CN110914740A - 显示设备 - Google Patents

Abstract

提供一种可以抑制重影的产生的显示设备。偏振板(14a)与显示部分(12)相邻设置。1/4波长板(16a)与偏振板(14a)相邻设置。偏振板(14b)与透镜(20)相邻设置。1/4波长板(16b)与偏振板(14b)相邻设置。分束器(18)设置在1/4波长板(14a)与波长板(16b)之间。其中，分束器(18)设置在从光(22a)从显示部分(12)发射到光(22a)透射通过透镜(20)被第二偏振板(14b)反射、然后被分束器(18)反射的光(22a)的空气等效光路长度和从光(22b)从显示部分(12)发射到光(22b)透射通过透镜(20)被分束器(18)反射、然后被第一偏振板(14a)反射的光(22b)的空气等效光路长度相等的位置。

Description

显示设备

技术领域

本发明涉及显示设备。

背景技术

有一种头戴式显示器，其安装在用户的头上，并且其中通过透镜观看显示在显示部分上的视频，从而可以欣赏存在的视频。

发明内容

技术问题

在这种头戴式显示器中，为了确保所显示的视频的可见性，期望的是，从显示部分发出的视频光直到光到达用户的眼睛为止的行进长度尽可能地长。

在此，为了在确保上述长度的同时减小头戴式显示器的尺寸，可以考虑使从显示部分发出的视频光反射几次直到到达用户的眼睛。

然而，在这种情况下，由于光通过与显示的视频光在空气等效光路长度上不同的另一光路到达用户的眼睛而产生的重影(ghost)将被用户视觉识别，结果，显示的视频可能变得难以看清。另外，从显示部分发射的光的一部分将不会变成视频的光，而是会变成重影的光，由此所显示的视频可能会变暗。此外，上述问题不限于头戴式显示器的情况，而是例如在其中显示的视频和观看视频的人之间的长度被限制的显示设备(例如车载仪表)的情况中也类似地产生。

鉴于上述问题做出了本发明。本发明的一个目的是提供一种能够抑制重影的产生的显示设备。

技术方案

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种显示设备，其包括：显示部分，其显示视频；透镜；第一偏振板，其与显示部分相邻设置；第一1/4波长板，其与第一偏振板相邻设置；第二偏振板，其与透镜相邻设置；第二1/4波长板，其与第二偏振板相邻设置；分束器，其设置在第一1/4波长板和第二1/4波长板之间，其中，分束器设置在一位置使得从第一光从显示部分发射到第一光透射通过透镜被第二偏振板反射、然后被分束器反射的第一光的空气等效光路长度和从第二光从显示部分发射到第二光透射通过透镜被分束器反射、然后被第一偏振板反射的第二光的空气等效光路长度相等。

在本发明的方式中，分束器设置在一位置使得从第一1/4波长板的透镜侧上的表面到分束器的反射镜表面的空气等效光路长度和从第二1/4波长板的显示部分侧上的表面到分束器的反射镜表面的空气等效光路长度相等。

另外，在本发明的方式中，第一偏振板与第一1/4波长板接触，第二偏振板与第二1/4波长板接触。

附图说明

图1是示出了根据本发明的一个实施例的头戴式显示器的示例的外部视图。

图2是示意性地示出图1所示的头戴式显示器的光学系统的示例的示意图。

图3是说明空气等效光路长度的图。

具体实施方式

下面将基于附图详细描述本发明的实施例。

图1是示出了根据本发明的实施例的头戴式显示器(HMD)10的示例的外部视图。图2是示意性地示出图1所示的头戴式显示器HMD 10的光学系统的示例的图。

如图1和2所示，根据本实施例的HMD 10的光学系统包括显示部分12，第一偏振板14a，第二偏振板14b，第一1/4波长板16a，第二1/4波长板16b，分束器18和透镜20。

