CN110515202B - 光导显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种棱镜式光学系统以及具有该棱镜式光学系统的光导显示系统，能够有效的消除镜像，从而提高实际图像的清晰度，并且不增加系统的体积和重量。该棱镜式光学系统包括光出射表面、主表面以及至少一个反射表面，光出射表面位于主表面的相对一侧，以及部分反射表面，所述部分反射表面与主表面不平行，入射到棱镜式光学系统的光被所述至少一个反射表面反射，然后被所述部分反射表面反射出棱镜式光学系统，从所述光出射表面出射，光出射表面以及光出射表面相对的主表面中的至少一个表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出。

Description

光导显示系统

技术领域

本发明涉及光导显示系统，尤其涉及光导显示系统中的棱镜式光学系统。

背景技术

头戴式显示(HMD)在现代各个技术领域具有广泛的应用，无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据，还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感，或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力，HMD都得到了应用。光导棱镜近眼显示系统由于其结构紧凑、工艺简单、可以同时可见虚拟图像和外界图像被广泛用于各种头戴增强现实设备中。

图1是光导棱镜近眼显示系统的一个示例图。如图1所示，该光导棱镜近眼显示系统主要包括微型图像源101、棱镜式光学系统102以及设置在棱镜式光学系统102中的具有部分反射特性的平面(以下称为部分反射表面)103。微型图像源101例如是LCOS、OLED、LCD等。微型图像源101发出的光从棱镜式光学系统102的靠近微型图像源一侧的表面105入射，入射表面105相对一侧设置有反射表面104，入射表面105和反射表面104之间设置有部分反射表面103。入射光从入射表面105进入棱镜式光学系统102，通过部分反射表面103后入射到反射表面104，反射表面104通常为凹面，反射表面104的中央较边缘向光的前进方向突出，入射光被反射表面104反射并放大后再次入射到部分反射表面103，入射到部分反射表面103的光被部分反射、从棱镜式光学系统的表面106出射并进入人眼。棱镜式光学系统的表面106和107是产生光反射的两个表面，我们称它们为主表面，光出射的部分称为光出射表面108，部分反射表面103与主表面不平行。

但是，由于微型图像源通常发光的角度较大，大角度光线会被棱镜式光学系统的主表面反射，被主表面反射的光也从棱镜式光学系统出射进入人眼从而形成镜像，影响图像清晰度。图2为形成镜像的光路示意图。如图2所示，微型图像源发出的光中大角度的光线201和202分别到达棱镜式光学系统的主表面107和106，分别被主表面反射的光最终也从棱镜式光学系统出射，进入人眼，被主表面反射的光与实际图像中心光203的角度大概呈10°±0°，这种光线从棱镜式光学系统出射进入人眼形成的镜像会影响图像清晰度，是应该去除的。目前常采用的去除方法主要有两种：一种是增大棱镜式光学系统的口径，从而增大主表面反射的光线角度，使该光线远离图像视野。另一种是在微型图像源上加入准直照明系统，减小其发光的角度。但这两种方式都会显著增加光学系统的体积和重量，不适合头戴显示设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种棱镜式光学系统以及具有该棱镜式光学系统的光导显示系统，能够在不增加光学系统的体积和重量的前提下有效的消除镜像，从而提高实际图像的清晰度。

本发明提出了一种棱镜式光学系统，包括光出射表面、主表面以及至少一个反射表面，光出射表面位于主表面的相对一侧，以及部分反射表面，所述部分反射表面与主表面不平行，入射到棱镜式光学系统的光被所述至少一个反射表面反射，然后被所述部分反射表面反射出棱镜式光学系统，从所述光出射表面出射，光出射表面以及光出射表面相对的主表面中的至少一个表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出。

此外，优选在光的入射方向上设置有一个反射表面，入射光透过部分反射表面后到达该反射表面，被该反射表面反射后再次到达部分反射表面，被部分反射表面反射出棱镜式光学系统。

此外，优选在光的入射方向上设置有第一反射表面，入射光被第一反射表面反射后透过部分反射表面到达第二反射表面，被第二反射表面反射后再次到达部分反射表面，被部分反射表面反射出棱镜式光学系统。

此外，优选在光的入射方向上设置有第一反射表面，该第一反射表面是偏振反射表面，入射光透过第一反射表面以及部分反射表面后到达第二反射表面，被第二反射表面反射后再次到达部分反射表面，被部分反射表面反射出棱镜式光学系统。

