CN1930509B - 利用大致椭圆形照准器的两个焦点的正视产生视网膜图像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种利用大致椭圆形照准器的两个焦点的正视产生视网膜图像的方法，其中所谓的物焦点在大致椭圆形照准器(E)的第一焦点(F)的邻近定位，由针孔光阑构成的所谓物焦点形成由发光显示器或准直光源产生的图像的会聚点，所谓的像焦点在大致椭圆形照准器(E)的第二焦点(F′)的邻近定位，该所谓的像焦点由观察者眼睛(OE)的瞳孔或中心构成，由发光显示器或准直光源产生的、并且被大致椭圆形照准器(E)的半反射面反射的图像被投射在观察者眼睛的视网膜邻近。

Description

利用大致椭圆形照准器的两个焦点的正视产生视网膜图像的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种利用大致椭圆形照准器(diopter)的两个焦点的正视(stigmatism)产生视网膜图像的方法。

更具体地说，本发明的目的是解决眼睛视网膜观看虚拟现实或放大现实的问题。

背景技术

一般地说，众所周知，人们在眼睛视网膜捕获的环境视觉上显示叠加信息的领域做了大量的研究工作。

在20世纪60年代首先开发适合于军事应用的这些方法包括：在半反射的透明表面上投射与飞机领航有关的符号和信息，即，在这种情况下是水平线，速度，高度和接近着陆跑道的引导信息。这些称之为高头(high head)准直器的装置便于飞机的领航，它允许直接感受速度矢量，迎角和潜在坡度，以及渐进水平线和合成跑道，其中在自动着陆***上有定位信息。利用这种符号，可以直观和精确地领航有或没有可见度的进场航路；然而，应当充分关联而不是掩盖实际的视场。

当今在民用飞机座舱中引入这些高头准直器是有效的，利用它可以大大便于着陆，从而在特定的大气条件下避免借助于视觉造成的错误感受高度和轨道。

最近，汽车制造商已经开发出了直接位于车辆挡风玻璃上的高头显示装置。的确，用于观看信息而移动眼睛所需的时间(转换时间)，加上眼睛适应时间和读出时间(固定时间)，加上返回时间(转换时间)在有仪表板的常规环境下是1秒：其中0.5秒是高头视觉；这个总体感受信息时间的减少相当于每小时60公里的车辆行进8米。

这些装置要求图像经放置在仪表板以下或以上的光学设备被投射到透明的表面上，该光学设备包含几个透镜和反射镜。因此，类似于架空投影仪的这些装置是体积庞大的，并要求固定在驾驶室内。

另一个方案包括投射图像到头盔的护目镜上；战斗机飞行员采用的这个方案可以显示合成的后视图；外科医生也可以采用这个方案作为进行外科手术的辅助手段，以及摩托车驾驶员也可以使用。

人体工程学的方案包括直接投射图像到视网膜上；然而，这个方案要求考虑眼睛的运动，短的潜伏时间，接近于眼睛观看的水平和垂直视场，和在无限远图像的自准直，从而允许眼睛的自然适应。

该装置包括放置光学模块到接近于眼睛安装的头盔上；该光学模块利用激光型光源或LCD，LCoS或OLED型显示器，具体地说，当给用户提供大的视场角时，它是体积大的光学结构；这些大的体积尺寸随着给用户提供的视场而增加。

发明内容

所以，本发明的具体目的是克服这些缺点。

利用包含半反射面的大致椭圆形照准器，为此目的：

●在所述大致椭圆形照准器(E)的第一焦点(F)邻近放置：

由针孔光阑形成的所谓“源”焦点，它形成发光显示器或光源产生的图像会聚点，或

发光显示器，发光显示器的每个物点产生一个光束，在从所述大致椭圆形照准器的半反射面上反射之前，该光束首先是会聚的，然后在眼睛的瞳孔邻近变成平行光束，

●在所述大致椭圆形照准器(E)的第二焦点(F′)邻近放置由观察者眼睛(OE)的瞳孔或中心形成所谓的“像”焦点，

●在观察者眼睛的视网膜邻近投射所述发光显示器或所述光源产生并由所述大致椭圆形照准器(E)半反射面反射的图像。

更具体地说，关于利用发光显示器，光学***对每个源点产生一个光束，该光束在半反射面上反射之前首先是会聚光束。在反射之后，包含显示器发射倒置图像的光束在所述大致椭圆形照准器的第一焦点邻近变成准直光束。

