CN114077051A - 一种近眼显示装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种近眼显示装置，包括：显示屏，用于图像显示；成像镜头，位于显示屏的出光侧，用于对显示屏的显示图像进行成像；偏光片，位于显示屏的出光侧，用于将显示屏的出射光转化为线偏振光；第一相位延迟层、第二相位延迟层，位于偏光片背离显示屏的一侧，用于对入射光线的偏振态进行转换；偏振分光片，位于第二相位延迟层背离偏光片的一侧；曲面镜，位于偏振分光片的反射光路上，用于将第二相位延迟层透射的光部分地向人眼所在的位置反射，并部分地透射环境光。采用本公开实施例的近眼显示装置的结构，可以对光线进行多次偏振态的改变，使得显示屏出射的光线可以被用于图像显示，具有较高光效。

Description

一种近眼显示装置
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种近眼显示装置。
背景技术
近年来随着虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)和增强现实(AugmentedReality，简称AR)技术的不断发展，近眼显示产品由最初应用于军事领域，逐渐地被广泛应用于影视、教育、医疗等民事领域。
近眼显示光学系统具有体积小，重量轻，可实现立体显示等特点，具有良好的发展前景，但是目前的近眼显示光学系统中会采用平板玻璃镀半透半反膜的形式对光线进行折反，光线每次经过平板玻璃时至少损失一半能量，导致系统的光效较低；此外，光线在平板玻璃上下表面的两次反射还会造成重影的问题，影响视觉效果。
发明内容
本公开提供一种近眼显示装置，包括：
显示屏，用于图像显示；
成像镜头，位于所述显示屏的出光侧，用于对所述显示屏的显示图像进行成像；
偏光片，位于所述显示屏的出光侧，用于将所述显示屏的出射光转化为第一线偏振光；
第一相位延迟层，位于所述偏光片背离所述显示屏的一侧，用于将所述偏光片透射的第一线偏振光转化为圆偏振光；
偏振分光片，位于所述第一相位延迟层背离所述偏光片的一侧，相对于所述偏光片倾斜放置，所述偏振分光片能够透过所述第一线偏振光并且能够反射偏振方向与所述第一线偏振光垂直的第二线偏振光；
第二相位延迟层，位于所述偏振分光片面向所述第一相位延迟层的一侧，用于将所述第一相位延迟层透射的圆偏振光转化为所述第二线偏振光或包括所述第二线偏振光的部分偏振光，所述第二线偏振光经偏振分光片反射后再次透过所述第二相位延迟层并被转化为圆偏振光或椭圆偏振光；和
曲面镜，位于所述偏振分光片的反射光路上并位于所述第二相位延迟层远离所述偏振分光片的一侧，用于将再次透过所述第二相位延迟层的圆偏振光或椭圆偏振光部分地向人眼所在的位置反射，并部分地透射环境光。
本公开一些实施例中，所述第一相位延迟层以及所述第二相位延迟层均为四分之一波片；
两个所述四分之一波片的光轴相互平行，所述偏光片的偏振化方向与所述四分之一波片的光轴方向的夹角为45°。
本公开一些实施例中，所述偏光片与所述第一相位延迟层相互贴合。
本公开一些实施例中，所述偏振分光片包括：
基材；
偏振分光介质膜，位于所述基材一侧的表面。
本公开一些实施例中，所述基材为平板，所述偏振分光介质膜贴附在所述平板一侧的表面，所述第二相位延迟层与所述偏振分光介质膜相互贴合。
本公开一些实施例中，所述平行平板背离所述偏振分光介质膜一侧的表面设置有增透膜。
本公开一些实施例中，所述基材包括：第一基材部和第二基材部，所述第一基材部位于靠近所述偏光片的一侧，所述第二基材部位于所述第一基材部背离所述偏光片的一侧；
所述第一基材部和所述第二基材部相对合的表面为阶梯面，另一侧表面为平面；所述第一基材部与所述第二基材部的阶梯面相互契合，所述第一基材部与所述第二基材部的平面表面相互平行；
第二相位延迟层贴附于所述第一基材部或所述第二基材部的阶梯面上；所述偏振分光介质膜贴附于所述第二基材部的平面表面上。
