本實用新型涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頭戴式顯示系統(tǒng)裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步、云端數(shù)據(jù)計算方式的出現(xiàn)、電子器件運算能力的提升與人們追求的改變，各種現(xiàn)代電子系統(tǒng)或光學(xué)系統(tǒng)正朝微小型化、易攜帶化、高性能化的方面發(fā)展。增強現(xiàn)實顯示(Augmented Reality，AR)技術(shù)也正逐漸進(jìn)入人們的視線中，并且逐漸得到認(rèn)可。

增強現(xiàn)實技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)技術(shù)均屬于頭戴顯示技術(shù)。與增強現(xiàn)實顯示技術(shù)不同的是，在虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)中，使用者看到的所有圖形均由顯示器提供。而在增強現(xiàn)實顯示技術(shù)中，使用者觀察到的圖像為實時顯示、現(xiàn)實場景與虛擬添加的相關(guān)信息所疊加形成的圖像，可以讓使用者在看到現(xiàn)實場景的同時，看到其相關(guān)狀態(tài)，通過增強現(xiàn)實顯示器，可以增加使用者對事物的認(rèn)知，幫助使用者了解所看到的現(xiàn)實場景。

在現(xiàn)有的雙眼共屏系統(tǒng)中，均在人眼上部中軸線位置處放置顯示裝置，雙眼通過同一個曲面反射鏡接收顯示裝置顯示的圖像。然而，這些顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)的像差校正難度較大，并且很難做到讓左右眼正好觀察到顯示器屏幕上的相同位置。因此，左右眼觀察的圖像只有部分重合，雙眼視軸不平行，存在視軸差問題。

在現(xiàn)有技術(shù)中，“一種增強現(xiàn)實的裝置”(參見專利CN 103970275 A)中，公開了一種雙筒目鏡結(jié)構(gòu)的增強現(xiàn)實裝置。此設(shè)計中，使用的顯示方式為利用雙筒結(jié)構(gòu)現(xiàn)實雙目顯示，透鏡數(shù)目較多，增加了產(chǎn)品體積與重量；并且在此設(shè)計中，放置的投影裝置為手機(jī)或其他移動終端，需用手持的方式進(jìn)行觀察，因此攜帶不方便。

在另一現(xiàn)有技術(shù)中，“一種增強現(xiàn)實系統(tǒng)”(專利CN 105068659 A)公開了一種增強現(xiàn)實系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)模塊設(shè)計，但此設(shè)計是使用單個投影對應(yīng)單眼顯示的方式進(jìn)行投影，沒有達(dá)到單投影雙眼顯示的效果。而且此專利中，其鏡頭部分與顯示部分體積均偏大，會給使用者帶來一定的不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種頭戴式顯示裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

在本實用新型的一個方面，提供一種頭戴式顯示裝置，包括：依次設(shè)置的像差矯正透鏡、半透半反鏡和補償透鏡，待顯示的圖像光信息入射到所述像差矯正透鏡，從所述像差矯正透鏡透射的光線經(jīng)過所述半透半反鏡的反射后再次入射到所述像差矯正透鏡，經(jīng)過所述像差矯正透鏡后入射到人眼；外界光線依次經(jīng)過所述補償透鏡、所述半透半反鏡和所述像差矯正透鏡的透射后入射到人眼。

本實用新型的顯示裝置中，將顯示單元通過三片光學(xué)透鏡組合形成類似于“三明治”結(jié)構(gòu)的透鏡組合，能有效地解決單一反射鏡無法有效校正像差的難題，包括場曲和像散像差的校正。

進(jìn)一步地，所述裝置還包括圖像生成單元，所述圖像生成單元將生成的圖像光信息入射到所述像差校正透鏡。

優(yōu)選地，所述圖像生成單元為移動智能設(shè)備。

在另一個實施例中，所述圖像生成單元包括投影子單元和散射板，所述投影子單元將接收的圖像電信息轉(zhuǎn)換成圖像光信息后投影到所述散射板，所述散射板將所述圖像光信息散射后入射到所述顯示單元。

