Оптические устройства для видеошлемов
Изобретение относится к оптической схеме видеошлемов. Принцип построения схемы основан на проецировании отображаемого изображения по оптическому пути; устанавливают линзу для фокусировки отображаемого изображения в точку на оптическом пути при помощи линзы; разделения отображаемого изображения вблизи указанной точки на множество подызображений, при этом каждое подызображение следует по одному из множества оптических подпутей. При этом разделение производят при помощи разделителя, выполненного в виде асимметричного V-образного зеркального разделителя.
Технический результат: уменьшение веса, уменьшение габаритных размеров, расширение функциональных возможностей. 9 н. и 42 з.п. ф-лы, 11 ил.
Уровень техники
Видеошлемы представляют собой класс устройств отображения изображений, которые могут быть использованы для отображения изображений с телевизора, цифровых универсальных дисков (DVD), вычислительных устройств, игровых консолей или с других аналогичных устройств. Видеошлем может быть монокулярным (единственное изображение наблюдается одним глазом), бинокулярным (единственное изображение наблюдается обоими глазами) или бинокулярным (каждым глазом наблюдается особое изображение). Кроме того, изображение, проецируемое на глаз (глаза), может наблюдаться пользователем как законченное или наложенное на восприятие пользователем внешнего мира. При конструировании видеошлема должны учитываться такие параметры, как разрешение изображения, расстояние мнимого изображения от глаза, размер мнимого изображения (или угол мнимого изображения), искажения мнимого изображения, расстояние между левым и правым зрачками пользователя (межзрачковое расстояние (МЗР)), диоптрийная коррекция, потери света в результате расщепления и передачи изображения, потребляемая мощность, масса и стоимость. В идеале в одном видеошлеме должны приниматься во внимание эти параметры, излишние для ряда пользователей, и он должен обеспечивать отображение изображения независимо от того, является оно стереоскопическим бинокулярным изображением или простым монокулярным изображением.
Если разрешение картины на внутреннем дисплее видеошлема составляет 800×600 пикселей, приемлемый размер мнимого изображения, формируемого оптикой видеошлема, является таким, что диаметр мнимого изображения приблизительно равен 1,5 м (52-56 дюймов) на расстоянии 2 м, что соответствует углу поля зрения, приблизительно равному 36°. Для хорошего согласования с головой и глазами человека межзрачковое расстояние должно быть регулируемым от 45 мм до 75 мм. Для компенсации близорукости и дальнозоркости необходима диоптрийная коррекция в пределах ±3 диоптрий.
При использовании в видеошлеме только одного микродисплея (вместо использования по одному для каждого глаза) существенно снижается стоимость устройства. Обычно в компоновке такого узла микродисплей расположен между глазами пользователя. В таком случае сформированное изображение расщепляется, увеличивается и раздельно передается к каждому глазу. Из уровня техники известны многочисленные конструкции, предназначенные для расщепления пучка в видеошлеме с одним дисплеем, в котором дисплей установлен в центре, но неизвестно решение, которое обеспечивает получение конструкции, являющейся дешевой, легкой, небольшого размера и способной отображать все разнообразие изображений.
Сущность изобретения
В вариантах осуществления настоящего изобретения расщепляющий объем видеошлемов снижен путем фокусирования изображения, формируемого на экране одного дисплея и расщепления этого изображения вблизи его фокальной точки. Далее отдельные подызображения фокусируются и распространяются по множеству оптических подпутей, доставляющих изображения к отдельным местоположениям.
В некоторых вариантах осуществления изобретения используется асимметричный V-образный зеркальный расщепитель, который может состоять из частично отражающей поверхности и полностью отражающей поверхности, расположенных вблизи фокусной точки изображения. Далее часть света, содержащего мнимую информацию, отражается частично отражающей поверхностью и может быть канализирована к одному глазу, тогда как остальная часть света отражается полностью отражающей поверхностью и канализируется к другому глазу.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения могут использоваться рассеиватели, на которых формируются действительные изображения дисплея. Действительные изображения проецируются на рассеиватели оптикой для переноса изображения, имеющей небольшую числовую апертуру, и передаются к глазам пользователя оптикой, имеющей большую числовую апертуру.
В некоторых вариантах осуществления изобретения также могут использоваться поворотные отражатели. Путем отражения расщепленных изображений от многочисленных отражателей пути этих изображений могут быть изменены таким образом, что в вариантах осуществления изобретения обеспечивается возможность подстройки к межзрачковым расстояниям различных пользователей.
В других вариантах осуществления изобретения используется синхронизированное перемещение множества оптических блоков для подстройки к межзрачковому расстоянию различных пользователей.
Кроме того, в дальнейших вариантах осуществления изобретения источник света может использоваться для освещения дисплея. Одна возможная компоновка может включать в себя индивидуальные источники света с узким диапазоном длин волн, выполненные с возможностью аппроксимации одного широкополосного источника.
