CN113126291A - 一种近眼显示系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种近眼显示系统,其中,所述近眼显示系统包括图像显示单元、光束整形单元、光束折叠单元、光束耦入单元、光束传导单元、光束耦出单元;其中,所述图像显示单元用于发出显示图像的光束,所述光束整形单元用于对进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元,所述光束折叠单元用于对进入的光束进行分光,所述光束耦入单元用于将从所述光束折叠单元进入的光束耦合进入到所述光束传导单元,所述光束传导单元用于将光束传播至所述光束耦出单元,所述光束耦出单元用于将光束耦出到人眼。根据本申请的方案,能够实现紧凑眼镜式的近眼显示系统。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域,尤其涉及一种近眼显示系统。
背景技术
显示系统可用于使得期望图像对用户可见,近眼显示系统是指可以应用在头戴式设备中的显示系统,是目前极具发展潜力的下一代产品。现有技术中的近眼显示系统通常采用Birdbath、自由曲面棱镜或阵列波导来实现。然而,现有技术中的近眼显示系统体积较大,无法做成眼镜式的显示系统,并且穿透率较低,影响外部视野的观看,从而导致佩戴体验较差。
申请内容
本申请的目的是提供一种结构紧凑的近眼显示系统。
根据本申请的一个方面,提供一种近眼显示系统,其中,所述近眼显示系统包括图像显示单元、光束整形单元、光束折叠单元、光束耦入单元、光束传导单元、光束耦出单元;其中,所述图像显示单元用于发出显示图像的光束,所述光束整形单元用于对进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元,所述光束折叠单元用于对进入的光束进行分光,所述光束耦入单元用于将从所述光束折叠单元进入的光束耦合进入到所述光束传导单元,所述光束传导单元用于将光束传播至所述光束耦出单元,所述光束耦出单元用于将光束耦出到人眼。
根据本申请的一个方面,所述光束整形单元用于对从所述图像显示单元进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元。
根据本申请的一个方面,所述光束整形单元用于对从所述光束折叠单元进入的光束进行整形以及使整形后的光束再次进入所述光束折叠单元。
根据本申请的一个方面,所述光束折叠单元用于对从所述图像显示单元进入的光束进行分光以及使分光后的光束进入所述光束整形单元。
根据本申请的一个方面,所述光束折叠单元用于对从所述光束整形单元进入的光束分光以及使分光后的光束进入所述光束耦入单元或再次进入所述光束整形单元。
根据本申请的一个方面,光束至少一次经过所述光束整形单元进入所述光束折叠单元。
根据本申请的一个方面,光束多次经过所述光束折叠单元,且所述光束折叠单元在光束至少两次经过时所产生的作用是不同的。在一些实施例中,所述光束折叠单元在光束每次经过时所产生的作用均是不同的。
根据本申请的一个方面,所述光束整形单元包括以下至少任一项:反射镜、透镜。
根据本申请的一个方面,所述光束折叠单元包括以下至少任一项:半透半反面、PBS、线光栅、反射式偏振片。
与现有技术相比,本申请具有以下优点:提供了一种新型的近眼显示系统,通过该系统中的各个单元不同的排列组合,使得近眼显示系统的体积较小,从而能够实现紧凑眼镜式的近眼显示系统,且可以有效增大外部视野透过率,提高外部世界进入人眼的光线能量;并且,通过在图像显示单元与光束耦入单元之间部署光束整形单元和光束折叠单元,可使得光束在至少一次经过光束整形单元且至少一次经过光束折叠单元之后再进入到光束耦入单元,可基于实际需求设计光束在光束整形单元和光束折叠单元中的经过次数和经过顺序,由此可使得所实现的紧凑型近眼显示系统能够通过更高的显示品质。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1示出了本申请一个实施例的近眼显示系统的系统架构示意图;
图2示出了本申请一个示例的基于图1所示近眼显示系统的光束顺序示意图;
图3示出了本申请另一个示例的基于图1所示近眼显示系统的光束顺序示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
