CN113109942A - 显示装置及头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种显示装置及头戴式显示设备，所述显示装置中：第一光学部件将具有不同波长的第一光信号和第二光信号分别变为第一偏振光和第二偏振光；第一偏振光和第二偏振光经第二光学部件反射后输出至第三光学部件，经第三光学部件分别变为第三偏振光和第四偏振光；第三偏振光经第二光学部件透射后传播至眼球进行成像；第四偏振光经第二光学部件透射后传播至眼球进行反射；经眼球反射的第四偏振光经第四光学部件后输出第五偏振光至第二光学部件，经第二光学部件反射至图像采集器进行眼球图像的采集；第一偏振光、第二偏振光和第五偏振光具有第一偏振方向，第三偏振光和第四偏振光具有第二偏振方向，第一偏振方向与第二偏振方向相互垂直。

Description

显示装置及头戴式显示设备

技术领域

本申请实施例涉及光学技术，涉及但不限于一种显示装置及头戴式显示设备。

背景技术

随着科学技术的发展，用户期望与数字世界的互动方式从二维方式转移到沉浸感更强的三维方式，即只使用语言功能转移到包含视觉在内的全方位体验，这些互动领域可以包括商业、体验店、机器人、虚拟助理、区域规划、监控等。因此，AR(Augmented Reality，增强现实)技术和VR(Virtual Reality，虚拟现实)技术应运而生。

眼球跟踪可以捕捉眼球的信息，在AR或VR系统中可以减少眩晕。因此，可以根据眼睛注视点的位置进行渲染，即计算机可以只清晰渲染出注视点的场景，而将周边的场景模糊呈现。这样眼睛在虚拟环境中看物体和在自然场景中看物体的体验就会变得一致，虚拟和现实的切换就不会有明显的障碍，由视点和运动带来的眩晕也会减轻。

因此，如何把眼球追踪系统集成到AR或VR系统中成为本领域技术人员研究的重点。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种显示装置及头戴式显示设备。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种显示装置，所述显示装置包括：复合光源、第一光学部件、第二光学部件、第三光学部件、第四光学部件和图像采集器；

所述复合光源输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件；所述第一光学部件分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件反射后输出至所述第三光学部件；

所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；

所述第二偏振光经所述第三光学部件后输出第四偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至所述第四光学部件，所述第四光学部件将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述第四光学部件后输出第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集；

其中，所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直。

第二方面，本申请实施例提供一种头戴式显示设备，所述显示设备包括：

本体，用于将所述显示设备佩戴在头部；

显示组件，包括设置在所述本体上的上述显示装置，且所述显示组件具有显示镜片，所述显示镜片面朝佩戴者的眼睛设置。

本申请实施例提供一种显示装置及头戴式显示设备，通过所述显示装置包括：复合光源、第一光学部件、第二光学部件、第三光学部件、第四光学部件和图像采集器；所述复合光源输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件；所述第一光学部件分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件反射后输出至所述第三光学部件；所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；所述第二偏振光经所述第三光学部件后输出第四偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至所述第四光学部件，所述第四光学部件将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述第四光学部件后输出第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集；其中，所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直，如此，能够实现眼球跟踪系统和光学显示光路的共用。

附图说明

图1为本申请实施例显示装置的组成结构示意图一；

图2为本申请实施例显示装置的组成结构示意图二；

图3为本申请实施例显示装置的组成结构示意图三；

图4为本申请实施例显示装置的组成结构示意图四；

图5为本申请实施例头戴式显示设备的组成结构示意图；

图6A为本申请实施例带有眼球跟踪系统的鸟盆式光机结构；

图6B为本申请实施例鸟盆式光学系统的显示光路示意图；

图6C为本申请实施例眼球跟踪系统的光路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

需要指出，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

鸟盆式光学系统(即共轴折反光学系统)属于AR或VR系统的一种，由于此光学系统的局限性(例如整机系统结构紧凑)，因此将眼球跟踪系统整合进整机比较困难，目前还未见到相应的系统面世。基于此，本申请实施例提供一种集合眼球追踪功能的光机系统，不但能实现AR或VR的正常显示功能，同时还可以实现使用者眼球的追踪功能。

