CN108333775B

CN108333775B - 近眼显示系统

Info

Publication number: CN108333775B
Application number: CN201810356964.8A
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名
Original assignee: Shenzhen Skyworth New World Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Skyworth New World Technology Co ltd
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: CN108333775A

Abstract

本发明提供一种近眼显示系统。该近眼显示系统包括图像显示装置、反射组件和转向装置。反射组件包括能将平面波转换为球面波的第一反射元件和第二反射元件及驱动第一反射元件和第二反射元件处于激活态或非激活态的驱动装置。图像显示装置依次输出一待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线，并分别被第一反射元件和第二反射元件反射会聚在人眼分别形成第一待显示子图像和第二待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼分别形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。该近眼显示系统具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统目视光学系统的近眼显示系统体积较小。

Description

近眼显示系统

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体而言，涉及一种近眼显示系统。

背景技术

增强现实(AR，Augmented Reality)是利用虚拟物体或信息对真实场景进行现实增强的技术，广泛应用于科研、军事、工业、游戏、视频、教育等各领域。目前主流的应用于增强现实的近眼显示系统，普遍采用微型图像显示器作为图像源，并配合传统目视光学系统实现对增强显示。受限于现有的技术和工艺水平，微型图像显示器的分辨率很难提高。并且，传统目视光学系统的显示视场与目视光学系统的体积密切相关。增大显示视场，目视光学系统的体积会随之剧增。因此，目前主流的应用于增强现实的近眼显示系统具有分辨率低，以及视场小或体积大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大视场高分辨率的紧凑型的近眼显示系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明较佳实施例提供一种近眼显示系统，包括图像显示装置、反射组件和转向装置，所述反射组件包括能将平面波转换为球面波的第一反射元件和第二反射元件及驱动所述第一反射元件和第二反射元件旋转以使所述第一反射元件和第二反射元件处于激活态或非激活态的驱动装置；

所述图像显示装置用于依次输出待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线，其中，每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一束子图像光线与第一待显示子图像对应，所述第二束子图像光线与第二待显示子图像对应；

所述转向装置用于对所述第一束子图像光线和第二束子图像光线的传输方向进行反转；

所述驱动装置用于在所述图像显示装置输出第一束子图像光线时控制所述第一反射元件处于激活态及控制所述第二反射元件处于非激活态，使所述第一束子图像光线被激活态的第一反射元件反射会聚在人眼形成所述第一待显示子图像；

所述驱动装置还用于在所述图像显示装置输出第二束子图像光线时控制所述第二反射元件处于激活态及控制所述第一反射元件处于非激活态，使所述第二束子图像光线透过激活态的第二反射元件传输至所述转向装置，被所述转向装置反转后再次传输至所述激活态的第二反射元件，被所述激活态的第二反射元件反射会聚在人眼形成所述第二待显示子图像；

在所述图像显示装置输出完待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线后，在人眼形成的所述第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；

真实世界环境光线穿过所述反射组件和转向装置进入人眼形成环境图像。

可选地，所述驱动装置包括第一驱动组件和第二驱动组件，所述第一驱动组件包括与所述第一反射元件一端连接的第一转轴和驱动所述第一反射元件绕所述第一转轴旋转的第一驱动器件，所述第二驱动组件包括与所述第二反射元件一端连接的第二转轴和驱动所述第二反射元件绕所述第二转轴旋转的第二驱动器件。

可选地，所述第一转轴和第二转轴固定在同一高度，所述第一反射元件和第二反射元件处于非激活态时，所述第一反射元件和第二反射元件位于同一平面。

可选地，所述第一转轴和第二转轴固定在不同高度，所述第一反射元件和第二反射元件处于非激活态时，所述第一反射元件和第二反射元件位于不同平面。

可选地，第一驱动器件和第二驱动器件为压电驱动。

可选地，所述近眼显示系统还包括设置在所述反射组件和转向装置之间的电控吸收单元；

所述电控吸收单元用于在所述图像显示装置输出第一束子图像光线时处于工作状态，吸收透过激活态的第一反射元件的光线；

所述电控吸收单元还用于在所述图像显示装置输出第二束子图像光线时处于非工作状态。

可选地，所述近眼显示系统还包括设置在图像显示装置和反射组件之间的光束缩束系统。

可选地，所述第一反射元件和第二反射元件为平面基底型二元衍射元件或平面基底型全息衍射元件。

可选地，所述第一反射元件和第二反射元件为平面基底型对偏振敏感的二元衍射元件，所述近眼显示系统还包括设置在所述反射组件和转向装置之间的偏振转换单元，所述偏振转换单元用于改变光束的偏振状态。