利用大致椭圆形照准器，还可以减小在放置光源的所谓“源”焦点邻近形成图像的整个光束直径，所以，在眼睛瞳孔的邻近寻找有准直光束的大视场时，可以减小在发光显示器邻近的光学元件尺寸。

此外，关于利用针孔光阑，在发光显示器发射的光束中，可以传输通过第一焦点邻近的针孔光阑的唯一光束是包含在光锥中的光束，光锥的顶点是在发光显示器上，并驻留在所述针孔光阑的边缘；这些光束的整体形成发光显示器产生的一个倒置图像；每个像点的尺寸是由针孔光阑的尺寸以及分开针孔光阑发光显示器的距离和分开包含图像的平面与针孔光阑的距离确定。

因此，包含显示器发射倒置图像的光束被大致椭圆形照准器的半反射面反射，然后，被聚焦到所述大致椭圆形照准器的第二焦点邻近，其中考虑到在形成椭圆焦点的两个特定点之间存在绝对的正视。

此外，眼睛的瞳孔是在第二焦点的邻近，考虑它能够作为光阑或针孔光阑，眼睛的瞳孔与上述反射光束形成的图像相交，该图像终止在眼睛的视网膜上。

应当注意，眼睛以及与其针孔光阑相关的发光显示器形成两个暗室，它们的“光瞳”在椭圆的两个焦点上是共轭的，该椭圆形成大致椭圆形照准器的反射面。

以下参照附图描述作为非限制性例子的本发明几个实施例，其中：

附图说明

以下参照附图描述作为非限制性例子的本发明几个实施例，其中：

图1是按照本发明装置的理论原理示意图，

图2是该装置的第一种类型示意图，

图3是该装置的第二种类型示意图，

图4是该装置的第三种类型示意图，

图5是该装置中的光束路径模型图，

图6是“半弦”随光源孔径角变化的数字例子，

图7是光束路径的示意图，利用光束路径可以观看该装置的光学分辨率，

图8是光学分辨率随光源发射光束指向角变化的数字例子，

图9表示该装置产生的光学畸变曲线图，

图10是允许光束在进入眼睛时变成平行光束的示意图，

图11是用于校正光学畸变的第一个方案示意图，

图12是校正光学象差的第一方案实施例，主要用于校正第一视场点的畸变，

图13是校正光学象差的第一方案实施例，主要用于校正第二视场点的畸变，

图14是第二方案的示意图，主要用于校正与畸变有关的光学象差，

图15，16是两个实施例的示意图，在进入眼睛时可以形成平行光线并校正光学象差，

图17是按照图15，16所示实施例的本发明装置图，和

图18，19是上述实施例的可能发展，利用它可以实现更完全的观察***。

具体实施方式

在图1所示的例子中，按照本发明的装置1包括：

-半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定，

-两个暗室CN，CN′，两个暗室的光瞳分别是在焦点F，F′的邻近。

因此，来自暗室CN的光束传输通过所述暗室CN的光瞳，并在光照准器的凹面上反射，在传输通过所述暗室CN′的光瞳之后，该光束到达暗室CN′；以下的三条光线象征上述光束的轨迹，即：

光线AM_AA′，来自暗室CN中的源点A的光束在从椭圆上的点M_A邻近反射之后，终止在暗室CN′中的像点A′，

光线BM_BB′，来自暗室CN中的源点B的光束在从椭圆上的点M_B邻近反射之后，终止在暗室CN′中的像点B′，

光线CM_CC′，来自暗室CN中的源点C的光束在从椭圆上的点M_C邻近反射之后，终止在暗室CN′中的像点C′。

在图2所示的例子中，按照本发明的装置1包括：

-半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定，

-暗室CN，该暗室的光瞳是在焦点F的邻近，

-用一个圆表示的眼睛OE，眼睛的瞳孔是在焦点F′的邻近。

这种配置构成按照本发明装置的第一种类型。

的确，来自暗室CN的光束传输通过所述暗室CN的光瞳，并在光照准器的凹面上反射，在传输通过所述眼睛OE的瞳孔之后，该光束到达眼睛OE的视网膜上；以下的三条光线象征上述光束的轨迹，即：