本申请实施例提供一种显示装置，图1为本申请实施例显示装置的组成结构示意图一，如图1所示，所述显示装置10包括：复合光源100、第一光学部件101、第二光学部件102、第三光学部件103、第四光学部件104和图像采集器105；

所述复合光源100输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件101；所述第一光学部件101分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件102反射后输出至所述第三光学部件103；

这里，所述复合光源可以是包含至少两种波长的光信号。其中的第一光信号可以为可见光，用于实现AR或VR的正常显示功能。其中的第二光信号可以为红外光，用于实现眼球的追踪功能。当然，所述第一光信号和所述第二光信号还可以为其他类型的光源，本申请实施例对所述第一光信号和所述第二光信号的具体类型并不做限制，只要所述第一光信号用于实现显示功能，所述第二光信号用于实现眼球的追踪功能，均在本申请实施例的保护范围内。

这里，所述第一光学部件可以为偏振片，所述偏振片可以将所述第一光信号和所述第二光信号变为具有第一偏振方向的偏振光。所述偏振光为振动面只限于某一固定方向的光线，而振动方向和光波前进方向构成的平面为振动面。

这里，所述第二光学部件可以为偏振分光器，所述第二光学部件可以透过具有第一方向的偏振光。

所述第一偏振光经所述第三光学部件103后输出第三偏振光至所述第二光学部件102，经所述第二光学部件102透射后输出至第四光学部件104，所述第四光学部件104将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；

这里，所述第三光学部件可以为反射式液晶显示器，具有第一偏振方向的偏振光入射至所述第三光学部件后被反射为具有第二偏振方向的偏振光输出，同时，所述第三光学部件还用于显示所述AR或VR系统输出的图像。本申请实施例中所述第一偏振方向垂直于所述第二偏振方向。

这里，所述第二光学部件不但具有反射所述第一偏振方向的偏振光的功能，还具有透射所述第二偏振方向的偏振光的功能。所述第四光学部件可以由具有光反射功能和/或光透射功能的多个光学部件组成，以将所述具有第二偏振方向的偏振光(可见光对应的具有第二偏振方向的偏振光)传播至人眼进行成像。如此，可以实现AR或VR的图像显示功能。

所述第二偏振光经所述第三光学部件103后输出第四偏振光至所述第二光学部件102，经所述第二光学部件102透射后输出至所述第四光学部件104，所述第四光学部件104将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述第四光学部件104后输出第五偏振光至所述第二光学部件102，所述第二光学部件102将所述第五偏振光反射至所述图像采集器105进行所述眼球的图像的采集；

这里，所述第二光学部件也可以透过红外光对应的具有第二偏振方向的偏振光至第四光学部件，所述第四光学部件同样地将所述红外光对应的具有第二偏振方向的偏振光传播至人眼。进而，由于所述第四光学部件中包括四分之一波片，因此经人眼反射的具有第二偏振方向的偏振光经过所述四分之一波片后变为具有第一偏振方向的偏振光至所述第二光学部件。由于所述第二光学部件具有反射第一偏振方向的偏振光透射第二偏振方向的偏振光的功能，因此红外光对应的具有第一偏振方向的偏振光经所述第二光学部件反射后至图像采集器。如此，可以实现眼球的追踪功能，从而能够根据眼球的注视点位置进行渲染，即计算机可以清晰渲染出注视点的场景，而将周边的场景模糊呈现。这样眼睛在虚拟环境中看物体和在自然场景中看物体的体验就会变得一致，这样虚拟和现实的切换就不会有明显的障碍，由视点和运动带来的眩晕也会减轻。

其中，所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直。

在一些实施例中，所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出目标显示图像对应的第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至所述眼球，以使所述目标显示图像在所述眼球上进行成像。

本申请实施例中，通过所述第一偏振光经所述第三光学部件103后输出第三偏振光至所述第二光学部件102，经所述第二光学部件102透射后输出至第四光学部件104，所述第四光学部件104将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述第四光学部件104后输出第五偏振光至所述第二光学部件102，所述第二光学部件102将所述第五偏振光反射至所述图像采集器105进行所述眼球的图像的采集，如此，能够实现眼球跟踪系统和光学显示光路的共用，并且整个系统紧凑，简单。

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种显示装置，图2为本申请实施例显示装置的组成结构示意图二，如图2所示，所述显示装置20包括：复合光源200、第一光学部件201、第二光学部件202、第三光学部件203、包含四分之一波片2041的第四光学部件204和图像采集器205；

