專利名稱：虛像顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛像顯示設(shè)備，其通過反射從半透明反射裝置上的光學(xué)單元投射的圖像信息，以及將虛像重疊到前景來使在半透明反射裝置上的虛像從觀察點(diǎn)可見。
背景技術(shù)：
這種類型的虛像顯示設(shè)備通常用于顯示系統(tǒng)中，其中，額外的圖像顯示為在觀察者前面的顯示器上的虛像，且額外的圖像重疊到圖像，或者已經(jīng)顯示在顯示器上或者向前的景象上，以及尤其是用作用于諸如計(jì)算機(jī)游戲或者汽車之類的娛樂設(shè)備的信息顯示設(shè)備。
需要通過改變虛像的圖像距離來增加顯示器上的圖像的透視感。例如，在涉及向前的景象的圖像信息將顯示為虛像的情況下，其中，圖像信息重疊到向前的景象上，可以在沒有不舒服的感覺的情況下識(shí)別該圖像，且當(dāng)虛像的圖像距離根據(jù)觀察者和顯示裝置中的景象之間的距離而改變時(shí)，可以獲得更加現(xiàn)實(shí)的感覺。
更加確切的，當(dāng)觀察者和顯示裝置中的景象之間的距離更長時(shí)，觀察者和要被顯示在顯示器裝置上的虛像之間的距離會(huì)同樣變得更長，以便可以獲得更加現(xiàn)實(shí)的感覺。
當(dāng)與普通的立體電視相比時(shí)，更清楚地理解虛像顯示為額外的圖像的優(yōu)點(diǎn)，通過立體電視也可以獲得透視感。
普通電視在顯示區(qū)域以外具有外部框架，因此，觀察者的眼睛可能聚焦在外部框架上。在這樣的情況下，當(dāng)顯示圖像的距離較大地改變時(shí)，其可能給出對觀察者不舒服的感覺。
因此，立體電視可能顯示這樣的圖像，其提供了較差的透視感。另一方面，當(dāng)額外的圖像顯示為虛像時(shí)，圖像距離可以動(dòng)態(tài)改變，因?yàn)楦静荒茏R(shí)別顯示裝置的外部框架。
在傳統(tǒng)的虛像顯示設(shè)備中，顯示裝置上的圖像由凹鏡或者透鏡放大，且顯示為虛像，其中，機(jī)械地移動(dòng)光學(xué)裝置來改變圖像距離。
在另一種傳統(tǒng)的虛像顯示設(shè)備中，披露了這樣的具有光學(xué)投射系統(tǒng)和物鏡的系統(tǒng)，其中，設(shè)置有一對光學(xué)投射系統(tǒng)，以及在投射透鏡的出射光瞳處的圖像形成在觀察者的右眼和左眼處，即，來自光學(xué)投射系統(tǒng)的光線在右眼和左眼處聚焦。
例如，這些傳統(tǒng)的設(shè)備在日本專利出版物(未審查的)H5-147456或者2001-356298中披露。
在通過機(jī)械移動(dòng)光學(xué)裝置來改變圖像距離的情況下，大尺寸的屏幕是必需的，或者當(dāng)圖像距離變得更長時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)本身變得更大。
在傳統(tǒng)的虛像顯示設(shè)備用于汽車，且前擋風(fēng)玻璃用作半透明反射裝置的情況下，擋風(fēng)玻璃的曲率較大地改變，結(jié)果，在擋風(fēng)玻璃上的圖像大大地變形。
此外，在具有一對光學(xué)投射系統(tǒng)和物鏡的傳統(tǒng)設(shè)備中，其中，來自各光學(xué)投射系統(tǒng)的光線通過使用物鏡來在左右眼處聚集，該對投射系統(tǒng)的光軸從物鏡的光軸移位，引起像差。結(jié)果，來自透鏡的整個(gè)區(qū)域的光線可能不在一個(gè)觀察點(diǎn)處聚集，以致觀察者不能識(shí)別整個(gè)圖像，引起了圖像的間斷。此外，當(dāng)顯示的圖像變得更大時(shí)，物鏡必須制成更大，從而，像差不可避免地變得更大，降低了能見度。
即使實(shí)現(xiàn)了沒有像差的透鏡，當(dāng)觀察者的觀察點(diǎn)(眼睛)移動(dòng)即使較小的距離時(shí)，圖像的間斷也可能容易發(fā)生，因?yàn)榫劢裹c(diǎn)在小區(qū)域內(nèi)。因此，即使當(dāng)檢測觀察點(diǎn)的位置來控制光線時(shí)，也難獲得高的能見度。
因此，必須通過使投射透鏡的出射光瞳更大來在聚焦點(diǎn)處使光通量的直徑更大。然而，當(dāng)出射光瞳變得更大時(shí)，投射透鏡和物鏡之間的距離，即，投射距離，變得更大，導(dǎo)致大尺寸的光學(xué)系統(tǒng)。
如上所述，在傳統(tǒng)的設(shè)備中有很多問題，即，在系統(tǒng)的一些光學(xué)裝置機(jī)械移動(dòng)的情況下，光學(xué)系統(tǒng)變得更大，由于透鏡的像差，能見度降低(圖像間斷)，以及在出射光瞳變得更大的情況下，光學(xué)系統(tǒng)變得更大。

發(fā)明內(nèi)容
考慮上述的問題來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種虛像顯示設(shè)備，其較小，具有較簡單的結(jié)構(gòu)，且其實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的圖像顯示。
根據(jù)本發(fā)明的特征之一，虛像顯示設(shè)備包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元；以及用于反射來自光學(xué)單元的圖像信息的半透明反射裝置，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)(眼睛)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，圖像信息在遠(yuǎn)處重疊。
光學(xué)單元包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置，用于照亮顯示裝置的光源，以及用于投射顯示裝置的圖像的投射透鏡，其中，該對光學(xué)投射系統(tǒng)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；以及設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)的各個(gè)圖像。
圖像位置光學(xué)系統(tǒng)包括用于在投射透鏡的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)之間形成共軛關(guān)系的光學(xué)裝置；以及用于散射光線到這樣的程度的光學(xué)散射裝置，即，到觀察點(diǎn)之一的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，光學(xué)放大裝置可以增加到上面的設(shè)備中，以便該設(shè)備可以進(jìn)一步制成更小。
根據(jù)本發(fā)明的還有的特征，可以設(shè)置檢測裝置來檢測觀察眼的位置，以調(diào)節(jié)要在觀察眼處聚集的光線。
根據(jù)本發(fā)明的還有的特征，可以提供單套光學(xué)投射系統(tǒng)，其中，圖像以分時(shí)的方式顯示在顯示裝置上，且分離成對于左右眼的各個(gè)圖像，以便可以獲得對于具有該對光學(xué)投射系統(tǒng)的設(shè)備的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的還有的特征，提供一種光學(xué)組合裝置，用于組合來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)的各圖像，且組合的圖像由半透明反射裝置反射，以便在不使用光學(xué)散射裝置的情況下獲得高質(zhì)量的虛像。


參考附圖，從下面的詳細(xì)描述將更加清楚本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖；圖2是在圖1中顯示的觀察者的觀察點(diǎn)(眼睛)的視圖；圖3是當(dāng)從上面觀察時(shí)，示出了來自光源的光線到達(dá)在圖1的設(shè)備中的觀察點(diǎn)的示意圖，其中，省略了半反射鏡和微型透鏡陣列；圖4是用于說明投射透鏡的出射光瞳的視圖；圖5是類似于圖3的示意圖，其中，顯示了在不存在透鏡的像差的情況下的光線；圖6是用于說明在圖1中顯示的第一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)原理的示意圖；
圖7是第一個(gè)實(shí)施例的修改的示意圖，其中，提供了用于檢測觀察點(diǎn)的位置的檢測裝置；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖；以及圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
(第一個(gè)實(shí)施例)下面將參考實(shí)施例來說明本發(fā)明。
在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S1的示意性結(jié)構(gòu)，從光學(xué)單元100投射的圖像信息由半透明反射板200反射，以便圖像信息作為虛像變得從其觀察點(diǎn)(眼睛)301、302對觀察者可見，其中，虛像在遠(yuǎn)處相互重疊。
