CN115047632B - 光学系统、近眼显示设备及近眼显示设备消除鬼像的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种光学系统、近眼显示设备及近眼显示设备消除鬼像的方法。光学系统包括导光模组、显示模组以及滤光组件。显示模组用于发射第一光线。所述导光模组用于耦入并传输所述第一光线，其中所述第一光线经所述导光模组至少部分反射形成所述第二光线。所述滤光组件用于透射所述第一光线，并阻断至少部分所述第二光线耦入所述导光模组。上述近眼显示设备，能够在不影响发光效率的基础上有效防止近眼显示设备产生鬼像，从而有效提升用户的使用体验。
Description
技术领域
本申请涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种光学系统、近眼显示设备及近眼显示设备消除鬼像的方法。
背景技术
近眼显示设备包括增强现实(Augmented Reality，AR)设备、混合现实(MixedReality，MR)设备等，AR设备、MR设备等近眼显示设备能够将显示模组形成的虚拟图像与真实场景相融合，给用户带来沉浸式的视觉体验。由此，近眼显示设备越来越受到业界的追捧。然而，目前的近眼显示设备，显示模组发射的光线容易形成鬼像，严重影响用户的使用体验。
发明内容
本申请实施例提供一种光学系统、近眼显示设备及近眼显示设备消除鬼像的方法，以解决近眼显示设备中显示模组发射的光线容易形成鬼像的问题。
一种光学系统，包括：
显示模组，用于发射第一光线；
导光模组，所述导光模组用于耦入并传输所述第一光线，其中所述第一光线经所述导光模组至少部分反射形成所述第二光线；
滤光组件，所述滤光组件用于透射所述第一光线，并阻断至少部分所述第二光线耦入所述导光模组。
上述近眼显示设备，滤光组件能够阻断至少部分的第二光线耦入导光模组，例如阻断第二光线入射显示模组，或者阻断第二光线经显示模组反射后形成的光线入射导光模组，从而有利于避免第二光线耦入导光模组形成鬼像，有利于降低近眼显示设备产生鬼像的风险，进而有利于提升近眼显示设备的成像质量。同时，滤光组件还能够透过第一光线，不会导致显示模组的出光效率下降，从而实现了在不影响正常成像的基础上有效防止近眼显示设备产生鬼像的效果，从而有效提升用户的使用体验。
在其中一个实施例中，所述显示模组被配置为能够朝所述导光模组发射第一光线，部分的所述第一光线经所述导光模组反射后形成射向所述显示模组的第二光线，所述滤光组件能够透过所述第一光线，并遮挡至少部分的所述第二光线。
在其中一个实施例中，所述显示模组包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元用于发射所述第一光线；
所述滤光组件包括与所述像素单元的位置一一对应的开关单元，所述开关单元在相对应的所述像素单元发光时呈透光状态，在相对应的所述像素单元熄灭时呈遮光状态。
在其中一个实施例中，所述开关单元包括挡光板和挡光结构，所述挡光板上设有开关区域，所述挡光结构能够相对所述挡光板运动而遮挡对应的所述开关区域，以使得所述开关单元呈遮光状态，或解除对所述开关区域的遮挡以使得所述开关单元呈透光状态。
在其中一个实施例中，所述挡光结构能够相对所述挡光板沿平行于所述挡光板的方向移动。
在其中一个实施例中，所述挡光结构能够相对所述挡光板转动。
在其中一个实施例中，所述挡光结构的表面设有吸光材料。
在其中一个实施例中，所述开关单元包括电致变色结构，所述电致变色结构在相对应的所述像素单元发光时透光，以使得所述发光单元呈透光状态，在相应的所述像素单元熄灭时遮光，以使得所述发光单元呈遮光状态。
在其中一个实施例中，所述显示模组还包括反射元件和透镜结构，所述像素单元设于所述反射元件和所述透镜结构之间，所述滤光组件设于所述反射元件和所述像素单元之间，或者设于所述像素单元和所述透镜结构之间。
在其中一个实施例中，所述滤光组件设于所述显示模组和所述导光模组之间。
在其中一个实施例中，所述显示模组被配置为能够发射第一光线，部分的所述第一光线经所述导光模组反射后形成射向所述显示模组的第二光线，至少部分的所述第二光线经所述显示模组反射后形成射向所述导光模组的第三光线，所述滤光组件能够透过所述第一光线和所述第二光线，并遮挡至少部分的所述第三光线。
在其中一个实施例中，所述显示模组包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元用于发射所述第一光线；