可选地，所述偏振转换单元为四分之一玻片。

本发明实施例提供的近眼显示系统通过对图像显示装置、反射组件和转向装置的巧妙集成与设计，依次输出一待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线，并分别被第一反射元件和第二反射元件反射会聚在人眼分别形成第一待显示子图像和第二待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼分别形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。因此，该近眼显示系统的视场角等于第一反射元件和第二反射元件的视场角之和。并且，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该近眼显示系统具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统目视光学系统的应用于增强现实的近眼显示系统体积较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种近眼显示系统的方框示意图。

图2为一实施方式中近眼显示系统的结构示意图。

图3为另一实施方式中近眼显示系统的结构示意图。

图4为一实施方式中反射组件的结构示意图。

图5为另一实施方式中反射组件的结构示意图。

图6为图2所示的近眼显示系统显示第一待显示子图像的光路示意图。

图7为图2所示的近眼显示系统显示第二待显示子图像的光路示意图。

图8为一实施方式中近眼显示系统的另一种结构示意图。

图9为另一实施方式中近眼显示系统的另一种结构示意图。

图10为另一实施方式中近眼显示系统的结构示意图。

图11为另一实施方式中近眼显示系统的结构示意图。

图12为图11所示的近眼显示系统显示第一待显示子图像的光路示意图。

图13为图11所示的近眼显示系统显示第二待显示子图像的光路示意图。

图标:1-近眼显示系统；10-图像显示装置；20-反射组件；30-转向装置；21-第一反射元件；22-第二反射元件；23-驱动装置；11-光源模组；13-偏振分光组件；15-图像显示单元；111-照明光源；113-准直扩束整形组件；17-光取向元件；231-第一驱动组件；233-第二驱动组件；2311-第一转轴；2313-第一驱动器件；2331-第二转轴；500-第一平面；700-第二平面；40-电控吸收单元；50-光束缩束系统；60-偏振转换单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

本发明实施例提供的近眼显示系统1，可以应用于HMD(Head Mount Display，头戴式可视设备)、智能眼镜等增强现实设备，在此不做限制。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种近眼显示系统1的方框示意图。该近眼显示系统1包括图像显示装置10、反射组件20和转向装置30。

所述图像显示装置10用于依次输出待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线。其中，待显示图像为近眼显示系统1显示的虚拟图像，即对真实世界环境的人为附加信息的虚拟显示。每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像。为了提高显示效果，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同。而第一待显示子图像和第二待显示子图像的大小可以相同也可以不同。所述第一束子图像光线与第一待显示子图像对应，即所述图像显示装置10根据所述第一待显示子图像输出所述第一束子图像光线。所述第二束子图像光线与第二待显示子图像对应，即所述图像显示装置10根据所述第二待显示子图像输出所述第二束子图像光线。

所述转向装置30用于对所述第一束子图像光线和第二束子图像光线的传输方向进行反转。所述转向装置30可以是平面基底型反射元件，如金属膜平面反射镜或介质膜平面反射镜。

所述反射组件20包括第一反射元件21、第二反射元件22和驱动装置23。所述第一反射元件21和第二反射元件22能将平面波转换为球面波(具有反射会聚功能)。所述第一反射元件21和第二反射元件22可以是平面基底二元衍射元件或平面基底全息衍射元件。所述驱动装置23可以驱动所述第一反射元件21旋转，以使所述第一反射元件21处于激活态或非激活态。所述驱动装置23还可以驱动所述第二反射元件22旋转，以使所述第二反射元件22处于激活态或非激活态。