此外，优选光出射表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，且突出呈台阶状。

此外，优选光出射表面相对一侧的主表面与光出射表面对称设置。

此外，优选所述部分反射表面为偏振反射表面。

此外，优选所述第一反射表面为偏振反射表面。

此外，优选在光的入射方向上设置的所述反射表面是凹面，中央较边缘向光的前进方向突出。

此外，优选所述第二反射表面是凹面，中央较边缘向光的前进方向突出。

此外，优选在光的入射方向上设置的所述反射表面是在棱镜式光学系统上胶合的反射镜。

此外，优选所述第二反射表面是在棱镜式光学系统上胶合的反射镜。

此外，优选在所述反射镜与棱镜式光学系统的表面之间设置有1/4波片。

此外，优选所述棱镜式光学系统由两个棱镜式光学系统胶合而成。

此外，优选在两个棱镜式光学系统之间设置有1/2波片。

此外，本发明还提出了一种光导显示系统，包括：微型图像源、以及以上所述的棱镜式光学系统，微型图像源发出的光入射到棱镜，被至少一个反射表面反射，再被部分反射表面反射出棱镜。

本发明的技术效果在于，本发明的棱镜式光学系统以及具有该棱镜式光学系统的光导显示系统有效的消除了镜像问题，将镜像亮度降低到实际图像的5％以下，提高了实际图像的清晰度，并且不增加系统的体积和重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的光导显示系统的示意图。

图2为现有技术的光导显示系统中形成镜像的光路示意图。

图3(a)和图3(b)为本发明第一实施例的棱镜式光学系统的示意图。

图4为本发明第二实施例的棱镜式光学系统的示意图。

图5～图10为本发明第三实施例及变形例的棱镜式光学系统的示意图。

图11～图16为本发明第四实施例及变形例的棱镜式光学系统的示意图。

图17和图18为本发明第五实施例的棱镜式光学系统的示意图。

附图标号：

微型图像源 101、401、501、601、701、801、901、1001、1101、1201、1301、1401、1501、1601、1701、1801

棱镜式光学系统 102、302、402、502、602、1102、1202、1702、1802

部分反射表面 103、308、408、508、608、708、808、908、1008、1108、1208、1308、1408、1508、1608、1708、1808

入射光 201、202、309、313

实际图像中心光 203、310

主表面 106、107、303、304、403、404、503、504、603、703、704、803、903、904、1003、1103、1104、1203、1204、1303、1304、1404、1503、1504、1604、1703、1704、1803、1804

出射表面 305、405、505、605、705、805、905、1005、1105、1205、1305、1405、1505、1605、1705、1805

反射表面 307

第一反射表面 507、607、707、807、907、1007、1107、1207、1307、1407、1507、1607、1707、1807

第二反射表面 509、609、709、809、909、1009、1109、1209、1309、1409、1509、1609、1709、1809

部分反射表面 308、408、508、608、708、808、908、1008、1108、1208、1308、1408、1508、1608、1708、1808

1/4波片 409

1/2波片 912、1012、1512、1612

反射镜 410

具体实施方式

下面将结合本发明的附图对实施例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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

[第一实施例]

图3(a)和图3(b)为本发明第一实施例的棱镜式光学系统的示意图。如图3(a)所示，棱镜式光学系统302包括设置在其中的部分反射表面308。图3(a)中未示出微型图像源。棱镜式光学系统302的表面306靠近微型图像源，作为光入射表面，微型图像源所发出的光从入射表面306入射。与入射表面306相对一侧设置有反射表面307，入射表面306和反射表面307之间设置有部分反射表面308。微型图像源发出的光的中心光线310从入射表面306进入棱镜式光学系统302，通过部分反射表面308后入射到反射表面307，反射表面307通常为凹面，即反射表面307的中央较边缘向光的前进方向突出，入射光被反射表面307反射并放大后再次入射到部分反射表面308，入射到部分反射表面308的光被反射、从光出射表面305出射从而进入人眼。棱镜式光学系统的表面304和303是产生光反射的两个表面，我们称它们为主表面。棱镜式光学系统的除了表面306、307、303、304之外的另外两个表面在这里不做详细描述。部分反射表面308与主表面不平行。

另外，为了提高能量利用率，部分反射表面308可以为偏振反射表面，例如P光透过，S光反射。

如上文所述，由于微型图像源发光的角度较大，大角度光线会被棱镜式光学系统的主表面303和光出射表面305反射后也进入人眼而形成镜像。为了消除这部分不想要的光所形成的镜像，可以将棱镜式光学系统302的光出射表面305和主表面303中的至少一个表面设置为倾斜，以下将详细描述。

