本實用新型涉及顯示
技術領域:
,特別涉及一種顯示裝置及頭戴式顯示系統(tǒng)。
背景技術:
:虛擬現(xiàn)實技術通過計算機仿真實現(xiàn)一種使人沉浸到其中的虛擬環(huán)境,是目前發(fā)展比較熱點的領域之一。增強現(xiàn)實技術能將虛擬環(huán)境與外界環(huán)境有效地融合到一塊,讓人在觀看外界景物的同時感受到虛擬信息。抬頭顯示技術就屬于增強現(xiàn)實技術的一種,抬頭顯示技術主要用于車載和軍用頭盔。頭盔抬頭顯示系統(tǒng)可以有效地克服平視顯示系統(tǒng)的有限視場約束,其在軍事領域有廣泛的應用。在先技術“具有彎曲顯示和導航工具的可佩戴計算機”(CN103733115A)中,公開了一種可佩戴抬頭顯示器,其通過一個或者兩個顯示部件將圖像信息投射到使用者的一只或兩只眼睛內(nèi),該實用新型表面看起來比較簡單,但是將顯示器件上顯示的內(nèi)容成像到人眼所需要的光路結構是非常復雜的,另外該實用新型不能實現(xiàn)三維立體顯示。技術實現(xiàn)要素:本實用新型旨在克服上述在先技術的不足,提供一種頭戴式抬頭顯示系統(tǒng)。為解決上述技術問題,本實用新型采用如下技術方案:在本實用新型的一個方面,提供一種顯示裝置,其特征在于,包括:曲面反射鏡和半透半反鏡,其中,圖像通過所述曲面反射鏡的反射后入射到所述半透半反鏡,并通過所述半透半反鏡反射后進入到人眼。本實用新型的顯示裝置中,圖像通過曲面反射鏡和半透半反鏡的反射進入人眼,反射系統(tǒng)可以降低光學系統(tǒng)的像差校正難度,如色差等,并且該結構簡單,加工難度小。另外,使用兩個反射面,能夠在節(jié)約顯示裝置占用空間的前提下增加待顯示圖像與人眼之間的光學長度,從而能夠降低曲面反射鏡的光焦度,以降低設計難度,減小畸變。在進一步的實施例中,所述半透半反鏡包括靠近人眼的第一面和遠離人眼的第二面,所述第一面上設置有半透半反膜,所述第二面上設置有增透膜。其中,所述半透半反鏡包括靠近人眼的第三面和遠離人眼的第四面,所述第三面上設置有增透膜,所述第四面上設置有半透半反膜。其中,所述半透半反鏡為平面鏡、球面鏡、非球面鏡和自由曲面鏡中的任一種。其中,所述半透半反鏡的厚度均勻。其中,所述半透半反鏡為面型連續(xù)的單片式半透半反鏡。其中,所述半透半反鏡包括面型連續(xù)的第一半透半反鏡和第二半透半反鏡,所述第一半透半反鏡與所述第二半透半反鏡并列設置在人眼的正前方。在進一步的實施例中,所述曲面反射鏡為面型連續(xù)的單片式反射鏡。其中,所述曲面反射鏡包括面型連續(xù)的第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡,所述第一曲面反射鏡與所述第二曲面反射并并排設置。其中,所述曲面反射鏡為平面鏡、球面鏡、非球面鏡和自由曲面鏡中的任一種。其中,所述曲面反射鏡由金屬制成。其中,所述曲面反射鏡由貼附有反射膜的透明材料制成。在更進一步的實施例中,所述顯示裝置還包括圖像生成裝置,圖像生成裝置顯示的圖像發(fā)射的光線入射到曲面反射鏡上。其中,所述顯示裝置還包括顯示單元,所述顯示單元包括投影組件和散射板,所述投影組件將接收到的圖像投影到所述散射板上,所述散射板將接收的光散射后入射到所述曲面反射鏡。其中,所述投影組件通過有線或無線連接到圖像生成裝置。其中,所述圖像生成裝置還可為移動智能設備。在本實用新型的又一個方面,提供一種顯示裝置,包括:圖像生成單元和半透半反鏡,所述圖像生成單元生成的圖像入射到所述半透半反鏡,并經(jīng)過所述半透半反鏡的反射后入射到人眼;其中,所述半透半反鏡為球面鏡、非球面鏡和自由曲面鏡中的任一種。