Выше признаки и технические преимущества настоящего изобретения изложены до некоторой степени широко для того, чтобы могло быть лучше понято подробное описание изобретения, которое следует ниже. Дополнительные признаки и преимущества изобретения, которые формируют объекты изобретения, будут описаны ниже. Должно быть понятно, что концепция и раскрытые конкретные варианты осуществления изобретения могут быть без труда использованы в качестве основы для модификации или конструирования других структур, предназначенных для решения тех же задач, что и в настоящем изобретении. Кроме того, необходимо осознавать, что такие эквивалентные конструкции не выходят за рамки изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения. Новые признаки, которые предполагаются характерными для изобретения, как и организация и способ функционирования, совместно с дополнительными объектами и преимуществами станут более понятными из последующего описания при рассмотрении его с сопровождающими чертежами. Однако следует ясно понимать, что каждый из чертежей предусмотрен исключительно для иллюстрации и для описания и не предполагается ограничивающим настоящее изобретение.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения теперь будет сделано обращение к нижеследующему описанию в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:
фиг.1 - вид сверху видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - перспективный вид видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - перспективный вид видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.4А и 4В - перспективный вид видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.5А и 5В - перспективный вид видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.6 - вид сверху части видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.7 - вид сверху части видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.8 - вид сверху части видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 - вид сверху части видеошлема, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан вид сверху укрепляемого на голове устройства 100, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Узел 101 формирования подызображений в устройстве 100 формирует множество подызображений от одного источника изображений по множеству оптических подпутей. Дисплей 110 может быть любым подходящим устройством или экраном, выполненным с возможностью отображения мнимого изображения данных, например экраном жидкокристаллического дисплея (ЖКД). Дисплей 110 расположен по оси 111 дисплея, которая в показанном варианте осуществления изобретения является перпендикулярной к экрану дисплея 110 и перпендикулярной к лицевой поверхности 170 пользователя. Дисплей 110 предназначен для проецирования отображаемого изображения по оптическому пути 112. В компоновке узла 101 оптический путь 112 пролегает вдоль оси 111 дисплея. Дисплейная линза 115 расположена по направлению оптического пути 112 и перпендикулярно к нему и имеет фокус 124 дисплейной линзы. Фокус 124 дисплейной линзы находится на оптическом пути 112, а узел 101 выполнен так, что фокус 124 дисплейной линзы находится внутри расщепителя 120. Путем фокусирования отображаемого изображения до его расщепления расщепляющий объем узла 101 формирования подызображений может быть существенно уменьшен. Небольшой расщепляющий объем позволяет использовать в этом варианте осуществления изобретения небольшие легкие расщепляющие элементы и позволяет проектировать укрепляемое на голове устройство с применением предпочтительных схем и дополнительных оптических элементов, которые улучшают качество изображения и могут увеличивать размер изображения, наблюдаемого пользователем. Вариант осуществления изобретения по фиг.1 приспособлен для формирования изображения с помощью (приблизительно) коллимированного света, испускаемого дисплеем 110 (или отражающегося от него), поэтому расщепитель 120 размещен вблизи фокуса 124 дисплейной линзы. Варианты осуществления изобретения не ограничены этой схемой, однако расщепитель 120 должен быть размещен на месте, наиболее подходящем для сфокусированного изображения. Например, если дисплей 110 излучает, передает или отражает неколлимированный свет, отображаемое изображение будет фокусироваться в «точке», которая не является фокусом 124 дисплейной линзы, и в вариантах осуществления изобретения расщепитель 120 должен размещаться на месте, находящемся вблизи этой фокальной зоны.
В вариантах осуществления изобретения с использованием компоновки узла 101 расщепитель 120 представляет собой асимметричный V-образный зеркальный расщепитель, состоящий из частично отражающей поверхности 121 и полностью отражающей поверхности 122. Близость поверхностей 121, 122 зависит от размера расщепителя 120 и степени уменьшения объема расщепителя узла 101, предназначенного для формирования. Кроме того, узел 101 выполнен так, что поверхность 121 и поверхность 122 имеют общий край, и они расположены асимметрично вокруг оси 111 дисплея. Поэтому узел 101 может расщеплять отображаемое изображение дисплея 110 на два отдельных отображаемых подызображения. Термин “подызображение” используется для описания многочисленных изображений дисплея, формируемых согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Подызображения по фиг.1 содержат всю информацию дисплея, но в вариантах осуществления изобретения могут использоваться подызображения, которые содержат только участок изображения.
При попадании на частично отражающую поверхность 121 часть отображаемого изображения отражается по оптическому подпути 140 для левого глаза и становится подызображением для левого глаза. Часть отображаемого изображения, не отраженная частично отражающей поверхностью 121, проходит насквозь и попадает на полностью отражающую поверхность 122, становясь подызображением для правого глаза, которое отражается по оптическому подпути 130 для правого глаза. Результат заключается в получении идентичных подызображения для левого глаза и подызображения для правого глаза, проходящих в противоположных направлениях и содержащих идентичную информацию изображения.
Подызображение для левого глаза следует по оптическому подпути 140 и канализируется к левому глазу 146 пользователя. По направлению оптического подпути 140 расположен отражатель 142 для левого глаза, который представляет собой полностью отражающую поверхность, предназначенную для перенаправления на 90° оптического подпути 140 для левого глаза и в левую окулярную оптику 145. Подызображение для правого глаза следует по оптическому подпути 130 и канализируется к правому глазу 136 пользователя. По направлению оптического подпути 130 расположен отражатель 132 для правого глаза, который представляет собой полностью отражающую поверхность, предназначенную для перенаправления на 90° оптического подпути 130 для правого глаза и в правую окулярную оптику 135. Правая окулярная оптика 135 и левая окулярная оптика 145 могут быть простыми линзами или комбинациями из нескольких линз, выполненных с возможностью соответствующего увеличения подызображения для правого глаза, предназначенного для наблюдения правым глазом 136 пользователя, и подызображения для левого глаза, предназначенного для наблюдения правым глазом 146 пользователя соответственно.
Окулярная оптика 135 и 145 представляет собой одну регулируемую линзу, но в других вариантах осуществления изобретения могут использоваться несколько линз или любая другая компоновка, которая соответствующим образом фокусирует подызображение для правого глаза и подызображение для левого глаза, предназначенные для наблюдения правым глазом 136 и левым глазом 146 соответственно. Кроме того, хотя отражатели 142, 132 устройства 100 изображены как зеркала, варианты осуществления изобретения не ограничены использованием зеркал для перенаправления оптического подпути. Точнее, для перенаправления оптического подпути могут быть использованы призмы, частично отражающие поверхности, поляризационные расщепители пучка или любые другие подходящие элементы.
