CN107085304B - 一种近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及近眼显示技术领域，所述的近眼显示装置包括左眼光路系统和右眼光路系统，所述左眼光路系统和右眼光路系统均包括第一光学路径和第二光学路径，显示装置发出的光分别通过第一光学路径进入左眼和右眼，环境光分别通过第二光学路径进入左眼和右眼；所述第二光学路径的起始端设置有第一可拆卸挡板，所述左眼光路系统和右眼光路系统之间设置有第二可拆卸挡板。本发明通过在环境光的进入端设置第一可拆卸挡板，实现VR显示和AR显示的切换，通过在左眼光路系统和右眼光路系统之间设置第二可拆卸挡板，实现3D图像显示和2D图像显示的转换，大大提高了近眼显示装置的使用性能，提高了用户体验，提高了兼容性。

Description

一种近眼显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种近眼显示装置。

背景技术

近眼显示又称头盔显示，是一种利用光学透镜实现大屏幕图像虚拟显示的方式。近眼显示系统一般包括微显示器件、系统光路及目镜等，它的工作原理是微显示器件发出的光线经过系统光路处理后，通过目镜形成虚拟图像。近眼显示分为单目显示和双目显示，单目显示只有一个微显示器件，单目观看；双目显示有二个微显示器件，双目观看，双目近眼显示系统由左眼、右眼两个光路构成，每个光路各有一个微显示器件发出的光线通过目镜进入眼睛，虚拟放大成像。

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，为使用者提供关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使用者能够观察三度空间内的事物。增强现实(Augmented Reality，简称AR)，也被称之为混合现实，它是通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

当使用大尺寸单屏或者手机等移动显示设备作为视窗时，由于视窗离人眼较近，2D显示模式易引起眩晕和人眼疲劳。因此，目前兼容VR显示/AR显示、2D/3D显示模式的近眼显示设备都采用微型双屏显示。但是双屏显示技术中，由于屏幕尺寸较小，视角比较小，沉浸感等体验效果较差。而且，该设备必须有配套的双屏视窗，无法直接应用于手机等移动显示设备，具有很大的局限性。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有单屏近眼显示系统的使用局限性的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种近眼显示装置，包括左眼光路系统和右眼光路系统，所述左眼光路系统和右眼光路系统均包括第一光学路径和第二光学路径，显示装置发出的光分别通过第一光学路径进入左眼和右眼，环境光分别通过第二光学路径进入左眼和右眼；

所述第二光学路径的起始端设置有第一可拆卸挡板，所述第一可拆卸挡板用于阻挡环境光进入第二光学路径，所述左眼光路系统和右眼光路系统之间设置有第二可拆卸挡板，所述第二可拆卸挡板用于分离左眼和右眼的成像。

可选地，所述左眼光路系统和右眼光路系统均包括第一偏振件和第二偏振件，所述显示装置发出的光和环境光分别经所述第一偏振件和第二偏振件的配合偏振作用后，进入人眼。

可选地，所述显示装置的出光面设置有第三偏振件。

可选地，所述第三偏振件的偏振方向与所述第一偏振件的偏振方向相垂直。

可选地，所述第二偏振件的偏振方向与所述第三偏振件的偏振方向的夹角为0°～90°。

可选地，所述第二偏振件的偏振方向与所述第一偏振件的偏振方向的夹角为0°～90°。

可选地，所述第二偏振件的偏振方向与所述第三偏振件的偏振方向的夹角为45°。

可选地，所述第二偏振件的偏振方向与所述第一偏振件的偏振方向的夹角为45°。

可选地，所述第二偏振件为靠近眼睛的表面设置有偏转膜的曲面偏振元件，所述偏转膜的偏转角度为45°。

可选地，所述第一偏振件为曲面偏振元件。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明实施例提供的近眼显示装置，包括结构相同的左眼光路系统和右眼光路系统，左眼光路系统和右眼光路系统内均设有第一光学路径和第二光学路径。在左眼光路系统中，显示装置发出的光通过左眼光路系统中的第一光学路径进入人的左眼，环境光通过左眼光路系统中的第二光学路径进入左眼；在右眼光路系统中，显示装置发出的光通过右眼光路系统中的第一光学路径进入右眼，环境光通过右眼光路系统中的第二光学路径进入右眼。

