CN106896500B - 显示装置 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，该显示装置包含左眼区块以及右眼区块。左眼区块以及右眼区块各自包含微型反射单元、中继单元以及目镜单元。微型反射单元包含多个微型反射镜片，微型反射单元用以根据电信号控制微型反射镜片的偏转角度而将光源转换为输入影像。中继单元包含至少一第一光学镜片，中继单元用以接收输入影像的光束，并透过第一光学镜片放大输入影像而产生中继影像。目镜单元包含至少一第二光学镜片，目镜单元用以接收中继影像的光束，并透过第二光学镜片汇聚中继影像的光束而产生输出影像以供使用者观看。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，特别是一种使用微型反射镜片的显示装置。

背景技术

头戴式显示器(Head mounted display，HMD)是一种立体视觉显示的光学产品，利用两眼视差的立体效果信号，经过显示器，再经过光学组件分别送到双眼，而产生立体画面。使用者戴在头上的头戴式显示器，两眼各使用一个小荧幕，故能够产生大影像的立体效果。

头戴式显示器通常用在扩增实境(augmented reality,AR)或是虚拟实境(virtual reality,VR)***，其可跟着使用者移动并能当作一种输入设备来接收使用者的反应。透过戴在使用者的头部的头戴式显示器，图像和文字就可以加到使用者观察周遭环境所产生的画面上，而达到虚拟实境或是扩增实境的效果。

然而目前的头戴式显示器不仅体积过大，又因为其光学组件采用分光镜(beamsplitter)而导致能量损耗过大，因此如何将头戴式显示器的体积缩小以及有效地使用能量便成为重要的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种使用微型反射镜片的显示装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种显示装置。显示装置包含左眼区块以及右眼区块。左眼区块以及右眼区块各自包含微型反射单元微型反射单元、中继单元以及目镜单元。微型反射单元包含多个微型反射镜片，微型反射单元用以根据电信号控制微型反射镜片的偏转角度而将光源转换为输入影像。中继单元包含至少一第一光学镜片，中继单元用以接收输入影像的光束，并透过第一光学镜片放大输入影像而产生中继影像。目镜单元包含至少一第二光学镜片，目镜单元用以接收中继影像的光束，并透过第二光学镜片汇聚中继影像的光束而产生输出影像以供使用者观看。

本发明的技术效果在于：

本发明的显示装置透过中继单元以及目镜单元中的光学镜片产生的输出影像并无光束被分光而导致能量损耗，且透过光学镜片的设置进一步缩小显示装置的体积以及降低输出影像的像差现象。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本揭示内容的一实施例中一种显示装置的示意图；

图2为图1中显示装置的左眼区块的示意图。

其中，附图标记

100 显示装置

100L 左眼区块

100R 右眼区块

110 微型反射单元

112 全反射棱镜

120 中继单元

130 目镜单元

E 光源

Iin 输入影像

Imid 中继影像

Iout 输出影像的开口(Aperture)

U1 使用者

P1 第一正透镜组

N1 第一负透镜组

N2 第二负透镜组

S1 第一反射镜

S2 第二反射镜

A1 第一凸透镜

A2 第二凸透镜

A3 第三凸透镜

A4 第四凸透镜

A5 第五凸透镜

A6 第六凸透镜

A7 第七凸透镜

B1 第一凹透镜

B2 第二凹透镜

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

以下提供许多不同实施例或例证用以实施本发明的不同特征。特殊例证中的元件及配置在以下讨论中被用来简化本发明。所讨论的任何例证只用来作解说的用途，并不会以任何方式限制本发明或其例证的范围和意义。此外，本发明在不同例证中可能重复引用数字符号且/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例且/或配置的间的关系。

在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“耦接”或“连接”还可指二或多个元件相互操作或动作。在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种元件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一元件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二元件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本发明的本意。如本文所用，词汇“与/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

请参阅图1，图1为根据本发明内容的一实施例中一种显示装置100的示意图。显示装置100可以是头戴式显示器或是任何应用于扩增实境(augmented reality，AR)或是虚拟实境(virtual reality，VR)的显示装置，后续为了方便说明将以头戴式显示器为例，然而实际应用中本发明并不以此为限。如图1所示，显示装置100包含左眼区块100L以及右眼区块100R。左眼区块100L以及右眼区块100R各自包含微型反射单元110、中继单元120以及目镜单元130。