本實用新型的上述顯示裝置,通過將半透半反鏡設置為球面、非球面或自由曲面,可以不使用曲面反射鏡,直接將圖像生成單元顯示的圖像經(jīng)過反射后進入到人眼,實現(xiàn)圖像的二維或三維顯示,從而使得顯示裝置的結構更加簡單。其中,所述半透半反鏡包括靠近人眼的第一面和遠離人眼的第二面,所述第一面上設置有半透半反膜,所述第二面上設置有增透膜。其中,所述半透半反鏡包括靠近人眼的第三面和遠離人眼的第四面,所述第三面上設置有增透膜,所述第四面上設置有半透半反膜。其中,所述半透半反鏡為面型連續(xù)的單片式半透半反鏡。其中,所述半透半反鏡包括面型連續(xù)的第一半透半反鏡和第二半透半反鏡,所述第一半透半反鏡與所述第二半透半反鏡并列設置在人眼的正前方。在本實用新型的另一個方面,提供一種頭戴式顯示系統(tǒng),該系統(tǒng)包括:可佩戴結構以及安裝在所述可佩戴結構上的上述的顯示裝置。與在先技術相比,本實用新型的顯示裝置中,圖像通過曲面反射鏡和半透半反鏡的反射進入人眼,反射系統(tǒng)可以降低光學系統(tǒng)的像差校正難度,如色差等。此外,圖像只通過曲面反射鏡和半透半反鏡的反射進入人眼,其結構簡單,并且參與成像的反射面少,能夠降低光學器件的加工難度。另外,本實用新型的顯示裝置的結構中,通過兩個反射鏡成像,增大了圖像生成裝置與人眼之間的光學長度,從而降低曲面反射鏡的光焦度,降低了設計難度,并且能夠減小畸變。此外,本實施例中的半透半反鏡的厚度均勻,使得人眼看到的外部景物進沒有畸變或畸變很小。最后,本實用新型中的圖像生成裝置可以為智能手機或平板電腦,在一定程度上節(jié)約系統(tǒng)的制造成本,并且增加顯示內(nèi)容的隨意性。本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分地從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例,對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述,各種其他的優(yōu)點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的,而并不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中,用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:圖1是本實用新型的顯示裝置的第一實施例的光路示意圖。圖2是本實用新型的顯示裝置的第二實施例的光路示意圖。圖3是本實用新型的顯示裝置的第三實施例的光路示意圖。圖4是本實用新型的顯示裝置的曲面反射鏡的一個實施例的結構示意圖。圖5是本實用新型的顯示裝置的曲面反射鏡的另一個實施例的結構示意圖。圖6是本實用新型的顯示裝置的半透半反鏡的一個實施例的結構示意圖。圖7是本實用新型的顯示裝置的半透半反鏡的另一個實施例的結構示意圖。圖8是本實用新型的顯示裝置的半透半反鏡的一個實施例的光路示意圖。圖9是本實用新型的顯示裝置的半透半反鏡的又一個實施例的光路示意圖。圖10是本實用新型的顯示裝置的一個具體實施例的光路示意圖。圖11是本實用新型的顯示裝置的一個具體實施例的各個元器件的位置關系示意圖。圖12是本實用新型的第十一實施例的顯示裝置的結構示意圖。圖13是本實用新型的第十二實施例的顯示裝置的結構示意圖。圖14是本實用新型的第十三實施例的顯示裝置的結構示意圖。具體實施方式下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例,然而應當理解,可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反,提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開,并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。