CN111999893A - Vr显示模组、vr显示系统及vr眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VR显示模组、VR显示系统及VR眼镜。VR显示模组包括第一光学透镜、第二光学透镜、反射投影元件、第一投影组件、第二投影组件、第一偏振元件和第二偏振元件，第一光学透镜和第二光学透镜分别对应观察者的左眼和右眼设置，反射投影元件与第一光学透镜和第二光学透镜相对设置；第一投影组件设置于反射投影元件和第一光学透镜之间的非成像区域，第二投影组件设置于反射投影元件和第二光学透镜之间的非成像区域；第一偏振元件设置于反射元件和第二光学透镜之间，第二偏振元件设置于反射投影元件和第一光学透镜之间，第一偏振元件和第二偏振元件均与反射投影元件的光轴OG之间呈夹角设置。该VR显示模组提高了图像的视场角。

Description

VR显示模组、VR显示系统及VR眼镜

技术领域

本发明涉及虚拟现实设备技术领域，尤其涉及一种VR显示模组、VR显示系统及VR眼镜。

背景技术

虚拟现实显示设备将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。

传统的VR显示模组通过显示屏的左半部分和右半部分分别显示具有视差的两幅图像，该两幅图像的图像光束分别经第一光学透镜和第二光学透镜后被放大为第一虚像和第二虚像，用户通过光学透镜，左右眼分别接收具有视差的放大的第一虚像和第二虚像，在用户大脑中合成具有立体视觉感的一副图像，这种VR显示模组的视场角小。

现有技术中采用单屏幕输出两幅不同偏振方向画面的方法，将第一偏振片组中的偏振片的位置与显示模组的奇数列像素位置相对应，第二偏振片组中的偏振片的位置与显示模组的偶数列像素位置相对应，用户通过第一光学透镜观察时只能看到奇数列像素发出的光，而通过第二光学透镜观察时只能看到偶数列像素发出的光，这样当用户双眼同时从两透镜观察时就能看到整个屏幕的图像，且避免两个左右眼的互相干扰，极大的增加了系统的视场角。但是这种VR显示模组观察到的图像的像素降低了一半。

发明内容

本发明目的在于提供一种VR显示模组、VR显示系统和VR眼镜，以增加用户观察图像的视场角，且不会降低图像的像素。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种VR显示模组，包括第一光学透镜、第二光学透镜、反射投影元件、第一投影组件、第二投影组件、第一偏振元件和第二偏振元件，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜分别对应观察者的左眼和右眼设置，所述反射投影元件与所述第一光学透镜和所述第二光学透镜相对设置；所述第一投影组件设置于所述反射投影元件和所述第一光学透镜之间的非成像区域，所述第二投影组件设置于所述反射投影元件和所述第二光学透镜之间的非成像区域；所述第一偏振元件设置于所述反射投影元件和所述第二光学透镜之间，所述第二偏振元件设置于所述反射投影元件和所述第一光学透镜之间，所述第一偏振元件和所述第二偏振元件均与所述反射投影元件的光轴OG之间呈夹角设置。

可选地，所述第一投影组件投影的图像光束为第一线偏振光p，所述第一线偏振光p经所述第一偏振元件反射后在所述反射投影元件上投影成像；所述第二投影组件投影的图像光束为第二线偏振光s,所述第二线偏振光s经所述第二偏振元件反射后在所述反射投影元件上投影成像。

可选地，所述第一线偏振光p和所述第二线偏振光s的偏振态相互垂直。

可选地，所述第一偏振元件能够反射所述第一线偏振光p，且能够透射所述第二线偏振光s；所述第二偏振元件能够透射所述第一线偏振光p，且能够反射所述第二线偏振光s。

可选地，所述第一投影组件和所述第二投影组件对称设置，所述第一偏振元件和所述第二偏振元件对称设置。

可选地，所述第一偏振元件和所述第二偏振元件与所述反射投影元件的光轴OG之间的夹角为α，30°≤α≤60°。

可选地，所述反射投影元件为玻珠投影幕布。

可选地，所述玻珠投影幕布的基底为平面或曲面。

一种VR显示系统，其包括以上任一项所述的VR显示模组。

一种VR眼镜，其包括所述的VR显示系统。

本发明的有益效果：

本发明提供的VR显示模组，通过设置第一投影组件、第二投影组件、反射投影元件、第一偏振元件和第二偏振元件，第一投影组件设置于反射投影元件和第一光学透镜之间的非成像区域；第二投影组件投影设置于反射投影元件和第二光学透镜之间。第一偏振元件设置于反射元件和第二光学透镜之间，第二偏振元件设置于反射投影元件和第一光学透镜之间，第一偏振元件和第二偏振元件均与反射投影元件的光轴OG之间呈夹角设置。通过设置两个投影组件，每个投影组件投影的图像光束经过与其对应的偏振元件的反射后投影到反射投影元件上，再经反射投影元件分别反射到第一光学透镜和第二光学透镜，这种投影成像方式增大了第一光学透镜和第二光学透镜分别对应的能够成像的显示图像区域的尺寸，因此能够显著提高用户通过第一光学透镜和第二光学透镜观察图像的视场角。同时，由于采用第一投影组件和第二投影组件两个投影组件，使得第一光学透镜和第二光学透镜能够对反射投影元件上的第一显示图像和第二显示图像同时进行放大虚像的投影，所成的放大虚像的刷新率和投影组件的投影图像的刷新率是一致的。

