一种虚拟现实显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域,尤其涉及一种虚拟现实显示装置。
背景技术
VR(Virtual Reality,虚拟现实)显示是由美国VPL公司创建人Jaron Lanier在20世纪 80年代提出的,综合了计算机图形技术,计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科 学技术,它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境,能使用户具有身临其境的沉浸感,具 有与环境完善的交互作用能力,并有助于启发构思。
现有技术中的虚拟现实显示装置,一般包括计算机处理系统、图像处理系统、显示面板、光学系统。其中,计算机处理系统通过外部传感器对人物行为及外界环境进行捕捉,然后根据相应场景做出处理,再由图像处理系统进行渲染处理,然后输出到显示面板,显示面板的像经光学系统,成一个放大的虚像,被眼睛接收,光学系统主要用于将显示面板产生的近处影像通过拉到远处放大,近乎充满人的视野范围,从而产生沉浸感。现有的光学系统主要由各种光学透镜及光学膜片组成,光学透镜和光学膜片对显示面板射出的光线会有一定的选择透过作用,这样就造成了亮度的损失,整个虚拟现实显示装置的光效率低,显示的画面较暗。如图1所示,为公开号为US20180039052A1的专利申请所提供的虚拟现实显示装置的示意图。在图1所示结构中,显示装置14发出的光线R1,透过第一线性偏光片16就用有一部分和光线损失,这部分光线因为振动方向和第一线性偏光片16的透过轴垂直,从而将吸收,不能进入后续的光学系统,造成光学利用率低。
发明内容
本发明提供一种虚拟现实显示装置,包括OLED显示面板和光学系统,所述光学系统设置于所述OLED显示面板和用户观察侧之间;所述光学系统包括设置在所述OLED显示面板和所述用户观察侧之间第一线性偏光片,设置在所述第一线性偏光片和所述OLED显示面板之间的第一反射透射式光学膜片,设置于所述第一反射透射式光学膜片和所述OLED显示面板之间的第一1/4波片。
可选地,所述光学系统还包括一个平凸透镜和一个平凹透镜,所述平凸透镜靠近所述第一线性偏光片一侧,所述平凹透镜靠近所述用户观察侧。
可选地,所述第一线性偏光片和所述平凸透镜之间设置有第二1/4波片。
可选地,所述平凸透镜和所述平凹透镜之间设置有第三1/4波片、第二反射透射式光学膜片。
可选地,所述平凸透镜靠近所述第二1/4波片一侧设置有半透半反膜层。
可选地,所述平凹透镜和所述用户观察侧之间设置有第二线性偏振片。
可选地,所述透镜系统包括一个平凸透镜、一个双凸透镜和一个平凹透镜,所述平凸透镜靠近所述第一线性偏光片一侧,所述平凹透镜靠近所述用户观察侧,所述双凸透镜位于所述平凸透镜和所述平凹透镜之间。
可选地,所述平凸透镜和所述第一线性偏光片之间设置有第二1/4波片。
可选地,所述平凹透镜和所述用户观察侧之间设置有第三1/4波片、第二反射透射式光学膜片。
可选地,所述第二反射透射式光学膜片和所述用户观察侧之间设置有第二线性偏振片。
可选地,还包括一半透半反膜层,所述半透半反膜层设置在所述平凸透镜的靠近所述第二1/4波片一侧。
可选地,所述OLED显示面板发射的自然光中,P型偏振光透过所述第一反射透射式光学膜片,S型偏振光被所述第一反射透射式光学膜片反射穿过所述第一1/4波片,并所述OLED显示面板反射,变为P型偏振光。
可选地,所述OLED显示面板为硅基OLED显示面板。
可选地,所述第一反射透射式光学膜片为反射式偏光片;或者,所述第一反射透射式光学膜片为金属光栅偏振器。
本发明还一种虚拟现实显示装置,包括OLED显示面板和光学系统,所述光学系统设置于所述OLED显示面板和用户观察侧之间,所述光学系统包括设置在所述OLED显示面板和所述用户观察侧之间依次设置的第一1/4波片、第一反射透射式光学膜片、第一线性偏光片、第二1/4波片、平凸透镜、第三1/4波片、第二反射透射式光学膜片、平凹透镜、第二线性偏光片,所述平凸透镜靠近所述第二1/4波片一侧设置有半透半反膜层。