微型反射单元110包含多个微型反射镜片(未绘示)，微型反射单元110用以根据电信号控制微型反射镜片的偏转角度而将光源E转换为输入影像Iin。微型反射单元110可以是数位微型反射镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)或是其他任意将光源转换为输入影像的显示器，本发明并不以此为限。进一步来说，请参阅图2，图2为图1中显示装置100的左眼区块100L的示意图。在此为方便说明以显示装置100的左眼区块100L举例说明，实际上显示装置100的右眼区块100R的操作类似于显示装置100的左眼区块100L。

如图2所示，在一些实施例中，显示装置100还包含全反射棱镜112设置于微型反射单元110以及中继单元120之间，用以将光源E的光束引导至微型反射单元110，微型反射单元110中包含微型反射镜片，每一微型反射镜片皆可透过不同的偏转角度来调整反射的光量，例如最暗的情况则旋转-12度，最亮的情况则旋转+12度。因此微型反射单元110可以根据不同的电信号来控制微型反射镜片的偏转角度而将光源E转换为输入影像Iin。

中继单元120包含至少一第一光学镜片，中继单元120用以接收输入影像Iin的光束，并透过第一光学镜片放大输入影像Iin而产生中继影像Imid。

如图2所示，上述至少一第一光学镜片包含第一正透镜组P1、第一反射镜S1、第一负透镜组N1以及第二反射镜S2，其中输入影像Iin的光束经由第一正透镜组N1透射至第一反射镜S1，再经由第一反射镜S1反射至第一负透镜组N1，再经由第一负透镜组N1透射至第二反射镜S2，再经由第二反射镜S2反射而形成中继影像Imid。

在此实施例中，第一正透镜组N1包含第一凸透镜A1以及第二凸透镜A2，其中输入影像Iin的光束经由第一凸透镜A1透射至第二凸透镜A2，再经由第二凸透镜A2透射至第一反射镜S1。在此实施例中，第一负透镜组N1包含第三凸透镜A3以及第一凹透镜B1，其中输入影像Iin的光束经由第一反射镜S1反射至第三凸透镜A3，再经由第三凸透镜A3透射至第一凹透镜B1，再经由第一凹透镜B1透射至第二反射镜S2。须补充的是，上述第一负透镜组N1中的第三凸透镜A3可以为冕牌玻璃(crown glass)，或是其他具有低折射率(refractionindex)和高阿贝数(Abbe number)的光学玻璃，第一凹透镜B1可以为燧石玻璃(flintglass)，或是其他具有高折射率和低阿贝数的光学玻璃。

此外，本发明中上述以及后续的正透镜组为任意可汇聚光束的透镜，负透镜组为任意可发散光束的透镜，并不以上述实施例中的情况为限。且此处中继影像Imid是放大的输入影像Iin的光点汇聚像，具体而言，输入影像Iin经过上述至少一第一光学镜片折射放大为中继影像Imid后，再经由目镜单元130将中继影像Imid的各点转换成各方向的平行光束，并汇聚于使用者U1的瞳孔处(也就是形成输出影像而进入输出影像的开口Iout)。在此实施例中，第一反射镜S1与第二反射镜S2设置使得第一正透镜组P1的光轴与至少一第二光学镜片的光轴平行。如图2所示，第一反射镜S1与第二反射镜S2设置使得第一正透镜组P1的光轴与第一负透镜组N1的光轴垂直，且第一负透镜组N1的光轴与至少一第二光学镜片的光轴垂直。举例来说，例如可以设置第一反射镜S1与第一正透镜组P1的光轴夹45度角，且设置第一反射镜S1与第二反射镜S1彼此垂直。又或在其他例子中，例如可以设置第一反射镜S1与第一正透镜组P1的光轴夹30度角，而同样设置第一反射镜S1与第二反射镜S1彼此垂直使得第一正透镜组P1的光轴与至少一第二光学镜片的光轴平行。借此，透过两个反射镜(第一反射镜S1以及第二反射镜S2)的设置，使得第一正透镜组P1的光轴与至少一第二光学镜片的光轴平行，可以妥善地利用空间而大幅地缩小显示装置100的体积。