光线AM_AA′，来自暗室CN中的源点A的光束在从椭圆上的点M_A邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点A′，

光线BM_BB′，来自暗室CN中的源点B的光束在从椭圆上的点M_B邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点B′，

光线CM_CC′，来自暗室CN中的源点C的光束在从椭圆上的点M_C邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点C′。

可以注意到，这个第一种配置可以有大的视场；然而，它要求眼睛相对于大致椭圆形照准器是固定的。

在图3所示的例子中，按照本发明的装置1包括：

-半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定，

-暗室CN，该暗室的光瞳是在焦点F的邻近，

-用一个圆表示的眼睛OE，眼睛的瞳孔是在焦点F′的邻近。

这种配置构成按照本发明装置的第二种类型。

的确，来自暗室CN的光束传输通过所述暗室CN的光瞳，并在光照准器的凹面上反射，在传输通过所述眼睛OE的瞳孔之后，该光束到达眼睛OE的视网膜上；以下的三条光线象征上述光束的轨迹，即：

光线AM_AA′，来自暗室CN中的源点A的光束在从椭圆上的点M_A邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点A′，

光线BM_BB′，来自暗室CN中的源点B的光束在从椭圆上的点M_B邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点B′，

光线CM_CC′，来自暗室CN中的源点C的光束在从椭圆上的点M_C邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点C′。

可以注意到，这个第二种配置没有大的视场，因为所感受的视场是受眼睛瞳孔直径的限制；然而，它可以通过转动眼睛对视场进行扫描。

在图4所示的例子中，按照本发明的装置1包括：

-半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定，

-激光器LA，它发射有可变方向的准直光束，准直光束的偏转中心是在焦点F的邻近，

-用一个圆表示的眼睛OE，眼睛的瞳孔是在焦点F′的邻近。

这种配置构成按照本发明装置的第三种类型。

的确，来自激光器LA的光束在焦点F的邻近被偏转，并在光照准器的凹面上反射，在传输通过所述眼睛OE的瞳孔之后，该光束到达眼睛OE的视网膜上；以下的三条光线象征上述光束的轨迹，即：

光线FM_AA′，来自激光器LA的光束在从椭圆上的点M_A邻近被反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点A′上，

光线FM_BB′，来自激光器LA的光束在从椭圆上的点M_B邻近被反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点B′上，

光线FM_CC′，来自激光器LA的光束在从椭圆上的点M_C邻近被反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点C′上。

可以注意到，图像的传递是通过扫描来自激光器LA的准直光束，该图像被“写入”到眼睛OE的视网膜上。

更具体地说，上述准直光束有一定的直径；所以，平行于主光线的边缘光线在从光瞳邻近的大致椭圆形照准器上反射之后会聚；因此，眼睛接受的光束在视网膜邻近是略微发散的，从而使所述眼睛的视觉与感受在无限远处放置的物体不一致。

因此，1毫弧度视网膜捕获的发散光束在4米处产生4mm源点的错觉。

关于按照这个第三种类型装置的视场，它取决于准直光束的扫描孔径。

一般地说，来自焦点F在椭圆E上反射并终止在焦点F′的上述光线的传播结构可以表示成线性的形式。

在图5所示的例子中，光线的传播是用包含焦点F，F′的传播轴Δ″表示；反射光线的椭圆形剖面E是用垂直于传播轴Δ″的直线段L表示，该直线段L是在两个焦点F与F′之间。

在显示器的给定像素放置在焦点F(源焦点)邻近的情况下，来自给定像素端点A，B的两条光线是在焦点F上游的距离D处。这些来自像素端点A，B的光线传输通过焦点F，并分别在点M_A，M_B邻近的直线段L表示的椭圆E上被反射，然后，传输通过与直线段L相差距离D的焦点F′，并终止在两个“像”点A′，B′。

因此，包含在两条直线M_AA′与M_BB′之间顶点F′的角度dα′取决于点M_A与点M_B之间的距离和分开直线段L与焦点F′的距离D′；此外，点M_A与点M_B之间的距离取决于分开点A与点B的距离和分开点A，B与焦点F的距离D：

