一種顯示裝置以及使用該顯示裝置的頭戴式設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顯示裝置以及使用該顯示裝置的頭戴式設(shè)備，其中顯示裝置包括至少一組顯示器以及將所述顯示器的畫面進行放大的復(fù)合鏡片，所述復(fù)合鏡片包括所述復(fù)合鏡片包括依次設(shè)置的凸透鏡和具有凹面的反射膜；所述凸透鏡將所述畫面進行第一次放大后，由所述反射膜的凹面進行第二次放大并反射給所述凸透鏡進行第三次放大。本發(fā)明的成像原理簡單，相同的曲率半徑可以放大更大的倍數(shù)，實現(xiàn)短焦距的鏡片，為輕便小型的頭戴式設(shè)備提供有利條件。
【專利說明】
一種顯示裝置以及使用該顯示裝置的頭戴式設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種顯示裝置，尤其涉及一種使用了該顯示裝置實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(VR)和/或增強現(xiàn)實(AR)的頭戴式設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前VR設(shè)備和AR設(shè)備迅速發(fā)展，功能越來越完善，已經(jīng)有趨勢能取代智能手機逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡难b備。但是現(xiàn)有的VR設(shè)備及AR設(shè)備均或多或少存在一些缺陷，例如體積龐大就是一個明顯的問題，這將造成人們使用上的各種不便。
[0003]以VR為例，現(xiàn)有的頭盔式VR眼鏡外觀上均呈一個略微有弧度的盒狀體，其內(nèi)放置著顯示屏以及將顯示屏內(nèi)的內(nèi)容進行放大的透鏡或透鏡組，如圖1所示，市面上常見的沉浸式頭盔VR眼鏡，圖中尺寸大小固定的顯示屏2要在人眼3前得到像屏I那樣大小的像，就需要圖中那樣大小的凸透鏡4，若要得到更大的視角必須加大凸透鏡4的外徑，這樣一來同時也勢必會引起像距增大，這樣就造成了市面上頭盔VR眼鏡體積龐大臃腫、使用受限的缺點。而且為了將顯示屏的內(nèi)容放大至理想的倍數(shù)，也有可能需要采用透鏡組，將多個具有放大效果的凸透鏡沿光軸依次排列來實現(xiàn)，這將使得透鏡組的焦距較長，這會使得VR眼鏡從人眼處向眼前伸出很長一段距離，外觀美觀程度難以讓人接受，且有出行上街的限制等缺陷。
[0004]此外，這種VR眼鏡也只能提供虛擬畫面，無法實現(xiàn)增強現(xiàn)實的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出一種顯示裝置，包括至少一組顯示器以及將所述顯示器的畫面進行放大的復(fù)合鏡片，該復(fù)合鏡片包括依次設(shè)置的凸透鏡和具有凹面的反射膜。所述凸透鏡將所述畫面進行第一次放大后，由所述反射膜的凹面進行第二次放大并反射給所述凸透鏡進行第三次放大。
[0006]在一本實施例中，若反射膜采用的是全反射膜，所述凸透鏡遠離所述顯示器的光學(xué)面為凸面，全反射膜可以鍍于所述凸面上，形成了相對于顯示器的凹面，這樣的顯示裝置適用于VR設(shè)備中。
[0007]在另一實施例中，所述反射膜也可以為半透半反射膜，所述半透半反射膜遠離所述顯示器的一側(cè)設(shè)有用于中和所述凸透鏡放大倍數(shù)的凹透鏡，所述凹透鏡的凹面朝向所述顯示器。在該實施例中，半透半反射膜既可以鍍在凸透鏡遠離顯示器一側(cè)的凸面上，也可以鍍于凹透鏡朝向顯示器的凹面上。該實施例即可以反射光路又可以透視，因此同時適用于VR產(chǎn)品和AR產(chǎn)品，屬于較優(yōu)實施例。