第一偏振板14a与显示部分12相邻设置。另外，第一1/4波长板16a与第一偏振板14a相邻设置。另外，第二偏振板14b与透镜20相邻设置。另外，第二1/4波长板16b与第二偏振板14b相邻设置。此外，分束器18设置在第一1/4波长板16a与第二波长板16b之间。这样，在根据本实施例的HMD 10的光学系统中，显示部分12，第一偏振板14a，第一1/4波长板16a，分束器18，第二1/4波长板16b，第二偏振板14b和透镜20以该顺序彼此相邻地布置。

如图1所示，显示部分12是诸如布置在HMD 10的前侧上的液晶显示器或有机电子发光(EL)显示器之类的显示器。显示部分12显示诸如存储在HMD 10中的视频之类的视频或由从能够与HMD 10通信的设备发送的视频信号表示的视频。例如，根据本实施例的显示部分12被配置为能够通过显示用于左眼的图像和用于右眼的图像来显示三维图像。注意，显示部分12可以是不能显示三维图像，而只能显示二维图像的显示部分。

在本实施方式中，第一偏振板14a和第二偏振板14b是使例如入射光的线性偏振光成分的光透过的光学元件。在此，例如，第一偏振板14a和第二偏振板14b二者均在相同方向(例如，竖直方向)上透射线性偏振光成分的光。

在本实施例中，第一1/4波长板16a和第二1/4波长板16b例如是将入射光的线性偏振光转换为圆偏振光并发射圆偏振光、和将入射光的圆偏振光转换为线性偏振光并发射线性偏振光的光学元件。

在第一1/4波长板16a和第二1/4波长板16b中，偏振光的变化根据入射光的行进方向而不同。

在图2的示例中，例如，在图2中，当沿竖直方向的线性偏振光向右入射在第一1/4波长板16a和第二1/4波长板16b上时，发射沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光。另外，例如，在图2中，当沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光向右入射时，发射沿水平方向的线性偏振光。另外，例如，在图2中，当沿水平方向的线性偏振光向右入射时，发射沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光。另外，例如，在图2中，当沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光向右入射时，发射沿竖直方向的线性偏振光。

另外，例如，在图2中，当沿竖直方向的线性偏振光向左入射时，发射沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光。另外，例如，在图2中，当沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光向左入射时，发射沿水平方向的线性偏振光。另外，例如，在图2中，当沿水平方向的线性偏振光向左入射时，发射沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光。另外，例如，在图2中，当沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光向左入射时，发射沿竖直方向的线性偏振光。

在此，应该严格设定第一1/4波长板16a的光轴相对于第一偏振板14a的偏振方向的取向。因此，第一偏振板14a和第一1/4波长板16a可以被设置为彼此接触。结果，便于相对于第一偏振板14a的偏振方向设置第一1/4波长板16a的光轴的取向。类似地，应该严格设定第而1/4波长板16b的光轴相对于第而偏振板14b的偏振方向的取向。因此，第二偏振板14b和第二1/4波长板16b可以被设置为彼此接触。结果，便于相对于第二偏振板14b的偏振方向设置第二1/4波长板16b的光轴的取向。

在本实施例中，分束器18是例如透射一部分入射光并且在反射镜表面18a处反射其余入射光的光学元件。如图2所示，反射镜表面18a可以是分束器18的显示部分12侧的表面。在此，作为分束器18，可以使用透射入射光的一半并且在反射镜表面18a反射入射光的剩余一半的半反射镜。

透镜20是使入射的光折射并将其会聚到用户的眼睛上的光学元件。

如图2所示，在本实施例中，如上所述，显示部分12发射作为视频光的光22。在显示部分12发射的光22中，仅沿竖直方向的线性偏振光成分的光22透射通过第一偏振板14a。

然后，光22透射通过第一1/4波长板16a，从而转换为沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光22。

然后，一部分光22透射通过分束器18，而其余的光在反射镜表面18a处反射。例如，光22的一半透射通过分束器18，而其余的一半在反射镜表面18a处反射。在反射镜表面18a处反射的光22变成沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光。在下文中，透射通过分束器18的光22将被称为第一光22a，而被分束器18反射的光22将被称为第二光22b。