圖2示出了觀察者的眼睛(301、302)，其中，黑的部分相應(yīng)于眼睛的瞳孔，黑的部分的長度為瞳孔直徑。
光學(xué)單元100包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)，即，用于左眼301的光學(xué)投射系統(tǒng)10和用于右眼302的光學(xué)投射系統(tǒng)20。
每個(gè)光學(xué)投射系統(tǒng)10、20具有用于圖像顯示的顯示裝置11、用于照亮顯示裝置11的光源12，以及投射透鏡13。
光學(xué)單元100還包括圖像位置光學(xué)系統(tǒng)30，其設(shè)置在這樣的位置處(圖像聚焦位置)，其中，該對光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像，即顯示裝置11的各圖像將通過投射透鏡13形成在圖像位置光學(xué)系統(tǒng)30上。
圖像位置光學(xué)系統(tǒng)30是一組包括用于聚集光的菲涅耳透鏡31和微型透鏡陣列32的透鏡。
用于光聚集的菲涅耳透鏡31是光學(xué)裝置，通過該光學(xué)裝置，投射透鏡13的投射眼和觀察者的觀察點(diǎn)301、302變成共軛關(guān)系。因此，除了聚集光的功能以外，透鏡31具有作為屏幕的功能，在該屏幕處，顯示裝置11的圖像被投射。
微型透鏡陣列32具有作為用于將來自光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的光線散射到這樣的程度的光學(xué)散射裝置，即，到達(dá)眼睛301、302之一的光線不能到達(dá)其它眼睛的功能。
透鏡組30設(shè)置在圖像聚焦位置，通過投射透鏡13投射的顯示裝置11的圖像形成在該圖像聚焦位置，且這樣通過投射透鏡13形成的顯示的圖像由半反射鏡200反射，該半反射鏡是半透明的反射板，以便顯示的圖像在與觀察眼301、302相對的半反射鏡200的一側(cè)上反射為虛像。半反射鏡具有透射一部分光線和反射其它部分光線的功能。
如圖1所示，觀察者在這樣的可視位置330處將對于左右眼301、302的各虛像310、320識(shí)別為立體視覺的虛像，即，該位置距離半反射鏡200在虛像310、320還要前面，且在該位置處，兩個(gè)虛像310、320合并。結(jié)果，觀察者可以通過兩眼視差識(shí)別該圖像為具有透視的圖像。
如上所述，有兩個(gè)分別用于左右眼301、302的光學(xué)投射系統(tǒng)10、20。觀察點(diǎn)(眼睛)301、302之間的可視距離和由觀察者識(shí)別的可視位置330可以通過移動(dòng)光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的虛像310、320，即，通過在水平方向上移動(dòng)顯示裝置11上的顯示的圖像來改變。
例如，當(dāng)虛像310、320在水平方向上移動(dòng)到進(jìn)一步分離時(shí)，觀察者在更長的距離上識(shí)別圖像，反之亦然。
因此，優(yōu)點(diǎn)在于，觀察者可以通過透視視差來識(shí)別具有深度感的虛像。該優(yōu)點(diǎn)降低了系統(tǒng)的載荷，因?yàn)榭梢暰嚯x可以通過在顯示裝置11上簡單地移動(dòng)顯示的圖像而不在其光軸的方向上移動(dòng)透鏡和反射鏡來改變。
如上所述，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于透鏡組30(圖像位置光學(xué)系統(tǒng))的菲涅耳透鏡31處于共軛關(guān)系。
透鏡13的投射眼和菲涅耳透鏡31之間的光路長度“a”、菲涅耳透鏡31和觀察者的觀察點(diǎn)301、302之間的光路長度“b”，以及菲涅耳透鏡31的焦距“f”符合下面的關(guān)系式。(請看圖6)1/a+1/b＝1/f在該公式中，當(dāng)計(jì)算菲涅耳透鏡31和觀察點(diǎn)301、302之間的光路長度“b”時(shí)，考慮在半反射鏡200處的光線反射。
如果在菲涅耳透鏡31中沒有像差，由于共軛關(guān)系，通過透鏡13的投射眼的所有光將在觀察點(diǎn)301、302上聚集。因此，將沒有光的浪費(fèi)，從而可以增加顯示設(shè)備的亮度。
然而，實(shí)際上，在菲涅耳透鏡31中存在像差。如果將菲涅耳透鏡31制得更大來放大顯示圖像，那么透鏡31中的像差將相應(yīng)地增加。
在這個(gè)方面，參考圖3和4進(jìn)一步進(jìn)行說明。當(dāng)從觀察者上面的位置觀察時(shí)，圖3是示出了光學(xué)投射系統(tǒng)20、透鏡31和觀察點(diǎn)301、302的示意圖，其中，省略了半反射鏡200和微型透鏡陣列32。圖4是示出了投射透鏡13的出射光瞳的示意圖。
如圖4所示，投射透鏡13包括后透鏡13a、停止件13b和前透鏡13c。投射透鏡13的表現(xiàn)孔徑，即，當(dāng)從出射側(cè)觀察時(shí)的停止件13b的表現(xiàn)尺寸是出射光瞳。在圖4中，出射光瞳的直徑13d在前透鏡13c中指出。
如圖3所示，投射眼的圖像通過菲涅耳透鏡31形成的位置相應(yīng)于焦點(diǎn)。因此，在焦點(diǎn)處的光通量的直徑K2依賴于出射光瞳的直徑13d。
當(dāng)縮短投射透鏡13和透鏡31之間的距離K1來使光學(xué)系統(tǒng)整個(gè)更小時(shí)，寬角度投射透鏡13變成必需。當(dāng)寬角度變得更大時(shí)，出射光瞳變得更小，從而在焦點(diǎn)處的光通量的直徑K2變得更小。
這樣，在光學(xué)系統(tǒng)的小型化和通過使投射眼更大來增加焦點(diǎn)處的光通量的直徑K2之間存在折衷關(guān)系。
還是如圖3所示，由于透鏡31的像差，焦點(diǎn)根據(jù)在透鏡31處的通過點(diǎn)而相互不同。例如，在鄰近透鏡31的中心的點(diǎn)處通過透鏡31的光線B、C和D將在遠(yuǎn)離透鏡31的位置上聚集，而在透鏡的邊緣附近的位置處通過透鏡31的光線A和E將在更靠近透鏡31的位置上聚集。
在觀察點(diǎn)301、302定位在位置X的情況下，光線A、C和E到達(dá)觀察者的右眼302。結(jié)果，觀察者只能部分地識(shí)別圖像，其覆蓋中間和邊緣的圖像。觀察者不能識(shí)別整體圖像的其它環(huán)形部分。
在觀察點(diǎn)301、302定位在位置Y處的情況下，光線C和D到達(dá)觀察者的右眼302。觀察者不能識(shí)別邊緣部分的圖像。
如上所述，在觀察點(diǎn)處可能出現(xiàn)圖像的間斷。這是因?yàn)樵诓煌恢锰幫ㄟ^菲涅耳透鏡31的各個(gè)焦點(diǎn)由于透鏡的像差(在該情況下的彗差)而相互不同，且因?yàn)楣馔康闹睆捷^小，從而有一些根據(jù)觀察點(diǎn)的位置而不能到達(dá)觀察者的眼睛的光通量。
圖5是顯示了在菲涅耳透鏡31中不存在像差的情況下的示意圖。如圖5所示，通過透鏡31的的不同點(diǎn)的各光線可以在一個(gè)焦點(diǎn)上聚集。然而，在這樣的情況下不利的在于，當(dāng)觀察者的瞳孔的觀察點(diǎn)移位即使較小的距離，圖像也不能識(shí)別。這是因?yàn)楦鞴馔康闹睆捷^小，且瞳孔的直徑也較小。
當(dāng)檢測觀察點(diǎn)的位置，且焦點(diǎn)的位置將根據(jù)觀察點(diǎn)的檢測位置而改變時(shí)，復(fù)雜的控制是必需的，以克服上述的缺點(diǎn)。然而，考慮到設(shè)備的成本和尺寸，這是不實(shí)際的。此外，去除透鏡的像差的成本較高，因?yàn)檫@要求許多透鏡。
因此，微型透鏡陣列32在本發(fā)明中用作光學(xué)散射裝置。由于根據(jù)透鏡的曲率，光線可以通過微型透鏡陣列32來散射，所以可以防止在觀察點(diǎn)處的圖像的間斷。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的虛像顯示設(shè)備S1的光學(xué)原理的示意圖。當(dāng)與圖3比較時(shí)，在圖6中加入了微型透鏡陣列32。
如上所述，微型透鏡陣列32具有根據(jù)透鏡的曲率來散射光線的功能，從而可以放大光通量。通過菲涅耳透鏡31的所有光通量可以通過微型透鏡陣列32來放大，以便所有的光線A到E可以到達(dá)觀察點(diǎn)302。結(jié)果，可以防止在觀察點(diǎn)處的圖像間斷。
從圖6可以理解的，在位置X和Y處可以由觀察者識(shí)別完整的圖像。這意味著可視區(qū)域在光軸上擴(kuò)展。如果對于右眼的光線到達(dá)左眼，或者反過來，那么將發(fā)生所謂的串?dāng)_。
當(dāng)在水平方向上調(diào)節(jié)微型透鏡陣列32的曲率，以致不可能發(fā)生串?dāng)_時(shí)，同時(shí)也能防止圖像的間斷和串?dāng)_。
當(dāng)微型透鏡陣列32在垂直方向上的曲率比在水平方向上的要小時(shí)，在垂直方向上的散射度比在水平方向上的散射度要大。結(jié)果，沒有必要響應(yīng)于在垂直方向上的觀察點(diǎn)的移動(dòng)來在垂直方向上控制光線。