Кроме того, устройство 100 можно подстраивать к изменяющимся межзрачковым расстояниям различных пользователей путем синхронизированного перемещения оптических элементов. Правую окулярную оптику 135 и левую окулярную оптику 145 можно сдвигать, осуществляя перемещения 152 и 151 соответственно, чтобы получать межзрачковое расстояние 150а и межзрачковое расстояние 150b, при этом узел 101 сдвигается путем осуществления перемещения 155. Когда межзрачковое расстояние 150а изменяют до межзрачкового расстояния 150b, узел 101 одновременно сдвигают к лицевой поверхности 170 путем осуществления перемещения 155 (вниз на виде из фиг.1). Когда межзрачковое расстояние 150b изменяют до 150а, узел 101 одновременно сдвигают от поверхности 170 (вверх на виде из фиг.1). Эти синхронизированные перемещения обеспечивают регулировку устройства 100 с целью приспособления во всем диапазоне от межзрачкового расстояния 150а до 150b при сохранении постоянных расстояний между поверхностями 122, 121 и окулярной оптикой 135, 145 вдоль подпутей 130 и 140 соответственно. Кроме того, в устройстве 100 возможна диоптрийная коррекция с помощью дополнительных регулировок путем перемещения 153 левой окулярной оптики 145 и перемещения 154 правой окулярной оптики 135.
На фиг.2 показан перспективный вид укрепляемого на голове устройства (нашлемного устройства) 200, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Укрепляемое на голове устройство 200 включает в себя узел 101, описанный относительно фиг.1, который осуществляет расщепление отображаемого изображения дисплея 110 на подызображение для левого глаза, проходящее по оптическому подпути 140 для левого глаза, и подызображение для правого глаза, проходящее по оптическому подпути 130 для правого глаза. В устройстве 200 оптика 243 переноса изображения для левого глаза расположена по направлению оптического подпути 140 для левого глаза с целью регулирования подызображения для левого глаза, отражаемого отражателем 142 для левого глаза на рассеиватель 244 для левого глаза. Подызображение для левого глаза попадает на рассеиватель 244 для левого глаза, и на поверхности рассеивателя формируется действительное изображение дисплея. Далее левой окулярной составной оптикой 245 это действительное изображение увеличивается соответственно для левого глаза 146.
В описываемом варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг.2, используются рассеиватели, на которые с целью получения изображения проецируются действительные изображения. Оптикой переноса изображения, имеющей небольшую числовую апертуру, действительное изображение проецируется на поверхность рассеивателя, а окулярная оптика, имеющая большую числовую апертуру, передает изображение к глазам пользователя. Точнее, любое подходящее средство может быть использовано, включая матрицы микролинз, дифракционные решетки или другие дифракционные поверхности. Должно быть понятно, что для задач настоящего изобретения термин «рассеиватель», используемый при описании вариантов осуществления настоящего изобретения, относится ко всем таким средствам, используемым для преобразования падающей угловой плотности мощности в выходную угловую плотность мощности.
На фиг.2 подызображение для правого глаза следует по оптическому подпути 130 для правого глаза к оптике 233 переноса изображения для правого глаза. Оптика 233 переноса изображения для правого глаза соответствующим образом регулирует отображаемое подызображение для правого глаза, отражаемое отражателем 132 для правого глаза на рассеиватель 234 для правого глаза. Подызображение для правого глаза попадает на рассеиватель 234 для правого глаза, и при этом формируется действительное изображение. Действительное изображение регулируется правой окулярной составной оптикой 235 соответственно для правого глаза 136. В устройстве 200 можно осуществлять диоптрийную коррекцию путем перемещения 253 составной оптики 245 для левого глаза и перемещения 254 составной оптики 235 для правого глаза.
В устройстве 200 также можно осуществлять подстройку к межзрачковому расстоянию с помощью нескольких синхронных перемещений. Межзрачковое расстояние 150 может быть уменьшено смещением составной оптики 234 для левого глаза вправо путем осуществления перемещения 251 и составной оптики 235 для правого глаза влево путем осуществления перемещения 252. В случае варианта осуществления изобретения по фиг.2 участок 240 оптического подпути 140 находится между оптикой 243 переноса изображения и рассеивателем 244, а участок 230 оптического подпути 130 находится между оптикой 233 переноса изображения и рассеивателем 234. Поэтому, когда составную оптику 235 и 245 сдвигают путем осуществления перемещений 252 и 251 до получения меньшего расстояния 150, центральный узел 201 должен быть отодвинут от лицевой поверхности 170. В варианте осуществления изобретения по фиг.2 описывается одно сочетание синхронных перемещений, которые приводят к изменению межзрачкового расстояния, но варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены синхронными перемещениями по фиг.2.
На фиг.3 показан перспективный вид укрепляемого на голове устройства (нашлемного устройства), выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Укрепляемое на голове устройство 300 включает в себя узел 101, описанный относительно фиг.1, для расщепления отображаемого изображения дисплея 110 на подызображение для левого глаза, проходящее по оптическому подпути 140 для левого глаза, и подызображение для правого глаза, проходящее по оптическому подпути 130 для правого глаза. В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг.3, отображаемое подызображение для левого глаза следует по оптическому подпути 140 для левого глаза и проходит через отражатель 342 действительного изображения для левого глаза, чтобы попасть на отражающий рассеиватель 343 для левого глаза, при этом формируется действительное изображение. Далее это действительное изображение отражается отражателем 342 действительного изображения для левого глаза на левую окулярную оптику 145. Левой окулярной оптикой 145 регулируется отраженное действительное изображение соответственно для левого глаза 146. Отображаемое подызображение для правого глаза следует по оптическому подпути 130 для правого глаза, проходя через отражатель 332 действительного изображения для правого глаза, чтобы попасть на отражающий рассеиватель 333 для правого глаза, при этом формируется действительное изображение. Это действительное изображение отражается отражателем 332 действительного изображения для правого глаза на правую окулярную оптику 135, которая регулирует отраженное действительное изображение соответственно для правого глаза 136.