[0008]在該實施例中，凸透鏡和凹透鏡又有多種不同變形，一種是所述凸透鏡和凹透鏡的相對的光學(xué)面完全貼合，且所述凸透鏡的正焦距的絕對值等于凹透鏡的負焦距的絕對值。兩個透鏡對于所觀察的外景光線的發(fā)散和匯聚作用互相抵消，具有正常視力的觀察者可透過所述光學(xué)系統(tǒng)正常觀察外景。另一種是所述凸透鏡和凹透鏡的相對的光學(xué)面部分貼合，且所述凸透鏡的正焦距的絕對值大于或小于凹透鏡的負焦距的絕對值，使兩個透鏡的組合對于所觀察的外景產(chǎn)生相當于遠視鏡片或近視鏡片的效果，適合患有遠視或近視的觀察者觀察外景使用。
[0009]本技術(shù)方案中，所述顯示器的畫面由與所述顯示器有線或無線連接的主機提供，所述主機具有可運行應(yīng)用程序的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。所述顯示器為透明顯示器。
[0010]本發(fā)明還提出了采用上述顯示裝置制成的頭戴式設(shè)備，所述頭戴式設(shè)備包括一眼鏡架，所述顯示裝置的顯示器及復(fù)合鏡片均設(shè)有兩個，兩個復(fù)合鏡片分別固定在眼鏡架的鏡框中，兩個顯示器固定在所述鏡框與人眼之間。
[0011]本發(fā)明的成像放大原理不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可大大縮短焦距、對圖像在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)最大限度的放大。同時可增強圖像的品質(zhì)和亮度。同時因為本發(fā)明的復(fù)合鏡片具有體積小、厚度薄、縮放比例大、短焦距等眾多優(yōu)點，通過復(fù)合鏡片替代頭盔式VR眼鏡里的凸透鏡就能克服其體積龐大的劣勢。再把該復(fù)合鏡片延伸應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪械难坨R上就能升級為一款新型的穿戴式設(shè)備，例如智能眼鏡，在外側(cè)遮住鏡面就是一款精華版的VR眼鏡，可實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實；如果不遮住鏡片而令人眼可以看到外景，實現(xiàn)外景與顯示器信息在人眼視場的疊加，則成為一款A(yù)R眼鏡，實現(xiàn)增強現(xiàn)實;把顯示器關(guān)掉又是一款普通的太陽墨鏡，使得智能眼鏡具有的集合強大功能和輕巧便攜于一體的特性，這是市面上類似產(chǎn)品從未有過的。
【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明一實施例的成像原理圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的頭戴式設(shè)備一實施例的立體圖。
【具體實施方式】
[0015]下面通過多個實施例對本發(fā)明的原理及結(jié)構(gòu)進行詳細說明。
[0016]第一實施例
該實施例中，顯示裝置包括至少一組顯示器和復(fù)合鏡片。復(fù)合鏡片包括依次設(shè)置在顯示器一側(cè)的凸透鏡和反射膜，凸透鏡遠離顯示器一側(cè)的光學(xué)面為凸面，反射膜鍍于該凸面上，形成一個凹面。
[0017]具體的放大成像原理在于，凸透鏡相對于顯示器具有正的焦距，可將顯示器的畫面發(fā)出的光線進行第一次匯聚;然后凸透鏡的凸面相對于顯示器來說其實就是一個凹面，其上面還鍍著反射膜，因此相對于顯示器成為一個凹面鏡，可將顯示器發(fā)出的光線朝人眼方向反射回去的同時進行第二次匯聚，然后，光線將第二次通過凸透鏡進行光線的第三次匯聚，最終為人眼所觀察到。這個經(jīng)過三次光線匯聚的光學(xué)系統(tǒng)在光路上等效于一個具有更大曲率的單一凹面鏡，但避免了過于突兀的外觀，同時實現(xiàn)了大通光孔徑和短焦距，這樣就實現(xiàn)了大的觀察視角。因此，該實施例十分適用于VR產(chǎn)品，可以大大減小現(xiàn)有的VR產(chǎn)品的厚度，使其朝著輕薄化發(fā)展。
[0018]第二實施例