所述驱动装置23用于在所述图像显示装置10输出第一束子图像光线时控制所述第一反射元件21处于激活态及控制所述第二反射元件22处于非激活态，使所述第一束子图像光线被激活态的第一反射元件21反射会聚在人眼形成所述第一待显示子图像。

所述驱动装置23还用于在所述图像显示装置10输出第二束子图像光线时控制所述第二反射元件22处于激活态及控制所述第一反射元件21处于非激活态，使所述第二束子图像光线透过激活态的第二反射元件22传输至所述转向装置30，被所述转向装置30反转后再次传输至所述激活态的第二反射元件22，被所述激活态的第二反射元件22反射会聚在人眼形成所述第二待显示子图像。

在所述图像显示装置10输出完待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线后，在人眼形成的所述第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。具体实施时，可以通过调整所述图像显示装置10输出第一束子图像光线和第二束子图像光线的频率以及输出每幅待显示图像的时间间隔，并配合调整驱动装置23的工作状态，利用视觉残留原理，就可以使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。

真实世界环境光线穿过所述反射组件20和转向装置30进入人眼形成环境图像。

本发明实施例提供的近眼显示系统1通过对图像显示装置10、反射组件20和转向装置30的巧妙集成与设计，依次输出一待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线，并分别被第一反射元件21和第二反射元件22反射会聚在人眼分别形成第一待显示子图像和第二待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼分别形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。因此，该近眼显示系统1的视场角等于第一反射元件21和第二反射元件22的视场角之和。并且，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该近眼显示系统1具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统目视光学系统的应用于增强现实的近眼显示系统1体积较小。

由于图像显示装置10、反射组件20和转向装置30的结构和设置方式可以有很多种。因此，基于上述发明构思，近眼显示系统1的具体结构可以是，但不限于如图2、图5、图8、图9、图10和图11所示。应理解，为了便于描述，图2、图5、图8、图9、图10和图11所示的近眼显示系统1均以单目的形式呈现。本领域技术人员可以根据图2、图5、图8、图9、图10和图11所示的结构推出近眼显示系统1为双目时的结构。

如图2所示，图2为一实施方式中近眼显示系统1的结构图。图像显示装置10包括光源模组11、偏振分光组件13和图像显示单元15。光源模组11包括照明光源111和准直扩束整形组件113。

照明光源111可以采用激光光源、LED光源等。可选地，在本实施方式中，该照明光源111为LED光源。照明光源111可以为单色的LED光源，如红色LED光源、绿色LED光源、蓝色LED光源等。照明光源111也可以为多种颜色的LED光源的组合，如红、绿、蓝三色LED光源的组合。可选地，在本实施方式中，照明光源111为红、绿、蓝三色LED光源的组合。由于红、绿、蓝三色LED光源的合束是成熟的技术，为本领域技术人员熟知，在此就不再赘述了。在另一实施方式中，照明光源111中各个LED光源的颜色可以根据实际需要进行设置，以满足实际情况的需要，在此不做限制。

准直扩束整形组件113用于对照明光源111发出的光束进行准直扩束整形处理。通常情况下，由于LED光源属于具有一定尺寸的面光源(通常为1mm)，根据能量守恒定律，经过准直扩束整形组件113处理后的光束并不是绝对的准直光束。为更高程度的提高近眼显示系统1的显示分辨率，可以在准直扩束整形组件113的出射光路上设置一光取向元件17。本实施方式中，光取向元件17可以是角度敏感衍射元件或全息元件。

图像显示单元15为反射式的，例如为反射式LOCS显示源。偏振分光组件13是能够将入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光，其中P偏振光完全通过，而S偏振光以45度角被反射的一种光学元件。本实施方式中，偏振分光组件13可以是PBS棱镜(polarization beamsplitter，偏振分光棱镜)。

具体实施时，照明光源111输出的光束经过准直扩束整形组件113准直扩束整形及光取向元件17处理后，进入偏振分光组件13，S偏振光束被偏振分光组件13反射至图像显示单元15，图像显示单元15根据此时待显示子图像(第一待显示子图像或第二待显示子图像)的灰度对S偏振光束进行光能量调制，经图像显示单元15调制后的光束转换为P偏振光束，P偏振光束再次透过偏振分光组件13后进入反射组件20中。