本實用新型的第一實施例提供一種顯示裝置,如圖1所示,該顯示裝置包括曲面反射鏡2和半透半反鏡3。具體地,圖像生成裝置1生成的圖像通過曲面反射鏡2的反射后輸入到半透半反鏡3,半透半反鏡3將接收的圖像光線反射,并將外界的光線投射后入射到人眼。在該實用新型的光路中,由于使用兩個反射鏡(曲面反射鏡、半透半反鏡),使得從圖像生成裝置1到人眼的光學距離較大,可以有效地減小光學系統(tǒng)的光焦度,從而減小系統(tǒng)的設計難度,也可以減小光學系統(tǒng)的畸變量。此外,當該距離較大時,也可以明顯地減弱雙眼看到圖像的重影現(xiàn)象,提高了視覺效果。另外,本實用新型的實施例中使用曲面反射鏡,使得入射到曲面反射鏡的圖像光線經(jīng)過曲面反射鏡的匯聚反射后入射到半透半反鏡,從而能夠提高顯示裝置的清晰度。此外,圖像生成裝置1可為移動智能設備,如智能手機和平板電腦。當圖像生成裝置1為智能手機時,顯示圖像內(nèi)容的隨意性很大,只要智能手機能夠顯示的內(nèi)容都可以經(jīng)過光學系統(tǒng)投射到人眼。在進一步的實施例中,如圖2所示,本實用新型的第二實施例在第一實施例的基礎上還包括顯示單元10,該顯示單元10由投影組件101和散射板102組成。投影組件101將圖像投射到所述散射板102上,投影組件101投射到散射板102的圖像內(nèi)容可由電腦或者移動智能設備通過有線或者無線的方式控制。在本實施例中,由于使用顯示單元10,則圖像生成裝置可以直接將圖像的電信號通過無線或有線的方式傳輸?shù)酵队敖M件101上,通過投影組件101生成圖像,投影到散射板102上。在進一步的實施例中,顯示裝置也可以設置成顯示單元10為可選的結構,即當圖像生成裝置直接顯示圖像時,則直接將圖像的光線入射到曲面反射鏡上,當圖像生成裝置不能顯示圖像,只產(chǎn)生圖像的電信號時,則將圖像生成裝置連接到顯示單元10上,將圖像信號傳輸?shù)斤@示單元10來顯示圖像。散射板102將入射的光進行散射后入射到曲面反射鏡2上,散射板102為可控部件,通過控制散射板102的方向和位置來調(diào)節(jié)散射光的方向和強度,在一個實施例中,散射板102法線方向的散射光強度最強,隨著與法線角度的增大散射光強度越來越弱。此外,在進一步的第三實施例中,散射板102可為透射式的也可為反射式,如圖2的散射板102為透射式,圖3所示的第三實施例中的散射板為反射式。在進一步的第四實施例中,上述實施例的曲面反射鏡2可為面型連續(xù)的單片反射鏡201,如圖4所示。在第五實施例中,如圖5所示,在上述實施例的結構上,曲面反射鏡2也可為由面型連續(xù)的第一曲面反射鏡202和第二曲面反射鏡203組合而成,并且第一曲面反射鏡202和第二曲面反射鏡203可以相同也可以不同,并且將第一曲面反射鏡202和第二曲面反射鏡203并排設置。此外,第一曲面反射鏡202和第二曲面反射鏡203的相鄰邊緣也可以粘貼在一起,或兩個曲面反射鏡保持特定的距離。上述實施例中的組成曲面反射鏡2的單片反射鏡201或第一曲面反射鏡202和第二反射鏡曲面203的面型均可以為平面、球面、非球面、擴展多項式或其他自由曲面。其中,當曲面反射鏡2的面型為擴展多項式時,其擴展多項式可以定義為:其中,z為矢高,c為曲率,k為圓錐系數(shù),x和y為透鏡口徑方向的坐標,RN為歸一化半徑,Ai為常數(shù)系數(shù)(i=1、2、3……)。在進一步的實施例中,曲面反射鏡2的材料可以為金屬,也可以為透明的玻璃、有機玻璃和聚碳酸酯等材料。此外,當曲面反射鏡2為金屬時,加工完成后的反射面不需要鍍反射膜,直接將金屬打磨成光滑的反射面即可。