В описываемом варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг.3, используются отражающие рассеиватели, на которых формируются действительные изображения. Настоящее изобретение не ограничено использованием рассеивателя какого-либо одного типа. Точнее, в вариантах осуществления изобретения может использоваться любой подходящий рассеиватель, например ранее описанный, и он может быть любой подходящей формы, такой как сферической, плоской или асферической.
В варианте осуществления изобретения по фиг.3 также можно осуществлять диоптрийную коррекцию путем перемещения 153 левой окулярной оптики 145 и перемещения 154 правой окулярной оптики 135. Отражатель 342 действительного изображения для левого глаза и левая окулярная оптика 145 совместно образуют левый окуляр 360. Отражатель 332 действительного изображения для правого глаза и правая окулярная оптика 135 совместно образуют правый окуляр 361.
В устройстве 300 можно осуществлять подстройку к межзрачковому расстоянию путем нескольких одновременных перемещений. Для установки требуемого межзрачкового расстояния в варианте осуществления изобретения по фиг.3 одновременно перемещают левый окуляр 360 и правый окуляр 361, осуществляя перемещения 351 и 352 соответственно. В то же самое время для сохранения длин оптических путей между окулярной оптикой 145, 135 и отражающими рассеивателями 343, 333 осуществляют перемещение 153 левой окулярной оптики 145 и перемещение 154 правой окулярной оптики 135.
В устройстве 300 отражатель 342 действительного изображения для левого глаза и отражатель 332 действительного изображения для правого глаза представляют собой частично отражающие поверхности, но варианты осуществления изобретения не ограничены показанными средствами. Точнее, варианты осуществления изобретения могут быть легко приспособлены к любому средству, к такому, в котором используются призмы или поляризационные расщепители луча, соответствующим образом отражающие свет на окулярную оптику 135 и 145 и передающие свет по оптическим путям 130, 140 к отражающим рассеивателям 333, 343 соответственно.
На фиг.4А и 4В показан перспективный вид укрепляемого на голове устройства 400 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Для формирования множества отображаемых подызображений от одного источника изображений в укрепляемом на голове устройстве 400 используется угловой узел 401 формирования подызображений. Как и в узле 101, показанном на фиг.1-3, в узле 401 отображаемое изображение дисплея 110 расщепляется на подызображение для левого глаза, проходящее по оптическому подпути 140 для левого глаза, и подызображение для правого глаза, проходящее по оптическому подпути 130 для правого глаза. В узле 401 дисплей 110 и дисплейная оптика 115 повернуты на 90° по сравнению с узлом 101 по фиг.1-3. Отображаемое изображение дисплея 110 проецируется вдоль оптического пути 112, на котором оно фокусируется дисплейной оптикой 115. Далее отображаемое изображение попадает на дисплейный отражатель 416, который перенаправляет оптический путь 112 на 90°. Отражатель 416 побуждает сфокусированное отображаемое изображение направляться на расщепитель 120. Благодаря перенаправлению оптического пути отражателем 416 общий объем узла 401 уменьшается. Объем может быть дополнительно уменьшен путем добавления дополнительных аналогичных отражателей. В узле 401 расщепитель 120 выполнен так, что частично отражающая поверхность 121 и полностью отражающая поверхность 122 являются параллельными оси 111 дисплея, а отраженный фокус 424 дисплейной оптики 115 находится внутри расщепителя 120. Частично отражающая поверхность 121 отражает часть отображаемого изображения в качестве отображаемого подызображения для левого глаза, следующего по оптическому подпути 140 левого глаза, так что оно попадает на отражатель 142 для левого глаза. Часть отображаемого изображения, не отраженная частично отражающей поверхностью 121, отражается полностью отражающей поверхностью 122 в качестве подызображения для правого глаза по оптическому подпути 130 для правого глаза, так что оно попадает на отражатель 132 для правого глаза.
В устройстве 400 «действительные» изображения используются таким же образом, как и в устройстве 200 по фиг.2. В устройстве 400 отображаемое подызображение для левого глаза отражается на рассеиватель 243 для левого глаза, где формируется действительное изображение. Далее это действительное изображение передается к левому глазу 146 левой окулярной оптикой 145, которая предназначена для выполнения надлежащего фокусирования подызображения для левого глаза, предназначенного для наблюдения левым глазом 146. Отображаемое подызображение для правого глаза отражается на рассеиватель 234 для правого глаза, формирующий действительное изображение, которое передается на правый глаз 136 правой окулярной оптикой 135, которая предназначена для выполнения надлежащего фокусирования подызображения для правого глаза, предназначенного для наблюдения правым глазом 136. В устройстве 400 возможна диоптрийная коррекция путем перемещения 153 левой окулярной оптики 145 и перемещения 154 правой окулярной оптики 135.
На фиг.4В отражена способность устройства 400 к коррекции на межзрачковое расстояние. В этом варианте осуществления изобретения полностью отражающая поверхность 122 и частично отражающая поверхность 121 могут поворачиваться вокруг оси 423 расщепителя и относительно друг друга. Когда полностью отражающая поверхность 122 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 423, а частично отражающая поверхность 121 поворачивается против часовой стрелки, оптический подпуть 130 для правого глаза и оптический подпуть 140 для левого глаза отклоняются от плоскости и больше не составляют 180° относительно друг друга. Когда оптический подпуть 130 для правого глаза и оптический подпуть 140 для левого глаза отклоняются на некоторый угол тета (θ) и тета прим (θ'), результат заключается в том, что в устройстве 400 обеспечивается подстройка к межзрачковому расстоянию 450. Окуляры 460 и 461 поворачиваются внутрь одновременно с поворотом поверхностей 121, 122. Окуляр 460 поворачивается против часовой стрелки вслед за отклонением вниз подпути 140, а окуляр 461 поворачивается по часовой стрелке вслед за отклонением вниз подпути 130. Следствием этих одновременных поворотов является подстройка к межзрачковому расстоянию 450.