然而，在觀察點(diǎn)在水平方向上移動(dòng)的情況下，當(dāng)觀察點(diǎn)移動(dòng)超過瞳孔距離的一半時(shí)，必須控制光線。將說明一種用于響應(yīng)于眼睛在水平方向的移動(dòng)來控制光線的設(shè)備。
(第一個(gè)實(shí)施例的修改)圖7是圖1的虛像顯示設(shè)備的修改的設(shè)備的示意圖，其中，增加了用于檢測觀察眼的位置的相機(jī)40和通過電動(dòng)馬達(dá)44旋轉(zhuǎn)的反射鏡42。相機(jī)40包括CCD傳感器，且CCD傳感器的圖像信息通過電子控制單元46來分析。
觀察者的圖像由相機(jī)40拍攝，且由控制單元46分析，以識(shí)別觀察點(diǎn)301、302的位置。然后，反射鏡42的旋轉(zhuǎn)角由控制單元46計(jì)算，且由電動(dòng)馬達(dá)44旋轉(zhuǎn)，以便來自光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的光線分別到達(dá)左右觀察點(diǎn)301、302。
因此，即使當(dāng)觀察者在水平方向上移動(dòng)，從而觀察點(diǎn)301、302移位時(shí)，可以識(shí)別圖像。例如，圖7示出了觀察點(diǎn)301、302在向右的方向上移動(dòng)的情況。
如在圖7中顯示的改進(jìn)，反射鏡42插入從光源12到半反射鏡200的光路中，光線被偏離，以便光學(xué)系統(tǒng)可以作為整體減小尺寸。
在圖1的情況下，其中，沒有使用反射鏡42，設(shè)備的垂直長度不可避免地大，而圖7的設(shè)備的垂直長度可以通過使用反射鏡而制得更小，當(dāng)該設(shè)備用于汽車時(shí)，這是特別優(yōu)選的。
當(dāng)光線被偏離時(shí)，可能發(fā)生要被顯示的圖像的變形。即，當(dāng)光到透鏡組30的入射角通過旋轉(zhuǎn)反射鏡42而傾斜時(shí)，要被顯示的圖像會(huì)變形。
此外，在這種類型的設(shè)備用于汽車的情況下，其中，汽車的前面玻璃(擋風(fēng)玻璃)用作半透明反射板(半反射鏡)200，由于前面玻璃(擋風(fēng)玻璃)的曲率可能進(jìn)一步產(chǎn)生圖像的變形。
然而，當(dāng)顯示裝置11的顯示圖像提前變形，以致該變形可以彌補(bǔ)要在光線偏離處產(chǎn)生的變形時(shí)，可以獲得在好的條件下(沒有變形)的圖像。
根據(jù)上述的實(shí)施例，有下面的優(yōu)點(diǎn)。
可以防止光學(xué)系統(tǒng)在尺寸上變得更大，因?yàn)橛^察點(diǎn)301、302和可視位置330之間的可視距離可以通過移動(dòng)由該對光學(xué)投射系統(tǒng)10、20形成的在顯示裝置11上的顯示的圖像的位置來改變，在該可視位置330處由觀察者識(shí)別虛像。即，根據(jù)該實(shí)施例，光學(xué)裝置可以沒有物理移動(dòng)。
由于圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(透鏡組)30具有光學(xué)裝置(菲涅耳透鏡)31，使得投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302成共軛關(guān)系，所以通過投射透鏡13的出射光瞳的所有光線可以在觀察者的觀察點(diǎn)處聚集，從而顯示圖像可以變得更亮。
此外，圖像位置光學(xué)系統(tǒng)30具有光學(xué)散射裝置32，根據(jù)該光學(xué)散射裝置，光線散射到這樣的程度，即，到觀察點(diǎn)之一的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)。結(jié)果，在焦點(diǎn)處的光通量的直徑可以在不使投射透鏡13的投射眼制得更大的情況下以這樣的程度變得更大，即，到觀察點(diǎn)之一的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)。
即，即使當(dāng)有透鏡像差時(shí)，也可以防止圖像的間斷，然后可以抑制能見度的降低。此外，沒有必要響應(yīng)于觀察點(diǎn)的移動(dòng)來控制光線。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，光學(xué)裝置以更簡單的結(jié)構(gòu)來制得更小，同時(shí)可以獲得高質(zhì)量的圖像。
在上述的實(shí)施例中，微型透鏡陣列32用作光學(xué)散射裝置，其中，微型透鏡陣列32在垂直方向上的曲率優(yōu)選地制得比在水平方向上小。
如已經(jīng)說明的，在光學(xué)散射的情況下，必須防止串?dāng)_，以便到觀察點(diǎn)之一的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)。這意味著對光學(xué)散射裝置在其水平方向上的曲率有一定限制。
另一方面，對于在垂直方向上的散射沒有什么限制，因?yàn)槿说挠已酆妥笱墼O(shè)置在水平方向上。這就是為什么光學(xué)散射裝置在垂直方向上的曲率可以制得更小的原因。作為其結(jié)果，在大多數(shù)情況下不需要在垂直方向上追蹤觀察點(diǎn)。
如也在第一個(gè)實(shí)施例的修改中說明的，考慮到光學(xué)系統(tǒng)的尺寸減小，最好在反射鏡42處偏離光線，該反射鏡設(shè)置在從光源12到半反射鏡200的光路中。
在上面的改進(jìn)中，設(shè)置用于檢測觀察點(diǎn)301、302的位置的相機(jī)40，和反射鏡42，以及用于控制到觀察點(diǎn)的光線的電動(dòng)馬達(dá)44。由于反射鏡42設(shè)置為在水平面上旋轉(zhuǎn)，所以觀察點(diǎn)在水平方向上的追蹤可以以優(yōu)選的方式來進(jìn)行。
此外，在上述的修改中，顯示在顯示裝置11上的圖像提前變形，使得可以彌補(bǔ)通過光學(xué)投影系統(tǒng)10、20形成在反射半反射鏡200上的變形的圖像，以獲得高質(zhì)量的圖像。
(第二個(gè)實(shí)施例)圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S2的示意圖，其中，棱鏡片33被加到在圖1中顯示的設(shè)備S1的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)30。
在圖8中，棱鏡片33設(shè)置在透鏡組(圖像位置光學(xué)系統(tǒng))30中，其中，該棱鏡片33接觸菲涅耳透鏡31。光線由棱鏡片33折射。
這里的棱鏡片33是包括條紋形顯微棱鏡且具有折射光線功能的光學(xué)裝置。通過該棱鏡片33來從光學(xué)投射系統(tǒng)10、20在相對于透鏡組30的表面傾斜的方向上入射光線是可能的。
在該棱鏡片33中，出射光線的角(出射角)變得比來自光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的光線的入射角小，以便可以合適地獲得用于折射光線的透鏡效果。
結(jié)果，光學(xué)投射系統(tǒng)10、20可以設(shè)置在更加鄰近透鏡組30的位置處，從而可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。例如，在圖8中實(shí)現(xiàn)了設(shè)備在垂直方向上的尺寸減小。
此外，棱鏡片33設(shè)置在圖像形成的位置處，在該位置處形成光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的顯示裝置11的圖像，即，在包括菲涅耳透鏡31的透鏡組30中。因此，可以消除由棱鏡片33引起的色差的影響。在該實(shí)施例中通過將菲涅耳透鏡31、微型透鏡陣列32和棱鏡片33形成為一個(gè)單元來獲得該效果。然而，不是總是必須將這些裝置形成為一個(gè)單元。當(dāng)棱鏡片33設(shè)置為鄰近但是離開透鏡組30時(shí)，也能獲得同樣的效果。
如上所述，可以獲得虛像顯示設(shè)備S2，除了由在圖1中顯示的設(shè)備獲得的效果以外，設(shè)備S2具有減小設(shè)備尺寸和抑制由棱鏡片33產(chǎn)生的色差的影響的效果。
(第三個(gè)實(shí)施例)圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S3的示意圖，其中，放大菲涅耳透鏡34加到在圖1中顯示的設(shè)備S1中。
放大菲涅耳透鏡34設(shè)置在這樣一個(gè)位置，其從透鏡組30(聚集菲涅耳透鏡31和微型透鏡陣列32)分離，且更鄰近觀察者。透鏡34具有放大透鏡組30上的圖像的功能。
在圖1的設(shè)備中，光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像形成在透鏡組30上，且其虛像由半反射鏡200顯示。因此，從觀察點(diǎn)301、302到透鏡組30的光路長度相應(yīng)于虛像距離觀察點(diǎn)301、302的圖像形成長度。