所述滤光组件包括与所述像素单元的位置一一对应的偏振单元，所述偏振单元在相对应的所述像素单元发光时呈透光状态，在相对应的所述像素单元熄灭时改变所述第二光线的偏振状态，以使得至少部分的所述第三光线被所述偏振单元遮挡。
在其中一个实施例中，所述滤光组件包括偏振元件以及四分之一波片，在所述第二光线的传播方向上，所述偏振元件和所述四分之一波片依次设置，所述偏振元件设有与所述像素单元的位置一一对应的偏振结构，所述偏振结构与所述四分之一波片相对应的部分共同界定出所述偏振单元，所述偏振结构在相对应的所述像素单元发光时处于无偏状态，在相对应的所述像素单元熄灭时处于第一线偏振状态。
在其中一个实施例中，所述显示模组还包括反射元件和透镜结构，所述像素单元设于所述反射元件和所述透镜结构之间，其中：
所述偏振元件设于所述透镜结构和所述像素单元之间，所述四分之一波片设于所述偏振元件和所述像素单元之间；或者，
所述偏振元件设于所述透镜结构和所述像素单元之间，所述四分之一波片设于所述像素单元和所述反射元件之间；或者，
所述偏振元件设于所述像素单元和所述反射元件之间，所述四分之一波片设于所述偏振元件和所述反射元件之间。
在其中一个实施例中，所述偏振元件和所述四分之一波片均设于所述导光模组和所述显示模组之间。
在其中一个实施例中，所述显示模组还包括反射元件和透镜结构，所述像素单元设于所述反射元件和所述透镜结构之间，所述偏振元件设于所述透镜结构和所述导光模组之间，所述四分之一波片设于所述像素单元和所述反射元件之间，或者设于所述透镜结构和所述像素单元之间。
在其中一个实施例中，所述偏振结构包括液晶分子。
一种近眼显示设备，包括固定件以及如上述任一实施例所述的光学系统，所述光学系统设于所述固定件。
一种近眼显示设备消除鬼像的方法，所述近眼显示设备包括用于发射光线的显示模组以及用于传导光线的导光模组，所述方法包括如下步骤：
在所述导光模组指向所述显示模组的光路中设置滤光组件；
确定所述显示模组中发光的像素单元的位置；
控制与发光的像素单元位置相对应的滤光组件中的区域呈透光状态，控制滤光组件中的其他区域呈遮光状态。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为一些实施例中近眼显示设备佩戴于用户头部的示意图；
图2为一些实施例中近眼显示设备的结构示意图；
图3为一些实施例中滤光组件的开关区域的示意图；
图4为一些实施例中显示模组的示意图；
图5为一些实施例中滤光组件透过第一光线的示意图；
图6为一些实施例中滤光组件遮挡第二光线的示意图；
图7为一些实施例中滤光组件的结构示意图；
图8为另一些实施例中滤光组件的结构示意图；
图9为又一些实施例中滤光组件的结构示意图；
图10为一些实施例中滤光组件设于显示模组内的示意图；
图11为一些实施例中滤光组件设于显示模组外的示意图；
图12为一些实施例中滤光组件的偏振区域的示意图；
图13为一些实施例中光线经过滤光组件的偏振状态的变化示意图；
图14为一些实施例中偏振元件和四分之一波片设于显示模组内的示意图；
图15为另一些实施例中偏振元件和四分之一波片设于显示模组内的示意图；
图16为又一些实施例中偏振元件和四分之一波片设于显示模组内的示意图；
图17为一些实施例中四分之一波片设于显示模组内的示意图；
图18为另一些实施例中四分之一波片设于显示模组内的示意图；
图19为一些实施例中偏振元件和四分之一波片设于显示模组外的示意图；
图20为一些实施例中近眼显示设备消除鬼像的方法的示意图；
图21为另一些实施例中近眼显示设备消除鬼像的方法的示意图。
附图标记：
10、近眼显示设备；11、光学系统；110、显示模组；111、像素单元；1110、发光单元；112、基底；113、反射元件；114、透镜结构；115、第一光线；116、第二光线；117、第三光线；120、透镜模组；130、导光模组；131、光波导；132、输入耦合光栅；133、输出耦合光栅；140、滤光组件；141、开关区域；142、挡光板；143、挡光结构；144、基板；145、驱动组件；1450、电极；146、电致变色结构；147、偏振区域；148、偏振元件；149、四分之一波片；16、固定件；20、用户。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
