專利名稱：不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光機，尤其是將鍍膜技術應用在光機上，進行雙折射影像的虛像顯示裝置，具體地說是一種短焦距、高放大倍率、顯像清晰、平整的虛像顯示光機。
背景技術：
目前，虛像顯示光機，例如傳統的頭戴式顯示器HMD，通常應用光學反射及折射效應進行虛像投影，如專利號為200710176478。X的半反射及折射光學效應組合光學應用的虛像顯示裝置。虛像影像在偏光板系統分光后在呈像片上呈像；此時，呈像焦距(偏光片到呈像片的距離)較長；呈像片之影像是由視覺焦距(眼睛到偏光片的距離)上的半實半虛的雙影像重疊所構成的，清晰度較差；呈像片上的影像，隨著放大倍率增大，其影像會變曲變形度，呈現半弧形彎曲，放大倍率愈大、變形愈嚴重；這是基本的幾何光學原理。同時，因為呈像片的設置，此種虛像光學裝置視覺焦距軸較長，影響顯示器的外觀尺寸大小。幾何光學在做投影系統光機設計時，一般解決投射影像愈變形彎曲的方式是做多層次放大，每層放大加上整束光影的散射角度，以控制影像的變形狀況至最小，此種光光機光路徑軸加長，要有多片鏡片組合，體積尺寸變得很長很大。
發明內容
本發明的目的是針對現有的虛像顯示光機所存在的呈像焦距較長、清晰度較差、 彎曲變形嚴重和視覺焦距軸較長、影響顯示器的外觀尺寸大的問題，提出一種結構簡單，視覺焦距軸短，影像尺寸大，平整度高和清晰度好的虛像顯示光機。本發明的技術方案是
一種不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，它包括影像顯示器、光學透明材料和反射鏡；所述的光學透明材料斜向設置于影像顯示器和反射鏡之間，在光學透明材料上、與影像顯示器相對的一面鍍有反向抗反射膜，另一面鍍有偏光膜或者依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜，反射鏡與光學透明材料的夾角同反向抗反射膜的鍍膜角度之和為90度。本發明的影像顯示器、光學透明材料和反射鏡同軸設置。本發明的光學透明材料位于視角同軸線上。本發明的光學透明材料光學透明材料為耐高溫的玻璃。本發明的凹面鏡與光學透明材料的夾角為45度，反向抗反射膜的鍍膜角度為45度。本發明的反射鏡為凹面放大反射鏡或是凹面放大反射鏡組。本發明的有益效果
本發明是就雙折射作用虛像光學設計的光機結構設計上做出創新改良光學新的設計。最新的(虛像折射光學)的光學應用原理，以便達到(空間虛像)影像能在放大更高倍率的情況下，影像更大，更清晰及影像平整度更高而且不彎曲變形，更能將影像的視覺軸(焦)距縮到更短小，滿足頭戴式顯示器HMD產品領域市場客戶的需求，本發明的光學設計能突破光機因放大影像倍率而造成影像變形，的問題，減少了清晰度失真度損失， 克服了光機視覺軸距大不利于產品外觀的難題。本發明中，在光學透明材料上與影像顯示器相對的一面鍍反向抗反射膜，使得呈像在光學透明材料上，因視距(偏光)軸的成像焦距大幅縮短，有利外觀設計更輕，更薄， 更小，投影影 像卻可投射更大，更清晰，得到平整不變形彎曲的影像，增加產品市場實用性。本發明因視距軸(偏光)軸更短，在外觀結構上可設計的更薄、更輕、更小，實用性強。本發明中，在光學透明材料上與影像顯示器相背的一面依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜，能夠消除光源影像在光機內，投影光路徑上所產生的光干涉普遍自然現象(如 光的散射造成的光暈及迭影)，避免光源影像清晰度的下降。增加空間虛像的影像，在光機暗房效果下呈現更接近投影實像的真實度，清晰度高。本發明的虛像顯示光機，成像放大倍率高，可因縮短的呈像焦距而多增加10—15 %的放大視覺感受。本發明突破基礎幾何光學原理的框架，產生更多投影光學產品在設計應用上的空間及發展。
圖1是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的主光路的光學路徑示意圖。
圖3是本發明的光學路徑示意圖。圖4是本發明的光機組合的系統參數圖。圖5是本發明提取虛像的原理示意圖。圖中1、影像顯示器；2、光學透明材料；3、反射鏡；4、反向抗反射膜；5、偏光膜； 6、正向抗反射膜；7、第一平面；8、第二平面。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1-3所示，一種虛像顯示光機，它包括影像顯示器、光學透明材料和反射鏡； 所述的光學透明材料斜向設置于影像顯示器和凹面鏡之間，在光學透明材料上、與影像顯示器相對的一面(即后述玻璃片的第一平面)鍍有反向抗反射膜，另一面(即后述玻璃片的第二平面)鍍有偏光膜或者依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜，凹面鏡與光學透明材料的夾角同反向抗反射膜的鍍膜角度之和為90度。其中，影像顯示器用于顯示實體影像畫面，并將影像光線投射出去； 凹面鏡反射穿透過偏光片而來的影像顯示器投射的光線。