本发明提供的VR显示系统，应用上述VR显示模组，增加了用户观察图像的视场角，且不影响图像的像素。

本发明提供的VR眼镜，应用上述VR显示系统，增加了视场角，增加了用户在使用时沉浸感，提高了用户的视觉体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的VR显示模组的第一结构示意图；

图2是本发明实施例提供的VR显示模组的第二结构示意图。

图中标记：

1、第一光学透镜；2、第二光学透镜；3、反射投影元件；4、第一投影组件；5、第二投影组件；6、第一偏振元件；7、第二偏振元件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

虚拟现实显示设备中VR显示模组的视场角FOV可以根据公式FOV＝2*arctan(W/4F)，其中W为显示屏的长度，F为光学透镜的焦距，由此可知，VR显示模组中第一光学透镜和第二光学透镜对应的可成像的显示屏上显示区域的大小直接影响到最终放大虚像的视场角。

如图1和图2所示，本实施例一种VR显示模组，包括第一光学透镜1、第二光学透镜2、反射投影元件3、第一投影组件4、第二投影组件5、第一偏振元件6和第二偏振元件7，第一光学透镜1和第二光学透镜2分别对应观察者的左眼和右眼设置，反射投影元件3与第一光学透镜1和第二光学透镜2相对设置；第一投影组件4设置于反射投影元件3和第一光学透镜1之间的非成像区域，第二投影组件5设置于反射投影元件3和第二光学透镜2之间的非成像区域；第一偏振元件6设置于反射投影元件3和第二光学透镜2之间，第二偏振元件7设置于反射投影元件3和第一光学透镜1之间，第一偏振元件6和第二偏振元件7均与反射投影元件3的光轴OG呈夹角设置。

本实施例提供的VR显示模组，通过设置第一投影组件4、第二投影组件5、反射投影元件3、第一偏振元件6和第二偏振元件7，第一投影组件4设置于反射投影元件3和第一光学透镜1之间的非成像区域，第二投影组件5设置于反射投影元件3和第二光学透镜2之间的非成像区域；第一偏振元件6设置于反射投影元件3和第二光学透镜2之间，第二偏振元件7设置于反射投影元件3和第一光学透镜1之间，第一偏振元件6和第二偏振元件7均与反射投影元件3的光轴OG呈夹角设置。通过设置两个投影组件，每个投影组件投影的图像光束经过与其对应的偏振元件的反射后投影到反射投影元件3上，再经反射投影元件3分别反射到第一光学透镜1和第二光学透镜2，这种投影成像方式增大了第一光学透镜1和第二光学透镜2分别对应的能够成像的显示图像区域的尺寸，因此能够显著提高用户通过第一光学透镜1和第二光学透镜2观察图像的视场角。同时，由于采用第一投影组件4和第二投影组件5两个投影组件，使得第一光学透镜1和第二光学透镜2能够对反射投影元件3上的第一显示图像和第二显示图像同时进行放大虚像的投影，所成的放大虚像的刷新率和投影组件的投影图像的刷新率是一致的。

可选地，第一投影组件4投影的图像光束为第一线偏振光p，第一线偏振光p经第一偏振元件6反射后在反射投影元件3上投影成像；第二投影组件5投影的图像光束为第二线偏振光s,第二线偏振光s经第二偏振元件7反射后在反射投影元件3上投影成像。

可选地，第一偏振元件6能够反射第一线偏振光p，且能够透射第二线偏振光s；第二偏振元件7能够透射第一线偏振光p，且能够反射第二线偏振光s。在本实施例中，将第一偏振元件6设置在第二光学透镜2和反射投影元件3之间，第二偏振元件7设置在第一光学透镜1和反射投影元件3之间，能够将第一投影组件4投影的图像光束第一线偏振光p和第二投影组件5投影的图像光束第二线偏振光s最大化地显示在反射投影元件3上。

可选地，第一线偏振光p和第二线偏振光s的偏振态相互垂直。偏振元件对偏振态相互垂直的两个光线，一个具有反射作用，一个具有透射作用。

可选地，第一投影组件4和第二投影组件5对称设置，第一偏振元件6和第二偏振元件7对称设置。在本实施例中，第一投影组件4和第二投影组件5以反射投影元件3的光轴OG为对称轴呈对称设置，第一偏振元件6和第二偏振元件7以反射投影元件3的光轴OG为对称轴呈对称设置。这种设置提高了VR显示模组的成像效果。

如图1所示，第一投影组件4投影的图像光束第一线偏振光p透过第二偏振元件7后被第一偏振元件6反射至反射投影元件3，在反射投影元件3上清晰投影成像，反射投影元件3上的图像光束透射第二偏振元件7后进入到第一光学透镜1，被第一光学透镜1投影成像后进入用户眼睛。