當(dāng)圖像合并點(diǎn)(可視位置)的可視距離需要通過視差在立體視覺中變得更長時(shí)，其中，左右眼的虛像310、320在該圖像合并點(diǎn)處合并成一個(gè)圖像，對于虛像310、320的圖像形成長度將變得更長，以便兩個(gè)圖像容易合并成立體視覺的虛像330。
這是因?yàn)橛^察者的不舒服的感覺由于這樣的原因而下降，即，在當(dāng)調(diào)節(jié)眼睛301、302的會(huì)聚來看著視差圖像時(shí)觀察者的距離感與在聚焦調(diào)節(jié)處來調(diào)節(jié)眼睛的焦點(diǎn)到圖像形成的位置的距離感之間減小差別。
在上述實(shí)施例中，放大菲涅耳透鏡34設(shè)置在半反射鏡200和包括聚集菲涅耳透鏡31和微型透鏡陣列32的透鏡組30之間，以便形成在透鏡組30上的光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像310、320在遠(yuǎn)處被放大和顯示。
在聚集菲涅耳透鏡31和放大菲涅耳透鏡34被看成是構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于主點(diǎn)成共軛關(guān)系，從而在遠(yuǎn)處的圖像放大和光聚集共同存在。
在該實(shí)施例中，聚集菲涅耳透鏡31構(gòu)成光學(xué)光聚集(聚光)裝置，微型透鏡陣列32構(gòu)成光學(xué)散射裝置，以及放大菲涅耳透鏡34構(gòu)成用于放大圖像的光學(xué)放大系統(tǒng)。
在聚集菲涅耳透鏡31和放大菲涅耳透鏡34被看成是構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡13的投射眼和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于主點(diǎn)成共軛關(guān)系。
(第四個(gè)實(shí)施例)圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S4的示意圖，其中，用于聚集光的菲涅耳透鏡31從在圖9中顯示的設(shè)備的透鏡組30去除。
即，該實(shí)施例的設(shè)備S4包括每個(gè)具有光源12和投射透鏡13的光學(xué)投射系統(tǒng)10和20、微型透鏡陣列32、放大菲涅耳透鏡34和半反射鏡200。
微型透鏡陣列32設(shè)置在圖像聚焦位置，該對光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像將形成在該圖像聚焦位置處，以及微型透鏡陣列32起屏幕的作用。放大菲涅耳透鏡34設(shè)置在這樣一個(gè)位置，其離開微型透鏡陣列32，且更鄰近觀察者，以便在微型透鏡陣列32上形成的圖像在遠(yuǎn)處放大和顯示。
此外，放大菲涅耳透鏡34具有聚集來自光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的光線的功能，且設(shè)置在這樣一個(gè)位置，即，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于放大裝置34的主點(diǎn)成共軛關(guān)系。
在該實(shí)施例中，微型透鏡陣列32構(gòu)成光學(xué)散射裝置，放大菲涅耳透鏡34構(gòu)成用于放大圖像的光學(xué)放大系統(tǒng)。
(第五個(gè)實(shí)施例)圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S5的示意圖。
該虛像顯示設(shè)備S5包括具有光源12、顯示裝置11和投射透鏡13的單套光學(xué)投射系統(tǒng)10；具有液晶光閥51和偏振分束鏡52的光學(xué)圖像分離器50；用于將光線引導(dǎo)到透鏡組30的反射鏡組60；具有聚集菲涅耳透鏡31和微型透鏡陣列32的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)30(透鏡組)；以及用于反射光線的半反射鏡200。
液晶光閥51是扭曲向列結(jié)構(gòu)，其中，液晶扭曲90度。依賴于電場的開關(guān)，其從垂直定向的狀態(tài)切換到扭曲的狀態(tài)，反之亦然。
偏振板(沒有顯示)設(shè)置在液晶光閥51的入射側(cè)，使得在液晶在垂直定向的狀態(tài)下的情況下，通過光閥51的光線將在偏振板相同的方向上偏振，而在液晶在扭曲的狀態(tài)下的情況下，光線將在偏振板的方向旋轉(zhuǎn)90度的方向上偏振。這樣，通過光閥51的光線的偏振方向依賴于電場的開或者關(guān)狀態(tài)可以改變90度。
設(shè)置在光閥51的背側(cè)處的偏振分束鏡52是光學(xué)裝置，其依賴于其偏振方向反射或者透射光線。例如，在S偏振的情況下，其反射光線，在P偏振的情況下，其透射光線。
由偏振分束鏡52反射的光線和通過偏振分束鏡52透射的光線分別由反射鏡組60引導(dǎo)，且在光學(xué)投射系統(tǒng)10的顯示裝置11上的圖像將投射到且形成在透鏡組30上。
即使在該實(shí)施例中，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302也處于共軛關(guān)系，所有光線可以聚集在觀察點(diǎn)301、302，從而顯示圖像可以更亮。
在該實(shí)施例中，顯示裝置11以分時(shí)的方式工作，以交替顯示右眼和左眼的各圖像。液晶光閥51也以分時(shí)的方式工作，其與顯示裝置11的操作同步。
例如，右眼圖像的光線以S偏振的形式投射到偏振分束鏡52，然后光線由偏振分束鏡52反射。另一方面，左眼圖像的光線以P偏振的形式投射到偏振分束鏡52，然后光線透射通過偏振分束鏡52。
在半反射鏡200處的反射系數(shù)不同于光線偏振的方向。因此，需要使光線到達(dá)半反射鏡200，使得光線的S偏振分量和P偏振分量相互相等。
在上面說明的實(shí)施例中，由于右眼和左眼的圖像可以由單套光學(xué)投射系統(tǒng)分別投射，所以可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的小型化和成本降低。
在該實(shí)施例中，聚集菲涅耳透鏡31構(gòu)成光學(xué)光聚集(聚光)裝置，微型透鏡陣列32構(gòu)成光學(xué)散射裝置，以及具有液晶光閥51和偏振分束鏡52的光學(xué)圖像分離器50構(gòu)成圖像分離裝置。
根據(jù)上述的實(shí)施例，來自單個(gè)光學(xué)投射系統(tǒng)10的圖像可以由光學(xué)圖像分離器50分開成兩個(gè)圖像。因此，可以以設(shè)置兩個(gè)光學(xué)投射系統(tǒng)的其它實(shí)施例相同的方式分別顯示對于觀察者的右眼和左眼的圖像。
在該實(shí)施例中，當(dāng)移動(dòng)要由光學(xué)分束鏡50分開的各圖像時(shí)，可以改變虛像的可視距離，即，可視位置330。
更確切的，以分時(shí)方式交替地形成在顯示裝置11上的顯示圖像，即，對于右眼的圖像和對于左眼的圖像分別移動(dòng)。結(jié)果，沒有必要物理移動(dòng)光學(xué)裝置，從而防止光學(xué)系統(tǒng)變得更大。
(第五個(gè)實(shí)施例的修改)在上面的圖11的實(shí)施例中，放大菲涅耳透鏡34也可以在這樣一個(gè)位置增加，其從透鏡組30(包括聚集透鏡31和微型透鏡陣列32)分離，且更鄰近觀察者，使得從光學(xué)投射系統(tǒng)10、20投射且形成在透鏡組30上的圖像在遠(yuǎn)處被放大和顯示。
在這樣的修改中，在聚集菲涅耳透鏡31和放大菲涅耳透鏡34被看成是構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302設(shè)置為相對于主點(diǎn)成共軛關(guān)系。
(第五個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步修改)透鏡組30的聚集菲涅耳透鏡31可以從第五個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S5去除，如第四個(gè)實(shí)施例一樣。
在這樣的情況下，虛像顯示設(shè)備S5包括具有光源12、顯示裝置11和投射透鏡13的單套光學(xué)投射系統(tǒng)10；光學(xué)圖像分離器50；反射鏡組60；微型透鏡陣列32；具有聚集光的功能和放大圖像的功能的放大菲涅耳透鏡34；以及半反射鏡200。
即使在透鏡組30的聚集菲涅耳透鏡31被去除的情況下，用于折射光線的棱鏡片33也可以設(shè)置到微型透鏡陣列32作為光學(xué)散射裝置，如在上面的第二個(gè)實(shí)施例中說明的。