第一反射元件21和第二反射元件22为薄板状的具有反射会聚功能的元件。所述第一反射元件21和第二反射元件22可以是平面基底二元衍射元件或全息衍射元件。可选地，在本实施方式中所述第一反射元件21和第二反射元件22为平面基底全息衍射元件。

驱动装置23包括第一驱动组件231和第二驱动组件233。所述第一驱动组件231包括第一转轴2311和第一驱动器件2313(在图2上未画出)。所述第一转轴2311与第一反射元件21的一端连接。所述第一驱动器件2313可以驱动第一反射元件21绕第一转轴2311旋转，以使所述第一反射元件21处于激活态或非激活态。第一驱动器件2313驱动第一反射元件21绕第一转轴2311旋转时，第一驱动器件2313可以直接驱动第一转轴2311以达到第一反射元件21绕第一转轴2311旋转的效果，第一驱动器件2313还可以直接驱动第一反射元件21以达到第一反射元件21绕第一转轴2311旋转的效果。所述第二驱动组件233包括第二转轴2331和第二驱动器件(在图2上未画出)。所述第二转轴2331与第二反射元件22的一端连接。所述第二驱动器件可以驱动第二反射元件22绕第二转轴2331旋转，以使所述第二反射元件22处于激活态或非激活态。同理，第二驱动器件驱动第二反射元件22绕第二转轴2331旋转时，第二驱动器件可以直接驱动第二转轴2331以达到第二反射元件22绕第二转轴2331旋转的效果，第二驱动器件还可以直接驱动第二反射元件22以达到第二反射元件22绕第二转轴2331旋转的效果。

第一驱动器件2313和第二驱动器件的驱动方式可以为压电驱动、电磁驱动、静电驱动等中的一种或多种的组合。可选地，在本实施方式中，第一驱动器件2313和第二驱动器件的驱动方式为压电驱动。请参阅图3，图3示出了第一驱动组件231为压电驱动的一种实施方式。当所述第一反射元件21处于非激活态时，所述第一驱动器件2313的长度为H，第一反射元件21位于第一平面500。当所述第一反射元件21处于激活态时，所述第一驱动器件2313的长度为H+ΔH，第一反射元件21与所述第一平面500存在一定夹角。可见，可以通过对第一驱动器件2313施加电压，使第一驱动器件2313的长度增大或减小，使第一反射元件21绕第一转轴2311旋转，以实现第一反射元件21在非激活态和激活态之间的状态切换。同理，对于第二驱动组件233，也可以通过对第二驱动器件施加电压，使第二驱动器件的长度增大或减小，使第二反射元件22绕第二转轴2331旋转，以实现第二反射元件22在非激活态和激活态之间的状态切换。由于第二驱动组件233与第一驱动组件231类似，在此不作图示说明。

如图4所示，在实际实施时，第一转轴2311和第二转轴2331可以固定在Z轴方向的同一高度。即所述第二反射元件22处于非激活态时，第二反射元件22也位于第一平面500。需要说明的是，为了方便示意，在图4及其他附图中，都不限定坐标轴原点位置。为了避免第一反射元件21和第二反射元件22之间的物理干涉，当第一反射元件21和第二反射元件22处于非激活态时，第一反射元件21和第二反射元件22的自由端面之间存在一空隙。将第一反射元件21处于激活态时自由端面与第二反射元件22处于激活态时自由端面的距离记为L。当L大于人眼的瞳孔直径时，人眼在某一时刻只能接收到一幅完整的待显示子图像(第一待显示子图像或第二待显示子图像)，即不能拼接出待显示图像。为使第一待显示子图像和第二待显示子图像能在人眼处拼接出待显示图像，L需要满足以下条件：