本公开一些实施例中，所述第一基材部的平面表面和/或所述第二基材部的平面表面设置有增透膜。
本公开一些实施例中，所述成像镜头包括至少一个透镜；
所述透镜采用球面透镜、非球面透镜或自由曲面透镜中的一种。
本公开一些实施例中，所述成像镜头中距离所述显示屏最远的透镜的出光表面为平面，所述偏光片贴附于所述出光表面上。
本公开一些实施例中，所述透镜的材料采用玻璃或塑料中的一种。
本公开一些实施例中，所述偏光片位于所述显示屏与所述成像镜头之间。
本公开一些实施例中，所述显示屏为液晶显示器；
所述偏光片贴附于所述液晶显示器的出光表面，所述偏光片复用为所述液晶显示器出光侧的线偏振层。
本公开一些实施例中，所述显示屏为有机发光二极管显示器或微型有机发光二极管显示器；
所述偏光片贴附于所述显示屏的出光表面，所述偏光片复用为所述显示屏的圆偏光片中的线偏振层。
本公开一些实施例中，所述显示屏为发光二极管显示器；
所述偏光片贴附于所述发光二极管显示器的出光表面上。
本公开一些实施例中，所述曲面镜采用球面镜、非球面镜或自由曲面镜中的一种。
本公开一些实施例中，所述曲面镜的材料采用玻璃或塑料中的一种。
本公开一些实施例中，所述曲面镜的一侧表面上设置有半透半反膜。
本公开一些实施例中，所述近眼显示装置为眼镜或头盔；
所述曲面镜复用为所述眼镜或头盔的镜片。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为目前常用的近眼显示装置的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之一；
图3为本公开实施例提供的近眼显示装置的光线偏振态转化原理图；
图4为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之二；
图5为本公开实施例提供的偏振分光片的结构示意图之一；
图6为本公开实施例提供的偏振分光片的结构示意图之二；
图7为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之三；
图8为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之四；
图9为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之五；
图10为本公开实施例提供的近眼显示装置的外观示意图。
具体实施方式
为使本公开的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本公开做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本公开中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本公开保护范围内。本公开的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
近眼显示装置是指佩戴在用户的眼部的显示设备，例如近眼显示装置通常以眼镜或头盔的形式呈现。近眼显示装置可以为用户提供AR和VR体验。其中，AR近眼显示技术是将近眼显示装置产生的虚拟图像与真实世界的实景图像叠加显示，从而使用户能够从屏幕上看到最终的增强实景图像。VR近眼显示技术是在左右眼对应的近眼显示器上分别显示左右眼的图像，左右眼分别获取带有差异的图像信息后在大脑中可以合成立体视觉。
图1为目前常用的近眼显示装置的结构示意图。
参照图1，目前的近眼显示光学系统中会采用平板玻璃200镀半透半反膜的形式对图像源100的光线进行折反，光线每次经过平板玻璃200时至少损失一半能量，导致系统的光效较低；此外，光线在平板玻璃上下表面会发生两次反射，在经过反射镜300的反射后两束光线还会造成重影的问题，影响视觉效果。
图2为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之一。
