一种包括负折射率透镜的同步显示系统和装置的制作方法

本实用新型属于光学成像领域，特别是指一种包括负折射率透镜的同步显示系统和装置。

背景技术：

增强现实(augmentedreality，ar)的概念提出以来，基于ar模式的头戴显示设备取得了长足的发展。头戴显示设备的应用场景也越来越广泛。头戴显示设备具有私密性显示的优点，即使用者看到的图像，在非使用者的角度并不为其他人所知，但也造成了使用者不利于及时将视觉内容与他人分享的弊端；或者，在用户初次使用设备时对操作不太熟练，他人不清楚设备当前显示状态致使辅助进行指导或演示不方便。尽管开发了依赖电信号在预定网络下的传输来实现对非佩戴者的同步显示，但这样的同步显示依赖另外一台具备供电、操作系统、网络连接条件和显示界面的设备进行，存在局限。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种包括负折射率透镜的同步显示系统和装置，借由负折射率透镜将ar模式下头戴显示设备中的显示画面显示于外，对使用者之外的人可见。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案可实现为：

一种包括负折射率透镜的同步显示系统，可拆卸的附接于头戴显示设备，包括分光镜、中间成像透镜和负折射率透镜；中间成像透镜，位于头戴显示系统图像光的导向光路，将接收的图像光在预定位置成中间像；分光镜，位于中间成像透镜的成像光路上，将所述光路折转至预定光路的负折射率透镜上；经由负折射率透镜在空中镜像成像。

进一步的，所述分光镜的开启和关闭通过开关控制。

进一步的，所述分光镜与水平线成预定夹角。

进一步的，所述分光镜的面积为微显示器的尺寸的3～5倍。

进一步的，所述同步显示系统进一步包括中继镜组，位于分光镜和负折射率透镜之间的光路上，将所述中间像呈现于预定位置。

进一步的，所述同步显示系统进一步包括放大镜组；位于反射镜之后的光路上，所述放大镜组包括至少一片透镜，用于对接收的光路进行放大。

进一步的，所述放大镜组与负折射率透镜共轴。

本实用新型还提供了一种同步显示装置，包括同步显示系统以及附接件；所述附接件包括承接部和连接部；连接部一端与头戴显示设备机械连接；另一端与承接部通过机械旋转连接。

进一步的，所述承接部的中间部分为圆筒形，不同封装部之间旋转连接且角度可调。

进一步的，所述连接部通过卡接、吸盘或者旋钮固定于头戴显示设备。

采用本实用新型所述的显示系统和装置，可以不依赖于任何电信号的将头戴显示设备的画面在空中成像，便于操作和携带。另外，通过分光镜的朝向和负折射率透镜配合使用，方便观察者分享表达或者指导者使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中同步显示系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例中包含中继镜组的同步显示系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例中负折射率透镜的功能示意图；

图4为本实用新型实施例中包含放大镜组的同步显示系统结构示意图；

图5为本实用新型实施例中同步显示装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例与附图来对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种包括负折射率透镜的同步显示系统，可拆卸的附接于头戴显示设备，将头戴显示设备对其使用者投射的图像通过该同步系统被显示于头戴显示设备的壳之外，通常在预定空间位置成像，以让除使用者以外的观察者可以直接的、同步看到头戴显示设备中目前显示的内容。所述同步显示系统主要包括：分光镜1、中间成像透镜2和负折射率透镜3。

如图1所示的，对于ar方式的头戴显示设备而言，其通常包括微显示器和对该微显示器所示图像放大的投影镜，以及满足透射现实图像的合成器，其中合成器可以与投影镜形成为同一物理实体，形成例如离轴的、包括曲面的光学组件4，由于合成器的存在，目前微显示器显示的图像在此存在一定的光能损失，即并非所有微显示器发出的图像光均可以被投影镜投影至使用者的人眼，从而光学组件4中的投影镜的设置要求损失掉的图像光被导向远离视线的方向，以避免影响。

基于此，本实用新型同步系统的中间成像透镜2被置于上述被导向的方向上，以收集对于头戴显示设备用户无用的图像光，分光镜1将所述图像光以预定方向反射偏转射向负折射率透镜3，经由负折射率透镜3在空间成像位置5处进行成像，其收光功能的开启可以通过机械控制分光镜到预定位置实现。分光镜1与水平方向形成预定的夹角，以能接收并反射所有中间成像透镜2的图像光为宜。由中间成像透镜2传送的图像光，在到达负折射率透镜3的过程中，会形成中间像。

通常的ar方式的头戴显示设备光学放大设置方式将使图像光在到达本发明的上述中间成像透镜2位置之前即经过具有折光力的表面进行光路转向，这样的光路通常具有对图像光的放大作用，并优选的，如图2所示，在分光镜1后加入中继镜组6，以使放大的中间像被呈现于预定位置，置于该预定位置的分光镜1的面积应大于所述微显示器的尺寸，比如以3-5倍面积为宜，以完整的接纳图像光并反射导向至负折射率透镜3。

负折射率透镜3为具有如图3所示折光性的透镜，其可以满足镜像对称的空间成像，其中负折射率透镜3可以通过微结构、重复阵列或者具有负折射率的纳米材料板等实现，本发明不限定负折射率透镜3的构成方式，任何能满足如图3所示折光性的透镜均可用作本发明。负折射率透镜3的折光性决定其对光没有除镜像外的折转作用，即负折射率透镜3并不能对图像实现光学放大，因此在本实施例中，对微显示器上图像的光学放大依赖头戴显示设备的投影镜的部分表面完成，其放大的图像质量并不足以满足优质的要求，但对于例如辅助展示而言已经具有明显友好的体验。

进一步的，可以在分光镜1后继续设置放大镜组7，以提高对传导出的微显示器图像的放大能力，如图4所示，包括微显示器、头戴式显示设备的光学组件4，分光镜1，中间成像透镜2、放大镜组7和负折射率透镜3，分光功能的开启和关闭可通过开关控制，所述开关可以为电信号或者机械开关。

微显示器的图像光，经过头戴显示设备的光学组件4，将要透射损失的图像光传递至中间成像透镜2；继而被导向分光镜1，放大镜组7在分光镜1的反射光路上，对入射其上的图像光进行进一步放大，然后通过负折射透镜3在空间成像位置5成像。所述放大镜组7包含至少一面透镜，本实用新型对放大镜组7中透镜的面型、位置不做限制，只要能实现对图像的放大功能即可。优选的，放大镜组与负折射率透镜共轴，可以使同步显示系统的设计更加简便。

本实用新型还提供了一种同步显示装置，如图5所示，包括如上所述的同步显示系统，以及将该同步显示系统可拆卸的固定于头戴显示系统的机械结构，所述机械结构包括：连接部51，以及承接部52。

所述承接部52的中间部分为圆筒形，用于内置同步显示系统；将同步显示系统中的各个元件按照预定的位置和角度封装于内；同步显示系统中，非同轴的元件之间，通过承接部52中角度可调的封装部旋转连接，实现对同步显示系统中不同元件位置的调整，以适应不同的头戴显示设备。

所述连接部51用于连接承接部51和头戴显示设备。所述连接部51的一端与头戴显示设备相连，通过卡接、吸盘、旋钮等机械方式固定于头戴显示设备的预定位置；另一端可固定可旋转的与承接部52相连。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。