-令dα是包含在两条M_AA与M_BB之间顶点F的角度，

-令dy是两个源点A与B之间的距离，

-令D是分开源点A，B与焦点F的距离，

-令D′是分开直线段L与焦点F′的距离，

-令dα′是包含在两条直线M_AA′与M_BB′之间顶点F′的角度，

与此同时考虑两个源点A，B是发光矩阵显示器中基本像素的宽度，

-像素的孔径角dα是由以下的关系式给出：

tan dα≈dα＝dy/D

-眼睛看到该像素的dα′角度是由以下的关系式给出：

tan dα′≈dα′＝dy′/D′

作为一个数字例子，放置在与焦点F相差距离D为50mm的直径为25μm的像素对应的孔径角接近0.5毫弧度；这个数值应当与接近0.3毫弧度的视觉灵敏度相当，它允许直径为1毫米的物体在距离4米处可以被分辨。

我们假设椭圆E的特征是：

-与轴Δ共线的半长轴的长度为a，

-与轴Δ′共线的半短轴的长度为b，

-焦点F，F′在轴Δ上的横坐标分别是c和-c，

此外，

-令i是任何的源点，传输通过焦点F的对应光线是在大致椭圆形照准器的点M_i上被反射，随后传输通过给出中间像点i′的焦点F′，

-令α是所谓“指向角”的角度，它是由传输通过点i和F的直线与椭圆E的长轴Δ形成，

-令FM_i是第一个半弦的长度，

-令M_iF′是第二个半弦的长度。

半弦FM_i和M_iF′的长度是由以下的关系式给出：

${\mathrm{FM}}_i=\frac{b^2\left|c\right|\sqrt{(1+{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})}\&PlusMinus;{\mathrm{ab}}^2(1+{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})}{(b^2+a^2{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})}(-\mathrm{\&pi;}/2<\mathrm{\&alpha;}<\mathrm{\&pi;}/2)$

$M_i{F}^{\&prime;}=2a-\frac{b^2\left|c\right|\sqrt{(1+{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})}\&PlusMinus;{\mathrm{ab}}^2(1+{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})}{(b^2+a^2{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})}(-\mathrm{\&pi;}/2<\mathrm{\&alpha;}<\mathrm{\&pi;}/2)$

指向角α可以从0变化到π/2；半弦FM_i和M_iF′的长度可以相应地变化，它们之和FM_i+M_iF′保持恒定，且等于2a。

作为一个例子，我们假设：

-a＝30.46mm，

-b＝28mm，

-c＝12mm，

-椭圆的偏心率，即，e＝c/a＝0.39，

-α是从0变化到π/2，

半弦FM_i的长度是从42.46mm变化到25.74mm，而半弦M_iF′的长度是从18.46mm变化到35.18mm。

图6表示所述半弦FM_i，M_iF′的变化。

在图7所示的例子中，按照本发明的装置包括：

-半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定，

-暗室CN，暗室CN的光瞳是在焦点F的邻近，

-用一个圆表示的眼睛OE，眼睛OE的瞳孔是在焦点F′的邻近。

来自暗室CN的光束传输通过所述暗室CN的光瞳，并在光照准器的凹面上反射，在传输通过所述眼睛OE的瞳孔之后，该光束到达眼睛OE的视网膜上；以下的六条光线象征上述光束的轨迹，即：

-光线A₁M_A1A₁′，来自暗室CN的源点A₁的光束在椭圆上的点M_A1邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点A₁′，

-光线A₂M_A2A₂′，来自暗室CN的源点A₂的光束在椭圆上的点M_A2邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点A₂′，

-光线B₁M_B1B₁′，来自暗室CN的源点B₁的光束在椭圆上的点M_B1邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点B₁′，

-光线B₂M_B2B₂′，来自暗室CN的源点B₂的光束在椭圆上的点M_B2邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点B₂′，

-光线C₁M_C1C₁′，来自暗室CN的源点C₁的光束在椭圆上的点M_C1邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点C₁′，

