Dispositivo de proyección de imagen.

Dispositivo de proyección de imagen caracterizado por contener:

- un camino óptico principal

(5)

- una caja de alojamiento (8) adaptada para ser montada en la cabeza de un persona

- una fuente de imagen (1) acoplada a la caja de alojamiento y colocada preferentemente en perpendicular al camino óptico principal y alimentada por una señal remota para generar una imagen que es transmitida a lo largo del eje óptico.

- Un divisor del haz de luz (2) posicionado en el camino óptico principal y orientado con un ángulo de aproximadamente 45º de tal forma que un haz propagado a lo largo del camino óptico es desviado alrededor de un ángulo recto haciendo que la imagen generada por la fuente sea enfocada en la entrada de la pupila del ojo humano.

- por lo menos una, preferentemente dos lentes (3, 4) orientadas preferencialmente en perpendicular al camino óptico principal y posicionada entre la fuente de imagen y el separador del haz, es configurada para ampliar, colimar y corregir aberraciones ópticas de la referida imagen, donde la fuente de imagen, el separador del haz y por lo menos una (preferencialmente dos lentes) están en una configuración óptica de eje común (on-axis), y en que el dispositivo contiene también una o dos varillas (10, 11) posicionadas paralelamente al camino óptico principal que ligan mecánicamente el separador del haz a la caja de alojamiento, conteniendo cada una de las varilla un primer mecanismo pivotado en una punta y un segundo mecanismo pivotado en otra punta, donde el primer mecanismo pivotado está ligado a la caja de alojamiento y un segundo mecanismo pivotado está ligado al separador del haz caracterizado por el hecho tener un segundo mecanismo pivotado conectado al separador del haz por una fijación en forma de presilla, u otro medio mecánico de fijación adaptado para permitir el deslizamiento del separador del haz de luz.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09075348.

Solicitante: Marques Martins, Miguel Carlos Quintano Serra.

Inventor/es: MARQUES MARTINS,MIGUEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Otros sistemas ópticos; Otros aparatos ópticos... > G02B27/01 (Dispositivos de visualización de "cabeza alta")

PDF original: ES-2462318_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

La presente invención habla sobre un dispositivo de proyección de imagen que contiene una fuente de imagen, un separador de haz de luz (vulgo beamsplitter) , posicionado a 45 grados con respecto al camino óptico principal, con la capacidad de proyectar y enfocar la referida imagen en la entrada de la pupila del ojo humano, dos lentes acromáticas doble (doublet) estándard posicionadas perpendicularmente al camino óptico principal y colocadas entre la fuente de imagen y el separador del haz de luz (beamsplitter) , configurado para amplificar, colimar e corregir las aberraciones ópticas de dicha imagen, donde la fuente de imagen, el separador del haz de luz, y las lentes doble (doublet) se encuentran en una configuración de eje común y el dispositivo de proyección de imagen contiene dos varillas paralelas al camino óptico principal. Cada varilla tiene en una punta un primer mecanismo pivotado para unir el separador del haz de luz y un segundo mecanismo pivotado en la otra punta para unir a la caja de alojamiento, permitiendo que las varillas y el separador del haz de luz rueden en un eje perpendicular al camino óptico principal.

Ámbito de la invención La presente invención habla sobre un dispositivo de proyección de imagen que puede ser usado como Head MountedDisplay (abreviado por HMD, que quiere decir que el dispositivo de proyección de imagen esta acoplado a la cabeza y se mueve con el utilizador) .Una categoría especifica de HMDs son los HMD transparentes (seethrough) que permiten al utilizador ver información virtual en frente de sus ojos, sobrepuesta al escenario real, pero sin obstruir su campo de visión. El HMD de la invención puede ser usado en diversas aplicaciones, tales como el mantenimiento, logística, protección civil, misiones de búsqueda y salvamento, servicios de retallo, servicios realizados por técnicos especializados servicios gubernamentales, transporte, sistemas de orientación y navegación, operaciones de cuidados médicos, servicios de telecomunicación, marina, solados, patrullas, tropas aeronáutica, aeroespacio, actividades de astronautas, deporte fabricación industrial, tests de hardware, montaje, compras, servicios a vehículos, realidad aumentada y realidad virtual.