可选地,所述OLED显示面板发射的自然光中,P型偏振光透过所述第一反射透射式光学膜片,S型偏振光被所述第一反射透射式光学膜片反射穿过所述第一1/4波片,并经所述OLED显示面板反射,变为P型偏振光。
本发明还提供一种虚拟现实显示装置,包括OLED显示面板和光学系统,所述光学系统设置于所述OLED显示面板和用户观察侧之间,所述光学系统包括设置在所述OLED显示面板和所述用户观察侧之间依次设置的第一1/4波片、第一反射透射式光学膜片、第一线性偏光片、第二1/4波片、平凸透镜、双凸透镜位、平凹透镜、第三1/4波片、第二反射透射式光学膜片、第二线性偏光片,所述双凸透镜靠近所述平凸透镜一侧设置有半透半反膜层。
可选地,所述OLED显示面板发射的自然光中,P型偏振光透过所述第一反射透射式光学膜片,S型偏振光被所述第一反射透射式光学膜片反射穿过所述第一1/4波片,并经所述OLED显示面板反射,变为P型偏振光。
在本发明中,通过设置第一反射透射式光学膜片和第一1/4波片,将原本不能通过第一线性偏光片的线性偏振光转化为可以通过第一线性偏光片的线性偏振光,进入后续光学系统,提高了虚拟现实显示装置的光学利用率,也提高了虚拟现实显示装置的显示亮度。
附图说明
图1为现有技术所提供的虚拟现实显示装置的示意图
图2为本发明实施例一提供的虚拟现实显示装置的示意图;
图3为图2所示实施例中从OLED显示面板至第一线性偏光片之间的光路图;
图4为图2所示实施例提供的虚拟现实显示装置的光路图;
图5为实施例一又一实施方式中虚拟现实显示装置透镜系统的示意图;
图6为实施例一再一实施方式中虚拟现实显示装置中透镜系统的示意图;
图7为本发明实施例二提供的虚拟现实显示装置的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的图仅是示例性说明,不是必须包括所有的内容和操作/步骤,也不是必须按所描述的顺序执行。例如,有的操作/步骤还可以分解,而有的操作/步骤可以合并、部分合并或调整执行步骤,因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的虚拟现实显示装置的示意图,如图所示,虚拟现实显示装置,包括OLED(有机发光二极管,Organic Light-Emitting Diode)显示面板10和光学系统20,光学系统20设置于OLED显示面板10和用户观察侧30之间。OLED显示面板10用于产生图像,OLED显示面板10发出的光不同于液晶显示装置发出的光线,液晶显示装置发出的光为偏振光,而OLED显示面板发出的光线接近于自然光。光学系统20用于将OLED显示面板10产生的近处影像拉到远处放大,近乎充满人的视野范围,从而产生沉浸感。该光学系统20为偏振折反光学系统,需要先对OLED显示面板10产生的自然光进行偏振,然后再进行后续处理。光学系统20包括设置在OLED显示面板10和用户观察侧30之间第一线性偏光片21,设置在第一线性偏光片21和用户观察侧30之间的透镜系统,设置在第一线性偏光片21和OLED显示面板10之间的第一反射透射式光学膜片22、设置于第一反射透射式光学膜片22和OLED显示面板之间10的第一1/4波片23。
请参考图3,为从OLED显示面板至第一线性偏光片之间的光路图。从OLED显示面板10发出的光线R1为自然光,光线R1经过第一1/4波片23和第一反射透射式光学膜片22。第一反射透射式光学膜片22的作用是透过一个振动方向的偏振光,反射正交振动方向的偏振光。第一1/4波片23的作用是将透过其的线性偏振光转为圆偏振光,或者将透过其的圆偏振光转为线性偏振光,第一1/4波片23的光轴方向可以和X轴呈45度夹角。在实施例一中,发射到第一反射透射式光学膜片22上的光线中,P型偏振光R2可透过,S型偏振光R3被第一反射透射式光学膜片22反射。P型偏振光R2接着向第一线性偏光片21方向传播,第一线性偏光片21为可以让P型偏振光透过的线性偏光片,第一线性偏光片21的光透过轴可以和X轴平行。因此光线R1中P型偏振光R2透过第一反射透射式光学膜片22后,再透过第一线性偏光片21接着进入透镜系统,最终到达用户观察侧30,产生虚拟现实的沉浸感。