参照图2，本公开实施例提供的近眼显示装置包括：显示屏1、成像镜头2、偏光片3、第一相位延迟层41、第二相位延迟层42、偏振分光片5以及曲面镜6。
显示屏1，用于图像显示。
显示屏1作为图像源，用于显示图像。在近眼显示装置可以包括一个显示屏1，在显示屏1上叠加左右眼图像，人眼在观看到左右眼图像产生一定的视差，产生立体显示效果。近眼显示装置也可以包括两个显示屏1，分别用于显示左右眼图像，再采用相互独立的成像系统分别对两个显示屏1的显示图像进行成像，人眼观看到左右眼图像产生一定的视差，产生立体显示效果。
近眼显示装置中的显示屏1尺寸通常较小，为了显示更多的图像细节可以采用较高分辨率的显示屏，提供更加细腻的显示图像。
显示屏1可以为液晶显示器、发光二极管显示器或有机发光二极管显示器中的一种，在此不做限定。
液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)主要由背光模组和液晶显示面板构成。液晶显示面板本身不发光，需要依靠背光模组提供的光源实现亮度显示。LCD的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲的电场效应，以控制背光源透射或遮蔽功能，从而将影像显示出来。若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。液晶显示技术成熟，液晶显示屏具有较低的成本且性能优异。
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)显示器是采用LED阵列构成的显示屏，采用LED作为显示子像素，通过控制各LED的显示亮度可以实现图像显示。LED显示器具有高亮度、耗功小、电压需求低、设备小巧便捷等特点。采用LED显示器作为近眼显示装置中的显示屏1，有利于实现近眼显示装置的小型化。
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)显示又称为有机电激光显示、有机发光半导体显示。OLED显示器属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当二者在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。OLED显示器为自发光型显示屏，因此不需要配备背光模组，器件整体厚度小，有利于将近眼显示装置小型化，更加利于整机安装。
微型有机发光二极管显示器是将有机发光二极管的发光单元微缩化，由此可以在有限尺寸内设置更多的像素，提高显示屏的分辨率。
成像镜头2，位于显示屏1的出光侧，用于对显示屏1的显示图像进行成像。
近眼显示装置中的显示屏1的尺寸比较小，显示图像无法直接被人眼观看，因此需要在显示屏1的出光侧设置成像镜头2，对显示图像进行放大成像之后，由人眼观察成像。
在公开实施例中，成像镜头2包括至少一个透镜，以图2所示的近眼显示装置为例，本公开实施例中的成像镜头2包括第一透镜21和第二透镜22。第一透镜21位于显示屏1的出光侧，第二透镜22位于第一透镜21背离显示屏1的一侧，第一透镜21可以为正透镜，第二透镜22可以为负透镜。
在具体实施时，成像镜头2也可以采用一片透镜以简化结构；或者，成像镜头2也可以采用三片以上透镜，由此优化成像质量，本公开实施例仅以成像镜头2包括两片透镜进行举例说明，不对成像镜头2中的透镜的数量进行具体限定。成像镜头2中的透镜的类型需要根据实际情况进行设计，在此不做限定。
成像镜头2中的透镜可以采用球面透镜、非球面透镜或自由曲面透镜。球面透镜具有设计简单以及组装精度要求低等优势。而非球面透镜以及自由曲面透镜的厚度相对较小，可以优化像质，在进行光学设计时可以根据实际需要进行选择。
成像镜头2中的透镜的材料可以采用玻璃或塑料中的一种，在此不做限定。