反向抗反射膜的鍍膜方法是電子鍍膜機對光學透明材料進行鍍抗反射膜的過程中，將電子鍍膜機的粒子槍電極極化倉上的正、負電荷反向，進行反向鍍抗反射膜，在光學透明材料表面形成反向抗反射膜。鍍有偏光膜的玻璃即偏光玻璃如圖1所示，一面鍍有反向抗反射膜，另一面依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜時偏光片上的反向抗反射膜具有半穿透半反射性，面向影像顯示器的一面即正作用面為穿透面，具有穿透性；面向偏光片的一面即反作用面為反射面， 具有反射性；偏光片上的正向抗反射膜具有半穿透半反射性，面向凹面鏡的一面即正作用面為反射面，具有反射性；面向偏光膜的一面即反作用面為穿透面，具有反射性；影像顯示器投射的光線穿透偏光片至凹面鏡，偏光片反射凹面鏡反射的光線。
玻璃片如圖1所示，一面鍍有反向抗反射膜，另一面依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜
如圖2所示，影像顯示器發出光線(a)穿透玻璃片的第一平面和第二平面，入射至凹面鏡，凹面鏡反射光線至玻璃片的第一平面，在正向抗反射膜上產生分光，主分光線(c)折射至玻璃的第二平面，在反向抗反射膜上反射的光線(d)穿透正向抗反射膜后射出，在人眼的視網膜成像區成像。如圖3所示，(a)為穿透性光；(b)折射光((a)的主分光線穿透)；(C)主分光線； (e)為副分光線(穿透)；(d)為(e)的反射光線；(h)為分光(a)的副分光線；
圖5中，F是g軸的視覺軸距(即焦距)。具體實施時
在雙折射虛像光學設計的光機中，就該設計光機的組件做光學改良設計，改良方式如
下
1、如圖1所示，玻璃片第二平面做電子蒸鍍鍍膜，鍍上有功能角度設計的偏光膜，讓光線具有50 %穿透率及具有50 %反射率特性。(均勻產生分光影像作用，產生清晰的兩道實(虛)分光影像)，后面再鍍上一層正向抗反射鍍膜，增加光線穿透率、增加視覺清晰度及防止外界光源的散射造成的光干涉和光暈的影響。2、玻璃片第一平面(S卩光學透明材料上、與影像顯示器相對的一面)則設計用反向電子蒸鍍法(采用專利號為“201110069118。6”的一種能消除光學成像中光干涉影像的反向鍍抗反射膜的方法)鍍上反向作用面的抗反射膜，讓反向作用面的抗反射膜產生反向作用(一。做為呈像片使用；二。消除在玻璃片厚度內造成的光源散射現象及鬼影，使影像因光干涉減少，影響影像清晰程度即失真度的問題降至最小)。3、取消原先在偏正光軸即視覺軸線上的呈像片裝置；將呈像片功能轉移至玻璃片第二平面上即鍍有反向抗反射膜的平面上，有效縮短視覺焦距的長度，加大影像視覺效^ ο4、另外在眼球窗口接目鏡窗口做個(鏡片加裝裝置)以補強在重度近視及老花目艮，和有老花眼及近視眼患者要用的(有度數矯正視覺的鏡片)來調整視覺焦距的焦
點ο就改良光機結構及組件技術設置，所產生的新的光學應用原理及作用，和光學作用效果的說明如下；
上述1，2，3項修改的原理說明此3項設計改良是將(呈像片功能設計)在第二平面即鍍有反向抗反射膜的平面(將影像成像的焦距縮短)，在抗反射膜反向鍍膜下，產生將光源影像，藉45度角偏光作用到玻璃第一平面即偏光膜與正向抗反射膜夾得平面，相同作用穿越到凹面放大折射鏡。經過弧形面的曲率折射放大后，投射回偏光45度角的第一平面，產生兩道折射分光影像向第二平面的抗反射作用面，投射一道成90度角直接穿透第二平面，另一道分光影像則不成 90度角投射第二平面，因抗反射膜正向作用，又因非90度角所以產生折射光束，返回第一平面穿透第一平面到達，視覺軸的軸線上，進入眼球視網膜區感應到而形成影像， 因此視網膜焦距的(焦點)落在第一平面的偏光膜上(形成影像的成像固定焦距的焦點) 而光源影像則因玻璃片的厚度所產生的多次折射光路徑加長延伸而成焦點卻不在視網膜上的空間虛像(該虛像不會影響眼球視覺的變焦動作)。另外光源影像因成像面的轉移到偏光板第二平面(反向抗反射膜表面)上，使原先(偏正光(軸)路徑)大幅縮短，眼睛所
看到的影像視距更近、影像更大(比原先放大倍率更大)的視覺感受。---------(造成影
像放大的加成效果原理)說明。偏光板玻璃的第一平面在偏光鍍膜后，再加鍍正向抗反射膜及玻璃第二平面的 (反向)抗反射膜鍍膜，聯合作用下，讓眼球視覺感受減少了光源影像在投射的光路徑上所產生多次折(反)射作用發生的常態性的光線散射作用(例如曝光作用)及穿透接口會產生的雙重迭影(俗稱鬼影)這些(通稱光的干涉現象是影像清晰度的主因)會被(反向)抗反射膜作用排除。正面則因(正向)抗反射膜作用，而加強了視覺偏正光軸上光線的穿透性作用，及減少(光暈現象)的干涉視覺效果導致清晰度漸次下降，使光機內部