(第六個(gè)實(shí)施例)圖12是根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S6的示意圖，其中，通過使用具有較大的投射眼的投射透鏡來從設(shè)備去除微型透鏡陣列(光學(xué)散射裝置)。
在圖12中顯示的虛像顯示設(shè)備S6包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)10、20，每個(gè)具有光源12、顯示裝置11和投射透鏡13；用于反射和透射來自光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的光線的半反射鏡70；設(shè)置在一個(gè)位置處的聚集菲涅耳透鏡31，在該位置處，顯示裝置11的圖像由投射透鏡13形成；以及用于反射光線的半反射鏡200。
在該實(shí)施例中，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于聚集菲涅耳透鏡31成共軛關(guān)系。
投射透鏡13的出射光瞳的直徑形成為比通過聚集菲涅耳透鏡31在觀察點(diǎn)301、302處的圖像的尺寸(瞳孔的直徑)要大。因此，來自投射透鏡13的光通量的直徑可以變得足夠大，以防止在沒有微型透鏡陣列32的情況下的圖像間斷，因?yàn)楦采w整個(gè)圖像的光線可以到達(dá)觀察者的觀察點(diǎn)301、302。
當(dāng)其具有更大的出射光瞳時(shí)，投射透鏡13的透鏡直徑通常變得更大。投射透鏡13的出射光瞳和觀察點(diǎn)處于共軛關(guān)系是必須的。在該對投射透鏡13平行設(shè)置的情況下，如在圖1中顯示的第一個(gè)實(shí)施例，其中，投射透鏡的直徑較大，然后出射光瞳之間的距離變得太大，以致不能保持共軛關(guān)系。即，在不引起相互干擾的情況下，該對投射透鏡13幾乎不能平行設(shè)置。
在上面的第一到第五實(shí)施例中，投射透鏡13的出射光瞳的直徑形成為比通過聚集菲涅耳透鏡31在觀察點(diǎn)301、302處的圖像的尺寸(瞳孔的直徑)要小。因此，即使在該對該對投射透鏡13平行設(shè)置的情況下，該對投射透鏡13之間的距離可以保持在合適的量。
由于上述原因，光學(xué)投射系統(tǒng)10、20設(shè)置在半反射鏡70的相對側(cè)上，如圖12所示，以便來自一個(gè)光學(xué)投射系統(tǒng)的光線由半反射鏡70反射，而來自其它光學(xué)投射系統(tǒng)的光線通過半反射鏡70透射。
即，該對投射透鏡13的出射光瞳通過半反射鏡70的組合來組合，以便出射光瞳和觀察點(diǎn)顯然保持在共軛位置。結(jié)果，微型透鏡陣列32變得沒有必要，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的成本降低。
在該實(shí)施例中，聚集菲涅耳透鏡31構(gòu)成光學(xué)光聚集(聚光)裝置，且半反射鏡70的組合構(gòu)成光學(xué)組合裝置。
根據(jù)上面的實(shí)施例，投射透鏡13的出射光瞳的直徑形成為比通過聚集菲涅耳透鏡31在觀察點(diǎn)301、302處的圖像的尺寸(瞳孔的直徑)要大。因此，在沒有微型透鏡陣列(光學(xué)散射裝置)32的情況下，在焦點(diǎn)處的光通量的直徑可以變得更大。
因此，即使當(dāng)有透鏡像差時(shí)，也可以防止圖像的間斷，可以抑制能見度的降低。此外，沒有必要追蹤觀察點(diǎn)的移動(dòng)。
由于半反射鏡70的組合在該實(shí)施例中設(shè)置為組合來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像，所以即使當(dāng)光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的投射透鏡13制得更大時(shí)，投射透鏡13也可以設(shè)置在優(yōu)化的位置而不引起干涉。結(jié)果，可以防止設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)尺寸變得更大。
(第六個(gè)實(shí)施例的修改)在該實(shí)施例中，如在第三個(gè)實(shí)施例中一樣，放大菲涅耳透鏡34可以設(shè)置在這樣一個(gè)位置，其從聚集透鏡31分離，且更鄰近觀察者，使得從光學(xué)投射系統(tǒng)10、20投射且形成在聚集透鏡31上的圖像在遠(yuǎn)處被放大和顯示。
在這樣的修改中，在聚集菲涅耳透鏡31和放大菲涅耳透鏡34被看成是構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302設(shè)置為相對于主點(diǎn)成共軛關(guān)系。
(第六個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步修改)聚集菲涅耳透鏡31可以從第六個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S6去除，如第四個(gè)實(shí)施例一樣。
在這樣的情況下，替代聚集菲涅耳透鏡31，放大菲涅耳透鏡34將設(shè)置在更鄰近觀察者(更鄰近半反射鏡200)的位置上，如第四個(gè)實(shí)施例一樣。
因此，虛像顯示設(shè)備S6包括該對光學(xué)投射系統(tǒng)10、20，每個(gè)具有光源12、顯示裝置11和投射透鏡13；半反射鏡的組合70；設(shè)置在除了用于光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像位置以外的位置處，且具有聚集光的功能和放大圖像的功能的放大菲涅耳透鏡34；以及半反射鏡200。
(第七個(gè)實(shí)施例)圖13是根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S7的示意圖，其中，光學(xué)系統(tǒng)形成有固定的焦點(diǎn)，而不使用視差。
在圖13中顯示的虛像顯示設(shè)備S7包括具有光源12、顯示裝置11和投射透鏡13的單套光學(xué)投射系統(tǒng)10；具有聚集菲涅耳透鏡31和微型透鏡陣列32的透鏡組30；以及半反射鏡200。
透鏡組30設(shè)置在這樣的位置，即，顯示裝置11的圖像通過投射透鏡13在該位置處形成。投射透鏡13的顯示的圖像由半反射鏡200反射，以便虛像330可以由觀察者(觀察點(diǎn)301、302)在半反射鏡200的背側(cè)處識(shí)別。
在該實(shí)施例中，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于聚集菲涅耳透鏡31成共軛關(guān)系。光束由微型透鏡陣列32散射，以便光束在覆蓋右眼和左眼301、302的整個(gè)可視區(qū)域中散射。
在該實(shí)施例中，透鏡組30包括用于形成圖像的光學(xué)裝置(圖像位置光學(xué)系統(tǒng))，以及微型透鏡陣列32構(gòu)成光學(xué)散射裝置。
在該設(shè)備S7中，由于圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(透鏡組)30具有光學(xué)裝置(菲涅耳透鏡31)，如在第一個(gè)實(shí)施例中一樣，以便投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302成共軛關(guān)系，通過投射透鏡13的出射光瞳的所有光束可以在觀察者的觀察點(diǎn)處聚集，從而顯示圖像可以變得更亮。
在該實(shí)施例中，由于微型透鏡陣列(光學(xué)散射裝置)32設(shè)置為將光線散射到整個(gè)可視區(qū)域，所以在不制造投射透鏡13的出射光瞳的情況下，在焦點(diǎn)處是光通量的直徑可以變得更大。
因此，即使當(dāng)有透鏡像差時(shí)，也可以防止圖像的間斷，然后可以抑制能見度的降低。此外，沒有必要追蹤觀察點(diǎn)的移動(dòng)。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，光學(xué)裝置以更簡單的結(jié)構(gòu)來制得更小，同時(shí)可以獲得高質(zhì)量的圖像。此外，由于光聚集性能為高，盡管可視距離固定，但是可以獲得更亮的虛像顯示設(shè)備。
(第七個(gè)實(shí)施例的修改)在該實(shí)施例中，如在第三個(gè)實(shí)施例中一樣，放大菲涅耳透鏡34可以設(shè)置在這樣一個(gè)位置，其從透鏡組30(包括聚集透鏡31和微型透鏡陣列32)分離，且更鄰近觀察者，使得從光學(xué)投射系統(tǒng)10投射且形成在透鏡組30上的圖像在遠(yuǎn)處被放大和顯示。
在這樣的修改中，在聚集菲涅耳透鏡31和放大菲涅耳透鏡34被看成是構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302設(shè)置為相對于主點(diǎn)成共軛關(guān)系。
聚集菲涅耳透鏡31可以從第七個(gè)實(shí)施例的虛像顯示設(shè)備S7去除，如第四個(gè)實(shí)施例一樣。