Discusión del estado del arte

Se conocen varios tipos de HMD transparente (seethrough) , por ejemplo, en la antes mencionada solicitud de patente internacional WO 2008/089417 A2, B1 6731434 (4 de mayo, 2004) , en los Estados Unidos, patentes de EE.UU. 5.661.604 (ago 26/1997) ) EE.UU. 2004/0212776 A1, la patente europea EP 1 538 477 A1 y EP0825470 A1, y US6356392 B1. En general los HMDs transparentes contienen una carcasa en cuyo interior se encuentra una fuente de imagen, un conjunto de elementos ópticos (por ejemplo, lentes, espejos, prismas y separadores (separador de haz de luz) donde algunos de los cuales, inevitablemente, se encuentran en frente de los ojos del usuario. Típicamente, este sistema tiene una configuración de eje óptico no común (denotado por off-axis) introduciendo aberraciones ópticas importantes que deben tenerse en cuenta, ya que necesitan ser corregidas, y además también inducen una menor tolerancia a la desalineación de la óptica. Con el fin de corregir estas aberraciones, es necesario recurrir a la utilización de elementos ópticos específicos o diseñados especialmente para este propósito, por ejemplo, lentes doble o lentes esféricas (sin radio esférico de curvatura) . En estas situaciones, y para una alineación precisa de todos los elementos de óptica es necesario utilizar bajas tolerancias en la fabricación de sus soportes mecánicos (en particular, en el interior de la caja de alojamiento) con el fin de acomodarlos de forma fiable a lo largo de los ejes ópticos existentes. Así pues, parece que los soportes mecánicos (es decir, caja de alojamiento) que tienen estructuras complejas, crean problemas en el montaje y implican costes adicionales en la fabricación de HMD.

En particular, el documento de patente internacional (WO 2008/089417 A2) muestra un dispositivo que contiene varios elementos ópticos y no ópticos, tales como lentes, separadores de haz de luz polarizada, aberturas (apertures) y convertidores de cuarto de onda aumentando significativamente el número de elementos en un HMD. Mediante la inclusión de aberturas (apertures) en la configuración óptica se crean difracciones adicionales y por lo tanto las interferencias, lo que disminuye la calidad de la imagen. Además, este dispositivo incluye dos componentes ópticos en la parte frontal del ojo del usuario, el separador de haz de luz (beamsplitter) y una pantalla retroreflectante que influyen y restringen la capacidad de la transparencia del dispositivo. Toda la configuración adicional en el eje óptico no común contribuye a un dispositivo más grande, más pesado e incómodo si desea usar en la cabeza. También implica altos costes de fabricación. El dispositivo de ser más grande y más voluminoso, tiende a soltarse y resbalar, y por lo tanto es necesario el uso de una estructura mecánica más compleja con el fin de proporcionar un dispositivo de sujeción adecuado.

La presente invención propone resolver los problemas antes mencionados mediante el uso de un dispositivo que tiene una configuración eje óptico común con una gran tolerancia a la desalineación y sólo uno elemento óptico discreto de espesor delgado y colocado en frente de los ojos del usuario y que se pueda ajustar y quitar fácilmente.

Breve Descripción de las Figuras

La figura 1 muestra la configuración óptica del dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la invención.

Figura 2 a) y 2 b) muestra, respectivamente, la vista desde la parte frontal y lateral de la caja de alojamiento del dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la invención.

La figura 3) muestra el dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la invención con el soporte para la cabeza.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra la configuración óptica del dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la presente invención. El dispositivo contiene una fuente de imagen (1) , la primera (3) y la segunda lente acromática doble (4) , un separador del haz de luz (2) , y un caja de alojamiento (8) . La fuente de imagen, la lentes acromáticas y el divisor de haz definen la trayectoria óptica principal (5) , siendo este camino óptico mostrado en la Figura 1 por una línea de puntos, y dispuestos en un eje óptico común (on-axis) una vez que el centro mecánico de cada uno de los elementos es coincidente con el camino óptico principal.

