CN101424787B - 半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，具体的显示装置主要由影像产生器、偏光片、呈像片与反射镜所组成。本发明使用折射投影虚像，具有视距加长延展的特性及视觉影像四边变形率较少的特点，加上虚像的视觉影像较为清晰及影像亮度较为强的特点及3D效果，使本发明可产生非常舒适又可减少压力的空间影像，具有良好的临场3D效果及如同观看大银幕的大视野效果。

Description

半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置

技术领域

本发明涉及一种将光学上半反射效应与半折射光效应运用在显示器上的装置，具体涉及一种应用在同轴光视角上的合成影像，运用在呈像头戴式眼镜装置上的组合光学应用的虚像显示装置。

背景技术

传统头戴式显示器，微型显示器在经过光学镜片放大倍率后的影像后，会在非常短的视线距离要让人体眼球观看，眼睛在不正常25公分(cm)标准视距下看这些影像，因为人的眼睛视力不同，容易造成不同程度的眼压与视觉上的不清晰的状况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使人的眼睛在观看该类显示器时可提升舒适度，并能提升清晰度与3D效果的半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置。

为达上述目的，本发明具体的内容包括：

一种半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，主要包括：

影像产生器，可产生实体影像画面，并将影像光线投射出去；

偏光片，具有半穿透光线半反射光线的特性，可将影像产生器投射出的影像光线一部分透射过偏光片，另一部份以一角度反射；

呈像片，呈现偏光片反射而来的影像光线；

反射镜，反射透射过偏光片而来的影像光线，并依反射镜表面曲率以一角度反射该影像光线。

其中该影像产生器内设置发光元件，该发光元件作为影像背光的光源，有助于影像的可视度。

其中该偏光片为45°半穿透半反射式偏光镜片，该偏光镜片可让50％的光线透射而过，同时将剩下50％的光线反射。

其中该呈像片为任一种透明的材质所制成。

其中该反射镜为凹面镜，可反射并放大影像。

其中该影像产生器、偏光片与反射镜同轴且位于中心轴线(f)上。

其中该偏光片、呈像片位于视角同轴线(g)上。

本发明主要是为了改善现有技术的缺陷，利用本发明具有如下优点：可使人的眼睛在观看该类显示器时可提升舒适度，增加影像的清晰度与3D效果，及放大视学感应影像；减少视角上的四边变形率；以同轴视角线上的特性，造就在呈像虚像影像时所需的视距；因有同轴双重叠影的视距，以致视距加长，可增进人体眼睛在观看虚像或实像时的清晰度与舒适度。

附图说明

图1：为本发明应用于头戴显示器时的局部立体分解图。

图2：为本发明的局部立体分解图。

图3：为本发明的立体外观图。

图4：为本发明的剖面结构图。

图5：为本发明呈现实像的示意图。

图6：为本发明呈现虚像的示意图。

图7：为本发明呈现实像与虚像的示意图。

图8：为头戴式显示器的立体外观图。

具体实施方式

以下就本发明利用半反射及折射光学效应得到的组合光学应用的虚像显示装置的结构组成及其所产生的功效配合附图详细说明如下。

首先参阅图1，为头戴式显示器9，包括上盖91、下盖92、两耳架93、透明前视窗片94与两显示装置1。

该显示装置1，如图2、图3与图4所示，主要由影像产生器2、偏光片3、呈像片4与反射镜5所组成。

其中，该影像产生器2可产生实体影像画面，并将影像光线投射出去，其被安置在一固定座21的容置槽211中。

该偏光片3，具有半穿透光线半反射光线的特性，可将影像产生器2投射出的影像光线一部分透射过偏光片3，一部份则以某角度反射出去；该偏光片3被设置于偏光片固定座31中，利用对应的夹具32可使偏光片3固定于特定角度，本例为45度角。

该呈像片4，可呈现由偏光片3反射而来的影像光线，并被定位于固定罩41间。

该反射镜5，可反射透射过偏光片而来的影像光线，其可为一凹面放大镜，可依反射镜表面曲率以某角度反射影像光线。

前述影像产生器2、偏光片3与反射镜5依序设于同一轴线上，而呈像片4设置于偏光片3反射末端适当处。

再请参阅图5，本发明中的影像产生器2，可产生实体影像(具备发光的图像影像)a₁，其产生影像方向具有一影像倍率投影中心轴f，其延伸至适当处设有偏光片3，该偏光片3相对于影像产生器2为45度角，为一具有半穿透半反射的镀膜偏光玻璃；当实体影像a₁到达偏光片3上的向外折射面时，会在以影像倍率投影中心轴f为中心轴的偏光片3中心点上产生折射作用。图中A₁为光路径，路线所示将a₁影像作实体折射至透明呈像区并产生c₂的实体虚像(反射作用呈像)，此影像即在以影像倍率投影中心轴f平行(45度角折射)面上，也在视角同轴线g中心线上，此c₂即为本装置所产生的反射光学实体虚像。

