一种虚像显示器的光合成器结构制造技术

本发明专利技术涉及虚像应用技术领域，具体公开了一种虚像显示器的光合成器结构，包括：由一透光的基板及补偿片，基板和补偿片均具有一厚侧及薄侧，且在板面上形成球面曲率，且基板以厚侧对合于补偿片的薄侧，基板的薄侧对合于补偿片的厚侧，并使基板以凸面贴置于补偿片的凹面处；基板及补偿片间留有间隙以构成一光合成器结构；当本发明专利技术由虚像显示器的影像投射系统将影像的光线投射出来时，在基板的球形凸面及补偿片凹面，即在基板及补偿片各自邻接间隙的接合面形成反射，经由光学系统之反射角度设计，使光线射至使用人的可视范围内，并透过基板和补偿片接合处的曲面放大效果在另端形成虚像。

An optical synthesizer structure for virtual display

The invention relates to the field of virtual image application technology, and discloses a photosynthesizer structure of virtual image display in detail, which comprises a transparent substrate and a compensating sheet, both of which have a thick side and a thin side, and form a spherical curvature on the surface of the plate, and the substrate is paired with a thick side to the thin side of the compensating sheet, and the thin side of the substrate is paired with a thick side to the thin side of the compensating sheet. A photosynthesizer structure is formed by placing the substrate on the concave surface of the compensating sheet with a convex surface, leaving a gap between the substrate and the compensating sheet, and when the image ray of the image is projected out by the image projection system of the virtual image display, the spherical convex surface of the substrate and the concave surface of the compensating sheet, that is, the substrate and the compensating sheet are placed on the concave surface. The joint surfaces of the adjacent clearances of the compensation sheets form reflections, which are designed by the reflection angle of the optical system so that the light can be illuminated into the visible range of the user, and the virtual image is formed at the other end through the curved surface at the junction of the substrate and the compensation sheet.