光线R1中S型偏振光R3被第一反射透射式光学膜片22反射后,穿过第一1/4波片23,转化为左旋偏振光R4,左旋偏振光R4被OLED显示面板10反射变为右旋偏振光R5,右旋偏振光R5经过第一1/4波片23后变为P型偏振光R6。P型偏振光R6就可以穿过第一反射透射式光学膜片22和第一线性偏光片21,接着进入透镜系统,最终到达用户观察侧30,产生虚拟现实的沉浸感。如果没有设置第一反射透射式光学膜片22和第一1/4波片23,光线R1中只有P型偏振光R2可以透过第一线性偏光片21,S型偏振光R3不能进入后续光学系统,造成光学损失,虚拟现实显示装置的显示亮度低。在本发明中,通过设置第一反射透射式光学膜片22和第一1/4波片23,将S型偏振光R3转换为P型偏振光R6,进入后续光学系统,提高了虚拟现实显示装置的光学利用率,也提高了虚拟现实显示装置的显示亮度。在其他实施方式中,也可以设置第一反射透射式光学膜片为透过S型偏振光、反射P型偏振光的反射式偏光片,同时设置第一线性偏光片为透过S型偏振光的线性偏光片,被反射的P型偏振光,经过第一1/4波片被OLED显示面板反射后,再经过第一1/4波片被转化为S型偏振光,可以被光学系统所利用,提高虚拟现实显示装置的显示亮度。
请接着参考图2,优选地,本发明实施例一提供的虚拟现实显示装置中,光学系统包括一个平凸透镜241和一个平凹透镜242,平凸透镜241靠近第一线性偏光片21一侧,平凹透镜242靠近用户观察侧30一侧。在第一线性偏光片21和平凸透镜241之间设置有第二1/4波片25。在平凸透镜241和平凹透镜242之间设置有第三1/4波片26、第二反射透射式光学膜片27。在平凸透镜241靠近第二1/4波片25一侧镀有半透半反膜层29。
请参考图4,为本发明实施例一提供的虚拟现实显示装置的光路图。如图所示,光线R2穿过第一线性偏光片21后仍为线性偏振光,接着穿过第二1/4波片25后变为圆形偏振光R21,圆形偏振光R21通过平凸透镜241、第三1/4波片26后变为线性偏振光R22,并且仍为P型偏振光。第二反射透射式光学膜片27设置为透过S型偏振光、反射P型偏振光的反射式偏光片,因此P型偏振光R22不能透过第二反射透射式光学膜片27而被反射折回第三1/4波片26。P型偏振光R22透过第三1/4波片26转变为圆形偏振光R23,并且圆形偏振光R23为左旋偏振光。因为在平凸透镜241靠近第二1/4波片25一侧镀有半透半反膜层29,左旋偏振光R23部分被反射形成右旋偏振光R24,右旋偏振光R24透过第三1/4波片26后变为线性偏振光R25,并且线性偏振光R25为S型偏振光,可以透过第二反射透射式光学膜片27。线性偏振光R25透过第二反射透射式光学膜片27后接着透过平凹透镜242,进而到达用户观察侧30。
可选地,在用户观察侧30和平凹透镜242之间还设置有第二线性偏光片28,第二线性偏光片28可以滤除线性偏振光R25中少量偏振方向和第二线性偏光片28透过轴不同的线性偏振光,使到达用户观察侧30的光线全部为和第二线性偏光片28透过轴相同方向的线性偏振光,提高显示效果。
同样,光线R6穿过第一线性偏光片21后仍为线性偏振光,接着穿过第二1/4波片25后变为圆形偏振光R61,圆形偏振光R61通过平凸透镜241、第三1/4波片26后变为线性偏振光R62,并且仍为P型偏振光。第二反射透射式光学膜片27设置为透过S型偏振光、反射P型偏振光的反射式偏光片,因此P型偏振光R62不能透过第二反射透射式光学膜片27而被反射折回第三1/4波片26。P型偏振光R62透过第三1/4波片26转变为圆形偏振光R63,并且圆形偏振光R63为左旋偏振光。因为在平凸透镜241靠近第二1/4波片25一侧镀有半透半反膜层29,左旋偏振光R63部分被反射形成右旋偏振光R64,右旋偏振光R64透过第三1/4波片26后变为线性偏振光R65,并且线性偏振光R65为S型偏振光,可以透过第二反射透射式光学膜片27。线性偏振光R65透过第二反射透射式光学膜片27后接着透过平凹透镜242,然后透过第二线性偏光片28,第二线性偏光片28可以滤除线性偏振光R65中少量偏振方向第二线性偏光片28透过轴不同的线性偏振光。这样,原本因不能透过第一线性偏光片的光线R3,通过设置在第一线性偏光片于OLED显示装置之间的第一反射透射式光学膜片和第一1/4波片转换为能通过第一线性偏光片的光线R6,进而进入后续光线系统被利用,提高了整个虚拟现实显示装置的光学利用率及亮度。