當曲面反射鏡2為透明材料時,加工完成后需要在反射面上貼附或鍍有反射膜。在第六實施例中,在上述實施例的基礎上,半透半反鏡3可為面型連續(xù)的單片半透半反鏡301,如圖6所示。此外,如圖7所示,在第七實施例中,半透半反鏡3也可為由面型連續(xù)的第一半透半反鏡302和面型連續(xù)的第二半透半反鏡303組合而成。另外半透半反鏡3的第一半透半反鏡302和所述第二半透半反鏡303可以相同也可以不同。進一步地,在第八實施例中,半透半反鏡3參與成像的面可以有一個,也可以有兩個。半透半反鏡3的一個面參與成像時,如圖8所示,半透半反鏡3面向人眼的第一面需要鍍半透半反膜,半透半反鏡3的遠離人眼的第二面需要鍍增透膜,第一面用于反射入射的圖像光線,第二面用于將外界的光線透射到人眼,其中,應注意的是,入射到所述半透半反膜3上的光的透過率和反射率的比值不限定于1:1。在第九實施例中,當半透半反鏡3的兩個面都參與成像時,如圖9所示,半透半反鏡3靠近人眼的第三面需要鍍增透膜,遠離人眼的第四面鍍有半透半反膜,第四面將接收的圖像光線反射,并將外界的光線透射,然后通過第三面的透射后進入到人眼,其中,應注意的是,入射到所述半透半反膜3上的光的透過率和反射率的比值也不限定于1:1。具體地,半透半反鏡3的反射面可為平面,也可帶有一定的曲率,如球面、非球面、擴展多項式或者自由曲面。此外,半透半反鏡3的厚度均勻,使得人眼看到的外界景物無畸變或者畸變很小。在本實用新型的一個具體的實施例中,圖像經(jīng)過曲面反射鏡2和半透半反鏡3后形成虛像入射到人眼。當曲面反射鏡2由面型連續(xù)的單片反射鏡201組成時,若圖像為單一圖像時,則人眼看到的虛擬圖像是二維的。當曲面反射鏡2由第一曲面反射鏡202和第二曲面反射鏡203組成時,若圖像為單一圖像時,該單一圖像的一部分被第一曲面反射鏡202和半透半反鏡3反射到人的一只眼睛,單一圖像的其他部分被第二曲面反射鏡202和半透半反鏡3反射到人的另外一只眼睛,因此顯示二維虛像。此外,本實施例的顯示裝置也可以有兩幅圖像入射到曲面反射鏡2,此兩個圖像可以是完全相同的兩幅圖像,也可以是有部分不同或是完全不同的兩幅圖像。進一步地,當有兩幅圖像入射到曲面反射鏡2時,第一圖像被第一曲面反射鏡202和半透半反鏡3反射到人的一只眼睛,第二圖像被第二反射鏡203和半透半反鏡3反射到人的另外一只眼睛。因此,當兩幅圖像相同時,人眼看到的是二維圖像。當兩幅圖像有部分不同或完全不同,并且不同部分帶有視差時,人眼看到的不同部分是三維的。以下通過具體實施例詳細描述本實用新型的顯示裝置。本實施例的顯示裝置包括由投影組件101和散射板102組成的顯示單元、曲面反射鏡2和半透半反鏡3組成,并且散射板102為反射式,投影組件101與圖像生成裝置如移動智能設備通過無線方式連接,將移動智能設備的圖像投影到散射板102上。投射到散射板102的圖像的大小為35mm(x)×20mm(y)。曲面反射鏡2和所述半透半反鏡3組成的光學系統(tǒng)的光路圖如圖10所示,所述曲面反射鏡2為面型連續(xù)的單片反射鏡201,單片反射鏡201的面型為擴展多項式,對應的面型參數(shù)如表1所示,該表中數(shù)據(jù)單位為毫米。表1擴展多項式系數(shù)c51.14k-0.92RN100A10.000A232.968A3-66.935A40A5-69.939A60A713.332A80A97.851A10-2.384本實施例中的各個元器件之間的位置關系如圖11所示,曲面反射鏡2在y方向離心-26mm,繞x正方向順時針的偏轉角度為2°,曲面反射鏡2的有效區(qū)域的中心距離人眼的距離為60mm(y)×25mm(z)。