图3(a)的示例是光出射表面305倾斜的状态。如图3(a)所示，微型图像源所发出的大角度光线309被光出射表面305反射，反射后的光线经过反射表面307、部分反射表面308后再从光出射表面305出射，光出射表面305倾斜，具体地说，靠近光入射侧的一端侧311与远离光入射侧的一端侧312相比更向棱镜外侧突出，如图所示突出为台阶状。这样的话，光出射表面305反射的光线从棱镜出射时的出射光与实际图像中心光的夹角从原来的10°±0°改变为了20°±0°，也就是说，这部分出射光从实际图像中心光大幅度偏离，因此不再进入人眼，从而消除了镜像。

图3(a)示例的是光出射表面305倾斜。光出射表面305与同侧的棱镜式光学系统的主表面304相连接的位置呈台阶状，光出射表面305与同侧的棱镜式光学系统的主表面304相比向棱镜式光学系统的外侧突出。当然，也可以不像图3那样使得光出射表面305与主表面304分为两部分，而是光出射表面305与主表面304一体的倾斜，使得靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜外侧突出，也可以达到同样的效果。

以上对光出射表面305倾斜的情况进行了介绍，同样，与光出射表面305相对的主表面303倾斜的话，也可以使得主表面303所反射的光从棱镜出射时的出射光从实际图像中心光大幅度偏离，从而不再进入人眼，消除镜像。具体地说，主表面303的与光出射表面305相对一侧可以设置为与光出射表面305对称的形式，也可以主表面303一体的倾斜，使得靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜外侧突出。当然，如果光出射表面305和主表面303都设置为倾斜，能够达到更佳的消除镜像的效果。图3(b)示例了光出射表面305、主表面303的与光出射表面305相对一侧设置为对称倾斜的状态，图像源设置在表面306一侧，入射光中大角度光线309、313被倾斜的两个面反射后、从光出射表面305出射时，出射光从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而消除了镜像。

假定棱镜式光学系统的偏斜角度为n，则部分反射表面和出射面角度满足如下关系：角度为45°-n，出射面角度为90°-2n。假设入射到光出射表面305或主表面303的光线与中心光线的角度为x，经过本发明的光学系统后，其角度变为x+2n。因此光出射表面305或主表面303所反射的光线从棱镜式光学系统出射时从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而能够消除镜像。当反射表面307为凸面时，该角度将随着凸面曲率的增加而进一步增大，从而进一步将光出射表面或主表面的反射光所产生的镜像和实际图像相分离。

当微型图像源与以上结构的棱镜式光学系统组合形成光导显示系统时，通过棱镜式光学系统进行以上的设置，可以有效的消除镜像。

[第二实施例]

图4为本发明第二实施例的棱镜式光学系统的示意图。这里，与第一实施例相同的内容不再赘述，只介绍与第一实施例不同的部分。

棱镜式光学系统的与入射表面406相对一侧的表面407不再是反射表面，而是在棱镜式光学系统上另外胶合独立的反射镜410来发挥反射表面的功能。通常反射镜410具有凹面，即中央较边缘向光的前进方向突出。

另外，为了提高能量利用率，部分反射表面408可以为偏振反射表面，例如P光透过，S光反射。

另外，在偏振反射表面408和反射镜410之间设置有1/4波片409。微型图像源出射的光入射到棱镜式光学系统402后，首先P光透过部分反射表面408，再被反射表面410反射后，两次通过1/4波片409，从而由P光转化为S光。然后再被偏振反射表面408反射，从棱镜式光学系统402的光出射表面405出射后进入人眼。

以上结构的棱镜式光学系统，从微型图像源出射的光中的大角度光被棱镜402的光出射表面405、主表面403反射，通过将光出射表面405以及相对一侧的主表面403中的至少一个设置为倾斜，即靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，突出为台阶状，能够将光出射表面405或主表面403所反射的光从棱镜式光学系统出射时从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而能够消除镜像。可以如图4那样光出射表面405与主表面404是两部分，也可以光出射表面405与主表面404一体的倾斜。

另外，光出射表面405相对一侧的主表面403也可以进行同样的设置，以消除被主表面403反射的光从棱镜式光学系统出射所形成的镜像。可以将主表面403的与405相对一侧的部分设置为与405对称的形式，也可以主表面403一体的倾斜。这样的话，主表面403反射的光从棱镜式光学系统出射时的出射光从实际图像中心光大幅度偏离，从而不再进入人眼，消除镜像。