根据本申请的一个方面,提供了一种近眼显示系统,其中,所述近眼显示系统包括图像显示单元、光束整形单元、光束折叠单元、光束耦入单元、光束传导单元、光束耦出单元;其中,所述图像显示单元用于发出显示图像的光束,所述光束整形单元用于对进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元,所述光束折叠单元用于对进入的光束进行分光,所述光束耦入单元用于将从所述光束折叠单元进入的光束耦合进入到所述光束传导单元,所述光束传导单元用于将光束传播至所述光束耦出单元,所述光束耦出单元用于将光束耦出到人眼。
其中,所述图像显示单元用于发出显示图像的光束,所述显示图像源包括但不限于:LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)、micro-OLED(micro Organic Light-Emitting Diode,微有机发光二极管)、micro-LED(micro Light-Emitting Diode,微发光二极管)、LCoS(Liquid Crystal onSilicon,液晶附硅)。
需要说明的是,上述各种图像显示单元仅为举例,本申请并不对所述图像显示单元进行限制,本领域技术人员用能理解,任何用于发出显示图像的光束的元件或结构,均应包含在本申请所述的图像显示单元的范围内。
其中,所述光束整形单元用于对进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元。可选地,光束可能从所述图像显示单元进入所述光束整形单元,或者从所述光束折叠单元进入所述光束整形单元。其中,所述光束整形单元包括任何能够用于光束整形的光学元件或结构,所述光束整形单元可能为一个整体的光学元件或结构,也可能为多个分离的光学元件或结构。在一些实施例中,所述光束整形单元包括但不限于:反射镜、透镜或其结合等;例如,所述光束整形单元可能为平面反射镜、曲面反射镜、平面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜、自由曲面透镜等透镜结构,本申请对所述光束整形单元的形状和结构并不作限制。
其中,所述光束折叠单元用于对进入的光束进行分光,所述光束耦入单元用于将从所述光束折叠单元进入的光束耦合进入到所述光束传导单元。可选地,光束可能从所述图像显示单元进入所述光束折叠单元,或者从所述光束整形单元进入所述光束折叠单元。其中,所述光束折叠单元包括任何能够用于实现分光作用的光学元件或结构,所述光束折叠单元可能为一个整体的光学元件或结构,也可能为多个分离的光学元件或结构。在一些实施例中,所述光束折叠单元包括但不限于:半透半反面、PBS(polarization beamsplitter,偏振分光棱镜)、线光栅、反射式偏振片等,本申请对所述光束折叠单元的形状和结构并不作限制。
需要说明的是,所述图像显示单元发出的光束可在至少一次经过所述光束整形单元且至少一次经过所述光束折叠单元之后,从所述光束折叠单元进入所述光束耦入单元;在一些实施例中,所述图像显示单元发出的光束先进入所述光束整形单元;在另一些实施例中,所述图像显示单元发出的光束先进入所述光束折叠单元。在实际应用中,可基于实际需求来进行光学系统设计,通过设计所述光束整形单元和所述光束折叠单元的功能和排布方式以使得光束按照所设定的光路顺序进行传输(也即设计光束经过所述光束整形单元和所述光束折叠单元的顺序和次数,优选地还包括设计所述光束整形单元和所述光束折叠单元在光束每次经过时所起的作用)。
其中,所述光束耦入单元用于将从所述光束折叠单元进入的光束耦合进入到所述光束传导单元。在一些实施例中,所述光束耦入单元包括但不限于:反射镜、透镜或其结合等,例如,所述光束耦入单元可能为反射平面、透射平面、非球面透镜、菲涅尔透镜、自由曲面透镜等,本申请对所述光束耦入单元的形状和结构并不作限制。
其中,所述光束传导单元用于将光束传播至所述光束耦出单元。光束在进入所述光束传导单元后,可在所述光束传导单元内部以全反射或者部分反射等方式传播以进入所述光束耦出单元。在一些实施例中,所述光束传导单元包括但不限于平面波导、曲面波导等,本申请对所述光束传导单元的形状和结构并不作限制。
其中,所述光束耦出单元用于将光束耦出到人眼。在一些实施例中,所述光束耦出单元包括但不限于平面反射面(可为全反射或部分反射的平面反射面)或曲面反射面(如球面、自由曲面等)(可为全反射或部分反射的曲面反射面)或多个反射面的组合等,本申请对所述光束耦出单元的形状和结构并不作限制。
需要说明的是,本申请对各个单元所采用的材料或其他参数(如反射率、透射率等)并不作具体限制,在实际应用中可基于实际需求进行设计。需要说明的是,本申请所述的近眼显示系统能够适用于任何现有的或以后可能出现的头戴式设备,如AR(AugmentedReality,增强现实)头戴式设备等。
