用于将虚像投影在观察者视场中的系统技术方案

一种用于将虚像投影在观察者视场（ＦＯＶ）中的系统，包括一支撑部件（５０），一透明元件（３０），被安装在该支撑部件（５０）上，适于放在观察者眼睛的前面，该透明元件（３０）包括第一面（３０ａ，３０ｂ）和第二面（３０ａ，３０ｂ）；图像显示装置（１０）和投影及聚焦装置（２０），图像显示装置（１０）适于形成附加的图像，投影及聚焦装置（２０）用于按一定方式投影此附加的图像，以将其呈现为被叠加在外部世界图像上。该显示装置包括配置在透明元件（３０）两面（３０ａ，３０ｂ）之一上的发光装置（１０）；该投影及聚焦装置包括与对应发光装置（１０）相关联且被配置在另一面（３０ａ，３０ｂ）上的光学元件（２０）。每个光学元件（２０）产生与之相关联的发光装置（１０）的虚像。这些发光装置（１０）的虚像其中在一起形成附加图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来将权项1前序中限定类型的虚像投影在观察者视场中的系统。
技术介绍
有各种各样用来投影虚像的已知系统存在，其被用在可由使用者佩戴的显示装置中，这在作为安置在头上的显示器或称HMD的领域中是已知的。其中的某些被称作通视显示器(a see-through display)，能使一虚像看上去被叠置在一客观世界的图像上。另外一些被称作非通视显示器，单独能使一虚像被看到。还有另外一些被称作环视(see-around)显示器(例如微型光学产品)，带有被插在使用者视场中的显示屏。一般说来，所有这些已知的系统基本上都由三个子系统构成产生实像的微显示器；将该实像聚焦在需要距离(通常为无限远)上的光学系统；以及用以将其投影在使用者视场中的光学系统。然而将这些子系统合并在例如眼镜型的单一可佩戴装置中，必须涉及复杂性、尺寸和重量的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用来投影虚像的系统，其具有类似已知装置的性能，但具有较小的尺寸和重量，而且具有最少的能量消耗。根据本专利技术此目的是通过一用于将虚像投影在观察者视场中的系统实现的，其具有权利要求书中所限定的特征。在本专利技术的系统中，对于传统微型显示器和相应图像投影系统的需要已被排除，因为用于产生图像、聚焦和投影的三个子系统，实际上被合并在例如像头盔的面盔(the visor of a helmet)、眼镜、与镜片接触的箔等的透明基板的表面上，从而显著减小其总体复杂性、重量和尺寸。本专利技术进一步的主题，在于包括本专利技术的投影系统并可由使用者佩戴的显示装置(或者HMD)。附图说明现在将参照附图描述本专利技术的优选但非局限性的实施方式，其中，图1为根据本专利技术的投影系统基本结构的示意图；图2a和2b表示根据本专利技术的投影系统的变型例；图3为根据本专利技术的投影系统的工作原理的示意图；图4a和4b为根据本专利技术的投影系统的进一步变型例；图5以示意性侧视立面图表示根据本专利技术的投影系统的进一步变型例；图6为图5所示变型例的正视图，以及图7为配备本专利技术的投影系统的一副眼镜的视图。具体实施例方式参见图1，根据本专利技术的投影系统的基本结构1，包括一源亦即发光器件10，和一微型光学元件20。前者例如为具有横向线性尺寸d的有机型发光器件如OLED或PLED，无机型发光器件如微型LED，量子点激光器(a quantum dot laser)，纳米结构的金属源，碳纳米管源，金属或聚合物的纳米丝源(nano-wire source)，或场致发射源；后者例如为透镜，反射镜或衍射光学元件(DOE)，其直径φ例如约为20至50微米。由发光器件10和微型光学元件20形成的该光学系统的光轴1，在图1中被表示为Z。根据用来将发光的象素投影到视网膜上的光学配置的类型，该光源被设置在靠近眼睛的内侧或者外侧，其将具备透射型(图2b)或者反射型(图2a)的性质。发光器件10和微型光学元件20，被安置在对于光为透明的基板30的各自相对的表面30a和30b上，该透明基板30例如具有2mm量级的厚度f。该透明基板30例如可为一头盔的面盔，一眼镜片，或在更通常的情况下为与镜片相接触的箔。基本结构1为由有规则样式(an orderly set)组成的子单元40，例如像图2和图4-7所示由许多这种基本结构1形成的矩阵，其中在透射型投影系统的情况下这些发光器件10被以有序方式设置在该透明基板的面30a上，而且对应的微型光学元件20被以相应的有序方式设置在该基板的另一面30b。基板30适于放在观察者至少一只眼(图3中被表示为E)的前方，距该眼的距离实际在25和50mm之间，且其两个面30a和30b之一朝向该眼，而其另一面则朝向相对观察者的观察方向在其前方延伸的外部世界部分。根据一可能存在的变型例，该透明基板30为一由透明材料制成的固体元件。