[发明专利]一种头戴式图像显示装置

权利要求书

1.一种头戴式图像显示装置，其特征在于，包括：通光区域、以及位于所述通光区域内的图像显示器、第一光学元件阵列、第二光学元件和第三光学元件；其中，所述图像显示器显示的图像信号经所述第一光学元件阵列处理后形成第一4D光场和第二4D光场，所述第一4D光场经所述第二光学元件反射入佩戴者的一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第一立体虚像，所述第二4D光场经所述第三光学元件处理后，反射入所述佩戴者的另一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第二立体虚像；其中，所述第一立体虚像和所述第二立体虚像重合。

2.根据权利要求1所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述头戴式图像显示装置还包括第四光学元件，所述图像显示器显示的图像信号经所述第四光学元件反射后形成一倒立实像，第一光学元件阵列对所述倒立实像处理后形成第一4D光场和第二4D光场。

3.根据权利要求2所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第一光学元件阵列包括：

正弯月形凸透镜阵列和设置于所述正弯月形凸透镜阵列凹面上的半透半反膜。

4.根据权利要求2所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第一光学元件阵列包括：第一凸透镜阵列，以及具备半透半反功能的凹面镜阵列；其中，所述凹面镜阵列位于所述第一凸透镜阵列与所述图像显示器之间。

5.根据权利要求2所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第一光学元件阵列包括：第一平凸透镜阵列、第二平凸透镜阵列，和所述第一平凸透镜阵列和所述第二平凸透镜阵列之间填充的半透半反层。

6.根据权利要求2所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第一光学元件阵列包括：半透半反镜阵列，以及设置于所述半透半反镜阵列两侧的第二凸透镜阵列和第三凸透镜阵列。

7.根据权利要求3至6任一项所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第二光学元件包括第一半透半反镜，所述第一半透半反镜将经所述第一光学元件阵列反射形成的第一4D光场反射至佩戴者的一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第一立体虚像。

8.根据权利要求7所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第三光学元件包括第二半透半反镜和平面镜；其中，所述平面镜将经所述第一光学元件阵列透射形成的第二4D光场反射后，再经所述第二半透半反镜反射入所述佩戴者的另一只眼中，并在所述佩戴者的视线前方形成第二立体虚像。

9.根据权利要求8所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述通光区域包括相互连通且呈一定角度的第一通光区域和第二通光区域；其中，在所述第一通光区域和所述第二通光区域的连接处设置有第四光学元件，所述第四光学元件包括全反射的第一凹面镜，所述图像显示器位于所述第一通光区域内，所述第一光学元件阵列、所述第二光学元件和所述第三光学元件均位于所述第二通光区域内；所述图像显示器显示的图像信号经过所述第一凹面镜反射后在所述第二通光区域内形成一倒立实像。

10.根据权利要求9所述的头戴式图像显示装置，其特征在于，所述第一凹面镜的成像公式为：

$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}=\frac{1}{f_a}$

式中，a表示所述第一凹面镜与所述图像显示器之间的距离，b表示所述第一凹面镜与所述倒立实像之间的距离，f_a表示所述第一凹面镜的焦距；

其中，所述图像显示器位于所述第一凹面镜两倍焦距处或两倍焦距外。