[发明专利]一种单像源双目近眼显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自由曲面棱镜，具体地说，尤其涉及一种适用于单像源近眼显示装置的自由曲面棱镜、以及使用它的单像源近眼显示装置，该单像源近眼显示装置只需一个高PPI的小型图像显示元件即可实现良好的双目视觉特性，有效的降低了近眼显示装置的成本。

背景技术

消费电子产品在近年来得到了蓬勃的发展，在智能手机之后，消费者已普遍地知道虚拟现实(virtual reality)和增强(augmented reality)的概念，并追逐相关的各种产品作为体验新技术的尝试，诸如Microsoft、FACEBOOK、GOOGLE等公司均推出了概念性的产品，在这些产品中，大多使用了单独针对某只人眼的显示元件，或者分立于左右眼目视光学系统上的两个中小型显示元件，即使这两个中小型显示元件可以集成在一体化形成，比如Oculus与Samsung合作的gear VR设备，但无可避免的依然需要使用植入整体较大面积显示器(如手机屏幕)，相对于近眼显示装置需要的高PPI分辨率显示元件的需求而言，这样的设置显然不够经济，极大的影响了近眼显示装置的制造成本，也无法在轻薄的光学系统下实现良好的双目视觉特性。

为了减少使用占据成本中高比例的显示元件，一些设计提出了基于分光镜的方式，将来自显示元件的光经由诸如半反半透的分光镜分成两束而进入左右眼的目视系统，但上述方式的弊端显而易见，由于分光镜的引入，光学系统的体积无法变得更薄，光损失也变大，并不利于设备的轻薄化，影响近眼显示装置的使用体验。

发明内容

本发明旨在提供一种单像源双目近眼显示装置，其基于自由曲面棱镜实现，在仅使用单一微型显示元件的情况下，通过有效光学面和反射元件的位置配合，能够实现良好的双目视觉体验，并具有超薄的体积，可以作为夹片型的外设附着于主体框架或者普通校正眼镜存在。

根据本发明的一种单像源双目近眼显示装置，包括：一微型显示元件；第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜；用于将所述微型显示元件发出的光反射至位于左侧的第一自由曲面棱镜的第一反射镜，用于将所述微型显示元件发出的光反射至位于右侧的第二自由曲面棱镜的第二反射镜，所述微型显示元件位于第一和第二自由曲 面棱镜的中线上，显示面垂直于所述中线设置，与所述第一和第二反射镜相对，且与出瞳相平行；所述第一和第二反射镜的反射面下边缘位置不凸出于所述第一和第二自由曲面棱镜的下边缘位置。

作为一种具体实施的方式，所述第一反射镜包括第三自由曲面棱镜，所述第二反射镜包括第四自由曲面棱镜；所述第三和第四自由曲面棱镜至少包括一个非球面面型的自由表面，且所述第三和第四自由曲面棱镜的位置关于所述中线对称。

其中，所述第三和第四自由曲面棱镜可以形成为一整体；第三和第四自由曲面棱镜的光入射面相对于微型显示元件设置，并分别向所述中线方向内倾斜。

优选的，第一至第四自由曲面棱镜中的每一个至少包括三个光学面，其中两个光学面的光焦度与另外一个光学面不同。

作为一种变形，第一和第二反射镜为一对关于所述中线呈对称分布的球面反射镜，一对球面反射镜为分立设置或合为一体设置。

根据本发明的自由曲面棱镜，具有轻薄易安装的优势，并且在反射元件的位置配合下，能够不扩大整个光学系统的尺寸而将作为单一像源的微型显示元件发出的光合理分配到左右两个自由曲面棱镜，提高光能利用率，减轻装置的重量和体积，从而提高了近眼显示设备的实用性和舒适度，降低了实现VR、AR等各种近眼显示装置的成本。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的近眼显示装置的光路图

图2为根据本发明第二实施例的近眼显示装置的光路图

图3为根据本发明一种变形例的近眼显示装置的光路图

图4为根据本发明的近眼显示装置电连接外设装置后的系统框图

具体实施方式

以下内容将参考附图和自由曲面棱镜的结构等来详细讨论具体实施本发明的实际示例。本发明可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于这里所阐述的各实施例。而是，提供这些实施例使得本公开充分和完整，且向那些本领域的技术人员全面地传达本发明的构思。另外，各个实施例中的特征也可以按照下述实施例之外的方式组合，组合后的技术方案仍落在本申请的范围之内。

第一实施例