透射通过分束器18的第一光22a透射通过第二1/4波长板16b，从而转换为沿水平方向的线性偏振光。然后，第一光22a被第二偏振板14b反射。

被第二偏振板14b反射的、作为沿水平方向的线性偏振光的第一光22a透射通过第二1/4波长板16b，从而转换为沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光。

第一光22a的透射通过第二1/4波长板16b的并作为沿光的行进方向观察的沿顺时针方向的圆偏振光的部分被分束器18反射，从而转换为沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光。注意，尽管第一光22a的其余部分透射通过分束器18，但是该光几乎不影响用户的视觉，因此在下面的描述中将其省略。

被分束器18反射的、并作为沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光的第一光22a透射通过第二1/4波长板16b，从而转换为沿竖直方向的线性偏振光。然后，第一光22a透射通过第二偏振板14b和透镜20，到达用户的眼睛。

另一方面，被分束器18反射的、并作为沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光的第二光22b透射通过第一1/4波长板16a，从而转换为沿水平方向的线性偏振光。然后，第二光22b被第一偏振板14a反射。

被第一偏振板14反射的、并且作为沿水平方向的线性偏振光的第二光22b透射通过第一1/4波长板16a，从而转换为沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光。

然后，第二光22b的透射通过第一1/4波长板16a并且作为沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光的部分透射通过分束器18。注意，尽管第二光22b的其余部分在分束器18的反射镜表面18a被反射，但是该光几乎不影响用户的视觉，因此在下面的描述中将其省略。

透射通过分束器18的、并作为沿光的行进方向观察的沿逆时针方向的圆偏振光的第二光22b透射通过第二1/4波长板16b，从而转换为沿竖直方向的线性偏振光。然后，第二光22b透射通过第二偏振板14b和透镜20，到达用户的眼睛。

在此，在第一光22a的空气等效光路长度和第二光22b的空气等效光路长度不同的情况下，可能会发生重影，导致显示的视频难以看清。另外，从显示部分发射的光的一部分将不会变成显示的视频的光，而是会变成重影的光，由此所显示的视频可能会变暗。

因此，在本实施例中，以如下方式使第一光22a的空气等效光路长度和第二光22b的空气等效光路长度相等。

在此，参考图3，将描述空气等效光路长度。如图3所示，假设介质30的厚度为t并且折射率为n。假设在空气和介质30之间的入射侧的边界表面32a上的位置P处，以入射角θ1从空气入射到介质30中的光以折射角θ2在介质30中行进。

然后，该光在空气与介质30之间的发射侧的边界表面32b上的位置Q处从介质30出去。注意，边界表面32a和边界表面32b是平行的。此外，当介质30被假定为空气时，将与该光的位置Q相对应的位置设为位置R。此处，例如，如图3所示，通过延长在位置P上入射在介质30上的光获得的线与通过位置Q的边界表面32b的法线之间的交点的位置为位置R。然后，从边界表面32a到位置R的长度为x。

在这种情况下，根据斯涅尔定律，建立sinθ1＝n·sinθ2的关系。注意，此处使空气的折射率为1。还建立了x·tanθ1＝t·tanθ2的关系。因此，x＝(t/n)·(cosθ1/cosθ2)。当在这里引入基于θ1和θ2都足够小的假设的近似时，建立x＝t/n的关系。因此，具有厚度t和折射率n的介质30的空气等效光路长度为t/n。

根据前述，第一光22a的空气等效光程长度为ta/na+tb/nb+L1+3·tc/nc+3L2+3·td/nd+te/ne。另外，第二光22b的空气等效光路长度为ta/na+3·tb/nb+3L1+tc/nc+L2+td/nd+te/ne。

注意，在上述公式中，如图2所示，第一偏振板14a，第一1/4波长板16a，分束器18，第二1/4波长板16b和第二偏振板14b的厚度分别表示为ta，tb，tc，td和te。

另外，第一1/4波长板16a的透镜20侧上的表面与分束器18的显示部分12侧的表面(反射镜表面18a)之间的长度表示为L1。此外，分束器18的透镜20侧的表面与第二1/4波长板16b的显示部分12侧的表面之间的长度被表示为L2。