在這樣的情況下，虛像顯示設(shè)備S7包括具有光源12、顯示裝置11和投射透鏡13的單套光學(xué)投射系統(tǒng)10；微型透鏡陣列32；具有聚集光的功能和放大圖像的功能的放大菲涅耳透鏡34；以及半反射鏡200。
(其它修改)當(dāng)微型透鏡陣列32用作光學(xué)散射裝置時(shí)，微型透鏡陣列32在垂直方向上的曲率最好制得比在水平方向上的曲率要小，如在第一個(gè)實(shí)施例中一樣。這也可以應(yīng)用到除了第一個(gè)實(shí)施例以外的其它實(shí)施例。
在這些實(shí)施例中的光學(xué)散射裝置不應(yīng)該限于微型透鏡陣列。例如，可以使用用于在水平方向上散射光束的雙凸透鏡和用于在垂直方向上散射光束的雙凸透鏡的層壓主體。
此外，這樣的單個(gè)透鏡可以用作光學(xué)散射裝置，其中，用于在水平方向上散射光束的雙凸透鏡形成在前面，而用于在垂直方向上散射光束的雙凸透鏡形成在其背面。
即使在雙凸透鏡(或者多個(gè)透鏡)用作光學(xué)散射裝置的情況下，用于在垂直方向上散射光束的透鏡的曲率最好制得比在水平方向上的曲率小。通過該結(jié)構(gòu)，變得幾乎不需要追蹤觀察眼在垂直方向上的移動(dòng)，如在使用微型透鏡陣列的情況下。
在上述實(shí)施例中說明的，通過折射光路，棱鏡片33可以用于獲得更小尺寸的設(shè)備，其中，光束的出射角設(shè)置為比從光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的入射角要小。這應(yīng)用到所有上述實(shí)施例。
用于折射光路的透鏡不應(yīng)該限制于上述實(shí)施例中的棱鏡片33。例如，可以使用偏軸類型的菲涅耳透鏡。在這樣的情況下，光束的出射角也設(shè)置為比從光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的入射角要小。
在圖7中所示的修改的實(shí)施例中，反射鏡42設(shè)置在從光源到半反射鏡200的通路中，以折射光路，以便可以實(shí)現(xiàn)更小尺寸的設(shè)備。這應(yīng)用到所有其它實(shí)施例。
此外，在圖7中顯示的修改的實(shí)施例中，設(shè)置有用于檢測觀察點(diǎn)301、302位置的相機(jī)40，以及用于將光線引導(dǎo)到觀察點(diǎn)的馬達(dá)和反射鏡42，使得可以正確地執(zhí)行追蹤觀察點(diǎn)在水平方向上的移動(dòng)。
上述的用于檢測觀察點(diǎn)的位置的追蹤裝置也可以用于其它實(shí)施例。
反射鏡42可以設(shè)置在光學(xué)投射系統(tǒng)10、20和透鏡組30之間的位置，或者在圖11中顯示的實(shí)施例情況下設(shè)置在反射鏡組60和透鏡組30之間的位置。在圖12中顯示的實(shí)施例中，半反射鏡70的組合本身可以旋轉(zhuǎn)。
用于引導(dǎo)光線的裝置不應(yīng)該限制于在上述實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)反射鏡42。
例如，設(shè)置在從光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像位置處的光學(xué)裝置，或者用于放大來自光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的圖像的光學(xué)裝置可以以滑動(dòng)的方式移動(dòng)。光學(xué)投射系統(tǒng)10、20可以可滑動(dòng)地移動(dòng)。
在圖7中所示的修改的實(shí)施例中，在顯示裝置11上的圖像提前變形，以便補(bǔ)償虛像，以獲得在好的條件下的圖像(沒有變形)。
這也可以應(yīng)用到其它實(shí)施例。
用于折射光線的棱鏡片33不僅可以設(shè)置到在圖8的實(shí)施例中的虛像顯示設(shè)備，而且可以設(shè)置在其它實(shí)施例中的虛像顯示設(shè)備。通過該結(jié)構(gòu)，該設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)可以制得更小。
用于放大由光學(xué)投射系統(tǒng)形成的圖像的光學(xué)放大裝置(放大菲涅耳透鏡)34不僅可以設(shè)置在第三和第四實(shí)施例中，而且可以設(shè)置在其它實(shí)施例中，以便虛像310、320的圖像形成長度可以變得更長，以改進(jìn)能見度。
換句話說，放大裝置可以設(shè)置在這樣的位置，其從透鏡組30(聚集透鏡31和/或微型透鏡陣列32)分離，且更鄰近觀察者，使得從光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射且形成在透鏡組30上的圖像在遠(yuǎn)處被放大和顯示。
根據(jù)本發(fā)明的虛像顯示設(shè)備，可以防止光學(xué)系統(tǒng)尺寸變得更大，因?yàn)橛^察點(diǎn)和可以由觀察者識(shí)別虛像的可視點(diǎn)之間的可視距離可以通過移動(dòng)在光學(xué)投射系統(tǒng)10、20的顯示裝置11上的顯示的圖像來改變。即，根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，光學(xué)系統(tǒng)可以不物理移動(dòng)。
在上述的任何實(shí)施例中，投射透鏡13的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)301、302相對于主點(diǎn)成共軛關(guān)系。結(jié)果，通過投射透鏡13的出射光瞳的所有光線可以聚集在觀察者的觀察點(diǎn)，從而顯示圖像可以更亮。
此外，根據(jù)其中設(shè)置光學(xué)散射裝置(微型透鏡陣列)32的這些實(shí)施例，光通量的直徑可以變大到這樣的程度，即，在不使投射透鏡13的出射光瞳更大的情況下，到觀察點(diǎn)之一的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)。
因此，即使當(dāng)透鏡有像差時(shí)，也可以防止圖像的間斷，然后可以抑制能見度的降低。此外，沒有必要追蹤觀察點(diǎn)的移動(dòng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過更簡單的結(jié)構(gòu)可以使光學(xué)系統(tǒng)更小，同時(shí)可以獲得高質(zhì)量的圖像。
權(quán)利要求
1.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)，該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；以及設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各個(gè)圖像，其中，該圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)包括用于在投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)之間形成共軛關(guān)系的光學(xué)裝置(31)；以及用于散射光線到這樣的程度的光學(xué)散射裝置(32)，即，到觀察點(diǎn)之一(301)的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)(302)。
2.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)，該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各個(gè)圖像；以及用于放大由該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)；其中，該圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)包括用于聚集光線的光學(xué)聚集裝置(31)；以及用于散射光線到這樣的程度的光學(xué)散射裝置(32)，即，到觀察點(diǎn)之一(301)的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)(302)，以及在光學(xué)聚集裝置(31)和光學(xué)散射裝置(32)被看成是一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于主點(diǎn)處于共軛關(guān)系。