L<D_eye

式中，D_eye表示正常照明情况下人眼的最小瞳孔直径，一般为2～4mm。

显示视场角确定的待显示图像时，第一反射元件21和第二反射元件22从非激活态到激活态，其自由端面距第一平面500的高度记为h，则h满足如下关系：

式中，L_eye为上述第一平面500到眼瞳的沿着Y轴方向的距离；FOV为待显示图像视场角的半值。

如图5所示，在实际实施时，第一转轴2311和第二转轴2331还可以固定在Z轴方向的不同高度。即所述第二反射元件22处于非激活态时，第二反射元件22位于第二平面700。所述第二平面700平行于第一平面500，且当第一反射元件21处于激活态时，第一反射元件21的自由端面位于所述第二平面700。同理，在本实施方式中，可以将第一反射元件21处于激活态时自由端面与第二反射元件22与第二转轴2331连接的一端的端面的距离记为L。将第一反射元件21从非激活态到激活态时，第一反射元件21的自由端面距第一平面500的高度记为h，则第二反射元件22从非激活态到激活态时，第二反射元件22的自由端面距第二平面700的高度也为h。L和h也满足上述条件。不同的是，当第一反射元件21和第二反射元件22处于非激活态时，第一反射元件21和第二反射元件22之间不存在物理干涉。

请继续参阅图2，图2中第一转轴2311和第二转轴2331采用图4所示的方式，固定在Z轴方向的同一高度。所述第一反射元件21和第二反射元件22处于非激活态，第一反射元件21和第二反射元件22位于第一平面500。显而易见，图2中第一转轴2311和第二转轴2331还可以采用图5所示的方式，固定在Z轴方向的不同高度。由于原理相同，在此仅以图2所示的结构为例进行说明。

图2所示的近眼显示系统1进行一次虚拟图像显示的过程可以是：将一幅待显示图像在水平方向分为第一待显示子图像和第二待显示子图像。首先，请参阅图6，图像显示装置10根据第一待显示子图像输出第一束子图像光线，所述第一驱动组件231控制所述第一反射元件21处于激活态，第二驱动组件233控制所述第二反射元件22处于非激活态。所述第一束子图像光线被激活态的第一反射元件21反射会聚在人眼形成所述第一待显示子图像。其次，请参阅图7，图像显示装置10根据第二待显示子图像输出第二束子图像光线，所述第二驱动组件233控制所述第二反射元件22处于激活态，第一驱动组件231控制所述第一反射元件21处于非激活态。所述第二束子图像光线透过激活态的第二反射元件22传输至所述转向装置30，被所述转向装置30反转后再次传输至所述激活态的第二反射元件22，被所述激活态的第二反射元件22反射会聚在人眼形成所述第二待显示子图像。其中，所述转向装置30可以是平面基底型反射元件，金属膜平面反射镜或介质膜平面反射镜。

在上述过程中，可以通过调整所述图像显示装置10输出第一束子图像光线和第二束子图像光线的频率以及输出每幅待显示图像的时间间隔，并配合调整驱动装置23的工作状态，利用视觉残留原理，就可以使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。

可选地，在本实施方式中，如图8所示，近眼显示系统1还包括电控吸收单元40。所述电控吸收单元40设置在反射组件20和转向装置30之间。所述电控吸收单元40用于控制光的吸收与透射，在未通电状态下电控吸收单元40是透光的，不改变光的传输方向，通电后会对光具有吸收功能。电控吸收单元40可以选用电致变色器件。电至变色器件主要由透明衬底，透明导电层，电致变色层，离子导体层，离子存储层等多层薄膜组合而成。电至变色器件工作机理在于电致变色层，电致变色层主要由电致变色材料构成。电致变色材料收到电荷注入时，会产生变色。电致变色器件可以为采用还原态为透明、氧化态为黑色的电致变色材料制作的电致变色层的电致变色器件。电致变色器件也可以是采用包括多层电致变色层的电致变色器件，如采用包括还原态为透明、氧化态为非黑色例如蓝色的电致变色材料构成的电致变色层和还原态为透明、氧化态分别为红和黄的电致变色材料构成的电致变色层的电致变色器件。可见，可控吸收单元还可以是由多种电致变色器件组合而成，如是由包括还原态为透明、氧化态为非黑色例如蓝色的电致变色材料构成的电致变色层的电致变色器件和还原态为透明、氧化态分别为红和黄的电致变色材料构成的电致变色层的电致变色器件组合而成。可选地，本实施方式中，电控吸收单元40为还原态为透明、氧化态为黑色的电致变色材料制作的电致变色层的电致变色器件。