AR设备、MR设备等近眼显示设备的光学系统通常配置有用于发射光线的显示模组以及用于传输光线的导光模组，导光模组用于将显示模组发射的光线与真实场景的光线相融合，并传导至用户眼球，给用户带来沉浸式的视觉体验。然而，目前的近眼显示设备，显示模组发射至导光模组的部分光线经过导光模组反射形成反射光线，该部分反射光线会返回显示模组中，进而经显示模组反射后再次返回导光模组中。由于反射光线入射显示模组的位置通常与显示模组发射光线的位置不同，导致反射光线再次返回导光模组后会形成有异于显示模组显示的图像。例如，部分的反射光线在显示模组中的反射位置与显示模组发射光线的位置呈现中心对称分布，导致该部分反射光线经导光模组传导至用户眼球时，形成与显示模组显示的图像上下左右颠倒的鬼像，影响用户的观看体验。
为解决上述问题，本申请提供一种光学系统、近眼显示设备及一种近眼显示设备消除鬼像的方法。
请参见图1和图2，图1为一些实施例中近眼显示设备10佩戴于用户20头部的示意图，图2为一些实施例中近眼显示设备10的结构示意图。本申请提供的近眼显示设备10包括但不限于为为AR眼镜、AR头盔等AR头戴式设备或者MR眼镜、MR头盔等MR头戴式设备。近眼显示设备10可包括固定件16以及设于固定件16的光学系统11，固定件16用于安装、固定或承载光学系统11。光学系统11可包括显示模组110、透镜模组120以及导光模组130，显示模组110用于发射光线，显示模组110可以包括各类能够发射光线而显示图像的显示屏，例如包括LED微缩化和矩阵化技术显示屏(Micro LED显示屏)。透镜模组120可以为准直镜组，可包括一片或多片具有光焦度的透镜，透镜模组120用于将显示模组110发射的光线调节后投射到导光模组130中。例如，透镜模组120能够将显示模组110发射的光线准直形成平行光投射到导光模组130中，则显示模组110与透镜模组120的配合能够形成朗伯光源，有利于提升近眼显示设备10的成像质量。导光模组130用于将显示模组110发射的光线与真实场景的光线相融合，并传导至用户20眼球，供用户20观看。导光模组130可以包括光波导131、输入耦合光栅132以及输出耦合光栅133，输入耦合光栅132与输出耦合光栅133均设于光波导131上。其中，输入耦合光栅132对应显示模组110发射光线入射光波导131的位置，输出耦合光栅133对应光波导131出射至用户20眼球的位置。输入耦合光栅132能够将真实场景的光线与显示模组110发射的光线经过衍射、折射等过程输入光波导131中，光波导131将输入耦合光栅132输入的光线通过全反射传导至输出耦合光栅133中，进而通过输出耦合光栅133的衍射、折射等过程将光线投射至用户20眼球。
在图2所示的实施例中，导光模组130仅包括一组光波导131、输入耦合光栅132以及输出耦合光栅133，实际上，导光模组130还可包括两组、三组或更多数量的光波导131、输入耦合光栅132以及输出耦合光栅133，以将不同波段的光线耦入不同的光波导131中传导，提升近眼显示设备10的成像质量。
当然，近眼显示设备10还可包括音频模块(未示出)、无线通信模块(未示出)、数据处理模块(未示出)等功能模块，各功能模块与显示模组110、透镜模组120以及导光模组130共同配合实现完整的AR成像。近眼显示设备10中模块的具体配置可根据实际需求进行选择，此处不再赘述。
进一步地，在一些实施例中，光学系统11还可包括滤光组件140，滤光组件140用于透过至少部分显示模组110发射的光线，并遮挡至少部分经导光模组130反射而返回显示模组110的光线。具体地，显示模组110可用于发射第一光线，第一光线经导光模组130后至少部分反射形成第二光线，滤光组件用于透过第一光线，并阻断至少部分的第二光线耦入导光模组130。
需要说明的是，在本申请中，滤光组件140遮挡至少部分导光模组130反射的光线射到显示模组110中，即中断至少部分导光模组130反射的光线射向显示模组110的路径；或者，导光模组130反射的光线入射显示模组110，并被显示模组110反射后，滤光组件140遮挡至少部分依次经导光模组130和显示模组110反射后的光线射到导光模组130中，即中断至少部分显示模组110反射的光线射向导光模组130的路径，这两种情况均可以理解为滤光组件140遮挡至少部分经导光模组130反射而返回显示模组110的光线，即滤光组件140阻断至少部分第二光线耦入导光模组130。