图2所示的整个虚拟现实显示装置的具体光学系统20只是本发明提供的一种实现方式,只要在光学系统中的第一线性偏光片和OLED显示面板之间设置第一反射透射式光学膜片和第一1/4波片,就可以提高光学利用率,而从第一线性偏光片往后的光学系统可以设置为任何光学系统。
请参考图5,为本发明实施例一又一实施方式提供的虚拟现实显示装置中光学系统的示意图,如图所示,和图2所示结构中,平凸透镜241、第三1/4波片26、第二反射透射式光学膜片27、平凹透镜242之间都设置有空气层不同,在图5所示结构中,平凸透镜2411、第三1/4波片261、第二反射透射式光学膜片271、平凹透镜2421都相互紧密贴合设置,这样可以防止光线在空气层传播造成损失。图6为实施例一再一实施方式提供的虚拟现实显示装置中光学系统的示意图,如图所示,平凸透镜2412、平凹透镜2422都形成有对应的曲面结构,两者之间的第三1/4波片262、第二反射透射式光学膜片272也呈弯曲状组装在平凸透镜2412、平凹透镜2422之间,图6所示结构可以消除空气层,减小光学系统的厚度,还可以减小光线在光线系统中传播形成的损失,并且通过设置平凸透镜、平凹透镜有对应的曲面结构,减小光线系统的尺寸,提供更为小型化的提高虚拟现实显示装置。
可选地,第一反射透射式光学膜片可以是反射式偏光片,也可以为金属光栅偏振器。反射式偏光片和金属光栅偏振器都可以透过一个偏振方向的偏振光,反射其他偏振方向的偏振光。同样的,第二反射透射式光学膜片也可以为反射式偏光片或金属光栅偏振器。
实施例二
图7为本发明实施例二提供的虚拟现实显示装置的示意图,如图所示,虚拟现实显示装置包括OLED显示面板40和光学系统50,光学系统50设置于OLED显示面板40和用户观察侧30之间。OLED显示面板40用于产生图像,OLED显示面板40发出的光线接近于自然光。光学系统50用于将OLED显示面板40产生的近处影像拉到远处放大,近乎充满人的视野范围,从而产生沉浸感。该光学系统50为偏振折反光学系统,需要先对OLED显示面板40产生的自然光进行偏振,然后再进行后续处理。光学系统50包括设置在OLED显示面板40和用户观察侧30之间第一线性偏光片51,设置在第一线性偏光片51和用户观察侧30之间的透镜系统,设置在第一线性偏光片51和OLED显示面板40之间的第一反射透射式光学膜片52、设置于第一反射透射式光学膜片52和OLED显示面板之间40的第一1/4波片53。
参考图7所示的,OLED显示面板40发射的光线的光路图,和实施例一相同,实施例二提供的虚拟现实显示装置可以将OLED显示面板40发出光线中偏振方向和第一线性偏光片51的轴方向不同的光线进行转化后进行利用。从OLED显示面板40发出的光线R1为自然光,光线R1经过第一1/4波片53和第一反射透射式光学膜片52。第一反射透射式光学膜片52的作用是透过一个振动方向的偏振光,反射正交振动方向的偏振光。第一1/4波片53的作用是将透过其的线性偏振光转为圆偏振光,或者将透过其的圆偏振光转为线性偏振光,第一1/4波片53的光轴方向可以和X轴呈45度夹角。在实施例二中,发射到第一反射透射式光学膜片52上的光线中,P型偏振光R2可透过,S型偏振光R3被第一反射透射式光学膜片52反射。S型偏振光R3被第一反射透射式光学膜片52反射后,穿过第一1/4波片53,转化为左旋偏振光R4,左旋偏振光R4被OLED显示面板40反射变为右旋偏振光R5,右旋偏振光R5经过第一1/4波片53后变为P型偏振光R6。P型偏振光R6就可以穿过第一反射透射式光学膜片52和第一线性偏光片51,接着进入透镜系统,最终到达用户观察侧30,产生虚拟现实的沉浸感。
请接着参考图7,进一步地,本发明实施例二提供的虚拟现实显示装置中,透镜系统包括一个平凸透镜541、一个双凸透镜543和一个平凹透镜542,平凸透镜541靠近第一线性偏光片51一侧,平凹透镜542靠近用户观察侧30,双凸透镜543位于平凸透镜541和平凹透镜542之间。在第一线性偏光片51和平凸透镜23之间设置有第二1/4波片55。在平凸透镜542和用户观察侧30之间设置有第三1/4波片56、第二反射透射式光学膜片57。在平凸透镜541靠近第二1/4波片55一侧镀有半透半反膜层59。