的(暗房效應)更好，讓眼球視覺感受獲得更清晰的視覺感受度。------------(清晰
度的增加的原理)說明。此三項的組件的改良設計組合結構創造出新的投射影像放大技術(不對等焦距的成像光學應用原理)。主要技術效果是突破(基礎幾何光學原理)對投影放大影像在投射焦距與成像焦距必須對等下，影像放大倍率愈大，成像面影像變形率也相對變大， 若縮短焦距變形量將更大。本發明原理，是利用人類眼球(虛擬視覺感官功能)成像原理——說明 眼睛是最細致的層次掃描傳感裝置，它可分辨空間層次感，但唯獨還是不能多焦點變焦 (焦點卻只能一個)眼球水晶體所致。本技術將原先設計的對等焦距中的(成像焦距縮短)，就是除去第3項的呈像片，將第2項玻璃片的第二平面鍍上(反向)作用的抗反射鍍膜，做為成像平面使用。因為抗反射膜反向作用，使得(投射成像焦距縮短)，相對的在視覺偏正光軸上的 (視覺焦距)也大幅度縮短至玻璃片上，藉由眼睛精細的層次感知功能及單一焦點變焦的作用下，讓具有高穿透性的玻璃片第二平面成為偏正光軸上的視覺焦距的成像面，也是(視網膜上的固定焦點)。在玻璃片第二平面折射成像的虛像則因為眼球的層次空間 (虛擬視覺)功能，在水晶球體的偏正光軸上(成像)，所以人的眼睛在(光機的暗房效果)下將視網膜成像焦點固定在偏光玻離第二平面上。然而會產生變化的虛像，在眼球 (水晶球體)形成在(層次視覺)感受，而不影響視網膜的焦點變化。這就是看虛像不會造成(眼球高頻縮放運動，視網膜高頻焦點變焦)致使眼睛感到疲累的原理。藉由第二平面的光源高穿透性，可穿透見到背景景物，就形成所謂的(空間虛像)的(眼球虛擬視覺)光學效應原理。
因成像焦距的縮短使放大投影的放射狀光路徑縮短及影像成像焦距的變形焦點不存在(在原有偏光軸上的呈像片)所以影像不會有成像面可以成像顯示出變形彎曲面， 光源影像也因此成像焦距縮短，凹面放大鏡折射焦距的焦點，在第二平面后方，所以影像在光束折射交錯的第一焦點(在凹面鏡前方，影像因折射作用上下顛倒)及成像焦距的焦點之間，再藉由玻璃片第二平面所形成(空間虛像)是平整不變形的影像，再加上前述的偏正光軸上的成像焦距縮短造成眼睛視覺感受上，有影像放大倍率更大的視
覺效果。這就是---------(形成影像平整不彎曲變形，放大倍率更大的視覺作用光學
應用原理)說明
本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，其特征是它包括影像顯示器、光學透明材料和反射鏡；所述的光學透明材料斜向設置于影像顯示器和反射鏡之間，在光學透明材料上、與影像顯示器相對的一面鍍有反向抗反射膜，另一面鍍有偏光膜或者依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜，反射鏡與光學透明材料的夾角同反向抗反射膜的鍍膜角度之和為90度。
2.根據權利要求1所述的不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，其特征是所述的影像顯示器、光學透明材料和反射鏡同軸設置。
3.根據權利要求1所述的不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，其特征是所述的光學透明材料位于視角同軸線上。
4.根據權利要求1所述的不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，其特征是所述的光學透明材料光學透明材料為耐高溫的玻璃。
5.根據權利要求1所述的不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，其特征是所述的凹面鏡與光學透明材料的夾角為45度，反向抗反射膜的鍍膜角度為45度。
6.根據權利要求1所述的不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，其特征是所述的反射鏡為凹面放大反射鏡或是凹面放大反射鏡組。
全文摘要
一種不對等焦距、高放大倍率的虛像顯示光機，它包括影像顯示器、光學透明材料和反射鏡；所述的光學透明材料斜向設置于影像顯示器和反射鏡之間，在光學透明材料上、與影像顯示器相對的一面鍍有反向抗反射膜，另一面鍍有偏光膜或者依次鍍有偏光膜和正向抗反射膜，反射鏡與光學透明材料的夾角同反向抗反射膜的鍍膜角度之和為90度。本發明是就雙折射作用虛像光學設計的光機結構設計上做出創新改良光學新的設計。空間虛像影像在放大更高倍率的情況下,影像更大，更清晰，并且影像平整度更高、不彎曲變形，能滿足頭戴式顯示器HMD產品領域市場客戶的需求。
文檔編號G02B27/01GK102253491SQ201110174468
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者呂興增 申請人:南京炫視界光電科技有限公司