虚象显示装置及其显示方法制造方法及图纸

一种虚象显示系统，包括用以发射光的光源２０，至少一个可变形反射镜面阵装置２４以及至少一个用以产生每个可变形反射镜面阵装置２４的虚象的透镜２６。每个可变形面阵装置２４响应于输入信号而反射部分发射光以产生显示。反射光的象可以迅速改变或保持不动，由此可产生所需的活动的或静止的显示。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

Virtual display device and method thereof

A virtual display system includes a light source for emitting light of at least 20, a deformable mirror array device 24 and at least one 26 lens to produce each area array deformable mirror device of 24 images. Each deformable surface array device 24 reflects a portion of the emitted light in response to an input signal to produce a display. The image of the reflected light can be rapidly changed or remained motionless, thereby producing the desired active or static display.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及电子光学装置，尤其涉及一种虚象显示装置及其使用方法。固体技术方面的进展正在使包括计算机和计算器在内的各种电子装置的体积不断减小。然而，上述装置在体积上的减小迄今仍然受到与之相关的输出显示器的体积限制。大多数微型电子装置通常采用从两大类显示器其中一类所选出的输出显示器。在第一类中，显示器典型地包含适合于显示字母数字字符的一单行矩阵。这些矩阵典型地由发光二极管、液晶显示器或类似元件组成。七段显示器即属于这第一类显示器。另外，当需要整页显示时，可以从第二类显示器中选择一种。这类显示器典型地为相对较大的液晶平面屏幕装置或阳极射线管(CRT)。第一类显示器提供的信息很少，分辨率低，且不适合显示图表。如果采用液晶元件，这些显示器难以在较暗的环境光条件下观察。相反，如果采用发光二极管显示器，则这些显示器难以在较亮的环境光条件下观察。而且，这些显示器很不适合安装得使观察者不用中断其正常视线即能观察到显示。较大的整页平面屏幕显示器通常不具有特别高的分辨率，同样仅允许观察到有限的信息量，且常常难以在亮或暗的环境光条件下观察。此外，阴极射线管相对较为笨重且耗电。在某些专用场合，阴极射线管通过合适的光学系统将虚象投影到设置在用户视野中的部分反射、部分透明的屏幕上。这些显示器可将信息叠加在用户的视野中。用户由此可同时观看计算机所产生的信息和真实的活动图象。这种装置有时称为抬头显示器(HUDs)，因为观看者抬头向上时仍能观看显示，该显示装置相对较昂贵和笨重，故不适合一般的商业应用。在其它专用场合，投影显示器被发展成为整个显示器可安装在头盔或头带上。典型情况下，这些显示系统采用多个成线性排成一行的发光元件，以产生一行显示象素。每个系统还包括能在已知频率振荡的反射镜，反射镜的振荡与象素换行同步，从而形成整页显示。这种显示器也是相对比较昂贵的，当想要得到完全彩色的显示时，其价格更是高得吓人。因此，需要有一种虚象显示系统，这种系统能产生与原物同样大小的整页彩色显示的虚象、相对廉价、具有高分辨率、能在任何环境光条件下观看、耗能低并适合于使用者在不中断其视野的场合下使用。根据本专利技术，提供一种虚象显示系统及其使用方法，它能基本消除或减少与现有显示系统有关的缺陷和问题。本专利技术所揭示的虚象显示系统包括用以发光的光源，至少一个可变形的反射镜面阵装置以及至少一个用以产生每个可变形的反射镜面阵装置的虚象的透镜。每个可变形的面阵装置响应输入信号而将发射光的一些部分反射以产生显示。本专利技术的第一个技术优点在于其显示能力。本显示器可以用来产生整页文本和图形，其分辨率可与VGA或超VGA图形格式相比。本显示装置的第二个技术优点在于其体积，本显示器小得和轻得足以能设置在一个戴在头部的支架上。本专利技术由于产生小的图象并将该图象投影以形成较大的图象用作观看，故能保持高分辨率和小体积以及轻重量。本专利技术的另一个技术优点在于它能灵活地加上彩色。通过顺序用红、蓝、绿发光二极管照射装置的一个元件，或通过将空间光调制反射镜加色，可将色彩结合进装置中。采用片内滤色片，使白光穿过红色、绿色和蓝色滤色片，也可产生彩色。本显示装置的再一个技术优点在于其成本。本装置采用目前批量生产的电子元件。选用这些子部件使最终的显示器系统能以最低的成本生产。由于本装置为一种半导体光调制器，故无需高压且无有害辐射逸出。为了更全面地了解本专利技术及其优点，以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1是用于本专利技术的第一种头戴式显示器的透视图;图2是本专利技术第一个实施例的示意图;图3是本专利技术第二个实施例的示意图;图4是本专利技术第三个实施例的示意图;图5是本专利技术第四个实施例的示意图;图6是本专利技术第五个实施例的示意图;图7是用于本专利技术的第二种头戴式显示器的透视图。以下参照图1至图7描述本专利技术的各个实施例，其中在各张图中用相同的标号表示相似和相应的部分。图1以立体形式表示用于本专利技术的第一种头戴式显示器。虚象显示系统10可包括头带12、支架14以及投影器16。虚象显示系统10设计得足够小和足够轻，使其如图所示可由使用者18套在头部。投影器16被连接到用以产生所示数据的、诸如微处理器一类的驱动电路(未图示)。微处理器可以也由使用者18所携带，或是一种固定的装置，通过电线连接到使用者18。投影器16定位于使用者18单只眼睛的前面，这样，由系统10所显示的信息将在空间中浮现在使用者18前方一个预定距离处。这样，虚象显示系统10工作时无需中断使用者正常视野。以下将更详细地描述投影器16向使用者18显示虚象的过程。图2示意地描述本专利技术的第一个实施例，它可以结合在投影器16内(图1所示)。投影器16包括光源20，合成聚光透镜22，可变形的反射镜装置24(DMD)，成象透镜26以及扫描器28。工作时，来自光源20的光通过合成聚光透镜22，均匀地直射到DMD24的作用面。投射到DMD24上的一部分经选择的光，通过DMD24反射到成象透镜26和扫描器28。成象透镜26的输出施加于扫描器28上。如果DMD24设置在成象透镜26的焦点上或其附近，那么成象透镜26将产生DMD24的一个放大虚象。扫描器28作小角度快速振荡，使得使用者18看到DMD24的行图象被扫描，从而呈现整页显示。在图2至图6中，来自光源20的光的路径用一系列虚线描绘。在图2所示的第一个实施例中，DMD24包含一排可单独地变形的反射镜。每个反射镜典型形状为边长12至20微米的小方形或菱形。因此，一个典型的1英寸长的DMD可拥有大约2，000个可单独地变形的反射镜。DMD24的每个反射镜都可使光线沿着许多光路中的一条反射。典型情况下，DMD24由双稳态反射镜组成，即每个反射镜可使光线沿两条光路之一反射。该两条光路之一对准聚光透镜26和扫描器28。每个反射镜沿着哪条光路反射光，取决于输入信号并可以作为时间的函数迅速变换。DMD24的工作性能和制造工艺已为本领域的熟练人员所共知，并在1987年5月5日授予Hornbeck等人的第4，662，746号美国专利“空间光调制器及其方法”中作了更为全面的披露。该专利通过引用而结合在本申请中。如以上所讨论的，在单一光源20的情况下，连接在扫描器28上的反射镜以50至100赫芝的频率作小扫描角振荡。当扫描器28振荡时，由DMD24来的光投影到扫描器反射镜上的位置在变化。这样，在扫描器振荡时在不同点有选择地偏转DMD24的各个反射镜，就可使相继各行的象素(即显示点)组合成为一个区域的象供观察者观看。由于扫描器以大约100Hz的频率刷新，故使用者的视觉暂留足以能消除闪烁，并能在反光镜上产生一种连续的整页虚象的错觉。这种通过相继扫描各象素行以产生整页显示的方法，作为一种现有技术已众所周知。扫描器28作为一种共振反射镜，由位于美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的反射技术公司(ReflectionTechnology，Inc.)制造。其他合适的器件可以从位于美国马萨诸塞州沃特敦的通用扫描公司(GeneralScanning，Inc.)提供的IB系列光学扫描器中选择。图3示意地描述了可以结合到投影器16(图1所示)的本专利技术的第二个实施例。其中，扫描器28由一种采用可变形的反射镜器件工艺制成的共振反射镜30替换。共振反射镜30的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚象显示系统，其特征在于包括：至少一个用以发射光的光源；响应于输入信号，用以反射一部分所述发射光的至少一个可变形反射镜面阵装置；以及用以产生每个可变形反射镜面阵装置的虚象的至少一个透镜。