本公开实施例提供的近眼显示装置还包括：偏光片3，位于显示屏的出光侧；第一相位延迟层41，位于偏光片3背离显示屏1的一侧；偏振分光片5，位于第一相邻延迟层41背离偏光片3的一侧；第二相位延迟层42，位于偏振分光片5面向第一相位延迟层41的一侧，相对于偏光片3倾斜旋转；曲面镜6，位于偏振分光片5的反射光路上并位于第二相位延迟层42远离偏振分光片5的一侧。
其中，偏光片3用于将显示屏1的出射光转化为第一线偏振光；第一相位延迟层41用于将偏光片3透射的第一线偏振光转化为圆偏振光；第二相位延迟层42用于将第一相位延迟层41透射的圆偏振光转化为偏振方向与第一线偏振光相垂直的第二线偏振光；偏振分光片5用于透过第一线偏振光，反射第二线偏振光；其中，第二线偏振光经偏振分光片5反射后再次透过第二相位延迟层42被转化为圆偏振光或椭圆偏振光；曲面镜6用于将再次透过第二相位延迟层42的圆偏振光或椭圆偏振光部分地向人眼所在的位置反射，并部分地透射环境光。
具体来说，本公开实施例提供的近眼显示装置为光线可以进行折反的光学系统，这样可以从整体上减小近眼显示装置的体积。而作为光学折反作用的元件为偏振分光片5，偏振分光片5具有透射p型偏振光，反射s型偏振光的属性。本公开利用偏振分光片5的上述性质，可以将显示屏1出射的光线在入射到偏振分光片5上时完全反射，而对曲面镜6反射的光线完全透镜，此时，显示屏1出射的光线的能量损失将大大降低。
为了达到上述目的，在本公开实施例在显示屏1的出光侧设置偏光片3，将显示屏1出射的光线转化为具有特定偏振方向的第一线偏振光，例如，偏光片3将显示屏1出射的光线转化为p型偏振光。当第一线偏振光在经过第一相位延迟层41之后，转化为圆偏振光；圆偏振光再经过第二相位延迟层42之后，转化为第二线偏振光或包括第二线偏振光的部分偏振光，其偏振方向旋转90°，即p型偏振光转化或部分转化为s型偏振光。第二线偏振光或部分线偏振光在入射到偏振分光片5时，可以被偏振分光片5完全反射或平行于偏振分光片5光轴方向的光被反射，反射后的光线为s型偏振光。反射光线会再次经过第二相位延迟层42向曲面镜6入射，第二线偏振光再次转化圆偏振光或椭圆偏振光，曲面镜6对光线进行反射之后，圆偏振光或椭圆偏振光的旋转方向发生改变，再次经过第二相位延迟层42向偏振分光片5入射，此时在经过两次第二相位延迟层42之后的光线的偏振方向再次旋转90°，圆偏振光或椭圆偏振光转化为第一线偏振光(s型偏振光转化为p型偏振光)或部分偏振光，第一线偏振光(p型偏振光)或部分偏振光在入射到偏振分光片5时，可以被偏振分光片5完全透射，向人眼所在的位置出射或者平行于偏振分光片5光轴方向的光被透射。由此经过多次偏振态的改变，使得显示屏1出射的光线可以被用于图像显示，具有较高光效。
本公开实施例采用偏振分光片5会将显示屏1出射的光线完全反射，或者只有少部分光线透射，因此当在近眼显示装置的下方观看时，可以减弱显示屏1的显示图像，达到改善保护隐私的效果。
与此同时，采用偏振分光片5替换了目前的近眼显示装置中常用的平板玻璃，因此不会产生在平板玻璃的两个表面分别反射产生重影的问题。
图3为本公开实施例提供的近眼显示装置的光线偏振态转化原理图。
参照图3，显示屏1出射的光线在经过偏光片3之后，先入射到第一相位延迟层41，再入射到第二相位延迟层42，再入射到偏振分光片5；偏振分光片5的反射光线先入射到第二相位延迟层42，再入射到曲面镜6；曲面镜6对光线进行反射之后，反射光先入射到第二相位延迟层42，再入射到偏振分光片5，最终由偏振分光片5全部透射向人眼所在的位置。
环境光入射到曲面镜6，由曲面镜6透射，再经过第二相位延迟层42以及偏振分光片5之后透射到人眼所在的位置。