如圖2所示，本發(fā)明顯示裝置的另一較佳實施例，也包括至少一組:顯示器2和復(fù)合鏡片
4。復(fù)合鏡片相對于顯示器的畫面具有放大功能，可以將顯示器顯示的畫面在人眼3前進行放大形成像I。
[0019]在該實施例中，復(fù)合鏡片自顯示器的一側(cè)朝向遠離顯示器的方向依次設(shè)置了一個凸透鏡41和一個凹透鏡42，凹透鏡42的凹面朝向顯示器2，反射膜采用的是半透半反射膜，并且設(shè)置在凸透鏡41和凹面鏡42之間。半透半反射膜既可以固定在凸透鏡的遠離顯示器一側(cè)的凸面上也可以固定在凹透鏡的凹面上。半透半反射膜具體的可以采用增反膜，也可以采用厚度為納米級的薄金屬反射膜。
[0020]第二實施例的光學(xué)成像原理與第一實施例大致相同，凸透鏡相對于顯示器具有正的焦距，可將顯示器發(fā)出的光線進行第一次匯聚；半透半反射膜無論是位于凸透鏡的凸面上還是位于凹透鏡的凹面上，均會在凸透鏡遠離顯示器的一側(cè)形成一個相對于顯示器的凹面鏡，并將顯示器發(fā)出的光線朝人眼方向反射回去，同時進行第二次匯聚，匯聚后的光線將會再次通過凸透鏡進行第三次匯聚，最終為人眼所觀察到。這個經(jīng)過三次光線匯聚的光學(xué)系統(tǒng)在光路上等效于一個具有更大曲率的單一凹面鏡，但避免了過于突兀的外觀，同時實現(xiàn)了大通光孔徑和短焦距，這樣就實現(xiàn)了大的觀察視角。另一方面，外景發(fā)出的光線先經(jīng)過凹透鏡進行一定程度的發(fā)散，然后穿過半透半反射膜后馬上被凸透鏡進行大致是同等程度的匯聚，然后為人眼接收，因此該復(fù)合鏡片可以實現(xiàn)人眼對外景的直接觀察，人的視野中將同時出現(xiàn)外景和顯示器畫面，因此該顯示裝置可以實現(xiàn)普通眼鏡形態(tài)下的大視角虛擬/增強現(xiàn)實(VR/AR)或混合現(xiàn)實(MR)功能。
[0021]在該實施例當中，凸透鏡和凹透鏡之間的具體結(jié)構(gòu)可以有多種實施例。
[0022]在其中一個實施例中，凸透鏡41和凹透鏡42相對的兩個光學(xué)面完全貼合，且外徑差不多一致，凸透鏡的正焦距的絕對值等于凹透鏡的負焦距的絕對值，兩個透鏡對于所觀察的外景光線的發(fā)散和匯聚作用互相抵消，使得復(fù)合鏡片為度數(shù)為O的平光鏡，從外觀上看，復(fù)合鏡片4與普通的墨鏡鏡片一樣，可以適用于視力正常的用戶。
[0023]在另一個實施例中，凸透鏡的正焦距的絕對值可以大于或小于凹透鏡的負焦距的絕對值，這樣它們的曲率半徑不一致，凸透鏡和凹透鏡的相對的光學(xué)面只有部分可以貼合，兩個透鏡相互組合形成的復(fù)合鏡片對于所觀察的外景產(chǎn)生相當于遠視鏡片或近視鏡片的效果，適合患有遠視或近視的觀察者觀察外景使用。
[0024]在上述兩個實施例當中，反射膜可以只鍍需要進行反射的部分，也可以鍍滿整個鏡片的一個光學(xué)面，為了在本實施例中，但是為了整體美觀，較優(yōu)的是鍍滿整個光學(xué)面。
[0025]上述兩個實施例中，顯示器2與一主機進行無線或無線的方式進行連接(圖中未示出)，通過主機提供相應(yīng)的畫面，該主機具有可運行應(yīng)用程序的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，譬如計算機、智能手機、微型電腦等等。顯示器2可以采用透明顯示器，放置于人眼的正前方，讓人眼視線穿過，以實現(xiàn)最大視角，也可以采用普通的不透明微型顯示器，放置于人眼下方。
[0026]采用與本發(fā)明的復(fù)合鏡片同樣大小且曲率相同的透鏡時，假設(shè)其放大倍數(shù)為2倍，應(yīng)用至具體的智能頭戴式設(shè)備中時，只能放大2倍。而本發(fā)明的復(fù)合鏡片的放大倍數(shù)則變?yōu)?X2X2等于約為8倍。提供給人眼接收的像屏也大大增加，其視覺感受不言而喻。同時因為復(fù)合鏡片等效于三個凸透鏡的效果疊加，根據(jù)透鏡成像原理公式，復(fù)合鏡片的成像焦距也相應(yīng)減小，這樣為后續(xù)其延伸的穿戴式設(shè)備奠定了基礎(chǔ)，有利于智能穿戴式設(shè)備減小體積。