本发明在第二光学路径的起始端设有第一可拆卸挡板，用户在使用本发明的近眼显示装置时，将第一可拆卸挡板放置在第二光学路径的起始端时。此时，环境光被挡在外面，无法进入人眼，人眼只能接收到第一光学路径传来的显示装置发出的光，即实现VR显示。

将第一可拆卸挡板拆卸掉时，环境光通过第二光学路径进入人眼，另外，人眼还能接收到第一光学路径传来的显示装置发出的光，即实现AR显示；由此，通过第一可拆卸挡板的安装或拆除，实现了本发明的近眼显示装置的VR显示和AR显示的切换。

另外，左眼光路系统和右眼光路系统之间还设有第二可拆卸挡板，当安装有第二可拆卸挡板时，左右眼的视景受到隔离，使得左右眼分别呈现不同的图像，从而产生双目视差，能够实现3D图像显示。

当拆卸掉第二可拆卸挡板时，可切换成2D图像显示，由于显示装置光线需经过第一偏振件、第二偏振件等光学元件的偏振反射循环后才进入人眼，光程较长且部分光能衰减，有效提高了人眼舒适度。同时，第一偏振件、第二偏振件均为曲面偏振元件，使得左右眼均能完整观察到整个屏幕，2D/3D显示模式切换过程中图像质量不受影响，画面流畅。

本发明突破了现有的近眼显示装置的使用局限性，通过可拆卸挡板的设置从而实现多现实模式的切换和兼容，并通过光路设计提高了人眼舒适度；并且，结构简单，操作方便，成本较低，适于广泛应用。

2、本发明实施例提供的近眼显示装置，显示装置发出的光分别经过第三偏振片过滤、偏振反射(第一偏振件反射、偏转膜偏转、第二偏振件反射、偏转膜偏转)循环、第一偏振件穿透，才进入人眼。当第二偏振件的偏振方向与第一偏振件的偏振方向呈45°夹角时，偏振反射循环2次，光程相对较短，显示画面流畅。

3、本发明实施例提供的近眼显示装置，可以直接用手机等移动显示设备作为显示装置，应用场景广泛。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明实施例的近眼显示装置的第一光学路径和第二光学路径的结构示意图；

图2为本发明实施例的近眼显示装置的部分结构示意图；

图中附图标记表示为：1-第一光学路径；2-第二光学路径；3-显示装置；4-环境光；5-第一可拆卸挡板；6-第二可拆卸挡板；7-第一偏振件；8-第二偏振件；9-第三偏振件；10-偏转膜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。

本发明实施例提供了一种近眼显示装置，包括结构相同的左眼光路系统和右眼光路系统，如图1所示，左眼光路系统和右眼光路系统均包括第一光学路径1和第二光学路径2，显示装置3发出的光分别通过第一光学路径1进入左眼和右眼，环境光4分别通过第二光学路径2进入左眼和右眼；第二光学路径2的起始端设置有第一可拆卸挡板5，第一可拆卸挡板5用于阻挡环境光4进入第二光学路径2，左眼光路系统和右眼光路系统之间设置有第二可拆卸挡板6，第二可拆卸挡板6用于分离左眼和右眼的成像。

本发明实施例提供的近眼显示装置，分为结构相同的左眼光路系统和右眼光路系统，左眼光路系统和右眼光路系统内均设有第一光学路径1和第二光学路径2，在左眼光路系统中，显示装置3发出的光通过左眼光路系统中的第一光学路径1进入人的左眼，环境光4通过左眼光路系统中的第二光学路径2进入左眼，在右眼光路系统中，显示装置3发出的光通过右眼光路系统中的第一光学路径1进入右眼，环境光4通过右眼光路系统中的第二光学路径2进入右眼。

本发明在第二光学路径2的起始端设有第一可拆卸挡板5，用户在使用本发明的近眼显示装置时，将第一可拆卸挡板5放置在第二光学路径2的起始端时，环境光4被挡在外面，无法进入人眼，人眼只能接收到第一光学路径1传来的显示装置3发出的光，即实现VR显示；将第一可拆卸挡板5拆卸掉时，此时，环境光4通过第二光学路径2进入人眼。另外，人眼还能接收到第一光学路径1传来的显示装置3发出的光，即实现AR显示；由此，通过第一可拆卸挡板5的安装或拆除，实现了本发明的近眼显示装置的VR显示和AR显示的切换。

