[发明专利]眼镜式显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像系统，涉及一种具有较大视场、较大出瞳尺寸的眼镜 式显示装置。

背景技术

眼镜式显示装置的作用，是将微显示芯片(如LCD、LCOS或者OLED)所 产生的图像放大成虚像再供人眼进行观察，其中LCD(Liquid Crystal Display) 为液晶显示，OLED(Organic Light Emitting Diode)为有机发光二极管， LCOS(Liguid Crystal on Silicon)为反射式硅基液晶。使用时，整个显示装置被 佩戴于非常接近于人眼的位置，具有便携性、移动性等优点。为了便于佩戴， 要求眼镜式显示装置在保证足够的成像质量、足够的视觉放大率的情况下，体 积能尽量的小、重量能尽量的轻。

因具有便携性、移动性等优点，并可实时提供大屏幕显示效果，眼镜式显 示装置不仅可以应用于军事领域满足实时观察图像的需求，更可广泛应用于民 用多媒体视听领域。由于其广泛的市场应用前景，众多研究机构和公司对眼镜 式显示技术进行了大量的投入，目前已经出现了多种眼镜式显示技术方案。

美国Micro Optical公司申请的美国专利中，提供了多种眼镜式显示技术 方案，所述美国专利包括：US 5,715,377、US 5,886,822、US 6,023,372和US 6,091,546。其中一种方案是将微显示芯片产生的光学图像经由光学系统放大 后，再由导光装置将图像传导到人眼进行观察，其中图像可以传导至瞳孔的侧 面或者正面，这种方案中，为了降低显示装置的体积，减小了显示的视场，因 此无法提供大显示尺寸。另一种方案是通过半反半透棱镜来实现，这种显示装 置的体积会随人眼可观察范围(出瞳尺寸)和视场的增加而急剧加大，所以仅适 合小视场和低分辨率显示(例如11度水平视场，320×240分辨率)。

在美国专利US 6,028,708、US 6,097,354、US 5,436,765、US 5,959,780、 以及US6,317,267中，提供了采用离轴自由曲面棱镜对图像进行放大的显示系 统，这些方案中可达到较高的光学质量和高解析度，但是，如果想实现较大的 出瞳尺寸和较大的视场，同样需要增大显示装置的体积和重量。不仅如此，由 于光学系统离轴的缘故，会使得系统设计难度高，畸变难于消除(3％)，且非轴 对称的自由曲面加工难度也非常大。

在美国专利US 09/801,405(公告号US 2001/0033401A1)和US 6,169,613 中，采用了全息光学器件和光传导平板的方法，使得整个眼镜式显示装置可以 实现轻薄化，但全息光学元件难于批量化、且其色差消除困难，这些缺点限制 了此种方案的推广应用。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决传统眼镜式显示装置中当增大视 场和出瞳尺寸时必须增大尺寸和重量的问题，并提供一种具有较大视场、较大 出瞳尺寸并支持高解析度的轻薄型眼镜式显示装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：构造一种眼镜式显示 装置，包括微显示芯片、对所述微显示芯片产生的图像进行放大处理的光学透 镜组、以及将所述光学透镜组输出的光线传送到人眼的光传导平板；其中，所 述微显示芯片、光学透镜组及光传导平板沿着光线传播方向依次放置；所述光 传导平板与所述人眼的观察轴线垂直，所述光学透镜组的轴线与所述人眼的观 察轴线之间的夹角为45度～65度；

所述光学透镜组中可包括沿着光线传播方向依次放置的四个透镜，其中第 一透镜、第二透镜和第三透镜用于对光束进行聚焦并消除色差，第四透镜用于 对主光线进行偏转处理以使之垂直于所述微显示芯片并消除畸变；

所述第一、第三、第四透镜最好为偶次非球面凸透镜，所述第二透镜为球 面双凹透镜；

所述第一、第三、第四透镜可采用PMMA、COC或者COP树脂材料制 成，该树脂材料的折射率为1.45～1.6，阿贝数为56～58；所述第二透镜可采用 火石玻璃材料制成，该玻璃材料的折射率为1.7～1.9，阿贝数为20～40。

本发明中，所述微显示芯片与第一透镜之间的距离可为3mm～10mm；所 述微显示芯片与第四透镜之间的总长度小于50mm；所述人眼的观察位置与光 传导平板之间的距离可为10mm～25mm。