半透半反鏡3的有效區(qū)域的中心距離人眼的距離為74mm(z),半透半反鏡3繞x正方向順時針的偏轉角度為25°,散射板102的有效區(qū)域的中心距離人眼的距離為65mm(y)×109mm(z),散射板103繞x正方向順時針的偏轉角度為16°,調(diào)節(jié)投影組件101(未示出)與散射板102之間的位置關系,使得投影到散射板上的圖像清晰。本實施例的半透半反鏡3為厚度均勻的平板,半透半反鏡3面向人眼的一面鍍有半透半反膜,另一面鍍增透膜。并且半透半反鏡3的分光比為2:3(反射:透射)。曲面反射鏡2與半透半反鏡3將散射板102上的圖像成虛像到人眼,則根據(jù)上述的位置關系,人眼看到距離前面2米處的虛像為820mm(x)×470mm(y),外界景物發(fā)射的光線透過半透半反鏡3也可以進入人眼。與在先技術相比,本實用新型的顯示裝置中,圖像通過曲面反射鏡和半透半反鏡的反射進入人眼,反射系統(tǒng)可以降低光學系統(tǒng)的像差校正難度,如色差等。此外,圖像只通過曲面反射鏡和半透半反鏡的反射進入人眼,其結構簡單,并且參與成像的反射面少,能夠降低光學器件的加工難度。另外,本實用新型的顯示裝置的結構中,通過兩個反射鏡成像,增大了圖像生成裝置與人眼之間的光學長度,從而降低曲面反射鏡的光焦度,降低了設計難度,并且能夠減小畸變。此外,本實施例中的半透半反鏡的厚度均勻,使得人眼看到的外部景物進沒有畸變或畸變很小。最后,本實用新型中的圖像生成裝置可以為智能手機或平板電腦,在一定程度上節(jié)約系統(tǒng)的制造成本,并且增加顯示內(nèi)容的隨意性。在本實用新型的另一個實施例,即第十一實施例中,提供又一種顯示裝置,該顯示裝置與上述實施例的顯示裝置的區(qū)別在于,本實施例中的半透半反鏡使用球面鏡、非球面鏡和自由曲面鏡中的一種,然后不使用上述實施例的曲面反射鏡,即如圖12所示,該顯示裝置只包括半透半反鏡3和圖像生成單元,本實施例的圖像生成單元可以使用上述實施例的圖像生成裝置1,圖像生成裝置1將圖像入射到半透半反鏡后,經(jīng)過半透半反鏡的反射后入射到人眼。本實用新型的上述顯示裝置,通過將半透半反鏡設置為球面、非球面或自由曲面,可以不使用曲面反射鏡,直接將圖像生成單元顯示的圖像經(jīng)過反射后進入到人眼,實現(xiàn)圖像的二維或三維顯示,從而使得顯示裝置的結構更加簡單。在進一步的實施例中,與上述實施例相似,該半透半反鏡可以有兩種結構,一種是該半透半反鏡包括靠近人眼的第一面和遠離人眼的第二面,第一面上設置有半透半反膜,第二面上設置有增透膜,如圖8所示,第一面用于反射入射的圖像光線,第二面用于將外界的光線透射到人眼。另一種結構是該半透半反鏡包括靠近人眼的第三面和遠離人眼的第四面,并且第三面上設置有增透膜,第四面上設置有半透半反膜,如圖9所示,第四面將接收的圖像光線反射,并將外界的光線透射,然后通過第三面的透射后進入到人眼,其中,應注意的是,上述兩種形式中入射到所述半透半反膜上的光的透過率和反射率的比值不限定于1:1。另外,該半透半反鏡可以設置為面型連續(xù)的單片式半透半反鏡,如圖6所示,也可以設置為半透半反鏡包括面型連續(xù)的第一半透半反鏡和第二半透半反鏡,所述第一半透半反鏡與所述第二半透半反鏡并列設置在人眼的正前方,如圖7所示。此外,在進一步的實施例中,該顯示裝置也可以包括顯示單元,該顯示單元包括投影組件和散射板,如圖13所示的第十二實施例的顯示裝置的結構和圖14所示的第十三實施例的顯示裝置的結構示意圖,其具體的顯示方式與上述包括曲面反射鏡的顯示裝置中的顯示方式類似,在此不再贅述。在上述實施例中,由于顯示裝置不包括曲面反射鏡2,則圖像生成裝置生成的圖像直接入射到半透半反鏡3后,經(jīng)過半透半反鏡3的反射后生成虛像入射到人眼。此外,當半透半反鏡3由面型連續(xù)的單片反射鏡301組成時,若圖像為單一圖像時,人眼看到的虛擬圖像是二維的。