進(jìn)一步地，所述圖像生成單元還包括圖像生成子單元，所述圖像生成子單元通過有線或無線連接到所述投影子單元，并向所述投影子單元發(fā)送圖像信息。

在又一個實施例中，所述圖像生成單元包括圖像生成子單元和有機(jī)發(fā)光二極管OLED單元，所述圖像生成子單元將生成的圖像電信息通過有線或無線的方式發(fā)送到所述OLED單元，所述OLED單元將所述圖像電信息轉(zhuǎn)換成圖像光信息后入射到所述像差校正透鏡。

優(yōu)選地，所述圖像生成子單元為移動智能設(shè)備。

在又一個實施例中，所述像差矯正透鏡與半透半反鏡的相鄰表面相配合，所述半透半反鏡與所述補償透鏡的相鄰表面相配合。

優(yōu)選地，所述像差透鏡、半透半反鏡和補償透鏡依次粘合形成透鏡組合。

優(yōu)選地，所述像差矯正透鏡、半透半反鏡和補償透鏡的面型為平面、球面、非球面或自由曲面中的任一種。

優(yōu)選地，所述像差矯正透鏡為楔板結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述像差矯正透鏡為平行楔板、凸透鏡、凹透鏡或彎月透鏡中的任一種。

優(yōu)選地，所述補償透鏡為楔板結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述補償透鏡為平行楔板、凸透鏡、凹透鏡或彎月透鏡中的任一種。

優(yōu)選地，所述補償透鏡的遠(yuǎn)離人眼的一面上具有增透膜。

在又一個實施例中，所述像差矯正透鏡的靠近人眼的一面上的靠近所述圖像生成單元的一側(cè)具有全反射區(qū)域，所述全反射區(qū)域用于當(dāng)從所述半透半反鏡反射的圖像光信息滿足全反射條件時，將入射到所述全反射區(qū)域的圖像光信息全反射到所述半透半反鏡，并且當(dāng)從所述半透半反鏡反射的圖像光信息不滿足全反射條件時，將入射到所述全反射區(qū)域的圖像光信息透射后入射到人眼。

優(yōu)選地，所述全反射區(qū)域通過鍍膜形成。

在又一個實施例中，所述裝置還包括第二顯示單元，所述顯示單元和第二顯示單元將接收的待顯示的圖像光信息分別入射到不同的人眼中。

優(yōu)選地，所述顯示單元與所述第二顯示單元為一體化結(jié)構(gòu)。

與在先技術(shù)相比，本實用新型的顯示裝置中，本實用新型的頭戴式顯示裝置，通過三片光學(xué)透鏡組合形成類似于“三明治”結(jié)構(gòu)的透鏡組合，能有效解決單一反射鏡無法有效校正像差的難題，包括場曲和像散像差的校正。并且該透鏡組合有利于縮短光路，減小顯示裝置的整體重量，并有效降低系統(tǒng)的體積。此外，上述裝置采用一個投影單元作為圖像源，能夠降低成本，減小系統(tǒng)體積和重量，便于用戶佩戴。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了本實用新型的顯示單元的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出了本實用新型的顯示單元的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5示出了不設(shè)置像差校正透鏡和補償透鏡時的顯示裝置的雙眼觀察圖像示意圖。

圖6示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的實施例二的光路示意圖。

圖7示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的實施例三的光路示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

圖1示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實用新型的實施例中，提供一種頭戴式顯示裝置，如圖1所示，其包括：依次設(shè)置的像差校正透鏡12、半透半反鏡13和補償透鏡14，待顯示的圖像光信息入射到像差校正透鏡12后，經(jīng)過像差校正透鏡12的透射后入射到半透半反鏡13，然后經(jīng)過半透半反鏡13將圖像光信息反射后再經(jīng)過像差校正透鏡12的透射后入射到人眼15。另外，外界光線依次經(jīng)過補償透鏡14、半透半反鏡13和像差校正透鏡12的透射后入射到人眼15。

上述實施例中，像差校正透鏡12對入射的光線進(jìn)行偏折，改變光線入射到半透半反鏡13的角度和位置，從而實現(xiàn)了像差的校正。補償鏡14對像差校正透鏡12進(jìn)行成像補償，使外界景物的光線在人眼中成像時不發(fā)生變形。