当然，如果光出射表面405与主表面403都设置为倾斜的话(如图3(a)那样)，能够达到更佳的消除镜像的效果。

微型图像源与以上结构的棱镜式光学系统组合形成光导显示系统时，通过棱镜式光学系统进行以上的设置，可以有效的消除镜像。

[第三实施例及变形例]

图5为本发明第三实施例的棱镜式光学系统的示意图。与第一和第二实施例不同的是，本实施例的微型图像源501设置在棱镜式光学系统502的主表面503一侧，入射光从主表面503一侧入射。棱镜式光学系统设置有第一反射表面507和第二反射表面509，与前面的实施例相同，棱镜式光学系统中也设置有具有部分反射特性的部分反射表面508，用于将入射光从光出射表面505反射出而进入人眼。

入射光首先到达第一反射表面507，被第一反射表面507反射的光通过部分反射表面508后到达第二反射表面509，被第二反射表面509反射后的光再次到达部分反射表面508，由部分反射表面508反射，从光出射表面505出射。

另外，为了提高能量利用率，第一反射表面507也可以是偏振反射面，部分反射表面508也可以是偏振反射面，例如P光透过，S光反射。与第二实施例类似，第二反射表面509也可以是外设的反射镜。第二反射表面通常具有凹面，即中央较边缘向光的前进方向突出。

光出射表面505被设置为倾斜，靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，这样光出射表面505反射的光从棱镜式光学系统出射时从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而消除镜像。可以如图5那样光出射表面505与主表面504是两部分，光出射表面505与同侧的棱镜式光学系统的主表面504相连接的位置呈台阶状，光出射表面505与同侧的棱镜式光学系统的主表面504相比向棱镜式光学系统的外侧突出。也可以光出射表面505与主表面504一体的倾斜。

另外，光出射表面505相对一侧的主表面503也可以进行同样的设置，以消除被主表面503反射的光从棱镜式光学系统出射所形成的镜像。可以将主表面503的与505相对一侧的部分设置为与505对称的形式，也可以主表面503一体的倾斜。这样的话，主表面503反射的光从棱镜式光学系统出射时的出射光从实际图像中心光大幅度偏离，从而不再进入人眼，消除镜像。

当然，如果光出射表面505与主表面503都设置为倾斜的话(如图3(a)那样)，能够达到更佳的消除镜像的效果。

图6是第三实施例稍作变形的示例，去除了棱镜式光学系统中的表面504、506和第一反射表面507夹着的一部分，其余部分都和图5一样的设置，这样的棱镜式光学系统更加轻便，也能实现消除镜像的效果。光出射表面605被设置为倾斜，靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，光出射表面605一侧不再具有棱镜式光学系统的主表面504，光出射表面605与同侧的棱镜式光学系统的表面(此处为第一反射表面607)相连接的位置呈台阶状。

图5和图6都是一体棱镜式光学系统的示例，棱镜式光学系统也可以不是一体的。图7是图5的棱镜式光学系统为分体时候的示意图。图8是图6的棱镜式光学系统为分体时候的示意图。如图7和图8所示，中间的实线示意棱镜式光学系统是上下两个棱镜式光学系统胶合而成的。分体式的棱镜式光学系统结构更易于制造及模块化。除了分体结构之外，其余都与图5的设置一样。

如图7所示，光出射表面705一侧的光出射部分、主表面703一侧的光入射部分分别属于两个棱镜式光学系统。光出射表面705被设置为倾斜，靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，突出为台阶状。这样光出射表面705反射的光从棱镜式光学系统出射时从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而消除镜像。

另外，光出射表面705相对一侧的主表面710也可以进行同样的设置，以消除被主表面710反射的光从棱镜式光学系统出射所形成的镜像。可以将主表面710设置为与705对称的形式。这样的话，主表面710反射的光从棱镜式光学系统出射时的出射光从实际图像中心光大幅度偏离，从而不再进入人眼，消除镜像。

当然，如果光出射表面705与主表面710都设置为倾斜的话(如图3(a)那样)，能够达到更佳的消除镜像的效果。

图8与图7相比较的话，去除了棱镜式光学系统中的表面704、706和反射面707夹着的一部分，其余部分都和图7一样的设置，这样的棱镜式光学系统更加轻便，也能实现消除镜像的效果。