當半透半反鏡3由第一半透半反鏡302和第二半透半反鏡303組成時,若圖像為單一圖像時,該單一圖像的一部分被第一半透半反鏡302反射到人的一只眼睛,單一圖像的其他部分被第二半透半反鏡303反射到人的另外一只眼睛,因此從而顯示二維虛像。進一步的,當有兩幅圖像入射到半透半反鏡3時,第一圖像被第一半透半反鏡302反射到人的一只眼睛,第二圖像被第二半透半反鏡303反射到人的另外一只眼睛。若第一圖像和第二圖像相同,人眼看到的圖像是二維的。若第一圖像和第二圖像有部分完全不同,并且不同部分帶有視差時,人眼看到的不同部分是三維的。綜上,本實用新型的實施例的顯示裝置,在不配置曲面反射鏡時,通過設置兩塊半透半反鏡,不僅可以實現(xiàn)圖像的二維顯示,還能實現(xiàn)圖像的三維顯示。另外,當顯示裝置中配置有曲面反射鏡時,通過設置兩塊曲面反射鏡,可以實現(xiàn)二維顯示和三維顯示。在本實用新型的進一步的實施例中,提供一種頭戴式顯示系統(tǒng),該系統(tǒng)包括:可佩戴結構以及安裝在所述可佩戴結構上的上述顯示裝置。本實用新型的實施例所述的頭戴式顯示系統(tǒng),其可佩戴結構可以使用現(xiàn)有技術中的任何一種,如眼鏡、頭套、帽子等,在此不做具體限定,只要能夠安裝本實用新型的顯示裝置的佩戴結構均適用于本實用新型。此外,本實用新型的顯示裝置并不限定于用于頭戴式顯示系統(tǒng),在其他的顯示系統(tǒng)中也可以使用,如可以設置在車載顯示中,家庭影音設備的顯示中,以及其他能夠使用本顯示裝置實現(xiàn)顯示功能的系統(tǒng)中。在本實用新型所提供的幾個實施例中,應該理解到,所揭露的方法、裝置和電子設備,可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的設備實施例僅僅是示意性的,例如,所述單元的劃分,僅僅為一種邏輯功能劃分,實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式,如:多個單元或組件可以結合,或可以集成到另一個系統(tǒng),或一些特征可以忽略,或不執(zhí)行。另外,所顯示或討論的各組成部分相互之間的耦合、或直接耦合、或通信連接可以是通過一些接口,設備或單元的間接耦合或通信連接,可以是電性的、機械的或其它形式的。上述作為分離部件說明的單元可以是、或也可以不是物理上分開的,作為單元顯示的部件可以是、或也可以不是物理單元,即可以位于一個地方,也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上;可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。另外,在本實用新型各實施例中的各功能單元可以全部集成在一個處理單元中,也可以是各單元分別單獨作為一個單元,也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中;上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn),也可以采用硬件加軟件功能單元的形式實現(xiàn)。以上所述,僅為本實用新型的具體實施方式,但本實用新型的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本
技術領域:
的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi),可輕易想到變化或替換,都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此,本實用新型的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。當前第1頁1 2 3