El origen de la imagen (1) genera una imagen que pasa a través de dos lentes acromáticas (3, 4) hasta que el separador de haz de luz (2) preferiblemente ubicada en 45º de la trayectoria óptica principal (5) que se proyecta y enfocando la imagen en la pupila de entrada del ojo humano (6) . Otra trayectoria óptica se define como la ruta de acceso entre el divisor de haz de luz (divisor de haz) y la pupila de entrada, como se ilustra en la Figura 1 por la línea semi-discontinua (7) .

La fuente de imagen y las dos lentes acromáticas se encuentran dentro de la caja de alojamiento. La fuente de imagen utilizada es un micro OLED con la más alta resolución de imagen SXGA (1280x1024 píxeles) disponible en este tipo de dispositivos micro, pero puede ser sustituido por otro tipo de fuente de imagen, tales como LCD, CRT, LCOS, AMOLED o similares. La micro pantalla (fuente de imagen) está conectado eléctricamente a una tarjeta electrónica de transmisión/control (9) . Este tablero de control electrónico se puede colocar en la parte superior de la pantalla micro dentro de la caja de alojamiento, o colocado fuera.

Las dos lentes acromáticas doble se colocan en perpendicular... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de proyección de imagen caracterizado por contener:

- un camino óptico principal (5)

- una caja de alojamiento (8) adaptada para ser montada en la cabeza de un persona

- una fuente de imagen (1) acoplada a la caja de alojamiento y colocada preferentemente en perpendicular al camino óptico principal y alimentada por una señal remota para generar una imagen que es transmitida a lo largo del eje óptico.

- Un divisor del haz de luz (2) posicionado en el camino óptico principal y orientado con un ángulo de aproximadamente 45º de tal forma que un haz propagado a lo largo del camino óptico es desviado alrededor de un ángulo recto haciendo que la imagen generada por la fuente sea enfocada en la entrada de la pupila del ojo humano.

- por lo menos una, preferentemente dos lentes (3, 4) orientadas preferencialmente en perpendicular al camino óptico principal y posicionada entre la fuente de imagen y el separador del haz, es configurada para ampliar, colimar y corregir aberraciones ópticas de la referida imagen, donde la fuente de imagen, el separador del haz y por lo menos una (preferencialmente dos lentes) están en una configuración óptica de eje común (on-axis) , y en que el dispositivo contiene también una o dos varillas (10, 11) posicionadas paralelamente al camino óptico principal que ligan mecánicamente el separador del haz a la caja de alojamiento, conteniendo cada una de las varilla un primer mecanismo pivotado en una punta y un segundo mecanismo pivotado en otra punta, donde el primer mecanismo pivotado está ligado a la caja de alojamiento y un segundo mecanismo pivotado está ligado al separador del haz caracterizado por el hecho tener un segundo mecanismo pivotado conectado al separador del haz por una fijación en forma de presilla, u otro medio mecánico de fijación adaptado para permitir el deslizamiento del separador del haz de luz.

2. Dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que por lo menos una lente (preferentemente 2) estén contenidas dentro de la caja de alojamiento.

3. Dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el separador del haz es un elemento plano, curvo, en forma de prisma o cuadrado y de que está localizado externamente a la caja de alojamiento.

4. Dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el separador del haz tiene un coeficiente de reflexión entre 45% y 90%, preferentemente próximo al 70%.

5. Dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por comprender por lo menos una lente acromática doble (3, 4) orientada preferentemente en perpendicular al camino óptico principal y localizada entre la fuente de la imagen y el separador del haz, y configurada para ampliar, colimar e corregir las aberraciones ópticas de la referida imagen.

6. Dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por contener tres o más lentes (3, 4) posicionadas preferentemente en perpendicular al camino óptico principal y localizada entre la fuente de la imagen y el separador del haz, y configuradas para ampliar colimar y corregir las aberraciones ópticas de la referida imagen.

7. Dispositivo de proyección de imagen de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las dos varillas, a través del primer y segundo mecanismo pivotado, están adaptadas para girar el separador del haz en dos grados de libertad de movimiento, conteniendo cada una de las varillas una cavidad adaptada para mover el separador del haz en dos direcciones opuestas, proporcionando de esta manera un tercer grado de libertad al separador del haz.