另外，第一偏振板14a，第一1/4波长板16a，分束器18，第二1/4波长板16b和第二偏振板14b的折射率分别表示为na，nb，nc，nd和ne。

在这种情况下，推导L1＝L2+tc/nc+td/nd–tb/nb的关系表达式。然后，在本实施例中，分束器18设置在第一光22a的空气等效光路长度和第二光22b的空气等效光路长度相等的位置处，即，在L1和L2之间建立上述关系的位置。

这里，例如，假设第一1/4波长板16a和第二1/4波长板16b的厚度和折射率相等。在这种情况下，td/nd–tb/nb的值为0。在这种情况下，因此，建立L1＝L2+tc/nc的关系。该关系式表示从第一1/4波长板16a的透镜20侧上的表面到分束器18的反射镜表面18a的空气等效光路长度和从第二1/4波长板16b的显示部分12侧上的表面到分束器18的反射镜表面18a的空气等效光路长度相等。

然后，基于上述以及第一1/4波长板16a和第二1/4波长板16b的厚度和折射率非常可能相等的情况，可以将分束器18设置在建立L1＝L2+tc/nc的关系的位置处。例如，分束器18可以设置在从第一1/4波长板16a的透镜20侧上的表面到反射镜表面18a的空气等效光路长度和从第二1/4波长板16b的显示部分12侧上的表面到反射镜表面18a的空气等效光路长度将相等的位置处。

另外，在本实施例中，以使得第一光22a的空气等效光路长度和第二光22b的空气等效光路长度均等于透镜20的焦距f0的方式确定每个构件的布局。

这里，第一光22a的空气等效光路长度和第二光22b的空气等效光路长度是fO。在这种情况下，推导出L1＝fO/4–ta/(4·na)–tb/nb–te/(4·ne)的关系表达式和L2＝fO/4–ta/(4·na)–tc/nc–td/nd–te/(4·ne)的关系表达式。基于此，显示部分12，第一偏振板14a，第一1/4波长板16a，分束器18，第二1/4波长板16b，第二偏振板14b和透镜20可以设置在满足这些关系表达式的位置处。

在本实施例中，如上所述，分束器18设置在第一光22a的空气等效光路长度和第二光22b的空气等效光路长度相等的位置处。换句话说，分束器18设置在满足L1和L2之间的L1＝L2+tc/nc+td/nd-tb/nb的关系表达式的位置。这样，根据本实施例，可以抑制重影的产生。

注意，本发明不限于上述实施例。

例如，本实施例可以应用于除HMD 10以外的显示设备，例如，所显示的视频和观看者之间的长度受到限制的显示设备，诸如车载仪表。

另外，以上描述中的特定字符串和数值以及附图中的特定字符串和数值仅是示例，并且这些字符串和数值不是限制性的。

Claims (3)

1.一种显示设备，包括：

显示部分，其显示视频；

透镜；

第一偏振板，其与显示部分相邻设置；

第一1/4波长板，其与第一偏振板相邻设置；

第二偏振板，其与透镜相邻设置；

第二1/4波长板，其与第二偏振板相邻设置；以及

分束器，其设置在第一1/4波长板与第二波长板之间，

其中，分束器设置在一位置使得从第一光从显示部分发射到第一光透射通过透镜被第二偏振板反射、然后被分束器反射的第一光的空气等效光路长度与从第二光从显示部分发射到第二光透射通过透镜被分束器反射、然后被第一偏振板反射的第二光的空气等效光路长度相等。

2.根据权利要求1所述的显示设备，

其中，分束器设置在一位置使得从第一1/4波长板的透镜侧上的表面到分束器的反射镜表面的空气等效光路长度与从第二1/4波长板的显示部分侧上的表面到分束器的反射镜表面的空气等效光路长度相等。

3.根据权利要求1或2所述的显示设备，

其中，第一偏振板与第一1/4波长板接触，并且

第二偏振板与第二1/4波长板接触。

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