如果显示屏1出射的光线为自然光，自然光经过偏光片3之后转化为第一线偏振光(p型偏振光)，第一线偏振光再入射到第一相位延迟层41之后，第一相位延迟层41将偏光片3透射的第一线偏振光转化为圆偏振光(例如，右旋圆偏振光)；圆偏振光再经过第二相位延迟层42，第二相位延迟层42再将第一相位延迟层41透射的圆偏振光转化为第二线偏振光或包括第二线偏振光的部分偏振光，此时，转化后的第二线偏振光的偏振方向相对于第一线偏振光旋转90°(s型偏振光)；第二线偏振光入射到偏振分光片5时，可以被偏振分光片5完全反射。偏振分光片5反射的第二线偏振光先经过第二相位延迟层42，第二相位延迟层42将第二线偏振光转化为圆偏振光(例如，右旋圆偏振光)，当第二线偏振光入射到第二相位延迟层42时具有一定夹角时，经过第二相位延迟层42转化后的光线也可能为椭圆偏振光(例如，右旋椭圆偏振光)；圆偏振光或椭圆偏振光向曲面镜6入射，经过曲面镜6的反射之后，圆偏振光或椭圆偏振光的旋转方向相反(例如，左旋圆偏振光或左旋椭圆偏振光)，当旋转方向相反的圆偏振光或椭圆偏振光再次入射到第二相位延迟层42时，第二相位延迟层42将曲面镜6反射的圆偏振光转化为线偏振光，而此时的线偏振光的偏振方向再次旋转90°，即转化为第一线偏振光(p型偏振光)，第一线偏振光再入射到偏振分光片5时，可以被偏振分光片5完全透射，透射光线向人眼所在的位置出射。
环境光为自然光，自然光经过曲面镜6之后仍为自然光，再经过第二相位延迟层42之后仍为自然光，最终环境光经过偏振分光片5之后，转化为线偏振光(p型偏振光)入射到人眼所在的位置。
在本公开实施例中，第一相位延迟层41以及第二相位延迟层42均可以采用四分之一波片；两个四分之一波片的光轴相互平行，偏光片3的偏振化方向与四分之一波片的光轴方向的夹角为45°。
在具体实施时，还可以采用液晶等具有双折射效应的其它材料来制作上述第一相位延迟层41和第二相位延迟层42，在此不做限定。
图4为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之二。
参照图4，第一相位延迟层41可以采用四分之一波片，而四分之一波片与偏光片3的厚度较薄，通常需要基材的支撑，因此在本公开实施例中，可以将偏光片3与第一相位延迟层41相互贴合，起到相互支撑的作用。将偏光片3与第一相位延迟层41复合在一起可以省略至少一层基材。
图5为本公开实施例提供的偏振分光片的结构示意图之一，图6为本公开实施例提供的偏振分光片的结构示意图之二。
参照图5和图6，偏振分光片包括：基材51和偏振分光介质膜52。
偏振分光介质膜52通常为软性膜材，需要设置基材进行支撑。基材51，具体支撑和承载作用，基材51的表面为平面，这样可以将偏振分光介质膜52贴附在基材51一侧的表面。
在本公开一些实施例中，参照图5，基材51为平板，平板的材料可以采用玻璃或塑料等硬性透明材料。平板的两个表面相互平行，将偏振分光介质膜52贴附在平板一侧的表面，再将第二相位延迟层42与偏振分光介质膜52相互贴合，由此平板可以对偏振分光介质膜52以及第二相位延迟层42起到支撑的作用。第二相位延迟层42可以采用四分之一波片，偏振分光介质膜52贴附在平板之后，其表面平整，有利于四分之一波片的贴附。
作为基材51的平板位于靠近人眼的位置，显示屏1出射的光线在经过偏光片3、第一相位延迟层41、第二相位延迟层42、偏振分光介质膜52以及曲面镜6的作用之后，由曲面镜6反射，最终透过偏振分光片5入射到人眼所在的位置。环境光在入射到曲面镜6之后，最终也会经过偏振分光片5入射到人眼所在的位置。本公开实施例在平行平板背离偏振分光介质膜52一侧的表面设置增透膜，有利于成像光线以及环境光的透射。
在本公开另一些实施例中，参照图6，基材包括：第一基材部51a和第二基材部51b，第一基材部51a位于靠近偏光片3的一侧，第二基材部51b位于第一基材部51a背离偏光片3的一侧。
参照图6，第一基材部51a和第二基材部51b相对合的表面均为阶梯面，另一侧表面均为平面，并且第一基材部51a与第二基材部51b的阶梯面之间可以相互契合，且契合后的第一基材部51a与第二基材部51a的平面表面相互平行。
本公开实施例将基材设置为如图6所示的结构，可以将第二相位延迟层42贴附于第一基材部51a或第二基材部51b的阶梯面上，再贴附了第二相位延迟层42之后，再将第一基材部51a和第二基材部51b合并在一起，之后可将偏振分光介质膜52贴附于第二基材部51b的平面表面上。