图9和图10是在图7和图8的分体棱镜式光学系统的基础上，在两个棱镜式光学系统中间分别添加1/2波片912、1012的结构。其余的结构分别与图7和图8相同。

微型图像源与以上结构的棱镜式光学系统组合形成光导显示系统时，通过棱镜式光学系统进行以上的设置，可以有效的消除镜像。

[第四实施例及变形例]

图11为本发明第四实施例的棱镜式光学系统的示意图。本实施例的微型图像源设置在棱镜式光学系统1102的主表面1104一侧，入射光从主表面1104一侧入射。棱镜式光学系统中设置有第一反射表面1107和第二反射表面1109，与前面的实施例相同，棱镜式光学系统中也设置有具有部分反射特性的部分反射表面1108，用于将入射光从光出射表面1105反射出而进入人眼。

另外，为了提高能量利用率，第一反射表面1107也可以是偏振反射面，部分反射表面1108也可以是偏振反射面，例如P光透过，S光反射。与第二实施例类似，第二反射表面1109也可以是外设的反射镜。第二反射表面通常具有凹面，即中央较边缘向光的前进方向突出。

入射光首先到达第一反射表面1107，被第一反射表面1107反射的光通过部分反射表面1108后到达第二反射表面1109，被第二反射表面1109反射后的光再次到达部分反射表面1108，由部分反射表面1108反射，从光出射表面1105出射。

光出射表面1105被设置为倾斜，靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，这样光出射表面1105反射的光从棱镜式光学系统出射时从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而消除镜像。可以如图11那样光出射表面1105与主表面1104是两部分，光出射表面1105与同侧的棱镜式光学系统的主表面1104相连接的位置呈台阶状，光出射表面1105与同侧的棱镜式光学系统的主表面1104相比向棱镜式光学系统的外侧突出。也可以光出射表面1105与主表面1104一体的倾斜。

另外，光出射表面1105相对一侧的主表面1103也可以进行同样的设置，以消除被主表面1103反射的光从棱镜式光学系统出射所形成的镜像。可以将主表面1103的与1105相对一侧的部分设置为与1105对称的形式，也可以主表面1103一体的倾斜。这样的话，主表面1103反射的光从棱镜式光学系统出射时的出射光从实际图像中心光大幅度偏离，从而不再进入人眼，消除镜像。

当然，如果光出射表面1105与主表面1103都设置为倾斜的话(如图3(a)那样)，能够达到更佳的消除镜像的效果。

图12是第四实施例稍作变形的示例，去除了棱镜式光学系统中的表面1106和第一反射表面1107夹着的一部分，其余部分都和图11一样的设置，这样的棱镜式光学系统更加轻便，也能实现消除镜像的效果。

图11和图12都是一体棱镜式光学系统的示例，棱镜式光学系统也可以不是一体的。图13(a)是图11的棱镜式光学系统为分体时候的示意图。图14是图12的棱镜式光学系统为分体时候的示意图。如图13(a)和图14所示，中间的实线示意棱镜式光学系统是上下两个棱镜式光学系统胶合而成的。分体式的棱镜式光学系统结构更易于制造及模块化。

如图13(a)所示，光出射表面1305一侧的光出射部分、主表面1304一侧的光入射部分分别属于两个棱镜式光学系统。光出射表面1305被设置为倾斜，靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，突出为台阶状，这样光出射表面1305反射的光从棱镜式光学系统出射时从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，从而消除镜像。

另外，光出射表面1305相对一侧的主表面1310也可以进行同样的设置，以消除被主表面1310反射的光从棱镜式光学系统出射所形成的镜像。可以将主表面1310设置为与1305对称的形式。这样的话，主表面1310反射的光从棱镜式光学系统出射时的出射光从实际图像中心光大幅度偏离，从而不再进入人眼，消除镜像。

当然，如果光出射表面1305与主表面1310都设置为倾斜的话，能够达到更佳的消除镜像的效果。图13(b)示例了光出射表面1305与主表面1310对称设置为倾斜的状态，从图中可看出，被光出射表面1305与主表面1310所反射的光从棱镜式光学系统出射时，从实际图像中心光大幅度偏离，不再进入人眼，消除了镜像。

图14与图13(a)相比较的话，去除了棱镜式光学系统中的表面1306、1303和第一反射表面1307夹着的一部分，其余部分都和图13(a)一样的设置，这样的棱镜式光学系统更加轻便，也能实现消除镜像的效果。