接着，由于放大后的中继影像Imid存有非理想的像差现象(opticalaberration)，而须透过目镜单元130进一步消除像差。在此请继续参阅图2，目镜单元130包含至少一第二光学镜片，目镜单元130用以接收中继影像Imid的光束，并透过第二光学镜片汇聚中继影像Imid的光束而产生输出影像，进入输出影像的开口Iout，以供使用者U1观看。

进一步来说，在此实施例中，上述至少一第二光学镜片包含第四凸透镜A4、第二负透镜组N2、第五凸透镜A5以及第六凸透镜A6，其中中继影像Imid的光束经由第四凸透镜A4透射至第二负透镜组N2，再经由第二负透镜组N2透射至第五凸透镜A5，再经由第五凸透镜A5透射至第六凸透镜A6，再经由第六凸透镜A6透射而形成输出影像，进入输出影像的开口Iout。在此实施例中，第二负透镜组N2包含第二凹透镜B2以及第七凸透镜A7，其中中继影像Imid的光束经由第四凸透镜A4透射至第二凹透镜B2，再经由第二凹透镜B2透射至第七凸透镜A7，再经由第七凸透镜A7透射至第五凸透镜A5。类似地，上述第二负透镜组N2中的第七凸透镜A7可以为冕牌玻璃(crown glass)，或是其他具有低折射率(refraction index)和高阿贝数(Abbe number)的光学玻璃，第二凹透镜B2可以为燧石玻璃(flint glass)，或是其他具有高折射率和低阿贝数的光学玻璃。借此，透过上述至少一第二光学镜片的设置来降低输出影像中的像差现象。

除此之外，关于上述至少一第二光学镜片中每一光学透镜的曲率设计亦会进一步影响输出影像中的像差现象。较理想的设置如图2所示，第四凸透镜A4具有第一面为凸面、平面或凹面，第二面为凸面，亦即第四凸透镜A4的第一面的曲率半径应小于其第二面的曲率半径。中继影像Imid的光束经由第四凸透镜A4的第一面透射至第四凸透镜A4的第二面，再经由第四凸透镜A4的第二面透射至第二负透镜组N2。

第二凹透镜B2具有第一面为凸面或平面，第二面为凹面，第七凸透镜A7具有第一面为凸面，第二面为凸面、平面或凹面，亦即第二凹透镜B2的第一面的曲率半径应小于其第二面的曲率半径，第七凸透镜A7的第一面的曲率半径应大于其第二面的曲率半径。中继影像Imid的光束经由第四凸透镜A4透射至第二凹透镜B2的第一面，再经由第二凹透镜B2的第一面透射至第二凹透镜B2的第二面，再经由第二凹透镜B2的第二面透射至第七凸透镜A7的第一面，再经由第七凸透镜A7的第一面透射至第七凸透镜A7的第二面，再经由第七凸透镜A7的第二面透射至第五凸透镜A5。

第五凸透镜A5具有第一面为凸面，第二面为凸面、平面或凹面，亦即第五凸透镜A5的第一面的曲率半径应大于其第二面的曲率半径。中继影像Imid的光束经由第二负透镜组N2透射至第五凸透镜A5的第一面，再经由第五凸透镜A5的第一面透射至第五凸透镜A5的第二面，再经由第五凸透镜A5的第二面透射至第六凸透镜A6。

第六凸透镜A6具有第一面为凸面，第二面为凸面、平面或凹面，亦即第六凸透镜A6的第一面的曲率半径应大于其第二面的曲率半径。中继影像Imid的光束经由第六凸透镜A6透射至第六凸透镜A6的第一面，再经由第六凸透镜A6的第一面透射至第六凸透镜A6的第二面，再经由第六凸透镜A6的第二面透射而形成输出影像，进入输出影像的开口Iout。借此，透过上述实施例中的设置可以还加降低输出影像Iout中的像差现象。

综上所述，本发明中的显示装置透过中继单元以及目镜单元中的光学镜片产生的输出影像并无光束被分光而导致能量损耗，且透过光学镜片的设置进一步缩小显示装置的体积以及降低输出影像的像差现象。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种显示装置，其特征在于，包含：