在本申请中，描述某一结构遮挡光线或中断光线的传输路径，包括了该结构将光线反射、吸收或者反射部分光线而吸收部分光线等情况。在本申请中，描述滤光组件140设于显示模组110和导光模组130的光路中，可以理解为滤光组件140设于显示模组110发射的光线射到导光模组130的路径上的任意适用位置。例如，滤光组件140可设于显示模组110和透镜模组120之间，或设于透镜模组120和导光模组130之间，或设于显示模组110内的两结构之间。当然，滤光组件140可包括多个结构，且滤光组件140的多个结构可分别设于显示模组110与导光模组130的光路中的不同位置，例如，滤光组件140的部分结构设于显示模组110和导光模组130之间，另外部分结构设于显示模组110内的两结构之间。
上述近眼显示设备10，滤光组件140能够阻断至少部分的鬼像光线的产生路径。例如，滤光组件140能够遮挡至少部分该反射光线重新入射显示模组110，或者，遮挡至少部分该反射光线经显示模组110再次返回导光模组130中，从而能够避免导光模组130反射的光线经显示模组110的反射后再次返回导光模组130而形成鬼像的情况。同时，滤光组件140还能够透过显示模组110发射的光线，换言之，滤光组件140在遮挡反射光线的同时不影响显示模组110发射的光线传导至导光模组130中，从而能够在不影响显示模组110的出光效率以及近眼显示设备10的成像质量的基础上，有效防止近眼显示设备10产生鬼像，进而有效提升用户20的使用体验。
参考图3、图4和图5，可以理解的是，显示模组110通常包括有多个呈阵列排布的像素单元111，例如，参考图4所示，当显示模组110包括Micro LED显示屏时，显示模组110可包括呈矩形阵列排布的多个像素单元111，像素单元111的数量多少决定了显示模组110的分辨率大小，像素单元111的数量越多，显示模组110的分辨率越高，成像质量越好。在一些实施例中，显示模组110包括多个发光单元1110，例如包括多个Micro LED芯片。显示模组110的每个像素单元111可由多个发光单元1110构成，例如，在图4所示的实施例中，每个像素单元111由四个发光单元1110构成。当然，每个像素单元111中发光单元1110的数量和类型可根据实际的显示需求进行选择，此处不做限定。例如，在一些实施例中，每个像素单元111由两个红光Micro LED芯片、一个蓝光Micro LED芯片以及一个绿光Micro LED芯片这四个发光单元1110构成。在显示模组110每一帧的图像显示中，通常存在部分的像素单元111发光而另一部分像素单元111不发光，并且，发光的部分像素单元111发射的光线经导光模组130反射后通常会射向显示模组110的其他位置。
可以理解的是，在本申请中，显示模组110显示的图像包括但不限于为静态图像或动态影像，并且，当显示模组110显示动态影响时，显示模组110每一帧的图像显示中，发光的像素单元111的位置均可相同或不同，具体需根据每一帧的图像显示需求进行调节。
基于上述说明，为实现不影响近眼显示设备10的显示的同时，避免鬼像的产生，滤光组件140对应发光的像素单元111的位置需要能够透过显示模组110发射的光线，而其余位置，例如与熄灭的像素单元对应的位置遮挡光线透过。在图3所示的实施例中，以有无阴影线来区别滤光组件140的该位置是否透光。例如，图3所示的滤光组件140的A区域对应显示模组110发光的像素单元111的位置，B区域对应显示模组110熄灭的像素单元111的位置。在显示模组110的其中一帧图像显示中，滤光组件140对应发光的像素单元111的区域透过光线，对应熄灭的像素单元111的位置遮挡光线，从而实现在不影响近眼显示设备10的显示的同时中断导光模组130反射光线的传导路径，避免反射光线经显示模组110反射后再次进入导光模组130中形成鬼像。
可以理解的是，由于显示模组110在不同帧的图像显示中，发光的像素单元111均可能不同，因此挡光模组各区域的状态也应当根据显示模组110中像素单元111的发光状态实时切换，以确保在每一帧的图像显示中，滤光组件140中与发光的像素单元111相对的区域均能够透过光线，而与熄灭的像素单元111相对的区域均能够遮挡光线，从而在不影响显示模组110的出光效率的同时有效避免鬼像的产生。