3.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)，該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；設(shè)置在形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各個(gè)圖像的圖像聚焦位置處，以及用于散射光線到這樣的程度，即，到觀察點(diǎn)之一(301)的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)(302)的光學(xué)散射裝置(32)，以及用于放大由該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)；其中，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于光學(xué)放大裝置(34)的主點(diǎn)處于共軛關(guān)系。
4.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括光學(xué)投射系統(tǒng)(10)，其具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)；用于將來自光學(xué)投射系統(tǒng)(10)的圖像分開成兩個(gè)圖像的光學(xué)圖像分離器(50)；以及設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，在該圖像聚焦位置處，形成由光學(xué)圖像分離器(50)分開的各個(gè)圖像，其中，該圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)包括用于在投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)之間形成共軛關(guān)系的光學(xué)裝置(31)；以及用于散射光線到這樣的程度的光學(xué)散射裝置(32)，即，到觀察點(diǎn)之一(301)的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)(302)。
5.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括光學(xué)投射系統(tǒng)(10)，其具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)；用于將來自光學(xué)投射系統(tǒng)(10)的圖像分開成兩個(gè)圖像的光學(xué)圖像分離器(50)；設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，在該圖像聚焦位置處，形成由光學(xué)圖像分離器(50)分開的各個(gè)圖像；以及用于放大由光學(xué)圖像分離器(50)分開的各圖像形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)，其中，該圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)包括用于聚集光線的光學(xué)聚集裝置(31)；以及用于散射光線到這樣的程度的光學(xué)散射裝置(32)，即，到觀察點(diǎn)之一(301)的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)(302)，以及在光學(xué)聚集裝置(31)和光學(xué)放大裝置(34)被看成是一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于主點(diǎn)處于共軛關(guān)系。
6.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括光學(xué)投射系統(tǒng)(10)，其具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)；用于將來自光學(xué)投射系統(tǒng)(10)的圖像分開成兩個(gè)圖像的光學(xué)圖像分離器(50)；以及設(shè)置在形成由光學(xué)圖像分離器(50)分開的各個(gè)圖像的圖像聚焦位置處，以及用于散射光線到這樣的程度，即，到觀察點(diǎn)之一(301)的光線不能到達(dá)其它觀察點(diǎn)(302)的光學(xué)散射裝置(32)；用于放大由光學(xué)圖像分離器(50)分開的各圖像形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)，其中，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于光學(xué)放大系統(tǒng)(34)的主點(diǎn)處于共軛關(guān)系。
7.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)，該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；用于組合來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的圖像的光學(xué)組合系統(tǒng)(70)；以及設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30、31)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各個(gè)圖像；其中，圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30、31)在投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)之間形成共軛關(guān)系，以及投射透鏡(13)的出射光瞳的直徑比在觀察點(diǎn)(301、302)處由圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30、31)形成的圖像的尺寸要大。
8.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)，該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；用于組合來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的圖像的光學(xué)組合系統(tǒng)(70)；設(shè)置在圖像聚焦位置處的光學(xué)聚集裝置(31)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各個(gè)圖像；以及用于放大由來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各圖像形成的圖像的光學(xué)放大系統(tǒng)(34)；其中，在光學(xué)聚集裝置(31)和光學(xué)放大系統(tǒng)(34)被看成是一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于主點(diǎn)處于共軛關(guān)系，以及投射透鏡(13)的出射光瞳的直徑比在觀察點(diǎn)(301、302)處由光學(xué)聚集裝置(31)形成的圖像的尺寸要大。
9.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)，該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射相應(yīng)于觀察者的右眼和左眼的各個(gè)圖像；用于組合來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的圖像的光學(xué)組合系統(tǒng)(70)；以及設(shè)置在不同于形成來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各圖像的圖像聚焦位置的位置處，且用于放大由來自該對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的各圖像形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)；其中，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于光學(xué)放大裝置(34)的主點(diǎn)處于共軛關(guān)系，以及投射透鏡(13)的出射光瞳的直徑比在觀察點(diǎn)(301、302)處由光學(xué)聚集裝置(31)形成的圖像的尺寸要大。
10.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括單套光學(xué)投射系統(tǒng)(10)，其具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)；以及設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該光學(xué)投射系統(tǒng)(10)的圖像，其中，該圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)包括用于在投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)之間形成共軛關(guān)系的光學(xué)裝置(31)；以及用于散射光線到所有可視區(qū)域的光學(xué)散射裝置(32)。