同时，左眼光路系统和右眼光路系统之间还设有第二可拆卸挡板6，当安装有第二可拆卸挡板6时，左右眼的视景受到隔离，配合配套设施使用时，能够实现3D图像显示；当拆卸掉第二可拆卸挡板6时，可切换成2D图像显示。由此，通过第二可拆卸挡板6的安装或拆卸，实现了本发明的近眼显示装置的3D图像显示和2D图像显示的转换。

本发明突破了现有的近眼显示装置的使用局限性，通过在环境光4的进入端设置第一可拆卸挡板5，实现VR显示和AR显示的切换，通过在左眼光路系统和右眼光路系统之间设置第二可拆卸挡板6，实现3D图像显示和2D图像显示的转换，大大提高了近眼显示装置的使用性能，提高了用户体验，大大提高兼容性。并且，结构简单，操作方便，成本较低，适于广泛应用。

作为本发明的一个实施例，本实施例中，第一光学路径1和第二光学路径2中均包括第一偏振件7和第二偏振件8，显示装置3发出的光和环境光4分别经第一偏振件7和第二偏振件8的配合偏振作用后，进入人眼。

本实施例中，第一偏振件7为曲面偏振件，第二偏振件8为靠近眼睛的表面设置有偏转膜10的曲面偏振片，偏转膜10的偏转角度为45°。

其中，曲面偏振件可以选用玻璃材质或塑料材质。本发明实施例在第一光学路径1和第二光学路径2中均设置有第一偏振件7和第二偏振件8，使得显示装置3发出的光经过第一偏振件7和第二偏振件8的偏转过滤作用，进入人眼成像，由于第一偏振件7和第二偏振件8均为曲面偏振件，使得佩戴者能够观察到整个屏幕。

另外，第一可拆卸挡板5设置在第二偏振件8的靠外侧，当第一可拆卸挡板5从第二偏振件8的靠外侧去除时，环境光4能够通过第二偏振件8和第一偏振件7的过滤作用，进入人眼成像，进而实现AR显示。由此，本发明实施例提供的近眼显示装置通过第一偏振件7和第二偏振件8的设置形成了合理的光学路径，显示装置3发出的光和环境光4通过该光学路径的合理设计，进入人眼成像。

作为本发明的一个实施例，本实施例中，显示装置3的出光面设置有第三偏振件9。第三偏振件9对显示装置3发出的光起到一个预先过滤的作用，再配合第一偏振件7和第二偏振件8的过滤偏转作用，经第三偏振件9过滤后的显示装置3发出的光通过第一光学路径1到达人眼。本实施例中，第三偏振件9的偏振方向与第一偏振件7的偏振方向相垂直，由此，由第三偏振件9过滤后的显示装置3发出的光经第一偏振件7时，绝大部分会反射出去，进入第二偏振件8。

作为本发明的一个实施例，本实施例中，第二偏振件8的偏振方向分别与第三偏振件9、第一偏振件7的偏振方向呈45°夹角，当第二偏振件8的偏振方向与第三偏振件9以及第一偏振件7的偏振方向之间的夹角为45°时，显示装置3发出的光以及环境光4分别经第一光学路径1和第二光学路径2的传输过程中，透过率最佳。作为本发明的可变换实施例，第二偏振件8的偏振方向和第三偏振件9的偏振方向的夹角可以为0°～90°，第二偏振件8的偏振方向和第一偏振件7的偏振方向的夹角可以为0°～90°，可以根据实际需要，调节该角度，进而对显示装置3发出的光以及环境光4的透过率进行调节，用户可选择性好。

本发明的近眼显示装置使用时，显示装置3发出的光首先经过第三偏振件9的过滤，然后发射至第一偏振件7，经第一偏振件7的过滤后，反射至第二偏振件8靠近眼睛的表面的偏振膜10，经偏转膜10的偏转，第二偏振件8的过滤反射，偏转膜10的再偏转，第二偏振件8的再过滤反射，发射至第一偏振件7后，并穿透第一偏振件7，进入人眼。