由于第一反射元件21为衍射元件，其对光束的衍射效率受衍射元件的加工工艺影响不可能达到理想衍射效率(100％)，则第一束子图像光线中会有部分光线透过第一反射元件21，被转向装置30反转后对第一待显示子图像造成背景杂光干扰，影响显示效果。通过设置电控吸收单元40，就可以在图像显示装置10输出第一束子图像光线时，电控吸收单元40处于工作状态，吸收透过激活态的第一反射元件21的光线，以消除透过被激活态的第一反射元件21的光线被转向装置30反转后造成的背景杂光干扰，提高显示效果。同时，当图像显示装置10输出第二束子图像光线时，电控吸收单元40处于非工作状态，以不影响形成第二待显示子图像。

可选地，在本实施方式中，如图9所示，所述近眼显示系统1还包括光束缩束系统50。光束缩束系统50可以设置在图像显示装置10和反射组件20之间。光束缩束系统50用于将与图像显示单元15(LCOS显示源)相当尺寸的承载了图像信息的准直光束(第一束子图像光线和第二束子图像光线)压缩，以获得更小的高度值，使得近眼显示系统1更轻更薄。光束缩束系统50可以选用公知技术中的望远系统，由两组透镜组构成，在此不再赘述。

可以看出，在上述实施方式中，图像显示单元15为反射式的。在实际实施时，图像显示单元15还可以为透射式的，如图10所示。需要说明的是，为了简化说明，图10仅在图2所示的近眼显示系统1的基础上进行了改进。本领域技术人员可以推出，本实施方式在图5、图8和图9所示的近眼显示系统1的基础上进行改进后的结构图。

如图10所示，图10为另一实施方式中近眼显示系统1的结构图。与图2类似，不同的是：图像显示单元15为透射式的，图像显示装置10不包括偏振分光组件13。

具体实施时，图像显示单元15可以为透射式LOCS显示源。照明光源111输出的光束经过准直扩束整形组件113准直扩束整形及光取向元件17处理后，进入透射式的图像显示单元15。图像显示单元15根据此时待显示子图像(第一待显示子图像或第二待显示子图像)的灰度对光束进行光能量调制后进入反射组件20中。

对于图2、图5、图8、图9和图10所示的近眼显示系统1，在进行第二待显示子图像成像时，第二束子图像光线先透过第二反射元件22后再被第二反射元件22反射会聚成像。当第二反射元件22的衍射效率为50％时，第二待显示子图像的能量为25％。而第一反射元件21的衍射效率一般高于90％。则，为使第一待显示子图像和第二待显示子图像的光能量平衡，需要图像显示装置10输出的第二束子图像光线的光能量为第一束子图像光线的3倍多。

为了解决上述光能量平衡问题，本发明还提供另一实施方式，如图11所示。需要说明的是，为了简化说明和简化附图，图11仅在图10所示的近眼显示系统1的基础上进行了改进。本领域技术人员可以推出，本实施方式在图2、图5、图8和图9所示的近眼显示系统1的基础上进行改进后的结构图。

在本实施方式中，所述第一反射元件21和第二反射元件22为平面基底型对偏振敏感的二元衍射元件。例如，第一反射元件21为对P偏振光高衍射效率的二元衍射元件，第二反射元件22为对S偏振光高衍射效率的二元衍射元件。在反射组件20和转向装置30之间设置偏振转换单元60。所述偏振转换单元60用于改变光束的偏振状态。在本实施方式中，偏振转换单元60为四分之一玻片，当P偏振光两次经过四分之一玻片后将转换为S偏振光。