所述复合光源200输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件201；所述第一光学部件201分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件202反射后输出至所述第三光学部件203；

所述第一偏振光经所述第三光学部件203后输出第三偏振光至所述第二光学部件202，经所述第二光学部件202透射后输出至第四光学部件204，所述第四光学部件204将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；

所述第二偏振光经所述第三光学部件203后输出第四偏振光至所述第二光学部件202，经所述第二光学部件202透射后输出至所述第四光学部件204，所述第四光学部件204将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；

经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述四分之一波片2041后输出所述第五偏振光至所述第二光学部件202，所述第二光学部件202将所述第五偏振光反射至所述图像采集器205进行所述眼球的图像的采集；

这里，所述四分之一波片是一种用来改变光偏振状态的光学元件。经眼睛反射后的红外光，经过所述四分之一波片的次数为6次，而6次四分之一波片等同于3次二分之一波片，2次二分之一波片不会改变光的偏振状态，1次二分之一波片会改变光的偏振状态。因此，经眼球反射的红外光经过所述四分之一波片后变为具有第一方向的偏振光，从而可以经过所述第二光学部件的反射后至所述图像采集器。因此，如果所述第三光学部件为反射式液晶显示器，则所述图像采集器和所述光源、所述显示器都不在同一边，进而可以实现眼球跟踪系统和光学显示光路的共用，从而充分利用整个系统的空间使得整个系统紧凑，简单。

其中，所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直。

在一些实施例中，所述第四光学部件还包括：包含至少一个透镜的透镜组、平面分光镜和曲面反射镜，且所述四分之一波片位于所述平面分光镜的表面；

所述第三偏振光和第四偏振光经所述第二光学部件透射后输出至所述透镜组，经所述透镜组透射后对应输出平行的第三偏振光和平行的第四偏振光至所述平面分光镜；

所述平行的第三偏振光经所述平面分光镜后输出至所述曲面反射镜，所述曲面反射镜将所述平行的第三偏振光反射至所述眼球进行成像；

所述平行的第四偏振光经所述平面分光镜后输出至所述曲面反射镜，所述曲面反射镜将所述平行的第四偏振光反射至所述眼球；经所述眼球反射的所述平行的第四偏振光经所述四分之一波片后输出所述第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集。

这里，所述透镜组中可以包括一个透镜，也可以包括多个透镜，所述透镜组的作用是将散射的光线变为平行的光线，从而眼球跟踪系统中红外光可以直接0度入射到人眼虹膜上，提高了红外光的发射率，从而可以提高眼球追踪的准确性。

本申请实施例中，所述第四光学部件还包括平面分光镜和曲面反射镜，并且所述平面分光镜靠近所述曲面反射镜一侧的表面上设置有四分之一波片。所述曲面反射镜和人眼眼球分别位于所述平面分光镜的两侧。

需要说明的是，本申请实施例中对所述第一光学部件、所述第二光学部件、所述第三光学部件和所述第四光学部件的具体实现类型并不做限制，只要所述第一光学部件、所述第二光学部件、所述第三光学部件和所述第四光学部件能够实现上述的光路路径，都在本申请的保护范围内。

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种显示装置，图3为本申请实施例显示装置的组成结构示意图三，如图3所示，所述显示装置30包括：复合光源300、第一光学部件301、第二光学部件302、第三光学部件303、包含四分之一波片3041的第四光学部件304和图像采集器305；

所述复合光源300输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件301；所述第一光学部件301分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件302反射后输出至所述第三光学部件303；

所述第一偏振光经所述第三光学部件303后输出第三偏振光至所述第二光学部件302，经所述第二光学部件302透射后输出至第四光学部件304，所述第四光学部件304将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；

所述第二偏振光经所述第三光学部件303后输出第四偏振光至所述第二光学部件302，经所述第二光学部件302透射后输出至所述第四光学部件304，所述第四光学部件304将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；

经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述四分之一波片3041后输出所述第五偏振光至所述第二光学部件302，所述第二光学部件302将所述第五偏振光反射至所述图像采集器305进行所述眼球的图像的采集；

