一种头戴式图像显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种头戴式图像显示装置，包括：通光区域、位于通光区域内的图像显示器、开设有小孔阵列的第一半透半反镜、第一光学元件和第二光学元件；其中，图像显示器显示的图像信号经第一半透半反镜反射后形成第一4D光场，图像显示器显示的图像信号经第一半透半反镜的小孔阵列衍射后形成第二4D光场，第一4D光场经第一光学元件反射入佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第一立体虚像，第二4D光场经第二光学元件处理后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二立体虚像；其中，第一立体虚像和第二立体虚像重合。本发明专利技术的头戴式图像显示装置仅需要一个图像显示器件，制造成本低、轻薄便携，且能够实现立体投影显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及立体显示
，尤其涉及一种头戴式图像显示装置。
技术介绍
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Waveguideswithmicroreflector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
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术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。依据本专利技术的一个方面，提供了一种头戴式图像显示装置，包括：通光区域、位于通光区域内的图像显示器、开设有小孔阵列的第一半透半反镜、第一光学元件和第二光学元件；其中，图像显示器显示的图像信号经第一半透半反镜反射后形成第一4D光场，图像显示器显示的图像信号经第一半透半反镜的小孔阵列衍射后形成第二4D光场，第一4D光场经第一光学元件反射入佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第一立体虚像，第二4D光场经第二光学元件处理后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二立体虚像；其中，第一立体虚像和第二立体虚像重合。其中，该头戴式图像显示装置还包括第三光学元件，图像显示器显示的图像信号经第三光学元件反射后形成一倒立实像，第一半透半反镜对倒立实像处理后形成第一4D光场和第二4D光场。其中，第一光学元件包括第二半透半反镜，第二半透半反镜将经第一半透半反镜反射形成的第一4D光场反射至佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第一立体虚像。其中，第一光学元件包括第三半透半反镜和平面镜；其中，第一半透半反镜的小孔阵列衍射形成的第二4D光场经平面镜反射后，再经第三半透半反镜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二立体虚像。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三光学元件，第三光学元件包括全反射的凹面镜，图像显示器位于第一通光区域内，第一半透半反镜、第一光学元件和第二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凹面镜反射后在第二通光区域内形成一倒立实像。其中，凹面镜的成像公式为：1a+1b=1fa]]>式中，a表示凹面镜与图像显示器之间的距离，b表示凹面镜与倒立实像之间的距离，fa表示凹面镜的焦距；其中，图像显示器位于凹面镜两倍焦距处或两倍焦距外。本专利技术的实施例的有益效果是：本专利技术的头戴式图像显示装置的图像显示器显示的图像信号通过开设有小孔阵列的第一半透半反镜反射后形成第一4D光场，图像显示器显示的图像信号经第一半透半反镜的小孔阵列衍射后形成第二4D光场，并分别投射至佩戴者的双眼中，以在佩戴者的视线前方形成放大的立体虚像，该装置仅需要一个图像显示器件，制造成本低、轻薄便携，且能够实现立体投影显示。附图说明图1表示本专利技术的头戴式图像显示装置的结构示意图；图2表示本专利技术的头戴式图像显示装置的成像原理示意图；图3表示本专利技术的头戴式图像显示装置的右眼成像原理示意图；图4表示本专利技术的头戴式图像显示装置的左眼成像原理示意图。其中图中：1、通光区域，2、图像显示器，3、第一半透半反镜，4、第一光学元件，5、第二光学元件，6、第三光学元件；31、小孔阵列；41、第二半透半反镜；51、第三半透半反镜，52、平面镜；61、凹面镜；101、第一立体虚像，102、第二立体虚像；201、第一4D光场，202、第二4D光场。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。实施例如图1至图4所示，本专利技术的实施例提供了一种头戴式图像显示装置，包括：通光区域1、以及位于通光区域1内的图像显示器2、开设有小孔阵列的第一半透半反镜3、第一光学元件4和第二光学元件5；其中，图像显示器2显示的图像信号经第一半透半反镜3反射后形成第一4D光场201，图像显示器2显示的图像信号经第一半透半反镜3的小孔阵列31衍射后形成第二4D光场202，第一光学元件4将第一4D光场201反射入佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第一立体虚像101，第二光学元件5对第二4D光场202处理后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二立体虚像102；其中，第一立体虚像101和第二立体虚像102完全重合。其中，图像显示器2显示的图像信号分别经过开设有小孔阵列的第一半透半反镜3、第一光学元件4和第二光学元件5后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的立体图像。其中，该头戴式图像显示装置的通光区域1可以是空心的自由空间，也可以是实心的透明材料，可以做到非常轻薄。当然，如果将其应用于非透视效果的VR显示领域，可以对通光区域1的外侧表面做不透明处理，以达到最佳的沉浸感体验。图像显示器2为微型显示屏幕，主要用于投放和显示图像或视频信息，例如微型投影仪、激光、LED屏、DMD等显示装置。该头戴式图像显示装置的图像显示器显示的图像信号通过开设有小孔阵列的第一半透半反镜反射后形成第一4D光场，图像显示器显示的图像信号经第一半透半反镜的小孔阵列衍射后形成第二4D光场，并分别投射至佩戴者的双眼中，以在佩戴者的视线前方形成放大的立体虚像，该装置仅需要一个图像显示器件，制造成本低、轻薄便携，且能够实现立体投影显示。其中，第一半透半反镜3上设置有二维方向的小孔阵列31，小孔阵列31的每个小孔对应于图像显示器2的每个像素点。进一步地，如图1至图4所示，光学组件还包括第三光学元件6，图像显示器2显示的图像信号经第三光学元件6反射后形成倒立实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种头戴式图像显示装置，其特征在于，包括：通光区域、位于所述通光区域内的图像显示器、开设有小孔阵列的第一半透半反镜、第一光学元件和第二光学元件；其中，所述图像显示器显示的图像信号经所述第一半透半反镜反射后形成第一4D光场，所述图像显示器显示的图像信号经所述第一半透半反镜的小孔阵列衍射后形成第二4D光场，所述第一4D光场经所述第一光学元件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一立体虚像，所述第二4D光场经所述第二光学元件处理后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二立体虚像；其中，所述第一立体虚像和所述第二立体虚像重合。

【技术特征摘要】
1.一种头戴式图像显示装置，其特征在于，包括：通光区域、位于所述
通光区域内的图像显示器、开设有小孔阵列的第一半透半反镜、第一光学元件
和第二光学元件；其中，所述图像显示器显示的图像信号经所述第一半透半反
镜反射后形成第一4D光场，所述图像显示器显示的图像信号经所述第一半透
半反镜的小孔阵列衍射后形成第二4D光场，所述第一4D光场经所述第一光
学元件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一立体虚
像，所述第二4D光场经所述第二光学元件处理后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二立体虚像；其中，所述第一立体虚
像和所述第二立体虚像重合。
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，所述头戴
式图像显示装置还包括第三光学元件，所述图像显示器显示的图像信号经所述
第三光学元件反射后形成一倒立实像，所述第一半透半反镜对所述倒立实像处
理后形成第一4D光场和第二4D光场。
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，所述第一
光学元件包括第二半透半反镜，所述第二半透半反镜将经所述第一半透半反镜
反射形成的第一4D光场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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵娟，
申请(专利权)人：深圳超多维光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44