-光线C₂M_C2C₂′，来自暗室CN的源点C₂的光束在椭圆上的点M_C2邻近反射之后，终止在眼睛OE视网膜的像点C₂′。

令：

-A₁A₂是像素A的宽度，

-B₁B₂是像素B的宽度，

-C₁C₂是像素A的宽度，

-dα是对应像素的孔径角，

-α是对应于所述像素相关光线的指向角。

因此，从眼睛通过位于焦点F′邻近的瞳孔看到的角度dα′取决于指向角α；当α从0变化到π/2时，角度dα′是减小的。

根据以上描述的数字例子，可以注意到，当α是在0°与20°之间时，眼睛看到的每个像素是半径为1mm的点，该点的距离是在1米处(dα′＝1毫弧度)。

在α大于20°的情况下，眼睛看到的每个像素是半径小于1mm的点，该点的距离是在1米处(dα′＜1毫弧度)。

图8表示在直径为25μm的准直光束情况下(实线)，和在直径为25μm的针孔光阑情况下(虚线)，角度dα′(单位是弧度)随指向角α(单位是度)变化的曲线。

理论上，大致椭圆形照准器允许的视场是180°；然而，这个视场受到眼睛瞳孔的限制，该视场还受到制作该装置的元件配置的限制。

此外，我们知道，眼睛的水平视场约为120°，而眼睛的垂直视场接近60°。

如以上所描述的，分辨率小于1毫弧度的视场可以达到60°，指向角应当大于20°。

像素的孔径角dα是由以下的关系式给出：

tan dα≈dα＝dy/D

在此孔径角下眼睛可以看到该像素的dα′角度是由以下的关系式给出：

tan dα′≈dα′＝dy′/D′

可以看出，比率dα′/dα不是一个常数，而是指向角的函数，然而，这个比率大于1；换句话说，大致椭圆形照准器造成可变的放大倍数效应，它与指向角有关。

图9表示比率dα′/dα的变化曲线；指向角是从0变化到π/2，而比率dα′/dα是从2.7变化到1.4。

因此，沿发光显示器边缘分布的像素看上去大于在所述发光显示器中心分布的像素；在这种情况下，这是大致椭圆形照准器造成的畸变效应。

可以设想不同的解决方案：

-借助于计算机方法，按照互反数学函数压缩源图像，

-倾斜源图像，因此，在小于相对两端像素的角度下看到沿边缘分布的像素，

-引入产生反向畸变像差的光学***，为的是补偿大致椭圆形照准器造成的畸变。

此外，可以看出，传输通过眼睛瞳孔的光线不是严格平行的；上述数字例子中微小的会聚角接近0.5毫弧度；在长期的观察中，这具有使眼睛疲劳的效应，应当注意，眼睛的自然适应是相对于无限远的物体完成的。

按照本发明，一种对每个物点产生含多条光线的较大光束的光学装置，  其中指向角是这样的，多条光线会聚到一个点，在平行光线接近于第二焦点F′之前，这些光线是在大致椭圆形照准器上反射。

只要不是单条光线而是较宽的光束对应于每个物点，这种装置可以减轻眼睛的疲劳，并提高对比度。

在图10所示的例子中，按照本发明的装置包括：半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定。

暗室和眼睛的定位是按照相同的方式，如同以上的配置，但是没有给以描述。

三条光线象征与源点相关光束的轨迹；它们是来自位于轴Δ″′上的三个点A，B，C，该轴垂直于Δ轴并经过第一焦点F：

-光线AM_AA′，来自点A的光束在接近于点M_A的椭圆上被反射，但是终止在Δ轴上接近于第二焦点F′的点A′，

-光线BM_BB′，来自点B的光束在接近于点M_B的椭圆上被反射，但是终止在Δ轴上接近于第二焦点F′的点B′，

-光线CM_CC′，来自点C的光束在接近于点M_C的椭圆上被反射，但是终止在Δ轴上接近于第二焦点F′的点C′。

应当注意，三条反射光线M_AA′，M_BB′，M_CC′是平行的，它允许眼睛的瞳孔发生位移而不会损失视场。

得到这个结果是通过三条入射光线AM_A，BM_B，CM_C会聚到由直线Δ″′与椭圆E确定的空间中的相同点I。

因此，使发光显示器的每个源点会聚到沿某条曲线上的会聚点，从而实现相对于大致椭圆形照准器产生畸变的“反向畸变”源点。

在图11所示的例子中，在从大致椭圆形照准器上反射之前，来自源点的每个光束必须首先会聚到它特定的会聚点；事实上，这是每个源点得到平行光束而进入眼睛瞳孔的必要和充分条件。

不同会聚点的集合构成一条曲线E′。

此外，可以看到，在上述曲线E′邻近的光束孔径角是恒定的；所以，在上述包含激光器的第三种类型的情况下，可以把扫描***和有可变焦距的会聚透镜与所述激光器发射的光束相关，因此，可以使该激光器发射的光束会聚到上述的会聚点，该会聚点是与扫描所述光束传递的每个像点相关。