【技术特征摘要】
US 1991-12-17 808,8271.一种虚象显示系统，其特征在于包括至少一个用以发射光的光源；响应于输入信号，用以反射一部分所述发射光的至少一个可变形反射镜面阵装置；以及用以产生每个可变形反射镜面阵装置的虚象的至少一个透镜。2.如权利要求1所述的虚象显示系统，其特征在于，所述每个可变形的反射镜面阵装置进一步包括多个三基色象素。3.如权利要求1所述的虚象显示系统，其特征在于，所述每个光源进一步包括多个有色的发光元件。4.如权利要求3所述的虚象显示系统，其特征在于，所述光源进一步包括红色发光元件;蓝色发光元件以及绿色发光元件。5.一种虚象显示系统，其特征在于包括至少一个用以发射光的照明源;具有至少一行可变形的反射镜，用以响应于输入信号有选择地反射一部分发射光的至少一个可变形反射镜装置;用以产生每个可变形反射镜装置的放大虚象的至少一个透镜;以及用以扫描一个角度而反射每个放大的虚象以产生显示的至少一个扫描器。6.如权利要求5所述的虚象显示系统，其特征在于，每个所述照明源包括多个有色的发光元件。7.如权利要求6所述的虚象显示系统，其特征在于，所述多个有色的发光元件进一步包括红色发光元件，蓝色发光元件以及绿色发光元件。8.如权利要求5所述的虚象显示系统，其特征在于，每个可变形的反射镜装置进一步包括多行可变形的反射镜;以及多行滤色元件，每一滤色元件与一行可变形的反射镜对齐。9.如权利要求5所述的虚象显示系统，其特征在于，每个所述扫描器进一步包括一个光学扫描器。10.如权利要求9所述的虚象显示系统，其特征在于，每个所述照明源包括多个有色的发光元件。11.如权利要求10所述的虚象显示系统，其特征在于，多个有色的发光元件进一步包括红色发光元件;蓝色发光元件以及绿色发光元件。12.如权利要求5所述的虚象显示系统，其特征在于，每个所述扫描器进一步包括一共振反射镜。13.如权利要求12所述的虚象显示系统，其特征在于，每个照明源包括多个有色的发光元件。14.如权利要求13所述的虚象显示系统，其特征在于，所述多个有色的发光元件进一步包括红色发光元件;蓝色发光元件以及绿色发光...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉E纳尔逊，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]