需要说明的是，显示模组110除了包括多个像素单元111外，还可包括其他结构。示例性地，一并参考图4和图5，在一些实施例中，显示模组110包括基底112、反射元件113和透镜结构114，其中，反射元件113设于基底112朝向像素单元111一侧，像素单元111设于反射元件113背离基底112一侧，透镜结构114设于所述像素单元111背离反射元件113一侧。反射元件113可以由在基底112上溅射或蒸镀的金属、介质材料等反射材料构成，反射元件113朝向像素单元111的表面形成反射面。像素单元111可以由设置在反射元件113上且呈矩阵排列的多个发光单元1110构成，具体地，发光单元1110可以包括从反射元件113的表面生长的发光二极管，发光单元1110可包括砷化镓、磷化镓、碳化硅等，在外加电压的作用下，发光单元1110中的电子和空穴复合辐射出光线。其中，发光单元1110朝向反射元件113以及背向反射元件113的表面均可以形成发光单元1110的发光面，发光单元1110背向反射元件113的发光面发射的光线投向导光模组130，而发光单元1110朝向反射元件113的发光面发射的光线经过反射元件113的反射后投向导光模组130。透镜结构114可以包括准直透镜，透镜结构114用于将发光单元1110发射的光线准直后投向导光模组130，配合透镜模组120对光线的调节，能够提升光线的平行性，进而提升近眼显示设备10的成像质量。
可以看出，显示模组110发射的光线经导光模组130发射形成返回显示模组110的反射光线后，反射光线会被反射元件113反射而重新投向导光模组130形成鬼像。因此，滤光组件140遮挡导光模组130的反射光线投向显示模组110，或者遮挡导光模组130反射的光线再次经显示模组110的反射投向导光模组130，能够有效避免鬼像的产生。
以下用不同的实施例列举近眼显示设备10通过滤光组件140消除鬼像的其中部分实施方式。
结合图3、图5和图6所示，在一些实施例中，滤光组件140通过遮挡导光模组130反射的光线射到显示模组110的反射元件113上，从而避免鬼像的产生。例如，显示模组110朝导光模组130发射第一光线115，部分的第一光线115经导光模组130反射形成射向显示模组110的第二光线116，滤光组件140用于遮挡至少部分的第二光线116射到反射元件113上。可以理解的是，第二光线116可由第一光线115在光波导131内反射一次或多次全反射形成。
具体地，在一些实施例中，滤光组件140设有与显示模组110的像素单元111位置一一对应的开关区域141。同时，近眼显示设备10能够控制与发光的像素单元111位置相对应的开关区域141透光，以透过第一光线115，并能够控制与熄灭的像素单元111位置相对应的开关区域141遮光，以遮挡至少部分的第二光线116。参考图3和图5所示，近眼显示设备10控制图3中的开关区域A透光，使得像素单元111发射的第一光线115能够顺利透过滤光组件140投向导光模组130，从而不影响显示模组110的出光效率以及近眼显示设备10的正常显示。参考图3和图6，近眼显示设备控制图3中的开关区域B遮光，使得经导光模组130反射而投向显示模组110上且位置与开关区域B对应的光线被滤光组件140遮挡，无法射到反射元件113上，由此避免导光模组130反射的至少部分光线经反射元件113反射后再次进入导光模组130形成鬼像。
在一些实施例中，每个开关区域141的几何中心与对应的一个像素单元111的几何中心重叠，有利于提升滤光组件140透过显示模组110发射的光线并遮挡导光模组130反射的光线的效果。
进一步地，结合图3和图7所示，在一些实施例中，滤光组件140包括挡光板142以及设于挡光板142上的多个挡光结构143，多个开关区域141呈阵列设于挡光板142上。例如，在一些实施例中，挡光板142开设有呈阵列排布的多个通孔，每个通孔对应形成一个开关区域141。挡光结构143与开关区域141一一对应，每个挡光结构143能够遮挡或接触对对应的一个开关区域141的遮挡。可以理解的是，挡光结构143可由不透光材质构成，当挡光结构143遮挡对应的开关区域141时，该开关区域141能够遮挡光线透过，当挡光结构143接触对对应的开关区域141的遮挡时，该开关区域141可供光线透过。例如，图3所示的开关区域A对应的挡光结构143离开开关区域A，图3所示的开关区域B对应的挡光结构143解除对开关区域B的遮挡。