再请配合图6，影像产生器2所产生的实体影像a₁，除了可以产生实体虚像c₂外，更会穿经呈像片4，产生实体虚像放大影像c₁，该实体虚像放大影像c₁也是位于视角同轴线g中心线上。该实体虚像c₂主要是为了补强同在视角同轴线g上的实体虚像放大影像c₁的清晰度与亮度。以上部份为本发明半折射作用及反射呈像的说明。

再请参阅图6与图7，本装置的折射作用，当影像产生器2产生实体影像a₁ ，延影像倍率投影中心轴f到达偏光片3时，因偏光片3产生50％的折射光源产生实体虚像c₂折射作用；另外的50％光源产生的实体影像a₁会穿透偏光片3来到反射镜5，由于反射镜5为凹面放大镜，可依表面曲率以某角度反射影像光线，因此，实体影像a₁可产生放大作用，加上其为凹面镜反射，在凹面曲率下，影像d₁会反射回篇光片3上产生折射(正向)并返回人体眼睛e处，形成放大折射影像e₁。此时人体眼睛e为凸透球形镜般将影像再次缩小到视网膜上，就是人体眼睛e看到的放大虚像，如同图中视觉区域h。因为实体影像a₁经反射镜5的光路径A₂ 及反射回偏光片3的A₂光路径距离，即为人体眼睛e至呈像片4距离，中间为反射镜5凹面镜片延长视距的放大特性，让人体眼睛e可以在呈像片4区看到实体虚像放大影像c₁加实体虚像c₂重叠影像。此时呈像片4因表面有抗反射镀膜，可以阻绝部份光源透射造成影像不受光干扰而产生在空间呈像的实体虚像。此即为本发明折射虚像的生产方式。

本发明因实体虚像放大影像c₁与实体虚像c₂两种不同的影像皆以视角同轴线g中心线上呈像，在人体眼睛e也以视角同轴线g为中心轴时，可以同时看到实体虚像放大影像c₁与实体虚像c₂的重叠加重影像效果的实体虚像，此虚像再经过反射镜5放大部份影像倍率下及加大视距效果的作用下，人体眼睛e所见的虚像与人体正常视距所见的影像相同，加上影像在呈像片4上做视距重叠呈像，所以人体眼睛e在看不到呈像片4的状况下，有虚拟影像的3D视觉感觉。本发明实施时，该头戴式显示器9可适当配合主机、耳机等配件使用。

本发明效果及特点如下：

虚像影像视距合适，在近距离不会导致产生眼压。虚像并非实体影像，所以眼睛不会因影像变动而改变眼睛的焦距，造成眼睛疲惫和眼压。本发明在呈像片4透明呈像区加上STN此类的电子控制穿透或非透射镜片，可做成实像与虚像切换的功能，增加清晰度。本发明为穿透特性的呈像，可提供使用者同时观察外界状况的功能，比一般实像非穿透产品更便利、健康、安全等实用性。本发明提供非实体的虚像，不会产生眼睛快速变焦而产生眼压，更不会产生眼睛视网膜剥离及眼睛中风等疾病。本发明采用反射光源影像没有辐射，不伤眼睛，加上正常视距不伤视力。

本发明虽由前述实施例来描述，但仍可变化其形态与细节，在不脱离本发明的精神下制作。前述为本发明最合理的使用方法，仅为本发明可以具体实施的方式之一，但并不以此为限。

Claims (6)

1.一种半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，其主要包含：

影像产生器，可产生实体影像画面，并将影像光线投射出去；

偏光片，具有半穿透光线半反射光线的特性，可将影像产生器投射出的影像光线一部分透射过偏光片，另一部份以一角度反射；

呈像片，呈现偏光片反射而来的影像光线；

反射镜，反射透射过偏光片而来的影像光线，并依反射镜表面曲率以一角度反射该影像光线，且所述反射镜为凹面镜，影像反射回偏光片上产生正向折射并返回人体眼睛处，形成放大折射影像。

2.如权利要求1所述的半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，其特征在于，其中该影像产生器内设置发光元件，该发光元件作为影像背光的光源，有助于影像的可视度。

3.如权利要求1所述的半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，其特征在于，其中该偏光片为45°半穿透半反射式偏光镜片，该偏光镜片可让50％的光线透射而过，同时将剩下50％的光线反射。

4.如权利要求1所述的半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，其特征在于，其中该呈像片为任一种透明的材质所制成。

5.如权利要求1所述的半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，其特征在于，其中该影像产生器、偏光片与反射镜同轴且位于中心轴线(f)上。

6.如权利要求1所述的半反射及折射光学效应组合光学应用的虚像显示装置，其特征在于，其中该偏光片、呈像片位于视角同轴线(g)上。

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