所述复合光源300、所述第一光学部件301、所述第二光学部件302和所述图像采集器305在第一光轴31方向依次排列；

这里，如图3所示所述虚线31为第一光轴，所述复合光源、所述第一光学部件、所述第二光学部件和所述图像采集器在第一光轴方向依次排列。

所述第三光学部件301、所述第二光学部件302和所述第四光学部件304在第二光轴32方向依次排列；

这里，如图3所示所述虚线32为第二光轴，所述第三光学部件、所述第二光学部件和所述第四光学部件在第二光轴方向依次排列。

其中，所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直；所述第一光轴31方向与所述第二光轴32方向相互垂直。

在一些实施例中，所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出目标显示图像对应的第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至所述眼球，以使所述目标显示图像在所述眼球上进行成像。

这里，所述第三光学部件还具有图像显示功能，即在电场的作用下，利用液晶分子的排列方向发生变化，使光源透光率改变(调制)，完成电一光变换，再利用R、G、B三基色信号的不同激励，通过红、绿、蓝三基色滤光膜，完成时域和空间域的彩色重显。

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种显示装置，所述显示装置包括：复合光源、第一光学部件、第二光学部件、第三光学部件、包含四分之一波片的第四光学部件和图像采集器；

所述复合光源输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件；所述第一光学部件分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件反射后输出至所述第三光学部件；

所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；

所述第二偏振光经所述第三光学部件后输出第四偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至所述第四光学部件，所述第四光学部件将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；

经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述四分之一波片后输出所述第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集；

所述复合光源、所述第一光学部件、所述第二光学部件和所述图像采集器在第一光轴方向依次排列；

所述第三光学部件、所述第二光学部件和所述第四光学部件在第二光轴方向依次排列；

所述第二光学部件包括棱镜，以及嵌入所述棱镜中的偏振分光器；

其中，所述偏振分光器与所述第一光轴之间的夹角为45度；所述偏振分光器为增镀在所述棱镜截面的偏振分光膜，或，所述偏振分光器为贴敷在所述棱镜截面的偏振分光片；所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直；所述第一光轴方向与所述第二光轴方向相互垂直。

这里，所述第二光学部件可以包括直角棱镜，以及嵌入所述直接棱镜中的，与所述第一光轴方向呈45度的偏振分光器。当然，所述棱镜也可以是两个三角棱镜叠加在一起构成的，所述偏振分光器位于两个三角棱镜的叠加处，并且与所述第一光轴方向成45度夹角。

在一些实施例中，所述第一光学部件为偏振片；所述第三光学部件为LCOS(LiquidCrystal on Silicon，硅基液晶)反射式液晶显示器。

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种显示装置，图4为本申请实施例显示装置的组成结构示意图四，如图4所示，所述显示装置40包括：复合光源400、第一光学部件401、嵌入棱镜402中的偏振分光器403、第三光学部件404、包含至少一个透镜的透镜组405、位于平面分光镜406表面的四分之一波片407、曲面反射镜408和图像采集器409；

所述复合光源400输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件401；所述第一光学部件401分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经嵌入棱镜402中的偏振分光器403反射后输出至所述第三光学部件404；

所述第一偏振光经所述第三光学部件404后输出第三偏振光至所述偏振分光器403，经所述偏振分光器403透射后输出至所述透镜组405，经所述透镜组405透射后对应输出平行的第三偏振光至所述平面分光镜406；所述平行的第三偏振光经所述平面分光镜406后输出至所述曲面反射镜408，所述曲面反射镜408将所述平行的第三偏振光反射至所述眼球进行成像；

所述第二偏振光经所述第三光学部件404后输出第四偏振光至所述偏振分光器403，经所述偏振分光器403透射后输出至所述透镜组405，经所述透镜组405透射后对应输出平行的第四偏振光至所述平面分光镜406表面的四分之一波片407，所述平行的第四偏振光经所述四分之一波片407后输出至所述曲面反射镜408，所述曲面反射镜408将所述平行的第四偏振光反射至所述眼球；经所述眼球反射的所述平行的第四偏振光经所述四分之一波片407后输出所述第五偏振光至所述偏振分光器403，所述偏振分光器403将所述第五偏振光反射至所述图像采集器409进行所述眼球的图像的采集。