挡光结构143遮挡或解除对开关区域141的遮挡的方式不限。参考图7所示，在一些实施例中，挡光结构143能够沿平行于挡光板142的方向移动。当挡光结构143沿平行于挡光板142的方向移动至与开关区域141的位置相对应时，挡光结构143遮挡开关区域141，当挡光结构143移动至脱离开关区域141的位置时，挡光结构143解除对开关区域141的遮挡。当然，图7所述的挡光结构143仅为其中一些实施方式的示例，在图7所示的实施例中，挡光结构143分为两部分，挡光结构143的两部分能够沿平行于挡光板142的方向相互靠近而遮挡开关区域141，或者相互远离而解除对开关区域141的遮挡。在图7所示的实施例中，挡光结构143部分嵌入挡光板142中，并能够相对挡光板142滑动，当解除对开关区域141的遮挡时，挡光结构143完全位于挡光板142内，有利于减小滤光组件140的占用空间。在其他实施例中，挡光结构143也可仅有一个能够相对挡光板142滑动的结构，或者，挡光结构143也可设于挡光板142外，挡光结构143通过独立于挡光板142的滑轨等结构实现相对挡光板142的移动，只要挡光结构143能够遮挡或解除对对应的开关区域141的遮挡即可。
在另一些实施例中，图7所示的挡光结构143也可以包括磁致伸缩材料，则可通过控制磁场的变化来驱使挡光结构143伸长以遮挡开关区域141，或者驱使挡光结构143缩短而解除对开关区域141的遮挡。
参考图8所示，在一些实施例中，挡光结构143的一端连接挡光板142，挡光结构143能够相对挡光板142翻转而盖设于开关区域141上，以遮挡开关区域141，挡光结构143也能够相对挡光板142翻转而脱离开关区域141，以解除对开关区域141的遮挡。在图8所示的实施例中，挡光结构143由分别连接挡光板142的两部分构成，在另一些实施例中，挡光结构143也可由连接挡光板142并能够相对挡光板142翻转的一个结构构成，只要挡光结构143能够相对挡光板142翻转而遮挡或接触对开关区域141的遮挡即可。
在一些实施例中，挡光结构143的材质包括反光材质，挡光结构143能够通过反射光线的方式遮挡光线透过，具体地，挡光结构143的材质包括但不限于为任意适用的金属、塑料等材质。在另一些实施例中，挡光结构143的材质包括吸光材料，例如，挡光结构143的表面覆盖有石墨等吸光材料。由此，挡光结构143通过吸收光线的方式遮挡光线透过，能够有效降低显示模组110与导光模组130光路中的反射光线，从而降低近眼显示设备10中的杂散光成分，有利于提升近眼显示设备10的成像质量。
当然，开关区域141的形成方式不限于在挡光板142上开孔，只要开关区域141能够遮挡或透过光线即可。结合图3、图4和图9所示，在一些实施例中，滤光组件140包括基板144、驱动组件145以及设于基板144上的多个电致变色结构146，多个电致变色结构146呈阵列排布于基板144上，每个电致变色结构146界定出对应的一个开关区域141，换言之，电致变色结构146与显示模组110的像素单元111一一对应。电致变色结构146能够在驱动组件145的驱使下透光或者遮挡光线透过，从而透过显示模组110投向导光模组130的光线，或者遮挡导光模组130反射的光线。
具体地，电致变色结构146可以具备在驱动组件145施加的不同电压下产生不同的透光率的特性。例如，驱动组件145不对电致变色结构146施加电压时，电致变色结构146透光率增大，从而使得对应的开关区域141能够透过光线，驱动组件145对电致变色结构146施加电压时，电致变色结构146的透光率减小，从而使得对应的开关区域141能够遮挡光线透过。
在一些实施例中，驱动组件145包括多个电极1450，其中每两个电极1450与一个电致变色结构146对应，与同一电致变色结构146对应的两个电极1450分别电连接对应的电致变色结构146的两侧，例如两个电极1450分别电连接电致变色结构146朝向基板144的一侧以及背向基板144的一侧。驱动组件145通过电连接电致变色结构146的两个电极1450能够分别控制对电致变色结构146的供电，从而控制不同的电致变色结构146的透光率大小。具体地，驱动组件145能够停止与图3所示的开关区域A位置对应的电致变色结构146供电，从而提升与开关区域A对应的电致变色结构146的透光率，进而使得开关区域A透光。驱动组件145能够通过两个电极1450对与图3所示的开关区域B位置对应的电致变色结构146供电，从而降低与开关区域B对应的电致变色结构146的透光率，进而使得开关区域B挡光。