在一些实施例中,所述光束整形单元用于对从所述图像显示单元进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元。也即,从所述图像显示单元发出的光束先进入所述光束整形单元。例如,所述光束整形单元对从所述图像显示单元进入的光束进行准直并将准直后的光束传输至所述光束折叠单元。需要说明的是,光束进入所述光束折叠单元之后,可能再次进入光束整形单元。需要说明的是,由于光束需要从所述光束折叠单元进入所述光束耦入单元,因此,若从所述图像显示单元发出的光束先进入所述光束整形单元,则光束经过所述光束整形单元的次数与经过所述光束折叠单元的次数是相同的。
在一些实施例中,所述光束整形单元用于对从所述光束折叠单元进入的光束进行整形以及使整形后的光束再次进入所述光束折叠单元。需要说明的是,光束进入所述光束折叠单元之后,可能再次进入光束整形单元。
在一些实施例中,所述光束折叠单元用于对从所述图像显示单元进入的光束进行分光以及使分光后的光束进入所述光束整形单元。也即,从所述图像显示单元发出的光束先进入所述光束折叠单元。需要说明的是,由于光束需要从所述光束折叠单元进入所述光束耦入单元,因此,若从所述图像显示单元发出的光束先进入所述折叠整形单元,则光束经过所述光束整形单元的次数与经过所述光束折叠单元的次数是不同的,若光束n(n=1,2,3,…)次经过所述光束整形单元,则光束n+1次经过所述光束折叠单元。
在一些实施例中,所述光束折叠单元用于对从所述光束整形单元进入的光束分光以及使分光后的光束进入所述光束耦入单元或再次进入所述光束整形单元。
在一些实施例中,光束至少一次经过所述光束整形单元进入所述光束折叠单元。作为一个示例,光束经过顺序为“图像显示单元-光束折叠单元-光束整形单元-光束折叠单元-光束耦入单元-光束传导单元-光束耦出单元”,也即,光束一次经过光束整形单元且两次经过光束折叠单元。作为另一个示例,光束经过顺序为“图像显示单元-光束整形单元-光束折叠单元-光束整形单元-光束折叠单元-光束耦入单元-光束传导单元-光束耦出单元”,也即,光束两次经过光束整形单元且两次经过光束折叠单元。
在一些实施例中,光束多次经过所述光束折叠单元,且所述光束折叠单元在光束至少两次经过时所产生的作用是不同的。进一步地,在一些实施例中,光束多次经过所述光束折叠单元,所述光束折叠单元在光束每次经过时对光束所产生的作用均是不同的。作为一个示例,光束第一次经过所述光束折叠单元时,发生透射或部分透射,光束第二次经过所述光束折叠单元时,发生反射或部分反射。作为另一个示例,光束第一次经过所述光束折叠单元时,发生反射或部分反射,光束第二次经过所述光束折叠单元时,发生透射或部分透射。作为另一个示例,光束第一次经过所述光束折叠单元时,发生透射或部分透射,光束第二次经过所述光束折叠单元时,发生反射或部分反射,光束第三次经过所述光束折叠单元时,发生透射或部分透射。作为另一个示例,光束第一次经过所述光束折叠单元时,发生透射或部分透射,光束第二次经过所述光束折叠单元时,发生反射或部分反射,光束第三次经过所述光束折叠单元时,发生透射或部分透射,光束第四次经过所述光束折叠单元时,发生反射或部分反射。在进行光学系统设计时,可基于实际需求设计光束通过所述光束折叠单元的次数,以及所述光束折叠单元在光束每次经过时所产生的作用。
图1示出了本申请一个实施例的近眼显示系统的系统架构示意图。该近眼显示系统1包括图像显示单元11、光束整形单元12、光束折叠单元13、光束耦入单元14、光束传导单元15、光束耦出单元16。需要说明的是,图1仅示意性示出了近眼显示系统1中的各个单元,而并未示出各个单元的具体结构以及各个单元之间的具体排布。
图2示出了本申请一个示例的基于图1所示近眼显示系统的光束顺序示意图,图2中所示的光束顺序为“S1-S2-S3-S4-S5”,也即光束依次经过各个单元的顺序为“11-12-13-14-15-16”,具体地,从图像显示单元11发出的光束先进入光束整形单元12进行光束整形,之后进入光束折叠单元13进行分光,分光后的光束进入光束耦入单元14,光束耦入单元14将光束耦合输入到光束传导单元15,之后光束在光束传导单元15中传播至光束耦出单元16,以使光束耦出单元16将光束耦出到人眼。
图3示出了本申请另一个示例的基于图1所示近眼显示系统的光束顺序示意图,图3中所示的光束顺序为“S1’-S2’-S3’-S4’-S5’-S6’”,也即光束依次经过各个单元的顺序为“11-13-12-13-14-15-16”,具体地,从图像显示单元11发出的光束先进入光束折叠单元13进行分光,之后进入光束整形单元12进行光束整形,之后再次进入光束折叠单元13进行分光,之后进入光束耦入单元14,光束耦入单元14将光束耦合输入到光束传导单元15,之后光束在光束传导单元15中传播至光束耦出单元16,以使光束耦出单元16将光束耦出到人眼。