第一基材部51a和第二基材部51b均采用硬性透明材料，第二相位延迟层42可以采用四分之一波片，将第二相位延迟层42贴附在第一基材部51a或第二基材部51b阶梯表面上可以起到对第二相位延迟层42的支撑和保护作用。
参照图6，将第二相位延迟层42设置于基材的阶梯表面上，可以使光线在入射到第二相位延迟层42时基本保持正入射的状态，提高线偏振光线转化为圆偏振光的效率，提高光线的利用效率。
第一基材部51a第二基材部51b的外侧表面为相互平行的平面，在本公开实施例中，第二相位延迟层42需要设置在靠近偏光片3的一侧，因此将偏振分光介质膜52贴附在第二基材部51b的外侧表面上，第二基材部51b对偏振分光介质膜52起到支撑的作用。除此之外，第一基材部51a和第二基材部51b可以透射入射光线，在第一基材部51a的外侧平面表面和/或第二基材部51b的平面表面上设置增透膜，有利于成像光线以及环境光的透射。
图7为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之三。
参照图7，在本公开实施例中，可以将成像镜头2中距离显示屏1最远的透镜的出光表面为平面，由此可以直接将偏光片3贴附于该透镜的出光表面上。
偏光片3通常需要设置基材对其进行支撑，如果在对成像镜头2进行设计时，将其出光侧的透镜的表面设计成平面，则可以直接将偏光片3贴附在透镜的平面出光面上，从而省略基材的设置，使得近眼显示装置的结构更加紧凑。
以图7所示的近眼显示装置为例，成像镜头2可以包括第一透镜21和第二透镜22，第二透镜22为成像镜头2中距离显示屏1最远的透镜。可以将第二透镜22的出光表面设计成平面，从而将偏光片3直接贴附在第二透镜22的出光表面上。与此同时，偏光片3和第一相位延迟层41可以相互贴合，此时可以将偏光片3和第一相位延迟层41的复合结构一起贴附在第二透镜22出光表面上。
图8为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之四。
参照图8，在本公开实施例中，成像镜头2中的透镜的材料可以采用玻璃或塑料等光学材料。当成像镜头2中的透镜采用玻璃材质时，透镜一般不会具有双折射等对光线的相位进行改变的性质，此时还可以将偏光片3设置在显示屏1与成像镜头2之间。
以图8所示的近眼显示装置结构为例，成像镜头2中的第一透镜21和第二透镜22均采用玻璃材质，偏光片3设置在显示屏1与成像镜头2之间。偏光片3与第一相位延迟层41采用复合结构时，可以将偏光片3和第一相位延迟层41一起设置在显示屏1和成像镜头2之间。
本公开实施例提供的近眼显示装置中，显示屏1可以采用液晶显示器、发光二极管显示器或有机发光二极管显示器。通常情况下显示屏1的出光面均为平面，因此当偏光片3设置于显示屏1和成像镜头2之间时，可以将偏光片3贴附在显示屏1的出光面上。如果偏光片3和第一相位延迟层41采用复合结构，可以将偏光片3和第一相位延迟层41一起贴附在显示屏1的出光面上，由此可以省略偏光片3的基材，使近眼显示装置的结构更加紧凑。
图9为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之五。
参照图9，显示屏1可以采用发光二极管显示器，发光二极管显示器的出射光为自然光，将偏光片3贴附于发光二极管显示器的出光表面上，偏光片3可以将发光二极管显示器出射的自然光转化为线偏振光，再利用上述的原理对光线的偏振态进行转化，从而实现虚拟现实显示。
显示屏1还可以采用液晶显示器，液晶显示器是利用液晶对线偏振光的调制进行图像显示，因此在液晶显示面板的入光面和出光面均需要设置偏光片，在本公开实施例中，可以将偏光片3贴附于液晶显示器的出光表面，以使偏光片3复用为液晶显示器出光侧的线偏振层。换言之，如果显示屏的出光表面设置有线偏振层，则可以省略偏光片3的设置，但是需要使线偏振层的偏振化方向与作为第一相位延迟层41的四分之一波片的光轴的夹角保持45°。