На фиг.5А и 5В показано перспективное изображение видеошлема 500, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В укрепляемом на голове устройстве 500 узел 101 снова использован для расщепления отображаемого изображения дисплея 110 на подызображение для левого глаза, проходящее по оптическому подпути 140 для левого глаза, и подызображение для правого глаза, проходящее по оптическому подпути 130 для правого глаза. В дисплее 500 отображаемое подызображение для левого глаза попадает на отражатель 142 для левого глаза, осуществляющий перенаправление на 90° оптического подпути 140 для левого глаза. Далее отображаемое подызображение для левого глаза попадает на второй отражатель 543 для левого глаза, который также осуществляет перенаправление на 90° оптического подпути 140 для левого глаза. Отражатель 142 для левого глаза и второй отражатель 543 для левого глаза расположены по направлению общей оси 541 отражателей для левого глаза. После того как отображаемое подызображение для левого глаза отразилось вторым отражателем 543 для левого глаза, оно отражается третьим отражателем 544 для левого глаза и перенаправляется на рассеиватель 243 для левого глаза.
Точно так же отображаемое подызображение для правого глаза попадает на отражатель 132 для правого глаза, осуществляющий перенаправление на 90° оптического подпути 130 для правого глаза. Далее отображаемое подызображение для правого глаза попадает на второй отражатель 533 для правого глаза, который также осуществляет перенаправление на 90° оптического подпути 130 для правого глаза. Отражатель 132 для правого глаза и второй отражатель 533 для правого глаза расположены по направлению общей оси 531 отражателей для правого глаза. После того как отображаемое подызображение для правого глаза отразилось вторым отражателем 533 для правого глаза, оно отражается третьим отражателем 534 для правого глаза и перенаправляется на рассеиватель 233 для правого глаза.
Действительное изображение, формируемое на рассеивателе 243 для левого глаза, передается на левый глаз 146 левой окулярной оптикой 145. Левый окуляр 560 образован совокупностью второго отражателя 543 для левого глаза, третьего отражателя 544 для левого глаза, рассеивателя 243 для левого глаза и левой окулярной оптики 145. Действительное изображение, формируемое на рассеивателе 233 для правого глаза, передается к правому глазу 136 правой окулярной оптикой 135. Правый окуляр 561 образован совокупностью второго отражателя 533 для правого глаза, третьего отражателя 534 для правого глаза, рассеивателя 233 для правого глаза и правой окулярной оптики 135. В устройстве 500 возможна диоптрийная коррекция путем перемещения 153 левой окулярной оптики 145 и перемещения 154 правой окулярной оптики 135.
Как представлено на фиг.5В, в устройстве 500 может регулироваться межзрачковое расстояние 150. В устройстве 500 левый окуляр 560 может поворачиваться вокруг оси 541 относительно отражателя 142 для левого глаза. Когда левый окуляр 560 поворачивают против часовой стрелки вокруг оси 541 отражателей для левого глаза, оптический подпуть 140 отклоняется от своего прежнего пути на некоторый угол фи (φ). Подобным образом правый окуляр 561 может поворачиваться вокруг оси 531 относительно отражателя 132 для правого глаза. Когда правый окуляр 561 поворачивают по часовой стрелке вокруг оси 531 отражателя для правого глаза, оптический подпуть 130 отклоняется на некоторый угол фи прим (φ') от прежнего пути. Эти отклонения приводят к повороту левого окуляра 560 и правого окуляра 561 в плоскости лица пользователя с регулированием межзрачкового расстояния 550.
На фиг.6 показан вид сверху части укрепляемого на голове устройства, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.1-5 были показаны варианты осуществления изобретения с использованием узлов 101 и 401 формирования подызображений. Однако варианты осуществления изобретения не ограничены такими компоновками. На фиг.6 узел 600 формирования подызображений включает в себя дисплей 110, расположенный нормально к оси 111 дисплея. Дисплей 110 проецирует отображаемое изображение по оптическому пути 112. Далее отображаемое изображение может быть сфокусировано дисплейной линзой 115, имеющей фокус 124 линзы. Расщепитель 620 представляет собой симметричный V-образный зеркальный расщепитель, образованный правой полностью отражающей поверхностью 622 и левой полностью отражающей поверхностью 621, которые имеют общий край и расположены симметрично вокруг оси 111 дисплея. Согласно фиг.6 показана и описана компоновка с полностью отражающими поверхностями, но такая компоновка также может быть легко приспособлена для использования поляризационных расщепителей пучка или частично отражающих поверхностей. Следствием компоновки узла 601 является то, что отображаемое изображение, которое проецируется дисплеем 110, фокусируется дисплейной линзой 115 и расщепляется на два отображаемых подызображения, одно, отраженное по оптическому подпути 130 для правого глаза, и одно по оптическому подпути 140 для левого глаза.
Дальнейшая оптимизация различных вариантов осуществления настоящего изобретения может быть выполнена путем использования коллимированного (или почти коллимированного) света. В устройстве отображения, которое формирует, отражает или освещается коллимированным светом, может повышаться качество изображения, и при этом компоновка устройства упрощается. Существуют многочисленные способы формирования и создания коллимированного света для различных задач, выполняемых укрепляемым на голове устройством, и варианты осуществления изобретения не ограничены каким-либо одним.