图15和图16是在图13(a)和图14的分体棱镜式光学系统的基础上，在两个棱镜式光学系统中间分别添加1/2波片1512、1612的结构。其余的结构分别与图13(a)和图14相同。

微型图像源与以上结构的棱镜式光学系统组合形成光导显示系统时，通过棱镜式光学系统进行以上的设置，可以有效的消除镜像。

[第五实施例及其变形例]

图17为本发明第五实施例的棱镜式光学系统的示意图。本实施例的微型图像源1701设置在棱镜式光学系统1702的表面1706一侧。棱镜式光学系统中设置有第一反射表面1707和第二反射表面1709，与前面的实施例相同，棱镜式光学系统中也设置有具有部分反射特性的部分反射表面1708，用于将入射光从光出射表面1705反射出而进入人眼。

第一反射表面1707是偏振反射面，例如P光透过、S光反射。部分反射表面1708也可以是偏振反射面。透过第一反射表面1707的光再透过部分反射表面1708，到达第二反射表面1709后，被反射再回到部分反射表面1708，然后由部分反射表面反射出棱镜式光学系统并进入人眼。与前面的实施例类似，第二反射表面1709也可以是外设的反射镜。第二反射表面通常具有凹面，即中央较边缘向光的前进方向突出。

光出射表面1705被设置为倾斜，靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，突出为台阶状。另外，光出射表面1705相对一侧的主表面1703也可以进行同样的设置。可以将主表面1703的与1705相对一侧的部分设置为与1705对称的形式，也可以主表面1703一体的倾斜。

棱镜式光学系统可以是一体的，也可以是上下两个棱镜式光学系统胶合而成的分体的(如图17所示)。

图18为第五实施例的变形例。微型图像源1801设置在棱镜式光学系统1802的表面1806一侧。棱镜式光学系统中设置有第一反射表面1807和第二反射表面1809，与前面的实施例相同，棱镜式光学系统中也设置有具有部分反射特性的部分反射表面1808，用于将入射光从光出射表面1805反射出而进入人眼。

第一反射表面1807是偏振反射面，例如P光透过、S光反射。部分反射表面1808也可以是偏振反射面。除了第一反射表面1807设置的方向不同之外，第五实施例及其变形例基本相同。

微型图像源与以上结构的棱镜式光学系统组合形成光导显示系统时，通过棱镜式光学系统进行以上的设置，可以有效的消除镜像。

本发明的技术效果在于，有效解决光导显示系统中的镜像问题，将镜像亮度降低到实际图像的5％以下，并且不增加系统的体积和重量。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种棱镜式光学系统，

包括光入射表面、光出射表面、主表面以及反射表面，该反射表面设置在光的入射方向上，光出射表面位于主表面的相对一侧，所述光入射表面与所述反射表面平行，所述光入射表面与所述主表面垂直，以及

部分反射表面，设置于所述棱镜式光学系统的内部，所述部分反射表面与主表面不平行，

入射到棱镜式光学系统的光透过部分反射表面后到达所述反射表面，被所述反射表面反射后再次到达部分反射表面，被部分反射表面反射出棱镜式光学系统，从所述光出射表面出射，其中的一部分光在被所述反射表面反射之前，先被所述光出射表面反射，

光出射表面以及光出射表面相对的主表面中的至少一个表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，由此所述光出射表面与所述反射表面不垂直、且与相对一侧的主表面不平行。

2.根据权利要求1所述的棱镜式光学系统，其中，

光出射表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出，且突出呈台阶状。

3.根据权利要求2所述的棱镜式光学系统，其中，

光出射表面相对一侧的主表面与光出射表面对称设置。

4.根据权利要求1所述的棱镜式光学系统，其中，

所述部分反射表面为偏振反射表面。

5.根据权利要求4所述的棱镜式光学系统，其中，

在光的入射方向上设置的所述反射表面是在棱镜式光学系统上胶合的反射镜。

6.根据权利要求5所述的棱镜式光学系统，其中，

在所述反射镜与棱镜式光学系统的表面之间设置有1/4波片。

7.根据权利要求6所述的棱镜式光学系统，其中，

所述棱镜式光学系统由两个棱镜式光学系统胶合而成。

8.根据权利要求7所述的棱镜式光学系统，其中，

在两个棱镜式光学系统之间设置有1/2波片。

9.一种光导显示系统，包括：

微型图像源、以及权利要求1-8中任一项所述的棱镜式光学系统，

所述微型图像源发出的光入射到棱镜式光学系统，被反射表面反射，再被部分反射表面反射出棱镜式光学系统。

Images