11.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括單套光學(xué)投射系統(tǒng)(10)，其具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)；設(shè)置在圖像聚焦位置處的圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，在該圖像聚焦位置處，形成來自該光學(xué)投射系統(tǒng)(10)的圖像；以及用于放大由光學(xué)投射系統(tǒng)(10)形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)，其中，該圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)包括光學(xué)聚集裝置(31)和用于散射光線到所有可視區(qū)域的光學(xué)散射裝置(32)；以及在光學(xué)聚集裝置(31)和光學(xué)放大裝置(34)被看成是一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于主點(diǎn)處于共軛關(guān)系。
12.一種虛像顯示設(shè)備，其包括用于投射圖像信息的光學(xué)單元(100)；以及用于反射來自光學(xué)單元(100)的圖像信息的半透明反射裝置(200)，以便圖像信息可以在其觀察點(diǎn)處由觀察者識(shí)別為虛像，其中，該圖像信息在遠(yuǎn)處重疊，其中，該光學(xué)單元(100)包括單套光學(xué)投射系統(tǒng)(10)，其具有用于在其上顯示圖像的顯示裝置(11)，用于照亮顯示裝置(11)的光源(12)，以及用于投射顯示裝置(11)的圖像的投射透鏡(13)；設(shè)置在形成來自光學(xué)投射系統(tǒng)(10)的圖像的圖像聚焦位置處，以及用于散射光線到所有可視區(qū)域的光學(xué)散射裝置(32)；以及用于放大由光學(xué)投射系統(tǒng)(10)形成的圖像的光學(xué)放大裝置(34)，其中，投射透鏡(13)的出射光瞳和觀察者的觀察點(diǎn)(301、302)相對于光學(xué)放大裝置(34)的主點(diǎn)處于共軛關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，還包括用于在從光學(xué)投射系統(tǒng)到半透明反射裝置(200)的光路中折射光線的光學(xué)裝置(33)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到6和10到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，光學(xué)散射裝置(32)包括微型透鏡陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到6和10到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，該光學(xué)散射裝置(32)包括微型透鏡陣列，以及其在垂直方向上的曲率比在水平方向上的曲率要小。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到6和10到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，該光學(xué)散射裝置(32)包括用于在水平方向上散射光線的雙凸透鏡和用于在垂直方向上散射光線的雙凸透鏡的層壓的主體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，用于在垂直方向上散射光線的雙凸透鏡的曲率小于用于在水平方向上散射光線的雙凸透鏡的曲率。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到6和10到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，該光學(xué)散射裝置(32)包括形成在前面上用于在水平方向上散射光線的雙凸透鏡；以及形成在后面上用于在垂直方向上散射光線的雙凸透鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，用于在垂直方向上散射光線的雙凸透鏡的曲率小于用于在水平方向上散射光線的雙凸透鏡的曲率。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，還包括用于在從光學(xué)投射系統(tǒng)到半透明反射裝置(200)的通路中折射光線的棱鏡片的光學(xué)裝置(33)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，還包括用于在從光學(xué)投射系統(tǒng)到半透明反射裝置(200)的通路中折射光線的偏軸類型的菲涅耳透鏡的光學(xué)裝置(33)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，還包括用于在從光學(xué)投射系統(tǒng)到半透明反射裝置(200)的通路中折射光線的光學(xué)裝置(33)，其中，來自光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的光線的入射角比折射的光線的出射角大。
23.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，還包括用于在從光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)到半透明反射裝置(200)的通路中折射光線的反射鏡(42)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，還包括用于檢測觀察點(diǎn)(301、302)的位置的相機(jī)(40)；以及根據(jù)檢測的位置來引導(dǎo)光線的引導(dǎo)裝置(42、44)，以便光線到達(dá)觀察點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，該引導(dǎo)裝置包括反射鏡(42)，其旋轉(zhuǎn)來引導(dǎo)光線。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，該引導(dǎo)裝置以滑動(dòng)方式移動(dòng)下面的部件中的至少一個(gè)，這些部件為光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)；圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)；光聚集裝置(31)；光學(xué)散射裝置(32)；以及光學(xué)放大裝置(34)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，顯示裝置(11)的圖像提前變形，以便可以在沒有變形的情況下獲得從光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)投射的圖像。
28.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任何一項(xiàng)所述的虛像顯示設(shè)備，其特征在于，顯示裝置(11)的圖像提前變形，以便可以在沒有變形的情況下獲得在半透明反射裝置(200)上的虛像。
全文摘要
一種虛像顯示設(shè)備包括一對光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)，每個(gè)具有顯示裝置(11)、光源(12)，以及投射透鏡(13)。形成在顯示裝置(11)上的圖像投射到圖像位置光學(xué)系統(tǒng)(30)，其包括光學(xué)聚集透鏡(31)和光學(xué)散射裝置(32)。來自光學(xué)投射系統(tǒng)(10、20)的光線在半透明反射裝置(200)處反射，以便光線分別在觀察者的右眼和左眼(301、302)處聚集。結(jié)果，圖像可以由人們識(shí)別為遠(yuǎn)處的虛像。由于光學(xué)散射裝置(32)以這樣的方式散射光線，即，到達(dá)觀察眼之一的光線不能到達(dá)其它觀察眼，以便各光線的圖像信息可以由觀察者識(shí)別，而不引起串?dāng)_。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1584662SQ20041005759
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者藤川卓之, 安藤浩 申請人:株式會(huì)社電裝