進(jìn)一步地，上述顯示裝置還包括圖像生成單元16，用于生成待顯示的圖像光信息。

在一個實施例中，圖像生成單元為直接顯示圖像光信息的移動智能設(shè)備，如通過電腦、手機(jī)等設(shè)備直接顯示圖像。

在另一個實施例中，圖像生成單元包括圖像生成子單元、投影子單元和散射板，圖像生成子單元為生成圖像電信息的移動智能設(shè)備，如電腦、手機(jī)以及其他可以傳輸圖像電信息的設(shè)備，圖像生成子單元將圖像電信息通過無線或有線傳輸?shù)酵队白訂卧?，投影子單元將接收的圖像電信息轉(zhuǎn)換成光信號，然后投影到散射板，通過散射板散射將圖像光信息入射到顯示單元。通過使用投影單元和散射板，使得本實用新型的實施例的顯示裝置，其戴在頭上的部分不包括圖像生成子單元，從而能夠減小戴在頭部的裝置的體積和重量，同時，可以擴(kuò)大圖像生成子單元的類型，而不限制在電腦、手機(jī)等設(shè)備，任何可以傳輸圖像電信息的設(shè)備均可以用于本實施例。

此外，在又一個實施例中，上述實施例的投影子單元和散射板結(jié)構(gòu)也可以使用發(fā)光二極管OLED單元來代替。

在上述的實施例中，像差校正透鏡12與半透半反鏡13的相鄰表面相配合，半透半反鏡13與補償透鏡14的相鄰表面相配合，即像差校正透鏡12與半透半反鏡13的相鄰表面的面型相同，半透半反鏡13與補償透鏡14的相鄰表面面型相同，從而使得三個透鏡之間可以通過如UV膠等的粘合劑粘合在一起，形成透鏡組合。此外，也可以通過機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，形成透鏡組合，從而可以減小顯示單元的體積。

進(jìn)一步地，上述的像差校正透鏡12、半透半反鏡13和補償透鏡14的面型可以是平面、球面、非球面和自由曲面中的任一種。并且像差校正透鏡12和補償透鏡14可以制成楔板結(jié)構(gòu)，可以為平行楔板、凸透鏡、凹透鏡或彎月透鏡中的一種，如圖2和圖3所示，其具體類型，根據(jù)具體的設(shè)計進(jìn)行選擇。

此外，為了增加透射效果，在補償透鏡的遠(yuǎn)離人眼的一面上可以鍍有增透膜，使得外界光線能夠更好地通過顯示單元入射到人眼。

此外，在進(jìn)一步的實施例中，所述像差矯正透鏡12的靠近人眼且靠近圖像生成單元的一側(cè)具有全反射區(qū)域，該全反射區(qū)域?qū)陌胪赴敕寸R13反射回來的圖像光信息滿足全反射條件，使得被半透半反鏡13反射到像差矯正透鏡12的圖像光信息在此全反射區(qū)域再次反射，該反射次數(shù)可以為一次、兩次或者更多次，當(dāng)圖像光信息在該全反射區(qū)域不再滿足全反射條件時，圖像光信息透過像差矯正透鏡12透射后入射到人眼。

在一個具體的實施例中，該全反射區(qū)域可以通過鍍膜來實現(xiàn)，如鍍?nèi)瓷淠?，另外，也可以根?jù)像差校正透鏡12的材料以及面型來設(shè)置實現(xiàn)全反射。

本實用新型的上述實施例的頭戴式顯示裝置，可以使用與單眼式頭戴式裝備，可以用于雙眼式頭戴式裝備。具體地，在使用于雙眼式頭戴式裝備時，可以設(shè)置與顯示單元相同的第二顯示單元，從而兩個顯示單元將圖像分別入射到使用者的左右眼中。

此外，在進(jìn)一步的實施例中，雙眼式頭戴式裝備的第二顯示單元也可以使用與顯示單元功能相同裝置，其第二顯示單元的結(jié)構(gòu)可以與上述的顯示單元相同，也可以不同，在此不做具體限定。