一左眼区块以及一右眼区块各自包含：

一微型反射单元，包含多个微型反射镜片，该微型反射单元用以根据电信号控制该多个微型反射镜片的偏转角度而将一光源转换为一输入影像；

一中继单元，包含至少一第一光学镜片，该中继单元用以接收该输入影像的光束，并透过该至少一第一光学镜片放大该输入影像而产生一中继影像；以及

一目镜单元，包含至少一第二光学镜片，该目镜单元用以接收该中继影像的光束，并透过该至少一第二光学镜片汇聚该中继影像的光束而产生一输出影像以供使用者观看；

其中，该至少一第一光学镜片包含一第一正透镜组、一第一反射镜、一第一负透镜组以及一第二反射镜，其中该输入影像的光束经由该第一正透镜组透射至该第一反射镜，再经由该第一反射镜反射至该第一负透镜组，再经由该第一负透镜组透射至该第二反射镜，再经由该第二反射镜反射而形成该中继影像；

该第一正透镜组包含一第一凸透镜以及一第二凸透镜，其中该输入影像的光束经由该第一凸透镜透射至该第二凸透镜，再经由该第二凸透镜透射至该第一反射镜；

该第一负透镜组包含一第三凸透镜以及一第一凹透镜，其中该输入影像的光束经由该第一反射镜反射至该第三凸透镜，再经由该第三凸透镜透射至该第一凹透镜，再经由该第一凹透镜透射至该第二反射镜；

其中，该中继影像是放大的该输入影像的光点汇聚像，该输入影像经过至少一所述第一光学镜片折射放大为该中继影像后，再经由该目镜单元将该中继影像的各点转换成各方向的平行光束，并形成该输出影像而进入该输出影像的开口；该第一反射镜与该第二反射镜设置使该第一正透镜组的光轴与至少一该第二光学镜片的光轴平行；

该至少一第二光学镜片包含一第四凸透镜、一第二负透镜组、一第五凸透镜以及一第六凸透镜，其中该中继影像的光束经由该第四凸透镜透射至该第二负透镜组，再经由该第二负透镜组透射至该第五凸透镜，再经由该第五凸透镜透射至该第六凸透镜，再经由该第六凸透镜透射而形成该输出影像。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第一反射镜与该第二反射镜设置使得该第一正透镜组的光轴与该第一负透镜组的光轴垂直，且该第一负透镜组的光轴与该至少一第二光学镜片的光轴垂直。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第四凸透镜具有一第一面为凸面、平面或凹面，一第二面为凸面，其中该中继影像的光束经由该第四凸透镜的该第一面透射至该第四凸透镜的该第二面，再经由该第四凸透镜的该第二面透射至该第二负透镜组。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第五凸透镜具有一第一面为凸面，一第二面为凸面、平面或凹面，其中该中继影像的光束经由该第二负透镜组透射至该第五凸透镜的该第一面，再经由该第五凸透镜的该第一面透射至该第五凸透镜的该第二面，再经由该第五凸透镜的该第二面透射至该第六凸透镜。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第六凸透镜具有一第一面为凸面，一第二面为凸面、平面或凹面，其中该中继影像的光束经由该第五凸透镜透射至该第六凸透镜的该第一面，再经由该第六凸透镜的该第一面透射至该第六凸透镜的该第二面，再经由该第六凸透镜的该第二面透射而形成该输出影像。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第二负透镜组包含一第二凹透镜以及一第七凸透镜，其中该中继影像的光束经由该第四凸透镜透射至该第二凹透镜，再经由该第二凹透镜透射至该第七凸透镜，再经由该第七凸透镜透射至该第五凸透镜。

7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，该第二凹透镜具有一第一面为凸面或平面，一第二面为凹面，该第七凸透镜具有一第一面为凸面，一第二面为凸面、平面或凹面，其中该中继影像的光束经由该第四凸透镜透射至该第二凹透镜的该第一面，再经由该第二凹透镜的该第一面透射至该第二凹透镜的该第二面，再经由该第二凹透镜的该第二面透射至该第七凸透镜的该第一面，再经由该第七凸透镜的该第一面透射至该第七凸透镜的该第二面，再经由该第七凸透镜的该第二面透射至该第五凸透镜。

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