有利的是，与可变焦距会聚透镜相关的上述扫描***可以包含两个电流计扫描反射镜。

在图12，13所示的例子中，我们提出一个涉及上述第一方案的实施例，可以分别校正第一视场点和第二视场点的光学畸变。

如图12，13所示，在准直的激光源LA之后是有可变焦距的透镜LV和两个电流计扫描反射镜M₁，M₂。

在图12所示的例子中，对于视场中的点A，所述反射镜M₁，M₂的角度位置分别是按照角度M_1A，M_2A(相对于长轴Δ是逆时针方向)；此外，可变焦距透镜LV的焦距F_A是这样的，激光束的光线在两个反射镜M₁，M₂上反射之后聚焦到点I_A，并在大致椭圆形照准器E上反射之后，以角度θ_A的平行光束终止在眼睛附近，它对应于视场中的上述点A。

在图13所示的例子中，对于视场中的点B，所述反射镜M₁，M₂的角度位置分别是按照角度M_1B，M_2B(相对于长轴Δ是逆时针方向)；此外，可变焦距透镜LV的焦距F_B是这样的，激光束的光线在两个反射镜M₁，M₂上反射之后聚焦到点I_B，并在大致椭圆形照准器E上反射之后，以角度θ_B的平行光束终止在眼睛附近，它对应于视场中的上述点B。

因此，每个像点i是用三个电压的集合(V_LVi，V_M1i，V_M2i)描述，它们分别对应于加在可变焦距透镜LV和电流计扫描反射镜M₁，M₂上的电压。

这个利用可变焦距透镜(例如，现有直径为8mm的透镜)和两个电流计扫描反射镜的方案是第一种方案，它可以抑制传输通过眼睛瞳孔的光线会聚性。

可以抑制这种畸变的第二种方案是在光线的路径上引入第二个完全反向的畸变，其中利用与第一个照准器相同的第二个大致椭圆形照准器。

在图14所示的例子中，按照本发明的装置包括：

-内置的两个大致椭圆形照准器E₁，E₂，它们的长轴Δ₁，Δ₂是共线的，它们的两个焦点重合在相同的点O，其他的两个焦点F₁，F′₂分别是在所述点O两侧的等距离处。

-在点O邻近的会聚透镜LE，

-光源SO，它是在第一个大致椭圆形照准器E₁中并由与扫描***相关的激光器构成，或是由准直的发光显示器构成，

-眼睛，它是在第二个大致椭圆形照准器E₁中。

光源SO发射的光线在从第一个大致椭圆形照准器E₁上反射之后会聚，然后指向透镜LE。这个透镜LE提供等于-1的横向放大倍数，如同上述的例子，并使反射之后的光束会聚到第二个大致椭圆形照准器E₂，最后终止在眼睛OE的邻近，在从第二个大致椭圆形照准器E₂上反射之后，变成与每个像点相关的平行光线。

应当注意，在第二个光照准器与第一个光照准器完全相同的情况下，透镜LE应当提供等于-1的横向放大倍数。

然而，为了减小按照本发明整个装置的体积，选取的第二个光照准器可以小于第一个光照准器，在这种情况下，应当调整透镜LE的横向放大倍数。

在从大致椭圆形照准器上实际反射之前，可以设想其他的配置，为的是根据上述具体的曲率实现不同“物点”的聚焦。

这些配置可以包括以下的元件：

-离轴球面反射镜和一组透镜，

-一组或多组球面或非球面透镜，

-棱镜体和一组透镜，

-微透镜矩阵和棱镜体，

-光纤和一组透镜，

-包括衍射光栅(闪耀光栅)或全息光栅(“HOE”：全息光学元件)的光学元件。

在有按照本发明装置1的图15，16所示例子中，对于图10，11所示的每个源点，可以得到进入眼睛瞳孔的平行光线。

该装置包括：

-半椭圆E表示的大致椭圆形照准器，半椭圆E是由它的长轴Δ，它的短轴Δ′，它的中心O以及在长轴Δ上的中心O两侧的两个焦点F，F′确定，

-所谓的“源”焦点，包括发光显示器和沿Δ″′轴排列的一组或多组透镜，它放置在所述大致椭圆形照准器E的第一焦点F邻近，因此，在所述大致椭圆形照准器E的第二焦点F′邻近到达的光线是平行的，观察者眼睛E的中心是在该位置。

