体验，并具有超薄的体积，可以作为夹片型的外设附着于主体框架或者普通校正眼镜存在。

根据本发明的一种单像源双目近眼显示装置，包括：

一微型显示元件；

位于左侧的第一自由曲面棱镜和位于右侧的第二自由曲面棱镜，第一和第二自由曲面棱镜包括位于微型显示元件一侧的光学面(32L、32R)，所述光学面(32L、32R)接收面向第一球面反射镜和第二球面反射镜的光学面(33L、33R)入射的图像光，然后全反射至第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜面向人眼方向的光学面(31L、31R)，其对图像光再次全反射至所述光学面(32L、32R)，由所述光学面(32L、32R)反射至第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜面向人眼方向的光学面(31L、31R)出射；

用于接收所述微型显示元件发出的光并反射至第一自由曲面棱镜的位于左侧的第一球面反射镜，以及用于接收所述微型显示元件发出的光并反射至第二自由曲面棱镜的位于右侧的第二球面反射镜；

所述微型显示元件位于第一和第二自由曲面棱镜的中线上，显示面垂直于所述中线设置，与所述第一球面反射镜和第二球面反射镜相对，且与出瞳相平行；所述第一和第二球面反射镜的反射面下边缘位置不凸出于所述第一和第二自由曲面棱镜的下边缘位置，使整体光学部件的厚度由第一和第二自由曲面棱镜在垂直于微型显示元件方向上的厚度决定。

根据一种具体的实施方式，所述第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜相对于所述中线对称设置，其包括的自由曲面(33L)朝向所述球面反射镜。

所述第一和第二球面反射镜关于所述中线呈对称分布，分立设置或合为一体设置。