根据另一种变型例，该透明基板30为一中空的元件，由一对透明材料制成的薄膜形成，其间介入该基板30的空腔。在这种情况下，该基板的两个面30a和30b，分别为这对薄膜或箔其中之一的一个面和另一的一个面。换一种方式，作为前述两种变型例的组合，该透明基板30为由透明材料制成的固体元件，其两个面上被施加以透明材料薄膜，发光器件10和微型光学器件20分别配置其上。微型光学器件20，优选通过已知的微加工和大量生产复制技术直接形成在基板30的面30b上面。发光器件10优选通过局部的就地生成技术(in situ productiontechnique)，或者换一种方式通过粘接技术，定位在基板30的面30a上，在任何情况下均定位在为该光源供给能量而作电气准备的表面上。根据本专利技术并如图2，4和5所示，配置在基板30的面30a上的矩阵40的光源10，一起向微型光学元件20发出一束光线LB。设置在所发出的光线的光路中的微型光学元件20中的每一个，均产生相应光源10的虚像(参见图3)，让此虚像处在无穷远距离，并使该光线射向观察者眼睛E的瞳孔P。实际上这是通过以下方式达到的，当光源10位于相应的微型光学元件20的焦点附近时，导致所发出光束准直而射向眼睛E。每一单独光源10所产生的像位于其周围光源10所产生的像的附近，而作为整体产生的虚像VI位于观察者的视场FOV内。为了简单和清楚起见，基板30在图2a和2b中被表示为具有平坦形状，矩阵40的子单元1的光轴Z被设置为相对于基板30所延伸的平面垂直。在图2a的实施例中，微型光学元件20被形成为反射镜，以致于发光器件10被配置其上的基板30的面30a朝向观察者的眼睛。在图2b的实施例中，微型光学元件20被形成为透镜或者通过折射或衍射进行工作的光学元件，以致于发光器件10被配置其上的基板30的面30a，朝向相对于观察者的观察方向在其前面延伸的外部世界部分。为了防止光源10发出的光不但落到相应的微型光学元件上，而且落在其相邻的微型光学元件上，由此而产生寄生的像，可以使用具有高准直发射的微型光源10，例如其总发散度δ小于10°。换一种方式，本专利技术的投影系统可被构成为具有“蝇眼”结构。按照这种变型例，矩阵40的每个子单元1被形成为一透明材料的管部，但是带有沿光轴Z延伸的不透明的侧壁，其中光源10被固定在一端，微型光学元件20形成在另一端。更一般地说，可以在发光器(emitter)和准直光学元件之间设置狭缝、孔阑或者光阑，以限制杂散光线的传播。图4a，4b和图5，表示用来将每个单独光源10的虚像投影到其在观察者视场FOV中的正确位置的三种可能存在的变型例。在图4a中，矩阵40的各个子单元1的光轴Z被定向为朝向观察者的眼睛。为了以平坦的基板30达到这种取向，各个光源10不再如图2a及2b所示相对垂直于基板30平面的光轴与相应的微型光学元件20对准，但是每个光源10关于相应的微型光学元件20，均相对于垂直基板30的对准轴横向移位。这种移位朝向观察者视场FOV的外围变得更大。此外，微型光学元件20被朝向垂直于基板30平面的光轴倾斜，而且这种倾斜随其从观察者视场FOV中心到外围的位置变化而变化。在图4b中，矩阵40的各个子单元1的光轴Z也是朝向观察者的眼睛定向的。与图4a的变型例不同，该图中光轴Z的取向是通过本专利技术的投影系统的子单元1设置其上的基板30的弯曲实现的。在图5的变形例中，基板30也是平的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将虚像投影在观察者视场（ＦＯＶ）中的系统，包括：一支撑部件（５０）；至少一个透明元件（３０），被安装在该支撑部件（５０）上面，适于放在观察者至少双眼之一前面，以便让图像从中透过，且该透明元件（３０）包括朝向观察者的第 一面（３０ａ，３０ｂ）和朝向外部世界的第二面（３０ａ，３０ｂ）；适于形成附加图像的图像显示装置（１０），以及投影和聚焦装置（２０），用来按一定方式对该附加图像进行投影，以便将其呈现为被叠加在聚焦于距观察一预定距离的外部世界的 图像上，其特征在于：该显示装置包括配置在透明元件（３０）的第一和第二面（３０ａ，３０ｂ）之一上面的许多发光的像素装置（１０），而且该投影和聚焦装置包括与相应的发光装置（１０）相关联的光学元件（２０），其被按一定方式设置在该透 明元件（３０）的第一和第二面（３０ａ，３０ｂ）中的另一面上，以使该光学元件（２０）中的每一个均能产生一与其相关联的发光装置（１０）的虚像，这些单独的发光装置（１０）的虚像集中在一起，在观察者的视场（ＦＯＶ）中形成附加的图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S贝尔纳，P雷佩托，P佩洛，N帕拉罗，D卡佩洛，N利皮拉，V兰贝蒂尼，M布里格诺内，
申请(专利权)人：CRF阿西安尼顾问公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]