本實用新型的實施例上述的頭戴式顯示裝置，通過三片光學(xué)透鏡組合形成類似于“三明治”結(jié)構(gòu)的透鏡組合，能有效解決單一反射鏡無法有效校正像差的難題，包括場曲和像散像差的校正。并且該透鏡組合有利于縮短光路，減小顯示裝置的整體重量，并有效降低系統(tǒng)的體積。此外，上述裝置采用一個投影單元作為圖像源，能夠降低成本，減小系統(tǒng)體積和重量，便于用戶佩戴。

以下以雙眼式頭戴式顯示裝置為例，結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的顯示裝置。

實施例一

圖4示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4所示，本實施例的顯示裝置的圖像生成單元包括投影子單元1、散射板2，并且按照光路入射方向，顯示裝置還包括依次設(shè)置的第一像差校正透鏡20、第二像差校正透鏡21、第一半透半反鏡22、第二半透半反鏡23、第一補償透鏡24和第二補償透鏡25。

本實施例中，散射板2可以將投影子單元1發(fā)出的圖像光信息(以下可以簡稱光線)進(jìn)行散射，進(jìn)行成像顯示，并且能夠以自身為光源，把投影子單元1發(fā)出的光分散到第一像差校正透鏡20和第二像差校正透鏡21上。以第一像差校正透鏡20所在的顯示單元為例，第一像差校正透鏡21對散射板2發(fā)出的光線進(jìn)行偏折，改變光線在第一半透半反鏡22上的角度和位置，實現(xiàn)像差校正。第一半透半反鏡22將光線進(jìn)行反射后，再經(jīng)過第一像差校正透鏡20的透射后入射到人的一只眼睛3中進(jìn)行成像。同理，第二顯示單元的光路與上述相同，出射后的圖像進(jìn)入到人的另一只眼睛中，在此不再詳述。

通過上述的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置，一個投影子單元1發(fā)出的光線可以得到左右眼的分離顯示的效果，并且由于待顯示圖像是同一個，因此使用者左右眼觀察到的圖像在時間和像質(zhì)上具有高度的一致性。如圖4中11為人眼觀察顯示裝置時，左右眼所觀察到的圖像的像面所在的位置。

此外，第一補償透鏡24和第二補償透鏡25分別對外界事物進(jìn)入人眼的光線進(jìn)行像差補償，使其在人雙眼中成像時的形變盡量小，甚至為零，使本顯示裝置的增強現(xiàn)實的功能得以實現(xiàn)。

本實施例的顯示裝置中，通過第一像差校正透鏡20、第二像差校正透鏡21和第一半透半反鏡22、第二半透半反鏡23的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)雙眼視軸平行，第一補償透鏡24、第二補償透鏡25能夠提高人眼對外界事物的觀察效果，因此，使用上述三種透鏡制成顯示單元，從而保證高質(zhì)量的增強現(xiàn)實的顯示效果。

此外，本實施例中，顯示單元的第一像差校正透鏡20、第一半反半透鏡22和第一補償透鏡24之間可以膠合或是機(jī)械組合，也可以根據(jù)具體的光路設(shè)計三個透鏡之間的距離。同理，顯示單元的第二像差校正透鏡21、第二半反半透鏡23和第二補償透鏡25之間可以膠合或是機(jī)械組合，也可以根據(jù)具體的光路設(shè)計三個透鏡之間的距離。

此外，當(dāng)?shù)谝幌癫钚Ｕ哥R20、第一半反半透鏡22和第一補償透鏡24之間膠合時，相鄰的兩個透鏡的膠合面結(jié)構(gòu)相配合，從而使得膠合程度高。當(dāng)?shù)诙癫钚Ｕ哥R21、第二半反半透鏡23和第二補償透鏡25之間膠合時，相鄰的兩個透鏡的膠合面結(jié)構(gòu)相配合，從而使得膠合程度高。

圖5示出了不設(shè)置像差校正透鏡和補償透鏡時的顯示裝置的雙眼觀察圖像示意圖。如圖5中顯示，若顯示裝置不設(shè)置像差校正透鏡和補償透鏡，顯示單元只為單一半透半反鏡7和8時，雙眼觀察到的圖像由于具有一定的角度差和位置差，使得不能重合，如圖中位置102所示，即雙眼觀察時視軸不一致，從而增加使用者在觀察圖像時的難度，引起視覺疲勞。因此，本實施例的顯示裝置，通過使用像差校正透鏡和補償透鏡，能夠?qū)﹄p眼看到的圖像的位置差和角度差進(jìn)行校正，從而使得雙眼觀察時視軸一致，看到的圖像重合，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的增強現(xiàn)實的顯示效果。