所述复合光源400、所述第一光学部件401、所述嵌入棱镜402中的偏振分光器403和所述图像采集器409在第一光轴41方向依次排列；

所述第三光学部件404、所述嵌入棱镜402中的偏振分光器403和所述透镜405在第二光轴42方向依次排列；

其中，所述偏振分光器403与所述第一光轴41之间的夹角为45度；所述偏振分光器403为增镀在所述棱镜402截面的偏振分光膜，或，所述偏振分光器403为贴敷在所述棱镜402截面的偏振分光片；所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直；所述第一光轴方向与所述第二光轴方向相互垂直。

这里，所述第一光学部件可以为偏振片；所述第三光学部件可以为LCOS反射式液晶显示器。

基于前述的实施例，本申请实施例提供一种头戴式显示设备，图5为本申请实施例头戴式显示设备的组成结构示意图，如图5所示，所述显示设备50包括：

本体51，用于将所述显示设备50佩戴在头部；

这里，所述本体可以为一种固定装置，用于在使用者佩戴所述头戴式显示设备的情况下，维持所述使用者与所述头戴式显示设备之间的相对位置关系。本申请实施例中对所述本体的具体结构并不做限制。

显示组件52，包括设置在所述本体51上的所述显示装置521，且所述显示组件52具有显示镜片522，所述显示镜片522面朝佩戴者的眼睛设置；

所述显示镜片的数量为两个，且每一所述显示镜片对应一个所述显示装置。

这里，所述显示组件包括上述实施例中的任一显示装置，所述显示装置能够实现眼球跟踪光路和光学显示光路的共用，如此，所述显示设备即具备观看显示功能又具备眼球追踪功能，从而可以利用眼球追踪功能来缓解使用者观看时眼睛的疲劳程度。

本申请实施例中，所述头戴式显示设备可以为AR或者VR设备，因此，所述显示组件包括两个显示镜片，进而每一显示镜片都对应一个所述显示装置，用于分别显示左眼球的显示图像并对左眼球进行眼球跟踪，以及显示右眼球的显示图像并对所述右眼球进行眼球跟踪。

基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种头戴式显示设备，所述显示设备包括：

本体，用于将所述显示设备佩戴在头部；

显示组件，包括设置在所述本体上的所述显示装置，且所述显示组件具有显示镜片，所述显示镜片面朝佩戴者的眼睛设置；

所述显示镜片为所述显示装置中的曲面反射镜；所述显示装置中的图像采集器面朝所述佩戴者的眼睛设置，且位于所述佩戴者的眼睛与所述曲面反射镜之间；所述显示装置中的复合光源位于所述佩戴者的眼睛与所述图像采集器之间。

这里，所述显示镜片可以为所述显示装置的第四光学部件中的曲面反射镜，如此，能够使得设备中整个系统的结构紧凑、简单。

本申请实施例中，所述显示组件中的显示装置包括图像采集器，用于接收眼球反射回来的红外光以对所述眼球进行跟踪。当然，本申请实施例的显示设备中还可以包括其他的图像采集器，用于对外部真实环境进行图像采集以制作AR的显示画面。

在一些实施例中，所述显示镜片的数量为两个，且每一所述显示镜片对应一个所述显示装置(即所述头戴式显示设备包括两个所述显示组件)。

基于前述的实施例，本申请实施例提供一种眼球追踪系统和鸟盆式光学系统共用光路的设计，如此，能够(1)、实现眼球跟踪系统和光学显示光路的共用，且共用的整个系统结构紧凑、简单。(2)、眼球跟踪系统中的红外光源可以直接0度入射到人眼虹膜上，提高了红外光的发射率，从而可以提高眼球追踪的准确性。(3)、眼球追踪系统可以缓解AR使用者或VR使用者眼睛的疲劳程度。

这里，所述鸟盆式光学系统即共轴折反光学系统，来实现AR/VR的显示功能。

图6A为本申请实施例带有眼球跟踪系统的鸟盆式光机结构，如图6A所示，所述光机结构包括：LCOS反射式液晶显示器101、光源102、偏振片103、红外照相机104、透镜105、半反半透分光镜106、设置在所述分光镜106上的1/4波片107、曲面反射镜108、棱镜109和PBS(Polarization Beam Splitter，偏振分光棱镜)分光片110；