На фиг.7 показан вид сверху части укрепляемого на голове устройства, выполненного согласно настоящему изобретению. В узле 700 формирования подызображений дисплей 110 расположен нормально к оси 111 дисплея. Дисплейная линза 115 расположена между дисплеем 110 и расщепителем 620. Расщепитель 620 выполнен как симметричный V-образный зеркальный расщепитель, имеющий полностью отражающую поверхность 621 и полностью отражающую поверхность 722. Фокус 124 линзы 115 находится вблизи расщепителя 620. Дисплей 110 освещается источниками 708 и 709 света, и этот свет отражается отражателем 707 источника, которым может быть поляризационный расщепитель или частично отражающее зеркало или другой подходящий отражатель. Источники 708 и 709 расположены вблизи оси 111 дисплея и находятся в одной плоскости с отраженным фокусом 124R. Подызображение, формируемое источником 708 и дисплеем 110, фокусируется линзой 115 и попадает на отражающую поверхность 722 расщепителя 620. Когда дисплей 110 освещается источником 709, отдельное отображаемое подызображение формируется и фокусируется линзой 115. Поскольку источник 709 расположен ниже отраженного фокуса 124R, подызображение, формируемое источником 709 и дисплеем 110, будет фокусироваться линзой 115 и попадать на отражающую поверхность 621 расщепителя 620.
В варианте осуществления изобретения по фиг.7 формируются два полных и независимых изображения (так называемых подызображений) дисплея 110, и каждое подызображение представляет собой полное изображение дисплея 110. В варианте осуществления изобретения по фиг.7 расщепитель 620 не расщепляет одно изображение для формирования подызображений, а, скорее, расщепляет угловое пространство отражения дисплея, обеспечивая возможность получения независимо сформированных изображений, направляемых по отдельным путям.
На фиг.8 показан вид сверху части укрепляемого на голове устройства 800, выполненного согласно варианту осуществления настоящего изобретения с использованием узла 101 формирования подызображений. Источник 801 голубого света расположен по направлению оптического пути 806 источников света, предпочтительно в точке или вблизи точки отраженного фокуса 124R дисплейной оптики 115. Источник 801 голубого света может быть любым источником света, способным создавать голубой свет, таким как светодиод (СД) типа NSCx100 фирмы Nichia. Свет от источника 801 голубого света проходит через первый цветной фильтр 804, расположенный под соответствующим углом к оптическому пути и выбранный для пропускания голубого света и отражения зеленого света. Источник 802 зеленого света расположен вблизи оптического пути источников света и расположен так, что его свет отражается первым цветным фильтром 804 способом, который имитирует размещение источника 802 зеленого света на месте нахождения источника 801 голубого света. Голубой свет и отраженный зеленый свет следуют по оптическому пути 806 источников света, проходя через второй цветной фильтр 805, расположенный под соответствующим углом к оптическому пути 806 источников света.
Второй цветной фильтр 805 выбран так, что он пропускает голубой и зеленый свет, но отражает красный свет. Источник 803 красного света расположен вблизи оптического пути 806 источников света и выполнен так, что его свет отражается вторым цветным фильтром 805 способом, который имитирует размещение источника 803 красного света на месте нахождения источника 801 голубого света. Далее голубой свет, отраженный зеленый свет и отраженный красный свет следуют по оптическому пути 806 источников света и отражаются отражателем 807 источников света. В показанном варианте осуществления изобретения отражатель 807 источников света может быть поляризующим отражателем, расположенным вокруг оси 111 дисплея и по направлению оптического пути 112. Комбинированный голубой, зеленый и красный свет поляризуется и отражается от отражателя 807 источников света и проходит через дисплейную оптику 115. В показанном варианте осуществления изобретения дисплейная оптика 115 представляет собой линзу, выбранную так, что она имеет фокус 124 (и отраженный фокус 124R). При прохождении через дисплейную оптику 115 комбинированный голубой, зеленый и красный свет коллимируется и освещает дисплей 110. На фиг.8 показано освещение дисплея 110 с одного направления, но варианты осуществления изобретения не ограничены одним направлением. Точнее, система освещения по фиг.8 может быть легко приспособлена для освещения со многих направлений, как на фиг.7.
Варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены компоновками, в которых расщепитель изображения расположен вблизи фокуса фокусирующей оптики. Точнее, в вариантах осуществления настоящего изобретения возможно уменьшение расщепляющего объема различных устройств путем расположения расщепителя изображения так, чтобы он расщеплял отображаемое изображение, сфокусированное в небольшой области.
На фиг.9 показан уменьшенный расщепляющий объем, обеспечиваемый вариантами осуществления настоящего изобретения. На фиг.9 дисплей 110 освещается, и тем самым формируется отображаемое изображение. Отображаемое изображение передается по оптическому пути 112, расположенному по направлению оси 111 дисплея. Дисплейная линза 115, имеющая фокус 124а дисплейной линзы, фокусирует отображаемое изображение для обеспечения уменьшенного расщепляющего объема. Место, на котором расщепляющий объем является наименьшим, зависит от света, освещающего дисплей.
Когда дисплей 110 освещается источником 908а, расположенным в отраженном фокусе 924а дисплейной линзы, дисплейная линза 115 коллимирует свет, отражаемый от отражателя 707 источника. В результате это дает отображаемое изображение, которое фокусируется дисплейной линзой 115 приблизительно в фокусе 124а дисплейной линзы. Когда дисплей 110 освещается источником 908b, расположенным в точке 924b, которая ближе к оси 111 дисплея, свет, отражаемый от отражателя 707 источника, будет расходящимся при попадании на дисплей 110. Поэтому отображаемое изображение будет фокусироваться приблизительно в точке 124с. Когда дисплей 110 освещается источником 908с, расположенным в точке 924с, которая дальше от оси 111 дисплея, свет, отражаемый от отражателя 707 источника, будет сходящимся при попадании на дисплей 110. Поэтому отображаемое изображение будет фокусироваться приблизительно в точке 124b. Следовательно, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью расщепления отображаемого изображения в какой угодно наиболее подходящей точке.