[0027]圖3是本發(fā)明的顯示裝置具體應(yīng)用的一個實施例，在該實施例中，本發(fā)明保護采用上述顯示裝置作為一個部件的頭戴式設(shè)備，具體的該頭戴式設(shè)備是一種智能眼鏡，包括一個眼鏡架，顯示裝置的顯示器及復(fù)合鏡片均設(shè)有兩個，兩個復(fù)合鏡片4分別固定在眼鏡架的鏡框中，兩個顯示器2固定在鏡框與人眼之間，通過一些固定裝置與眼鏡框固定，盡量隱藏在復(fù)合鏡片后，使得智能眼鏡看起來與普通墨鏡差不多。
[0028]以第二實施例為例，人們戴上這款智能眼鏡后，顯示器2中的畫面經(jīng)過復(fù)合鏡片在人眼3的前方形成一個巨大的像1，人們用擋板擋住復(fù)合鏡片4前方時，該智能眼鏡就是一款體積小、輕便且功能增強型的VR眼鏡產(chǎn)品。因該復(fù)合鏡片具有短焦距的特點，微型的顯示器完全可置于鏡片與人臉的空隙之間又不影響成像、不影響人的正常視角，當人們不需要VR功能時，只需關(guān)閉顯示器即可。智能眼鏡又可以充當普通的墨鏡。所以使智能眼鏡成為一款集AR和VR功能之大成的混合現(xiàn)實(MR)產(chǎn)品。
[0029]以上具體實施例僅用以舉例說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的構(gòu)思下可以做出多種變形和變化，這些變形和變化均包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種顯示裝置，包括至少一組顯示器以及將所述顯示器的畫面進行放大的復(fù)合鏡片，其特征在于，所述復(fù)合鏡片包括依次設(shè)置的凸透鏡和具有凹面的反射膜； 所述凸透鏡將所述畫面進行第一次放大后，由所述反射膜的凹面進行第二次放大并反射給所述凸透鏡進行第三次放大。2.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述反射膜為全反射膜，所述凸透鏡遠離所述顯示器的光學(xué)面為凸面，所述全反射膜鍍于所述凸面上。3.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述反射膜為半透半反射膜，所述半透半反射膜遠離所述顯示器的一側(cè)設(shè)有用于中和所述凸透鏡放大倍數(shù)的凹透鏡，所述凹透鏡的凹面朝向所述顯示器。4.如權(quán)利要求3所述的顯示裝置，其特征在于，所述凸透鏡遠離所述顯示器的光學(xué)面為凸面，所述半透半反射膜鍍于所述凸面上。5.如權(quán)利要求3所述的顯示裝置，其特征在于，所述半透半反射膜鍍于所述凹透鏡的凹面上。6.如權(quán)利要求4或5所述的顯示裝置，其特征在于，所述凸透鏡和凹透鏡的相對的光學(xué)面部分貼合，且所述凸透鏡的正焦距的絕對值大于或小于凹透鏡的負焦距的絕對值。7.如權(quán)利要求4或5所述的顯示裝置，其特征在于，所述凸透鏡和凹透鏡的相對的光學(xué)面完全貼合，且所述凸透鏡的正焦距的絕對值等于凹透鏡的負焦距的絕對值。8.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述顯示器為透明顯示器。9.采用權(quán)利要求1至8任意一項權(quán)利要求所述的顯示裝置制成的頭戴式設(shè)備。10.如權(quán)利要求9所述的頭戴式設(shè)備，其特征在于，包括一眼鏡架，所述顯示裝置的顯示器及復(fù)合鏡片均設(shè)有兩個，兩個復(fù)合鏡片分別固定在眼鏡架的鏡框中，兩個顯示器固定在所述鏡框與人眼之間。
【文檔編號】G02B27/01GK106054390SQ201610618297
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月1日
【發(fā)明人】鈔晨
【申請人】深圳市世尊科技有限公司