實施例二

圖6示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的實施例二的光路示意圖。

如圖6所示，本實施例中，第一像差校正透鏡20和第二像差校正透鏡21的靠近人眼且靠近圖像生成單元19的一側(cè)具有全反射區(qū)域，該全反射區(qū)域?qū)牡谝话胪赴敕寸R22和第二半透半反鏡23反射回來的圖像光信息滿足全反射條件。以第一像差校正透鏡20所在的透鏡組為例，使得被第一半透半反鏡22再次反射到第一像差矯正透鏡20的圖像光信息在該全反射區(qū)域發(fā)生全反射，全反射的次數(shù)可以為一次、兩次或者更多次，當(dāng)圖像光信息在該全反射區(qū)域不再滿足全反射條件時，圖像光信息透過第一像差矯正透鏡20透射后入射到人眼。圖像光信息在第一像差矯正透鏡20和第一半透半反鏡22之間的往返反射可以通過在第一像差矯正透鏡20在靠近人眼的一側(cè)鍍膜實現(xiàn)。外界光線依次通過第一補償透鏡24、第一半透半反鏡22和第一像差校正透鏡20的透射后進(jìn)入到人眼。同時，第二像差校正透鏡21所在的透鏡組的光路圖與上述一致，在此不再詳述。

本實施例的圖像生成單元19可以直接使用可以產(chǎn)生圖像的設(shè)備，也可以使用生成圖像電信息的設(shè)備，配合投影單元和散射板使用，或配合OLED使用，在此不做限定。

在上述過程中，圖像光信息在第一像差校正透鏡20與第一半透半反鏡21之間和第二像差校正透鏡21與第二半透半反鏡23之間分別進(jìn)行了一次、兩次或者更多次反射，從而使得顯示裝置對成像的像差校正效果更佳。此外，由于外界光線入射角度與圖像光信息的入射角度不同，因此在第一像差校正透鏡20和第二像差校正透鏡21上不影響外界光線的入射，從而可以保證使用者的視外效果。

實施例三

圖7示出了本實用新型的頭戴式顯示裝置的實施例三的光路示意圖。

如圖7所示，本實施例以上述實施例的顯示裝置的其中一個顯示單元進(jìn)入人的一只眼睛為例。從圖中可以看出，本顯示裝置能夠在人眼的正前方進(jìn)行成像，并且顯示單元的整體結(jié)構(gòu)呈增透形式，使得使用者在觀察所成圖像的同時，可以觀察到位于自身前方的外界環(huán)境情況，實現(xiàn)增強現(xiàn)實的作用。

在本實施例中，投影子單元1使用某公司的微型投影儀，其分辨率為854*480，投影距離在50mm至無窮遠(yuǎn)。第二像差校正透鏡21和第二半透半反鏡23一起采用自由曲面設(shè)計。第二補償透鏡25的靠近過人眼的表面與第二半透半反鏡23的遠(yuǎn)離人眼的表面面型相同，第二半透半反鏡23的靠近人眼的表面與第二像差校正透鏡21遠(yuǎn)離人眼的表面面型相同。另一個顯示單元的結(jié)構(gòu)和配置與上述相同，在此不再贅述。

根據(jù)以上設(shè)置，本實施例的顯示裝置的視場如圖7中11所示，該顯示裝置對微投影單元發(fā)出的光線進(jìn)行像差校正，同時利用補償透鏡對外界光線進(jìn)行補償。

在本實用新型所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的方法、裝置和電子設(shè)備，可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的設(shè)備實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，如：多個單元或組件可以結(jié)合，或可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另外，所顯示或討論的各組成部分相互之間的耦合、或直接耦合、或通信連接可以是通過一些接口，設(shè)備或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性的、機(jī)械的或其它形式的。

上述作為分離部件說明的單元可以是、或也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是、或也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上；可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本實用新型各實施例中的各功能單元可以全部集成在一個處理單元中，也可以是各單元分別單獨作為一個單元，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中；上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用硬件加軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。