显示屏1还可以采用有机发光二极管显示器或微型有机发光二极管显示器，有机发光二极管显示器或微型有机发光二极管显示器为了抵抗环境光反射，通过会在显示屏的出光面上设置一层圆偏光片。圆偏光片由线偏振层和相位延迟层构成，由相位延迟层位于靠近显示屏的一侧，线偏振层位于远离显示屏的一侧。在本公开实施例中，可以将偏光片3贴附于显示屏的出光表面，以使偏光片3复用为显示屏的圆偏光片中的线偏振层。换言之，如果显示屏的出光表面设置圆偏光片，则可以省略偏光片3的设置，但是需要使圆偏光片中的线偏振层的偏振化方向与作为第一相位延迟层41的四分之一波片的光轴的夹角保持45°。
除此之外，如果显示屏出射的光线为圆偏振光，则可以省略偏光片3和第一相位延迟层41的设置，而直接在显示屏的出光侧设置第二相位延迟层42以及偏振分光片5等元件。
在本公开实施例中，曲面镜6与成像镜头2构成对显示屏1进行成像的光学系统。曲面镜6可以采用球面镜、非球面镜或自由曲面镜中的一种。采用球面透镜具有设计简单以及组装精度要求低等优势。而采用非球面透镜以及自由曲面透镜的厚度相对较小，可以优化像质，在进行光学设计时可以根据实际需要进行选择。曲面镜6的材料可以采用玻璃或塑料中的一种，在此不做限定。
曲面镜6不仅用于反射经过成像镜头2等元件的成像光线，还用于透射环境光，因此可以在曲面镜6面向偏振分光片5一侧的表面和背离偏振分光片5一侧的表面的至少一侧表面上设置半透半反膜。
本公开实施例提供的近眼显示装置可以为眼镜或头盔，此时可以将曲面镜6复用为眼镜或头盔的镜片，从而减少近眼显示装置所使用的镜片数量。当近眼显示装置为眼镜时，其外观图可以参见图10。
本公开实施例提供的近眼显示装置，包括：显示屏，用于图像显示；成像镜头，位于显示屏的出光侧，用于对显示屏的显示图像进行成像；偏光片，位于显示屏的出光侧，用于将显示屏的出射光转化为第一线偏振光；第一相位延迟层，位于偏光片背离显示屏的一侧，用于将偏光片透射的第一线偏振光转化为圆偏振光；偏振分光片，位于第一相位延迟层背离偏光片的一侧，相对于偏光片倾斜放置，偏振分光片能够透过第一线偏振光并且能够反射偏振方向与第一线偏振光垂直的第二线偏振光；第二相位延迟层，位于偏振分光片面向第一相位延迟层的一侧，用于将第一相位延迟层透射的圆偏振光转化为第二线偏振光或包括所述第二线偏振光的部分偏振光，第二线偏振光经偏振分光片反射后再次透过第二相位延迟层并被转化为圆偏振光或椭圆偏振光；和曲面镜，位于偏振分光片的反射光路上并位于第二相位延迟层远离偏振分光片的一侧，用于将再次透过第二相位延迟层的圆偏振光或椭圆偏振光部分地向人眼所在的位置反射，并部分地透射环境光。采用本公开实施例的近眼显示装置的结构，可以对光线进行多次偏振态的改变，使得显示屏出射的光线可以被用于图像显示，具有较高光效。偏振分光片将显示屏出射的光线完全反射，或只有少部分透射光，因此当在近眼显示装置的下方观看时，可以减弱显示屏的显示图像，达到改善保护隐私的效果。与此同时，采用偏振分光片不会产生在平板玻璃的两个表面分别反射产生重影的问题。
尽管已描述了本公开的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (19)

1.一种近眼显示装置，其中，包括：
显示屏，用于图像显示；
成像镜头，位于所述显示屏的出光侧，用于对所述显示屏的显示图像进行成像；
偏光片，位于所述显示屏的出光侧，用于将所述显示屏的出射光转化为第一线偏振光；
第一相位延迟层，位于所述偏光片背离所述显示屏的一侧，用于将所述偏光片透射的第一线偏振光转化为圆偏振光；
偏振分光片，位于所述第一相位延迟层背离所述偏光片的一侧，相对于所述偏光片倾斜放置，所述偏振分光片能够透过所述第一线偏振光并且能够反射偏振方向与所述第一线偏振光垂直的第二线偏振光；
第二相位延迟层，位于所述偏振分光片面向所述第一相位延迟层的一侧，用于将所述第一相位延迟层透射的圆偏振光转化为所述第二线偏振光或包括所述第二线偏振光的部分偏振光，所述第二线偏振光经偏振分光片反射后再次透过所述第二相位延迟层并被转化为圆偏振光或椭圆偏振光；和