图11所示的近眼显示系统1进行一次虚拟图像显示的过程可以是：将一幅待显示图像在水平方向分为第一待显示子图像和第二待显示子图像。首先，如图12所示，图像显示装置10根据第一待显示子图像输出第一束子图像光线(P偏振光)，所述第一驱动组件231控制所述第一反射元件21处于激活态，第二驱动组件233控制所述第二反射元件22处于非激活态。由于第一反射元件21为对P偏振光高衍射效率的二元衍射元件，则所述第一束子图像光线(P偏振光)被激活态的第一反射元件21反射会聚在人眼形成所述第一待显示子图像。其次，如图13所示，图像显示装置10根据第二待显示子图像输出第二束子图像光线(P偏振光)，所述第二驱动组件233控制所述第二反射元件22处于激活态，第一驱动组件231控制所述第一反射元件21处于非激活态。由于第二反射元件22为对S偏振光高衍射效率的二元衍射元件，则第二束子图像光线(P偏振光)透过激活态的第二反射元件22继续传输。经过所述偏振转换单元60后，第二束子图像光线由P偏振光转换为圆偏光。该圆偏光传输至所述转向装置30，被所述转向装置30反转后再次传输至所述偏振转换单元60，转换为S偏振光。该S偏振光被所述激活态的第二反射元件22反射会聚在人眼形成所述第二待显示子图像。

同理，利用视觉残留原理，可以使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。

本实施方式中，通过对第一反射元件21和第二反射元件22的选型及配合设置偏振转换单元60，使得第二束子图像光线的光能量获得最大化的利用，一方面提高了近眼显示系统1的能量利用率；另一方面，避免了为保证第一待显示子图像和第二待显示子图像的光能量平衡带来的需要图像显示装置10输出的第二束子图像光线和第一束子图像光线的能量不同的情形，降低了控制难度或系统复杂度。

在上述各实施例基础上，近眼显示系统1还包括保护板。所述保护板用于保护反射组件20。所述保护板可以有两组，两组保护板分别设置在第一平面500和第二平面700及其附近。所述保护板由透明材料制成，外界真实环境光可透过此两组透明保护板进入人眼。

在上述各实施例基础上，近眼显示系统1还可以包括可控背面层。所述可控背面层能够将不透明度从清晰变为深色或不透明，以提高近眼显示系统1显示的虚拟图像(待显示图像)的对比度。具体实施过程中，可控背面层可以为电致变色器件和电控液晶器件。可控背面层可以紧贴第二平面700，也可以与第二平面700间隔一气隙或光学材料。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种近眼显示系统，其特征在于，包括图像显示装置、反射组件和转向装置，所述反射组件包括能将平面波转换为球面波的第一反射元件和第二反射元件及驱动所述第一反射元件和第二反射元件旋转以使所述第一反射元件和第二反射元件处于激活态或非激活态的驱动装置；

2.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其特征在于，所述驱动装置包括第一驱动组件和第二驱动组件，所述第一驱动组件包括与所述第一反射元件一端连接的第一转轴和驱动所述第一反射元件绕所述第一转轴旋转的第一驱动器件，所述第二驱动组件包括与所述第二反射元件一端连接的第二转轴和驱动所述第二反射元件绕所述第二转轴旋转的第二驱动器件。

3.根据权利要求2所述的近眼显示系统，其特征在于，所述第一转轴和第二转轴固定在同一高度，所述第一反射元件和第二反射元件处于非激活态时，所述第一反射元件和第二反射元件位于同一平面。

4.根据权利要求2所述的近眼显示系统，其特征在于，所述第一转轴和第二转轴固定在不同高度，所述第一反射元件和第二反射元件处于非激活态时，所述第一反射元件和第二反射元件位于不同平面。

5.根据权利要求2所述的近眼显示系统，其特征在于，第一驱动器件和第二驱动器件为压电驱动。

6.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其特征在于，所述近眼显示系统还包括设置在所述反射组件和转向装置之间的电控吸收单元；

7.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其特征在于，所述近眼显示系统还包括设置在图像显示装置和反射组件之间的光束缩束系统。

8.根据权利要求1-7任一项所述的近眼显示系统，其特征在于，所述第一反射元件和第二反射元件为平面基底型二元衍射元件或平面基底型全息衍射元件。

9.根据权利要求1-7任一项所述的近眼显示系统，其特征在于，所述近眼显示系统还包括设置在所述反射组件和转向装置之间的偏振转换单元，所述偏振转换单元用于改变光束的偏振状态。

10.根据权利要求9所述的近眼显示系统，其特征在于，所述偏振转换单元为四分之一玻片。