如图所示,P型偏振光R2穿过第一线性偏光片51后仍为P型偏振光,接着穿过第二1/4波片55后变为圆形偏振光R21,圆形偏振光R21通过平凸透镜541、双凸透镜543、平凹透镜542之后仍为圆形偏振光R21。圆形偏振光R21穿过第三1/4波片56后变为线性偏振光R22,因为P型偏振光R2连续穿过两个1/4波片,因此转化为S型偏振光。第二反射透射式光学膜片57设置为透过P型偏振光、反射S型偏振光,因此S型偏振光R22不能透过第二反射透射式光学膜片57而被反射折回。反射光R23穿过第三1/4波片56,S型偏振光R22透过第三1/4波片56被转变为圆形偏振光R24,并且圆形偏振光R24为左旋偏振光。左旋偏振光R24穿过平凹透镜542并向双凸透镜543方向发射,因为在双凸透镜543面向凹透镜541一侧镀有半透半反膜层59,左旋偏振光R24部分被反射形成右旋偏振光R25,右旋偏振光R25透过第三1/4波片56后变为线性偏振光R26,并且线性偏振光R25为P型偏振光,可以透过第二反射透射式光学膜片57形成光线R27,从而到达用户观察侧30。
可选地,在用户观察侧30和第二反射透射式光学膜片57之间还设置有第二线性偏光片58,第二线性偏光片58可以滤除线性偏振光R27中少量偏振方向和第二线性偏光片58透过轴不同的线性偏振光,使到达用户观察侧30的光线全部为和第二线性偏光片58透过轴相同方向的线性偏振光,提高显示效果。
同样,光线R6穿过第一线性偏光片21后仍为线性偏振光,接着穿过第二1/4波片55后变为圆形偏振光R61,圆形偏振光R61通过平凸透镜541、双凸透镜543、平凹透镜542之后仍为圆形偏振光R61。圆形偏振光R61穿过第三1/4波片56后变为线性偏振光R62,因为P型偏振光R6连续穿过两个1/4波片,因此转化为S型偏振光,因此S型偏振光R62不能透过第二反射透射式光学膜片57而被反射折回。反射光R63穿过第三1/4波片56,S型偏振光R62透过第三1/4波片56转变为圆形偏振光R64,并且圆形偏振光R64为左旋偏振光。左旋偏振光R64穿过平凹透镜542并向双凸透镜543方向发射,因为在双凸透镜543面向凹透镜541一侧镀有半透半反膜层59,左旋偏振光R64部分被反射形成右旋偏振光R65,右旋偏振光R65透过第三1/4波片56后变为线性偏振光R66,并且线性偏振光R66为P型偏振光,可以透过第二反射透射式光学膜片57形成光线R67,从而到达用户观察侧30。这样,原本因不能透过第一线性偏光片的光线R3,通过设置在第一线性偏光片于OLED显示装置之间的第一反射透射式光学膜片和第一1/4波片转换为能通过第一线性偏光片的光线R6,进而进入后续光线系统被利用,提高了整个虚拟现实显示装置的光学利用率及亮度。
线性偏振光R66透过第二反射透射式光学膜片57后接着透过第二线性偏光片58,第二线性偏光片58可以滤除线性偏振光R67中少量偏振方向和第二线性偏光片58透过轴不同的线性偏振光,使到达用户观察侧30的光线全部为和第二线性偏光片58透过轴相同方向的线性偏振光。
可选地,第一反射透射式光学膜片可以是反射式偏光片,也可以为金属光栅偏振器。反射式偏光片和金属光栅偏振器都可以透过一个偏振方向的偏振光,反射其他偏振方向的偏振光。同样的,第二反射透射式光学膜片也可以为反射式偏光片或金属光栅偏振器。
在实施例二提供的虚拟现实显示装置包括三个光学透镜,相比于实施例一中光学系统为两个光学透镜的结构,具有消除图像的像差、提高图像成像质量的优点。可选地,透镜系统还可以为包括二个或三个以上的光学透镜,使用的透镜数量可以提高图像质量。
可选地,本发明提供的虚拟现实显示装置中,OLED显示面板为硅基OLED显示面板。硅基OLED显示面板是制作有CMOS驱动电路的单晶硅芯片为基底的,可提供高分辨率、高刷新频率,并且具有尺寸小的特点,特别适合在虚拟现实显示装置使用。
本发明提供的虚拟现实显示装置,通过设置在第一线性偏光片和OLED显示装置之间设置第一反射透射式光学膜片和第一1/4波片,可以将原本不能通过第一线性偏光片的光线进行转化为能通过第一线性偏光片的光线,可以提高光学利用率,提高虚拟现实显示装置的显示亮度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。