曲面镜，位于所述偏振分光片的反射光路上并位于所述第二相位延迟层远离所述偏振分光片的一侧，用于将再次透过所述第二相位延迟层的圆偏振光或椭圆偏振光部分地向人眼所在的位置反射，并部分地透射环境光。
2.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述第一相位延迟层以及所述第二相位延迟层均为四分之一波片；
两个所述四分之一波片的光轴相互平行，所述偏光片的偏振化方向与所述四分之一波片的光轴方向的夹角为45°。
3.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述偏光片与所述第一相位延迟层相互贴合。
4.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述偏振分光片包括：
基材；
偏振分光介质膜，位于所述基材一侧的表面。
5.如权利要求4所述的近眼显示装置，其中，所述基材为平板，所述偏振分光介质膜贴附在所述平板一侧的表面，所述第二相位延迟层与所述偏振分光介质膜相互贴合。
6.如权利要求5所述的近眼显示装置，其中，所述平板背离所述偏振分光介质膜一侧的表面设置有增透膜。
7.如权利要求4所述的近眼显示装置，其中，所述基材包括：第一基材部和第二基材部，所述第一基材部位于靠近所述偏光片的一侧，所述第二基材部位于所述第一基材部背离所述偏光片的一侧；
所述第一基材部和所述第二基材部相对合的表面为阶梯面，另一侧表面为平面；所述第一基材部与所述第二基材部的阶梯面相互契合，所述第一基材部与所述第二基材部的平面表面相互平行；
第二相位延迟层贴附于所述第一基材部或所述第二基材部的阶梯面上；所述偏振分光介质膜贴附于所述第二基材部的平面表面上。
8.如权利要求7所述的近眼显示装置，其中，所述第一基材部的平面表面和/或所述第二基材部的平面表面设置有增透膜。
9.如权利要求1-8任一项所述的近眼显示装置，其中，所述成像镜头包括至少一个透镜；
所述透镜采用球面透镜、非球面透镜或自由曲面透镜中的一种。
10.如权利要求9所述的近眼显示装置，其中，所述成像镜头中距离所述显示屏最远的透镜的出光表面为平面，所述偏光片贴附于所述出光表面上。
11.如权利要求9所述的近眼显示装置，其中，所述透镜的材料采用玻璃或塑料中的一种。
12.如权利要求9所述的近眼显示装置，其中，所述偏光片位于所述显示屏与所述成像镜头之间。
13.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中，所述显示屏为液晶显示器；
所述偏光片贴附于所述液晶显示器的出光表面，所述偏光片复用为所述液晶显示器出光侧的线偏振层。
14.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中，所述显示屏为有机发光二极管显示器或微型有机发光二极管显示器；
所述偏光片贴附于所述显示屏的出光表面，所述偏光片复用为所述显示屏的圆偏光片中的线偏振层。
15.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中，所述显示屏为发光二极管显示器；
所述偏光片贴附于所述发光二极管显示器的出光表面上。
16.如权利要求1-15任一项所述的近眼显示装置，其中，所述曲面镜采用球面镜、非球面镜或自由曲面镜中的一种。
17.如权利要求16所述的近眼显示装置，其中，所述曲面镜的材料采用玻璃或塑料中的一种。
18.如权利要求16所述的近眼显示装置，其中，所述曲面镜的一侧表面上设置有半透半反膜。
19.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述近眼显示装置为眼镜或头盔；
所述曲面镜复用为所述眼镜或头盔的镜片。
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