所述光机结构中的眼球跟踪系统，捕捉眼球的信息主要是利用所述红外照相机104捕捉眼睛虹膜反射的红外光，从而分析眼睛注视的位置等信息。

LCOS反射式液晶显示器101由于液晶的性能会改变入射光的偏振性能，S偏振光进去偏振反射回来的是P偏振光，P偏振光进去偏振反射回来的是S偏振光。

光源102是个复合光源，可以为RGB LED(Red Green Blue Light EmittingDiode，红绿蓝发光二极管)+IR(Infrared Radiation，红外线)的光源，也可以是白光LED+IR的光源。其中，白光LED与RGB LED两者殊途同归，都是希望达到白光的效果，只不过一个是直接以白光呈现，另一个则是以红绿蓝三色混光而成。

偏振片103即起偏器，经过所述偏振片103的光变成了偏振光，例如变为S偏振光。

红外照相机104是一个红外的照相机主要是接收红外光，例如接收经眼球反射的红外光从而可以采集眼球的图像。

半反半透分光镜106是个复合的平面分光镜，并且在所述半反半透分光镜106的上面增加了1层1/4波片。

PBS分光片110可以是增镀的偏振分光膜，也可以是贴敷的偏振分光片。

这里，光源102发出的可见光用于AR/VR显示图像，光源102发出的红外光用于眼球跟踪。棱镜109起到光路转折作用，相当于走了一个光程。棱镜109中间有个分光片110，分光片110可以透过P偏振光反射S偏振光。透镜105为单个透镜或者透镜组，和整个光路一起把LCOS反射式液晶显示器101出来的显示图形，实现经过光路系统的作用最后到达人眼的时候，是个平行的光进入人眼，形成虚像的功能。即，LCOS反射式液晶显示器101不但有将S偏振光变为P偏振光的作用，还有显示VR/AR图像的作用。

图6B为本申请实施例鸟盆式光学系统的显示光路示意图，也就是AR系统或VR系统用于成像的显示光路示意图。如图6B所示，当可见光从所述复合光源102发出后经过所述偏振片103的作用变成了S偏振光，S偏振光经过所述棱镜109后入射到所述分光片110上，被所述分光片110反射到所述LCOS反射式液晶显示器101上。经过所述LCOS反射式液晶显示器101的光反射后变成了P偏振光再次入射到PBS分光片110上。所述P偏振光经过所述分光片110透射后至所述透镜105变为平行的P偏振光，入射到所述半反半透分光镜106后反射至所述曲面反射镜108上，经过所述曲面反射镜108反射后再次入射到所述半反半透分光镜106上，经所述半反半透分光镜106透射后进入人眼，从而人眼可以看到放大的虚像。

图6C为本申请实施例眼球跟踪系统的光路示意图，如图6C所示，红外光从所述光源102发出，经过所述偏振片103后变成了S偏振光，S偏振光经过所述棱镜109后入射到所述分光片110上，被所述分光片110反射到所述LCOS反射式液晶显示器101上。经过所述LCOS反射式液晶显示器101的光反射后从S偏振光变为P偏振光，从而透过分光片110后入射至所述透镜105，所述透镜105将分散的所述P偏振光变为平行的P偏振光，入射到所述半反半透分光镜106上，经所述分光镜106反射后至所述曲面反射镜108。所述曲面反射镜108又将所述平行的P偏振光反射至所述分光镜106上，经过所述分光镜106的透射后入射至人眼。红外光被人眼反射后重新入射到平面分光镜106上，所述分光镜106上有1/4波片，过来的P偏振光经过6次所述1/4波片107的作用转变成S偏振光反射到所述PBS分光片110上，经过所述PBS分光片110的反射后入射到红外照相机104上面，从而被红外照相机104接受到相应的信息，以捕捉所述眼球的图像进而对眼睛的注视位置进行分析。

这里，经眼睛反射后的红外光，经过6次所述1/4波片会反射到红外照相机中，6次1/4波片等同于3次1/2波片，2个1/2波片不会改变光的偏振状态，1个1/2波片，光的偏振性能从P偏振光转换成S偏振光。

本申请实施例中，图6B所示的鸟盆式光学系统的显示光路和图6C所示的眼球跟踪系统的光路，都是在图6A所示的带有眼球跟踪系统的鸟盆式光机结构中实现的，如此，形成了AR/VR显示和眼球跟踪系统的共用。