需要说明的是,上述图2和图3中所示的光束顺序仅为举例,而非对本申请的限制,任何基于图1所示系统架构所实现的光束顺序均应包含在本申请的保护范围内。
根据本申请的方案,提供了一种新型的近眼显示系统,通过该系统中的各个单元不同的排列组合,使得近眼显示系统的体积较小,从而能够实现紧凑眼镜式的近眼显示系统,且可以有效增大外部视野透过率,提高外部世界进入人眼的光线能量;并且,通过在图像显示单元与光束耦入单元之间部署光束整形单元和光束折叠单元,可使得光束在至少一次经过光束整形单元且至少一次经过光束折叠单元之后再进入到光束耦入单元,可基于实际需求设计光束在光束整形单元和光束折叠单元中的经过次数和经过顺序,由此可使得所实现的紧凑型近眼显示系统能够通过更高的显示品质。
需要说明的是,尽管上文中用结构特征专用的语言描述了本申请的主题,但可以理解,所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征。更确切而言,上述具体特征是作为实现权利要求的示例形式公开的。
对于本领域技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本申请。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一,第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
Claims (10)
1.一种近眼显示系统,其中,所述近眼显示系统包括图像显示单元、光束整形单元、光束折叠单元、光束耦入单元、光束传导单元、光束耦出单元;其中,所述图像显示单元用于发出显示图像的光束,所述光束整形单元用于对进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元,所述光束折叠单元用于对进入的光束进行分光,所述光束耦入单元用于将从所述光束折叠单元进入的光束耦合进入到所述光束传导单元,所述光束传导单元用于将光束传播至所述光束耦出单元,所述光束耦出单元用于将光束耦出到人眼。
2.根据权利要求1所述的近眼显示系统,其中,所述光束整形单元用于对从所述图像显示单元进入的光束进行整形以及使整形后的光束进入所述光束折叠单元。
3.根据权利要求1所述的近眼显示系统,其中,所述光束整形单元用于对从所述光束折叠单元进入的光束进行整形以及使整形后的光束再次进入所述光束折叠单元。
4.根据权利要求1所述的近眼显示系统,其中,所述光束折叠单元用于对从所述图像显示单元进入的光束进行分光以及使分光后的光束进入所述光束整形单元。
5.根据权利要求1所述的近眼显示系统,其中,所述光束折叠单元用于对从所述光束整形单元进入的光束分光以及使分光后的光束进入所述光束耦入单元或再次进入所述光束整形单元。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的近眼显示系统,其中,光束至少一次经过所述光束整形单元进入所述光束折叠单元。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的近眼显示系统,其中,光束多次经过所述光束折叠单元,且所述光束折叠单元在光束至少两次经过时所产生的作用是不同的。
8.根据权利要求7所述的近眼显示系统,其中,所述光束折叠单元在光束每次经过时所产生的作用均是不同的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的近眼显示系统,其中,所述光束整形单元包括以下至少任一项:反射镜、透镜。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的近眼显示系统,其中,所述光束折叠单元包括以下至少任一项:半透半反面、PBS、线光栅、反射式偏振片。
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- 2019-12-30 CN CN201911394234.8A patent/CN113126291A/zh active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210716 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |