一种头戴式图像显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种头戴式图像显示装置。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，头戴式显示装置的应用越来越广泛。在应用于增强现实显 示技术中时，需要头戴式显示装置具有较高的透明度和较大的视场角，并且不对外界进入 人眼的光线产生偏折。
[0003] 现有技术中的头戴式显示装置，例如采用全息光栅和光波导的技术设计的头戴式 显示装置，制作工艺复杂、成本高、存在色散，且视场角较小；采用的Wave guides with micro reflector技术实现透视效果显示器，制作难度大、成本高、视场有限;采用基于微透 镜阵列的集成显示技术制作的智能眼镜分辨率低、像差大、不具有透视功能;利用双投影设 备+双凹面镜结构实现透视效果的智能眼镜，成像面的位置固定、不具备调焦的功能，且成 本较高、设备较厚重。
[0004] 综上，如何控制成本加工制造透明度和视场角均满足需求的头戴式显示装置是增 强现实显示技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种头戴式图像显示装置，解决了现有技术中头戴式显示装置制造 成本高，且视场角较小的问题。
[0006] 依据本发明的一个方面，提供了一种头戴式图像显示装置，包括:通光区域、以及 位于通光区域内的图像显示器和具有半透半反功能的光学组件;其中，光学组件将图像显 示器显示的图像信号分别投射入佩戴者的左眼和右眼，并在佩戴者的视线前方形成虚拟图 像。
[0007] 其中，光学组件包括:第一光学元件、第二光学元件和第三光学元件;其中，图像显 示器显示的图像信号经第一光学元件处理后形成第一虚像和第二虚像，第二光学元件将第 一虚像反射入佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第三虚像，第三光学元件对 第二虚像处理后形成第四虚像，并将第四虚像反射入佩戴者的另一只眼中，并在佩戴者的 视线前方形成第五虚像;其中，第三虚像和第五虚像重合。
[0008] 其中，光学组件还包括第四光学元件，图像显示器显示的图像信号经第四光学元 件反射后形成倒立实像，第一光学元件对倒立实像处理后形成第一虚像和第二虚像。
[0009] 其中，第一光学元件包括：
[0010] 正弯月形凸透镜和设置于正弯月形凸透镜凹面上的半透半反膜。
[0011] 其中，第一光学元件包括:第一凸透镜，以及具备半透半反功能的凹面镜;其中，凹 面镜位于第一凸透镜与图像显示器之间。
[0012] 其中，第一光学元件包括:第一平凸透镜、第二平凸透镜，和第一平凸透镜和第二 平凸透镜之间填充的半透半反层。
[0013] 其中，第一光学元件包括:一半透半反镜，以及设置于半透半反镜两侧的第二凸透 镜和第三凸透镜。
[0014] 其中，第二光学元件包括第一半透半反镜，第一半透半反镜将经第一光学元件反 射形成的第一虚像反射至佩戴者的一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第三虚像。
[0015] 其中，第三光学元件包括第二半透半反镜和平面镜;其中，平面镜将经第一光学元 件透射形成的第二虚像反射，形成第四虚像，第二半透半反镜将第四虚像反射入佩戴者的 另一只眼中，并在佩戴者的视线前方形成第五虚像。
[0016] 其中，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，在第一通光区域和第二通光区域的连接处设置有第四光学元件，第四光学元件包括全 反射的第一凹面镜，图像显示器位于第一通光区域内，第一光学元件、第二光学元件和第三 光学元件均位于第二通光区域内；图像显示器显示的图像信号经过第一凹面镜的反射在第 二通光区域内形成一倒立实像。
[0017] 其中，第一凹面镜的成像公式为：
[0019] 式中，a表示第一凹面镜与图像显示器之间的距离，b表示第一凹面镜与倒立实像 之间的距离，fa表示第一凹面镜的焦距；
[0020] 其中，图像显示器位于第一凹面镜两倍焦距处或两倍焦距外。
[0021] 其中，第一光学元件反射成像公式为：
[0023]式中，c表示倒立实像与第一光学元件之间的距离，d表示第一虚像与第一光学元 件之间的距离，fb表示第一光学元件的反射焦距；
[0024]其中，倒立实像位于第一光学元件一倍焦距内。
[0025]其中，第一光学元件折射成像公式为：
[0027]式中，c表示倒立实像与第一光学元件之间的距离，g表示倒立实像经第一光学元 件折射后形成的第二虚像与第一光学元件之间的距离，f。表示第一光学元件的折射焦距； [0028]其中，第一虚像与第一光学元件之间的距离为第一距离，第一光学元件与第一半 透半反镜之间的距离为第二距离，第二虚像与平面镜之间的距离为第三距离，平面镜与第 二半透半反镜之间的距离为第四距离；第一距离和第二距离的和，与第三距离和第四距离 的和相等;且fb = fc。
[0029]本发明的实施例的有益效果是：
[0030]该头戴式图像显示装置通过具有半透半反功能的光学组件将图像信号放大并分 别透射至佩戴者的双眼，进而在佩戴者的视线前方形成虚拟图像，该头戴式图像显示装置 仅需要一个图像显示器件，制造成本低、轻薄便携、深度可调，且能够满足透明度和视场角 的要求。
【附图说明】
[0031]图1表示本发明的头戴式图像显示装置的结构示意图；
[0032]图2表示本发明的头戴式图像显示装置的实像成像原理示意图；
[0033]图3表示本发明的头戴式图像显示装置的右眼成像原理示意图；
[0034]图4表示本发明的头戴式图像显示装置的左眼成像原理示意图；
[0035] 图5表示本发明的第一光学元件的结构示意图一；
[0036] 图6表示本发明的第一光学元件的结构示意图二；
[0037]图7表示本发明的第一光学元件的结构示意图三；
[0038]图8表示本发明的第一光学元件的结构示意图四。
[0039] 其中图中：1、通光区域，2、图像显示器，3、第一光学元件，4、第二光学元件，5、第三 光学元件，6、第四光学元件；
[0040] 30、正弯月形凸透镜，31、半透半反膜，32、第一凸透镜，33、凹面镜，34、第一平凸透 镜，35、第二平凸透镜，36、半透半反层，37、半透半反镜，38、第二凸透镜，39、第三凸透镜； [0041 ] 40、第一半透半反镜；
[0042] 50、第二半透半反镜，51、平面镜；
[0043] 60、第一凹面镜；
[0044] 101、第一虚像，102、第二虚像，103、第三虚像，104、第四虚像，105第五虚像，106、 倒立实像。
【具体实施方式】
[0045] 下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明 的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例 所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围 完整的传达给本领域的技术人员。
[0046] 实施例
[0047]如图1所示，本发明的实施例提供了一种头戴式图像显示装置，包括:通光区域1、 以及位于通光区域1内的图像显示器2和具有半透半反功能的光学组件;其中，光学组件将 图像显示器2显示的图像信号分别投射入佩戴者的左眼和右眼，并在佩戴者的视线前方形 成虚拟图像。其中，该头戴式图像显示装置的通光区域1可以是空心的自由空间，也可以是 实心的透明