利用一组或多组透镜的这个实施例优点是，实现的光学配置在技术上是十分容易的，而且对于校正光学像差的每个源点，可以得到进入眼睛瞳孔的平行光束。

在利用两组透镜DL的图15所示例子中，两个光束中每个光束的轨迹是用三条光线表示，且每个光束是与源点SO₁，SO₂相关。

在单个光束的情况下，它的三条光线是来自三个点A，B，C，这三个点A，B，C是在与Δ轴垂直的轴Δ″′上，这三条光线传输通过第一焦点F：

-光线AM_AA′，来自点A的光线在从椭圆上的点M_A邻近反射之后，终止在Δ轴上接近于第二焦点F′的点A′，

-光线BM_BB′，来自点B的光线在从椭圆上的点M_B邻近反射之后，终止在Δ轴上接近于第二焦点F′的点B′，

-光线CM_CC′，来自点C的光线在从椭圆上的点M_C邻近反射之后，终止在Δ轴上接近于第二焦点F′的点C′。

三条平行光线M_AA′，M_BB′，M_CC′是互相平行的。

此处，应当注意：

-点A，B，C是来自发光显示器的相同源点SO₁，

-在光轴上放置的所述发光显示器可以倾斜一个角度α，

-每个源点SO₁，SO₂发射一个光束，

-所有的主光线或中心光线相交在焦点F的邻近和在焦点F′的邻近。

在图16所示的例子中，按照本发明的装置1是利用按照与图15所示装置相同的方法制成，不同的是，利用单组透镜TL代替两组透镜DL。

在图17所示的例子中，为了使按照本发明的装置1在空间中有较小的体积，在焦点(F)邻近的光程上***一个光反射镜MRO，为的是能够按照选取的角度移动轴Δ″″，对准各组透镜和显示器。

在这个情况下，这是一个从图15所示和上述按照本发明装置1导出的实施例。

因此，利用椭圆中两个焦点特有的正视，可以实现产生视网膜图像的单目或立体光学***；所述建议的光学***可以通过眼睛的视网膜观看虚拟的现实，例如，来自发光矩阵显示器或扫描激光***传送的图像；此外，该光学***可以通过眼睛的视网膜观看放大的现实，其中考虑到光照准器的透明性和半反射特征。

当然，上述光照准器的剖面可以是圆形或大致圆形，所述剖面是根据舒服观看上述放大现实或虚拟现实确定的。

在图18，19所示的例子中，我们描述按照本发明几个实施例的可能发展，因此可以实现更完全的观察***。

这种发展是基于利用上述的光反射镜MRO。

该装置包括：

-互相靠近放置的两个大致椭圆形照准器，它们分别是半椭圆ED或EG，每个半椭圆是由它们各自的长轴ΔD或ΔG，它们各自的短轴ΔD′或ΔG′，和它们各自的两个焦点FD，FD′，或FG，FG′表示，该焦点分别是在各自长轴ΔD或ΔG上的各自中心OD或OG的两侧，

-照准器ED或EG的所谓“源”焦点，它们分别是由发光显示器，各自的反射镜MROD或MROG，沿各自的轴ΔD″″或ΔG″″排列的一组透镜DLD或DLG构成，源焦点分别是在所述大致椭圆形照准器ED或EG的第一焦点FD或FG邻近，因此，到达所述各自大致椭圆形照准器ED或EG的第二焦点FD′或FG′邻近的光线是平行的，观察者右眼OED的中心或左眼OED的中心是在第二焦点FD′或FG′的邻近。

在利用单目或立体观看的范围内，这种发展可以扩展按照本发明方法的视场容量。

有利的是，我们可以看到：

-在图18所示的例子中，装置P1，P2都放置成：

焦点FD，FD′，FG，FG′都是在相同的几何平面内，

焦点FD，FG是在外，而焦点FD′，FG′是在内，换句话说，P1，P2是对称放置的，

-在图19所示的例子中，装置P1，P2都放置成：

焦点FD，FG的排列与焦点FD′，FG′的排列是平行的，换句话说，轴ΔD是与轴ΔG平行，焦点FD，FG和焦点FD′，FG′的所述排列是放置成“上；下”，换句话说，焦点FD，FG是向上放置，而焦点FD′，FG′是向上放置，因此，目镜OED，OEG是在它们各自焦点FD′或FG′的邻近。