在本申请实例中，实际的产品(例如AR眼镜、VR眼镜)里包含两套图6A所示的带有眼球跟踪系统的鸟盆式光机结构，即左眼对应一套，右眼对应一套。并且，所述鸟盆式光机结构中的曲面反射镜，可以是所述AR眼镜中的显示镜片。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个装置或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的装置实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，所述显示装置包括：复合光源、第一光学部件、第二光学部件、第三光学部件、第四光学部件和图像采集器；

所述复合光源输出具有不同波长的第一光信号和第二光信号至所述第一光学部件；所述第一光学部件分别对所述第一光信号和第二光信号处理后对应输出第一偏振光和第二偏振光，经所述第二光学部件反射后输出至所述第三光学部件；

所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至眼球进行成像；

所述第二偏振光经所述第三光学部件后输出第四偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至所述第四光学部件，所述第四光学部件将所述第四偏振光传播至所述眼球进行反射；经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述第四光学部件后输出第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集；

其中，所述第一偏振光、所述第二偏振光和所述第五偏振光具有第一偏振方向，所述第三偏振光和所述第四偏振光具有第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的显示装置，所述第四光学部件包括：四分之一波片；

经所述眼球反射的所述第四偏振光经所述四分之一波片后输出所述第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集。

3.根据权利要求2所述的显示装置，

所述复合光源、所述第一光学部件、所述第二光学部件和所述图像采集器在第一光轴方向依次排列；

所述第三光学部件、所述第二光学部件和所述第四光学部件在第二光轴方向依次排列；

其中，所述第一光轴方向与所述第二光轴方向相互垂直。

4.根据权利要求3所述的显示装置，所述第二光学部件包括棱镜，以及嵌入所述棱镜中的偏振分光器；

其中，所述偏振分光器与所述第一光轴之间的夹角为45度；所述偏振分光器为增镀在所述棱镜截面的偏振分光膜，或，所述偏振分光器为贴敷在所述棱镜截面的偏振分光片。

5.根据权利要求1至4任一项所述的显示装置，

所述第一偏振光经所述第三光学部件后输出目标显示图像对应的第三偏振光至所述第二光学部件，经所述第二光学部件透射后输出至第四光学部件，所述第四光学部件将所述第三偏振光传播至所述眼球，以使所述目标显示图像在所述眼球上进行成像。

6.根据权利要求2至4任一项所述的显示装置，所述第四光学部件还包括：包含至少一个透镜的透镜组、平面分光镜和曲面反射镜，且所述四分之一波片位于所述平面分光镜的表面；

所述第三偏振光和第四偏振光经所述第二光学部件透射后输出至所述透镜组，经所述透镜组透射后对应输出平行的第三偏振光和平行的第四偏振光至所述平面分光镜；

所述平行的第三偏振光经所述平面分光镜后输出至所述曲面反射镜，所述曲面反射镜将所述平行的第三偏振光反射至所述眼球进行成像；

所述平行的第四偏振光经所述平面分光镜后输出至所述曲面反射镜，所述曲面反射镜将所述平行的第四偏振光反射至所述眼球；经所述眼球反射的所述平行的第四偏振光经所述四分之一波片后输出所述第五偏振光至所述第二光学部件，所述第二光学部件将所述第五偏振光反射至所述图像采集器进行所述眼球的图像的采集。

7.根据权利要求5所述的显示装置，所述第一光学部件为偏振片；所述第三光学部件为LCOS反射式液晶显示器。

8.一种头戴式显示设备，所述显示设备包括：

本体，用于将所述显示设备佩戴在头部；

显示组件，包括设置在所述本体上的如权利要求1至7任一项所述的显示装置，且所述显示组件具有显示镜片，所述显示镜片面朝佩戴者的眼睛设置。

9.根据权利要求8所述的显示设备，所述显示镜片为所述显示装置中的曲面反射镜；所述显示装置中的图像采集器面朝所述佩戴者的眼睛设置，且位于所述佩戴者的眼睛与所述曲面反射镜之间；所述显示装置中的复合光源位于所述佩戴者的眼睛与所述图像采集器之间。

10.根据权利要求8或9所述的显示设备，所述显示镜片的数量为两个，且每一所述显示镜片对应一个所述显示装置。

Images