【技术实现步骤摘要】
一种虚像显示器的光合成器结构
本专利技术涉及虚像应用
，具体公开了一种虚像显示器的光合成器结构。
技术介绍
现有技术的虚像系统应用如：抬头显示器(HeadUpDisplay，以下简称为HUD)、扩充实境(AugmentedReality,简称AR)等虚像系统，近年来逐渐被广泛应用；光合成器是虚像光学系统的重要零组件，该组件是一部分反射、部分透明的元件，使用者可透过光合成器看到前方实景，同时也可看到前方经过反射的虚像；本专利技术以车用抬头显示器(HUD)为例，详细说明现有技术与本专利技术之间的结构差异及优劣点。抬头显示器(简称为HUD)是由一影像投射系统及一光合成器组成的，使用时驾驶人可经过光合成器同时观看前方景物和由该装置投射的虚像信息，从而不必低头察看下方的仪表板以增加行车安全；而现有技术的光合成器的
技术实现思路
，如图7所示，是使用一同等厚度的曲面板体70作为虚像显示器的光合成器；该曲面板体70为透光材质，且厚度均匀，因此光线穿过时不会偏移，故可透过该曲面板体70看清前方实景，不会产生变形现象；同时为了让使用人看清楚反射的影像，现有技术在曲面板体70的前方曲面71上镀一可部分反射、部分穿透的半反射膜710，并在后方曲面72上镀一抗反射膜720(Anti-reflectioncoating简称ARcoating)，如此可借助该半反射膜710较高的反射率(一般反射率规格设在10%至30%之间)，看清反射的成像712；并借助抗反射膜720功能，压抑由后方曲面72反射所产生的杂讯影像722，用此方法解决该曲面板体70因前方曲面71及后方曲面72反射产生的双重影像(Doubleimage，以下简称重影)问题；又因这种现有技术结构在该曲面板体70的前方曲面71、后方曲面72均需要镀膜，且光学镀膜采用真空蒸镀技术，生产耗时且设备昂贵，导致成本增加，这是现有技术的缺点。此外，现有技术的虚像显示器为一非对称的离轴光学系统(Off-axisopticalsystem)，当影像投射系统30的光线B射出时，透过该曲面板体70前方曲面71的单一曲面的反射光711建构成像712(而后方曲面72的反射光721则在另一侧形成无用的杂讯影像722，即重影)；因此成像品质的优劣完全取决于光合成器70之反射面71所造成的像差(Aberration)。如图7所示，该系统上下不对称，导致光程(Opticalpath)不同(例如图7中长度L1、L2不同)，因此像差非常大；若仅以球面(SphericalSurface)制成光合成器的反射面，不足以有效降低像差，因此仅能用于较窄视角(FieldOfView，简称FOV)与成像距离L较短(小于2米的虚像光学系统设计)。而要达到抬头显示器的实用规格(实用规格为水平FOV>4˚，成像距离L>2米)，该反射曲面71必须使用非球面(AsphericSurface)或自由曲面(FreeformSurface)才能有效将像差控制在可容许范围内。然而，不论非球面或自由曲面的光合成器，制作都非常困难，且难以测试，不利于量产品质管理，以致价格甚高；是现有技术的另一缺点。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种虚像显示器的光合成器结构。为实现上述目的，本专利技术采用如下方案。一种虚像显示器的光合成器结构，包括：一基板，为一由透明材质制成的板体，所述基板的两相对边分别形成为厚侧和薄侧，且基板在板面上形成球面曲率，从而在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；一补偿片，为一位置相对于基板的透明板体，并分别在两相对边分别形成为厚侧及薄侧，所述补偿片的板面形成为球面曲率，从而在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；其中，补偿片凹面的曲率半径与所述基板之凸面的曲率半径相等；所述基板以厚侧对合于补偿片的薄侧，以基板的薄侧对合于补偿片的厚侧，并使基板以凸面贴置于补偿片的凹面处，且在基板及补偿片间留有一均匀间隙。进一步地，所述基板与补偿片材质的光学折射率相同。进一步地，所述基板与补偿片相邻的间隙小于50微米。进一步地，所述基板与补偿片的间隙处的基板球形凸面或补偿片球形凹面设有半反射膜。进一步地，所述基板与补偿片的间隙填设有胶。进一步地，所述半反射膜的反射率介于20%与40%间。进一步地，所述基板凹面与所述补偿片凸面的曲率半径相等。进一步地，所述基板凹面与所述补偿片凸面的曲率半径的关系为凸面的曲率半径等于凹面的曲率半径与光合成器的中心厚度之和。进一步地，所述基板与补偿片所有球面的曲率半径均相等本专利技术的有益效果：通过将光合成器的反射面设计成厚度上下不一的不对称结构，来补正非对称离轴光学系统的光程，使像差降至可容许范围内，因此本专利技术的球面结构,其消除像差能力不亚于复杂的非球面与自由曲面，可用于宽视角与成像距离较远的虚像光学系统设计，而且可让无用的杂讯影像反射至人眼可视范围之外，不用依靠镀膜即能解决重影问题，制造方便，品质容易控制，节省制造加工的时间和成本。附图说明图1为本专利技术实施例的结构外观示意图。图2为本专利技术结构的一方向的分解示意图。图3为本专利技术结构的另一方向的分解示意图。图4为本专利技术实施例的使用示意图。图5为本专利技术另一结构示意图。图6为本专利技术使用时正常影像及重影的情景示意图。图7为现有技术与本专利技术同类虚像显示器的光合成器示意图。图8为现有技术使用正常影像和杂讯影像的示意图。70曲面板体71曲面711反射光710半反射膜712成像72曲面720抗反射膜721反射光722杂讯影像B光线L成像距离L1长度L2长度10基板11厚侧12薄侧13凹面131反射光线14凸面141反射光线20补偿片21厚侧22薄侧23凹面231反射光线24凸面241反射光线30影像投射系统50人眼51可视范围52像点53杂讯影像60间隙A入射光线C光线d成像距离t厚度r13曲率半径r24曲率半径。具体实施方式本专利技术可以用下列的方式来达成：设有一基板，为一透明材质制成的板体，基板两相对边分别形成为厚侧及薄侧，且基板在板面上形成球面曲率，因此在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；再设一补偿片，是一位置相对于基板的透明板体，并分别在两相对边分别形成厚侧和薄侧，该补偿片的板面形成球面曲率，因此在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面，其中该补偿片凹面的曲率半径与所述基板之凸面的曲率半径相等；所述基板以厚侧对合于补偿片的薄侧，基板的薄侧对合于补偿片的厚侧，并使基板以凸面贴置于补偿片的凹面处，而在基板和补偿片间留有一均匀间隙；当本专利技术虚像显示器的影像投射系统将影像的光线投射出来时，在基板的球形凸面和补偿片凹面处，即在基板和补偿片各自邻接间隙的接合面形成反射，经由光学系统反射角度设计，使光线射至使用人的可视范围(Eye-box)内，并透过基板及补偿片接合处的曲面放大效果，在另端形成虚像，以供使用人查看各项影像资讯；另外，对于透过光合成器观看前方实景而言，因补偿片设于基板的后方。当形状与曲率均与基板相同时，光线穿出基板及补偿片时如同穿过等厚的玻璃一般，不会产生变形，使得使用人可以看到前方清晰的实景。经由上述方法,可设计出一种制作容易、便于品质管理，且价格低廉的光合成器，使用者可以透过光合成器，向外看前方景物，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚像显示器的光合成器结构,其特征在于，包括：一基板，为一由透明材质制成的板体，所述基板的两相对边分别形成为厚侧和薄侧，且基板在板面上形成球面曲率，从而在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；一补偿片，为一位置相对于基板的透明板体，并分别在两相对边分别形成为厚侧及薄侧，所述补偿片的板面形成为球面曲率，从而在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；其中，补偿片凹面的曲率半径与所述基板之凸面的曲率半径相等；所述基板以厚侧对合于补偿片的薄侧，以基板的薄侧对合于补偿片的厚侧，并使基板以凸面贴置于补偿片的凹面处，且在基板及补偿片间留有一均匀间隙。

【技术特征摘要】
1.一种虚像显示器的光合成器结构,其特征在于，包括：一基板，为一由透明材质制成的板体，所述基板的两相对边分别形成为厚侧和薄侧，且基板在板面上形成球面曲率，从而在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；一补偿片，为一位置相对于基板的透明板体，并分别在两相对边分别形成为厚侧及薄侧，所述补偿片的板面形成为球面曲率，从而在一侧形成球形的凹面，另一侧形成球形的凸面；其中，补偿片凹面的曲率半径与所述基板之凸面的曲率半径相等；所述基板以厚侧对合于补偿片的薄侧，以基板的薄侧对合于补偿片的厚侧，并使基板以凸面贴置于补偿片的凹面处，且在基板及补偿片间留有一均匀间隙。2.根据权利要求1所述的一种虚像显示器的光合成器结构,所述基板与补偿片材质的光学折射率相同。3.根据权利要求1所述的一种虚像显示器的光合成器结构,...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕和，
申请(专利权)人：东莞广辰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44