在正常使用上述装置的范围内，需要考虑各种可能的用户。

我们知道，某些用户佩戴光学矫正眼镜，这是由于它们自身眼睛***的自然缺陷，可以把每个用户的定制光学校正装置安装到上述装置中。

有利的是，为了减小体积，所述光学校正装置可以尽可能接近目镜OED，OEG，这是通过把刚性分支与装置P1，P2的每个安装相联系，所述刚性分支是与承载光学校正装置的安装相关。

考虑到潜在的用户在他们的自身眼镜***中有不同的光学性质以及结构的差别，例如，两个瞳孔的距离或头部形状，最好是，能够把定制的光学调整装置组装到上述的装置中。

Claims (9)

1.一种利用包含半反射面的大致椭圆形照准器(E)的两个焦点(F，F′)的正视产生视网膜图像的方法，其特征是，它包括以下的操作：

在所述大致椭圆形照准器(E)的第一焦点(F)的邻近定位发光显示器或光源，该发光显示器具有多个物点，每个物点产生在所述大致椭圆形照准器(E)上反射的光束，

在所述大致椭圆形照准器(E)的第二焦点(F′)的邻近定位观察者的眼睛(OE)的瞳孔或中心形成的“像”焦点，

在观察者眼睛的视网膜邻近投射由所述发光显示器或所述光源产生的并由所述大致椭圆形照准器(E)的半反射面反射的图像，

其特征在于利用会聚光学装置会聚由所述发光显示器的每个点产生的光束以获得在所述大致椭圆形照准器上反射后的平行光束，该平行光束集中在所述观察者眼睛的瞳孔上，所述会聚装置采取针对所述发光显示器的每个点的聚焦，并且由所述发光显示器产生的所述图象略微倾斜以减少由所述大致椭圆形照准器造成的畸变。

2.按照权利要求1的方法，其特征是，按照相对于上述大致椭圆形照准器(E)造成的畸变的互反数学函数，压缩由发光显示器产生的上述图像。

3.按照权利要求1的方法，其特征是，它包括：产生反向畸变的光学***，为的是补偿由上述大致椭圆形照准器(E)造成的畸变。

4.按照权利要求1的方法，其特征是，它包括：扫描***以及具有与光源相关的可变聚焦透镜的会聚透镜。

5.按照权利要求1的方法，其特征是，它包括：在所述发光显示器或所述光源和所述观察者的眼睛的瞳孔或中心之间延伸的光路径上由会聚透镜分开的两个相同的大致椭圆形照准器，该会聚透镜的横向放大倍数等于-1。

6.按照权利要求1的方法，其特征是，它包括：在所述发光显示器或所述光源和所述观察者的眼睛的瞳孔或中心之间延伸的光路径上由会聚透镜分开的两个不同的大致椭圆形照准器，该会聚透镜的横向放大倍数不等于-1。

7.一种利用大致椭圆形照准器(E)的两个焦点(F，F′)的正视实施权利要求1的方法的装置，所述大致椭圆形照准器(E)包含在所述发光显示器或所述光源和所述观察者的眼睛的瞳孔或中心之间延伸的光路径上的半反射面，其特征是，所述装置包括：

由包括具有分别产生光束的多个点的发光显示器形成的所谓的“源”焦点，所述发光显示器放置在所述大致椭圆形照准器(E)的第一焦点(F)邻近，使得所述光束由所述大致椭圆形表面向位于所述大致椭圆形照准器(E)的第二焦点(F′)邻近的观察者的眼睛的瞳孔反射，

其特征在于还包括位于所述显示器和所述大致椭圆形照准器之间的会聚光学装置以会聚所述光束，以便获得在所述大致椭圆形照准器上反射后的平行光束，该平行光束集中在所述瞳孔上，所述会聚装置采取所述发光显示器的聚焦。

8.按照权利要求7的装置，其特征是，它包括适合于用户目镜***的光学矫正装置。

9.按照权利要求8的装置，其特征是，在所述发光显示器或所述光源和所述观察者的眼睛的瞳孔或中心之间延伸的光路径上的适合于用户目镜***的上述光学矫正装置是可调整的。

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