进一步地，在一些实施例中，电致变色结构146的材质可以包括固态相变材料，具体地，电致变色结构146的材质包括但不限于为Ge2Sb2Te5或VO2等任意适用的固态相变材料。在电致变色结构146中采用固态相变材料，当驱动组件145对电致变色结构146施加电压导致电致变色结构146能够遮挡光线透过时，电致变色结构146能够具备良好的吸光效应，从而能够通过吸收光线而遮挡光线透过，有利于减少近眼显示设备10中反射光形成的杂散光成分，从而有利于提升近眼显示设备10的成像质量。
可以理解的是，在图7和图8所示的实施例中，挡光板142每个开设有开关区域的部分与对应的挡光结构143共同构成一个开关单元，而在图9所示的实施例中，每个电致变色结构146构成一个开关单元，开关单元能够在相对应的像素单元111发光时呈透光状态，在相对应的像素单元111熄灭时呈遮光状态。
可以理解的是，在图6-图9所示的实施例中，滤光组件140的设置位置不限，可设于显示模组110与导光模组130的光路中的任意适用位置，例如可设于反射元件113至导光模组130中任意两结构之间，只要滤光组件140能够遮挡至少部分经导光模组130反射的光线射到反射元件113上即可。
参考图5和图10所示，在一些实施例中，滤光组件140设于显示模组110内的任意两结构之间。具体地，在图5所示的实施例中，滤光组件140设于像素单元111和透镜结构114之间，在图10所示的实施例中，滤光组件140设于反射元件113和像素单元111之间。滤光组件140设于显示模组110内，能够与显示模组110的其他结构相集成，从而提升近眼显示设备10中的元件集成度，有利于压缩近眼显示设备10的体积。
参考图2和图11所示，在另一些实施例中，滤光组件140设于显示模组110外，并设于显示模组110和导光模组130之间。具体地，滤光组件140可设于显示模组110和透镜模组120之间，或者设于透镜模组120和导光模组130之间。如此设置，能够简化滤光组件140的设置工艺，同时充分利用显示模组110与透镜模组120之间，或者透镜模组120与导光模组130之间的间隙，提升近眼显示设备10的空间利用率。
请参见图2、图12和图13，图12和图13中提供了另一种消除鬼像的实施方式，通过遮挡至少部分反射元件113反射的光线射到导光模组130中而消除鬼像。具体地，在一些实施例中，显示模组110朝导光模组130发射第一光线115，第一光线115经导光模组130反射形成射向显示模组110的第二光线116，第二光线116经显示模组110反射形成射向导光模组130的第三光线117，滤光组件140能够遮挡至少部分的第三光线117射到导光模组130，即中断至少部分的第三光线117射到导光模组130的传导路径。
进一步地，在一些实施例中，滤光组件140设有与像素单元111的位置一一对应的偏振区域147，其中，与发光的像素单元111的位置相对应的偏振区域147呈透光状态，以透过第一光线115，与熄灭的像素单元111的位置相对应的偏振区域147能够改变第二光线116的偏振态，以使得第二光线116经显示模组110反射形成的至少部分第三光线117被与该第二光线116对应的偏振区域147遮挡。例如，在图11所示的实施例中，通过有无阴影线来区分偏振区域147偏振态的不同。
结合图11和图12所示，偏振区域C与显示模组110中发光的像素单元111的位置相对应，偏振区域C能够透过第一光线115，从而不影响近眼显示设备10的正常显示。偏振区域D与显示模组110中熄灭的像素单元111的位置相对应，偏振区域D能够透过第二光线116并改变第二光线116的偏振态，从而使得第二光线116被显示模组110反射形成的至少部分第三光线117因偏振态的改变而无法透过偏振区域D，实现遮挡至少部分第三光线117射到导光模组130的效果，从而避免鬼像的产生。可以理解的是，通过改变偏振状态实现遮挡反射光的效果，滤光组件140在改变第二光线116的偏振状态时，会吸收第二光线116中部分偏振状态的光线成分，从而削弱第二光线116的强度，有利于进一步减少近眼显示设备10中反射光的成分。
在一些实施例中，每个偏振区域147的几何中心与对应的一个像素单元111的几何中心重叠，有利于提升滤光组件140透过显示模组110发射的光线并遮挡经导光模组130和显示模组110反射的光线的效果。