如图2所示，第二投影组件5投影的图像光束第二线偏振光s透过第一偏振元件6后被第二偏振元件7反射至反射投影元件3，在反射投影元件3上清晰投影成像，反射投影元件3上的图像光束透射第一偏振元件6后进入到第二光学透镜2，被第二光学透镜2投影成像后进入用户眼睛。

可选地，第一偏振元件6和第二偏振元件7与反射投影元件3的光轴OG之间的夹角为α，30°≤α≤60°。第一偏振元件6和第二偏振元件7与反射投影元件3的光轴OG的夹角跟反射投影元件3与第一光学透镜1和第二光学透镜2之间的距离以及反射投影元件3的宽度有关，30°≤α≤60°能够确保VR显示模组的尺寸不会太大，又能使得视场角最大化。

可选地，反射投影元件3为玻珠投影幕布。玻珠投影幕布能够将反射到其上的第一线偏振光p和第二线偏振光s进行光学反射，而不是像金属幕布、白塑幕布等幕布对光散射的，因此第一投影组件4和第二投影组件5透射的图像光束被投影幕布反射后的图像光束的偏振态的改变很小，基本能够保持第一投影组件4和第二投影组件5透射的图像光束的偏振态。

可选地，玻珠投影幕布的基底为平面或曲面。如图1所示，反射投影元件3为平面基底的玻珠投影幕布。如图2所示，反射投影元件3为曲面基底的玻珠投影幕布。第一光学透镜1和第二光学透镜2由于透镜自身的场曲像差而使得其清晰成像面不是平面，而是曲面。当曲面基底的曲面形状与第一光学透镜1和第二光学透镜2清晰成像时的成像面接近或一致时，反射投影元件3上的投影图像经过第一光学透镜1和第二光学透镜2后，能够抵消光学透镜自身的场曲像差，提高了成像质量，使得用户通过第一光学透镜1和第二光学透镜2后观察到的图像为平面，提高了用户的体验。

本实施例还提供了一种VR显示系统，包括上述VR显示模组。本实施例提供的VR显示系统，应用上述VR显示模组，增加了用户观察图像的视场角，且不影响图像的像素。

本实施例还提供了一种VR眼镜，包括上述VR显示系统。本实施例提供的VR眼镜，应用上述VR显示系统，增加了视场角，增加了用户在使用时沉浸感，提高了用户的视觉体验。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种VR显示模组，包括第一光学透镜(1)和第二光学透镜(2)，所述第一光学透镜(1)和所述第二光学透镜(2)分别对应观察者的左眼和右眼设置，其特征在于，所述VR显示模组还包括：

反射投影元件(3)，所述反射投影元件(3)与所述第一光学透镜(1)和所述第二光学透镜(2)相对设置；

第一投影组件(4)和第二投影组件(5)，所述第一投影组件(4)设置于所述反射投影元件(3)和所述第一光学透镜(1)之间的非成像区域，所述第二投影组件(5)设置于所述反射投影元件(3)和所述第二光学透镜(2)之间的非成像区域；

第一偏振元件(6)和第二偏振元件(7)，所述第一偏振元件(6)设置于所述反射投影元件(3)和所述第二光学透镜(2)之间，所述第二偏振元件(7)设置于所述反射投影元件(3)和所述第一光学透镜(1)之间，所述第一偏振元件(6)和所述第二偏振元件(7)均与所述反射投影元件(3)的光轴OG之间呈夹角设置。

2.根据权利要求1所述的VR显示模组，其特征在于，所述第一投影组件(4)投影的图像光束为第一线偏振光p，所述第一线偏振光p经所述第一偏振元件(6)反射后在所述反射投影元件(3)上投影成像；所述第二投影组件(5)投影的图像光束为第二线偏振光s,所述第二线偏振光s经所述第二偏振元件(7)反射后在所述反射投影元件(3)上投影成像。

3.根据权利要求2所述的VR显示模组，其特征在于，所述第一线偏振光p和所述第二线偏振光s的偏振态相互垂直。

4.根据权利要求3所述的VR显示模组，其特征在于，所述第一偏振元件(6)能够反射所述第一线偏振光p，且能够透射所述第二线偏振光s；所述第二偏振元件(7)能够透射所述第一线偏振光p，且能够反射所述第二线偏振光s。

5.根据权利要求2所述的VR显示模组，其特征在于，所述第一投影组件(4)和所述第二投影组件(5)对称设置，所述第一偏振元件(6)和所述第二偏振元件(7)对称设置。

6.根据权利要求5所述的VR显示模组，其特征在于，所述第一偏振元件(6)和所述第二偏振元件(7)与所述反射投影元件(3)的光轴OG之间的夹角均为α，30°≤α≤60°。

7.根据权利要求1所述的VR显示模组，其特征在于，所述反射投影元件(3)(3)为玻珠投影幕布。

8.根据权利要求7所述的VR显示模组，其特征在于，所述玻珠投影幕布的基底为平面或曲面。

9.一种VR显示系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的VR显示模组。

10.一种VR眼镜，其特征在于，包括如权利要求9所述的VR显示系统。

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