Хотя настоящее изобретение и его преимущества были описаны подробно, должно быть понятно, что различные изменения, замены и модификации могут быть сделаны в нем без отступления от сущности изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, объем настоящего изобретения не предполагается ограниченным конкретными вариантами осуществления процесса, механизма, производства, состава вещества, средства, способов и этапов, рассмотренных в описании. Как легко понять из описания, могут быть использованы процессы, механизмы, производство, составы веществ, средства, способы или этапы, существующие в настоящее время или которые будут разработаны позднее, выполняющие ту же самую функцию или позволяющие получить тот же самый результат, что и соответствующие варианты осуществления изобретения, описанные в настоящей заявке. Поэтому прилагаемая формула изобретения предполагается включающей в свой объем такие процессы, механизмы, производство, составы веществ, средства, способы или этапы.
1. Способ канализирования отображаемого изображения, заключающийся в том, что
проецируют указанное отображаемое изображение по оптическому пути;
устанавливают линзу для фокусирования отображаемого изображения в точку на оптическом пути; и
разделяют отображаемое изображение вблизи указанной точки на множество подызображений, при этом каждое подызображение следует по одному из множества оптических подпутей.
2. Способ по п.1, в котором указанная точка представляет собой фокус указанной линзы.
3. Способ по п.1, в котором дополнительно устанавливают по меньшей мере один отражатель по направлению оптического пути, в результате чего расстояние между указанной линзой и указанной точкой уменьшается.
4. Способ по п.1, в котором дополнительно разделяют отображаемое изображение с помощью множества отражающих поверхностей, расположенных вокруг оси дисплея.
5. Способ по п.4, в котором поворот указанных отражающих поверхностей может быть использован для подстройки к межзрачковому расстоянию.
6. Способ по п.1, в котором дополнительно формируют действительное изображение на рассеивателе вдоль по меньшей мере одного из множества оптических подпутей.
7. Способ по п.6, в котором перемещение указанного рассеивателя может быть использовано для подстройки к межзрачковому расстоянию.
8. Способ по п.1, в котором дополнительно перенаправляют оптический подпуть с помощью первого отражателя по направлению по меньшей мере одного из множества оптических подпутей.
9. Способ по п.8, в котором перемещение указанного первого отражателя может быть использовано для подстройки к межзрачковому расстоянию.
10. Способ по п.8, в котором указанный оптический подпуть перенаправляют с помощью второго отражателя, при этом указанный второй отражатель является поворотным и при этом указанный поворот может быть использован для подстройки к межзрачковому расстоянию.
11. Способ по п.1, в котором дополнительно формируют отображаемое изображение, посредством освещения дисплея источником широкополосного излучения.
12. Способ по п.11, в котором источник широкополосного излучения состоит из множества источников узкополосного излучения, испускающих излучение по общему пути источников.
13. Способ по п.12, в котором дополнительно используют цветные фильтры для имитации местоположения источника.
14. Способ по п.11, в котором указанной линзой коллимируют указанное освещение.
15. Устройство для канализирования отображаемого изображения, содержащее
средство для проецирования изображения по оптическому пути;
средство для фокусирования указанного изображения;
средство вблизи точки фокусировки указанного изображения для разделения указанного изображения на множество отображаемых подызображений, при этом каждое указанное подызображение следует по одному из множества оптических подпутей; и
в котором указанное средство для фокусирования расположено между указанным средством для проецирования и указанным средством для разделения.
16. Устройство по п.15, в котором указанное средство для разделения содержит множество средств для отражения изображения.
17. Устройство по п.15, в котором средство для разделения содержит средство для частичного отражения изображения; и средство для полного отражения изображения.
18. Устройство по п.16, в котором средство для частичного отражения изображения и средство для полного отражения изображения расположены перпендикулярно друг к другу.
19. Устройство по п.17, в котором средство для частичного отражения изображения и средство для полного отражения изображения расположены асимметрично вокруг оси дисплея.
20. Устройство по п.16, в котором средство для частичного отражения изображения и средство для полного отражения изображения являются поворотными и в котором указанный поворот может быть использован для подстройки к межзрачковому расстоянию.
21. Способ канализирования отображаемого изображения, заключающийся в том, что
проецируют изображение дисплея по оптическому пути;
расщепляют указанное изображение на множество отображаемых подызображений, при этом каждое подызображение следует по одному из множества оптических подпутей; и
фокусируют указанное изображение с помощью фокусирующего элемента, при этом указанное проецируемое изображение фокусируют на место вблизи точки, в которой указанное изображение разделяют.
22. Способ по п.21, в котором указанное изображение проецируют посредством преимущественно коллимированного света, а указанное место находится приблизительно в фокусе указанного фокусирующего элемента.
23. Способ по п.21, в котором указанное изображение проецируют посредством преимущественно сходящегося света, а указанное место находится между указанным дисплеем и фокусом указанного фокусирующего элемента.
24. Способ по п.21, в котором указанное изображение проецируют посредством преимущественно расходящегося света, а фокус указанного фокусирующего элемента находится между указанным дисплеем и указанным местом.
25. Способ по п.21, в котором указанное проецируемое изображение представляет собой отраженное изображение указанного дисплея, когда указанный дисплей освещают светом, коллимированным указанной линзой.
26. Система для канализирования отображаемого изображения, содержащая
дисплей, который проецирует изображение по оптическому пути;
линзу, которая фокусирует изображение;
разделитель вблизи точки фокусировки указанного изображения для формирования множества отображаемых подызображений, при этом каждое подызображение следует по одному из множества оптических подпутей; и
средство для формирования действительного изображения вдоль по меньшей мере одного из множества указанных оптических подпутей.