其中，偏转膜10和第二偏振件8的偏转、过滤反射的循环次数根据第一偏振件7和第二偏振件8的偏振角度自动形成，最佳偏振方向夹角为45°，循环次数为2次，偏转膜的偏转角度为45°，光程相对较短，显示画面流畅，此为第一光学路径1的传输过程。环境光4首先经过第二偏振件8的过滤作用及其靠近眼睛的表面的偏转膜10的偏转作用，发射至第一偏振件7后，穿透第一偏振件7，进入人眼，此为第二光学路径2的传输过程。作为本发明的可变换实施例，第二偏振件8的偏振方向与第一偏振件7的偏振方向还可以为任意角度，用来调整过滤反射的循环次数，以实现光程控制。

作为本发明的一个实施例，本实施例中，显示装置3的显示屏面积不小于4英寸，视角大，沉浸感等体验效果好。作为本发明的可变换实施例，显示装置3的显示屏大小不限于此，单屏显示即可实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明的一个实施例，本实施例中，显示装置3为有机电致发光显示装置，不但体积轻薄，有效减少了近眼显示装置的重量和体积，提高了穿戴舒适度。而且，能够实现柔性显示和曲面显示，增加了感官维度并可以通过曲面设计调整图像放大倍数，以满足双目可视，从而提高观看效果。

同时，有机电致发光显示装置为自发光显示设备，余晖较低甚至零余晖，画面刷新率高，降低人体运动与人眼观测运动的不匹配，从而减少传统近眼显示设备易造成的眩晕感，进而提高了使用舒适度。

作为本发明的可变换实施例，显示装置3的种类不限于此，还可以为液晶显示装置等任意显示装置，只要可以实现本发明的目的，都属于本发明的保护范围。

作为本发明的可变换实施例，还可以直接用手机等移动显示设备作为显示装置，应用场景广泛。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种近眼显示装置，其特征在于，包括左眼光路系统和右眼光路系统，所述左眼光路系统和右眼光路系统均包括第一光学路径(1)和第二光学路径(2)，显示装置(3)发出的光通过第一光学路径(1)进入左眼和右眼，环境光(4)通过第二光学路径(2)进入左眼和右眼；

所述第二光学路径(2)的起始端设置有第一可拆卸挡板(5)，所述第一可拆卸挡板(5)用于阻挡环境光(4)进入第二光学路径(2)，所述左眼光路系统和右眼光路系统之间设置有第二可拆卸挡板(6)，所述第二可拆卸挡板(6)用于分离左眼和右眼的成像；

所述左眼光路系统和右眼光路系统均包括第一偏振件(7)和第二偏振件(8)，所述显示装置(3)的出光面设置有第三偏振件(9)；所述显示装置(3)设在所述第二可拆卸挡板(6)的上方、并位于所述第一偏振件(7)和所述第二偏振件(8)的延伸面之间；

所述显示装置(3)发出的光经过所述第三偏振件的过滤后、经所述第一偏振件(7)的过滤后反射至第二偏振件(8)，再经所述第二偏振件(8)的过滤反射后穿过所述第一偏振件(7)，进入人眼；

所述环境光(4)经所述第一偏振件(7)和第二偏振件(8)的配合偏振作用后，进入人眼。

2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第三偏振件(9)的偏振方向与所述第一偏振件(7)的偏振方向相垂直。

3.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二偏振件(8)的偏振方向与所述第三偏振件(9)的偏振方向的夹角为0°～90°。

4.根据权利要求3所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二偏振件(8)的偏振方向与所述第一偏振件(7)的偏振方向的夹角为0°～90°。

5.根据权利要求3所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二偏振件(8)的偏振方向与所述第三偏振件(9)的偏振方向的夹角为45°。

6.根据权利要求4所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二偏振件(8)的偏振方向与所述第一偏振件(7)的偏振方向的夹角为45°。

7.根据权利要求2～6任一项所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二偏振件(8)为靠近眼睛的表面设置有偏转膜(10)的曲面偏振元件，所述偏转膜(10)的偏转角度为45°。

8.根据权利要求7所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一偏振件(7)为曲面偏振元件。

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