27. Система по п.26, в которой перемещение указанного средства для формирования может быть использовано для подстройки к межзрачковому расстоянию.
28. Система по п.26, в которой указанное средство для формирования представляет собой сферический рассеиватель.
29. Система по п.26, в которой указанное средство для формирования представляет собой дифракционную решетку.
30. Система по п.26, в которой указанное средство для формирования представляет собой матрицу микролинз.
31. Система для канализирования отображаемого изображения, содержащая
дисплей, который проецирует изображение по оптическому пути;
линзу, которая фокусирует изображение;
разделитель вблизи точки фокусировки указанного изображения для формирования множества отображаемых подызображений, при этом каждое подызображение следует по одному из множества оптических подпутей; и
средство для перенаправления по меньшей мере одного из указанного множества оптических подпутей.
32. Система по п.31, в которой указанное средство для перенаправления представляет собой зеркало.
33. Система по п.31, в которой перемещение указанного средства для перенаправления может быть использовано для подстройки к межзрачковому расстоянию.
34. Система по п.33, в которой второе средство для перенаправления является поворотным вокруг оси, общей для первого и второго средств для перенаправления, и в которой указанный поворот может быть использован для подстройки к межзрачковому расстоянию.
35. Видеошлем, содержащий
экран дисплея, выполненный с возможностью формирования отображаемого изображения вдоль оптического пути;
дисплейную оптику вблизи указанного экрана дисплея, при этом указанная оптика фокусирует указанное изображение в точку; и
разделитель, расположенный вблизи указанной точки, для разделения отображаемого изображения на множество отображаемых подызображений, при этом каждое подызображение проходит по одному из множества оптических подпутей.
36. Видеошлем по п.35, в котором частично отражающая поверхность и полностью отражающая поверхность выполнены в виде асимметричного V-образного зеркального разделителя.
37. Видеошлем по п.35, дополнительно содержащий рассеиватель для формирования действительного изображения вдоль по меньшей мере одного из множества оптических подпутей.
38. Видеошлем по п.37, в котором указанный рассеиватель является сферическим.
39. Видеошлем по п.35, в котором указанный экран дисплея, указанная оптика и указанный разделитель выполнены в виде несъемного узла, который перемещается синхронно с по меньшей мере одним окуляром для подстройки к межзрачковому расстоянию пользователя.
40. Видеошлем, содержащий
экран дисплея, выполненный с возможностью формирования изображения вдоль оптического пути;
дисплейную оптику вблизи указанного экрана дисплея, при этом указанная оптика фокусирует указанное изображение в точку;
разделитель, расположенный вблизи указанной точки, для разделения отображаемого изображения на множество отображаемых подызображений, при этом каждое подызображение проходит по одному из множества оптических подпутей; и
отражатель, расположенный по направлению по меньшей мере одного из множества оптических подпутей.
41. Видеошлем по п.40, дополнительно содержащий рассеиватель, расположенный между отражателем и оптикой глаза.
42. Видеошлем по п.40, в котором указанный отражатель является подвижным.
43. Видеошлем по п.40, дополнительно содержащий
второй отражатель, расположенный по направлению указанного по меньшей мере одного из множества оптических подпутей, для перенаправления по меньшей мере одного из множества оптических подпутей.
44. Видеошлем по п.43, в котором второй отражатель является поворотным вокруг оси, общей для первого и второго отражателей, и в котором указанным поворотом можно осуществлять подстройку к межзрачковому расстоянию пользователя.
45. Система для канализирования отображаемого изображения, содержащая
дисплей, выполненный с возможностью формирования отображаемого изображения вдоль оптического пути;
дисплейную оптику вблизи дисплея, при этом указанная дисплейная оптика имеет фокус;
широкополосный источник, испускающий излучение на указанный дисплей; и
разделитель, расположенный вблизи фокуса, при этом указанный
разделитель функционирует для разделения отображаемого изображения на множество отображаемых подызображений, каждое подызображение проходит по одному из множества оптических подпутей.
46. Система по п.45, в которой широкополосный источник состоит из множества узкополосных источников, выполненных с возможностью имитации одного широкополосного источника.
47. Система по п.45, в которой указанный широкополосный источник содержит
первый и второй фильтры;
первый, второй и третий узкополосные прожекторы;
в которой указанный первый узкополосный прожектор расположен для испускания излучения через указанное первое средство фильтрации и по общему пути источников;
в которой указанный второй узкополосный прожектор расположен для испускания излучения на указанный первый фильтр и в которой указанный первый фильтр расположен для отражения указанного излучения от указанного второго узкополосного прожектора через указанное второе средство фильтрации и по указанному общему пути источников; и
в которой указанный третий узкополосный прожектор расположен для испускания излучения на указанное второе средство фильтрации, а указанный второй фильтр расположен для отражения излучения от указанного третьего прожектора по указанному общему пути источников.
48. Система по п.47, в которой указанные первый, второй и третий узкополосные прожекторы испускают видимый свет с длинами волн, соответствующими красному, зеленому или голубому цвету.
49. Система для канализирования отображаемого изображения, содержащая
узел формирования подызображений, в котором изображение дисплея фокусируется и используется для формирования по меньшей мере двух подызображений, при этом каждое направлено вдоль одного из двух подпутей;
по меньшей мере один окулярный узел, расположенный по направлению каждого из указанных подпутей; и
в которой указанный узел формирования подызображений и указанный окулярный узел осуществляют подстройку к межзрачковому расстоянию посредством синхронизированных перемещений.
50. Система по п.49, в которой указанными синхронизированными перемещениями поддерживается постоянная длина каждого подпути.
51. Система по п.49, в которой перемещение указанного окулярного узла происходит в направлении, перпендикулярном к перемещению указанного узла формирования подызображений.