参考图13所示，在一些实施例中，滤光组件140包括在导光模组130指向显示模组110的方向上依次设置的偏振元件148和四分之一波片149，偏振元件148设有与像素单元111的位置一一对应的偏振结构。其中，与发光的像素单元111的位置相对应的偏振结构处于无偏状态，例如，偏振区域C中的偏振结构处于无偏状态，显示模组110发射的第一光线115能够透过偏振区域C，且偏振状态不会发生改变，从而不会降低显示模组110的出光效率。与熄灭的像素单元111的位置相对应的偏振结构处于第一线偏振状态，当导光模组130反射形成的至少部分处于无偏状态的第二光线116经过偏振区域D时，第二光线116的偏振状态会因偏振结构的存在而转化为第一线偏振状态。处于第一线偏振状态的第二光线116经过四分之一波片149时，偏振状态会转化为第一圆偏振状态。至少部分处于第一圆偏振状态的第二光线116经显示模组110反射后，会转化为处于第二圆偏振状态的第三光线117，其中，第二圆偏振状态的旋向与第一圆偏振状态的旋向相反。处于第二圆偏振状态的第三光线117经过四分之一波片149时，偏振状态会转化为第二线偏振状态，其中，第二线偏振状态的偏振方向与第一线偏振状态的偏振方向相垂直，换言之，第二线偏振状态的偏振方向与偏振区域D中偏振结构的偏振方向相垂直。由此，至少部分处于第二线偏振状态的第三光线117在偏振区域D被滤光组件140吸收，无法射到导光模组130中。可以理解的是，在图13所示的实施例中，和像素单元111相对应的偏振结构与四分之一波片149的位置相对应的部分共同界定出偏振区域147，而每个偏振区域147对应的偏振结构与四分之一波片的局部共同界定出一个偏振单元。偏振单元能够在相对应的像素单元111发光时呈透光状态，在相对应的像素单元111熄灭时改变第二光线116的偏振状态，以使得第三光线117被偏振单元111遮挡。
通过改变第二光线116的偏振态使得至少部分第三光线117的偏振态与对应的偏振结构的偏振状态不同，而实现遮挡至少部分第三光线117的效果，能够极大程度地吸收第三光线117，有效防止第三光线117射到导光模组130而产生鬼像。当然，在本实施例中，第一线偏振状态和第二线偏振状态并不特指某个方向的线偏振状态，只要第一线偏振状态与第二线偏振状态相垂直，通过改变第二光线116的偏振状态能够有效吸收第三光线117即可。
需要说明的是，在图13所示的实施例中，滤光组件140至少包括偏振元件148和四分之一波片149两部分，且滤光组件140设置位置也不限。参考图14、图15和图16，在一些实施例中，滤光组件140设于显示模组110内。具体地，在图14所示的实施例中，滤光组件140设于透镜结构114和像素单元111之间，且偏振元件148设于四分之一波片149背离像素单元111的一侧。在图15所示的实施例中，偏振元件148设于透镜结构114和像素单元111之间，四分之一波片149设于反射元件113和像素单元111之间。在图16所示的实施例中，滤光组件140设于像素单元111和反射元件113之间，且偏振元件148设于四分之一波片149背离反射元件113的一侧。将滤光组件140设于显示模组110中，有利于提升近眼显示设备10的结构集成度，从而有利于压缩近眼显示设备10的体积。
参考图2、图17和图18所示，在另一些实施例中，滤光组件140的其中一部分设于显示模组110外，另一部分设于显示模组110内。具体地，在图17所示的实施例中，偏振元件148设于显示模组110外，例如设于显示模组110与透镜模组120之间，或者设于透镜模组120和导光模组130之间；四分之一波片149设于像素单元111和反射元件113之间。在图18所示的实施例中，偏振元件148设于显示模组110外，例如设于显示模组110与透镜模组120之间，或者设于透镜模组120和导光模组130之间；四分之一波片149设于像素单元111和透镜结构114之间。将滤光组件140的其中一部分设于显示模组110内，另一部分设于显示模组110外，既有利于提升近眼显示设备10中结构的集成度，同时也有利于充分利用显示模组110与透镜模组120，或者透镜模组120与导光模组130之间的间隙，从而有效压缩近眼显示设备10的体积。
参考图2和图19所示，在一些实施例中，滤光组件140设于显示模组110外，例如设于显示模组110与透镜模组120之间，或者设于透镜模组120和导光模组130之间。并且，偏振元件148设于四分之一波片149背离显示模组110的一侧。如此设置，有利于简化滤光组件140的设置工艺，同时充分利用显示模组110与透镜模组120，或者透镜模组120与导光模组130之间的间隙，从而提升近眼显示设备10的空间利用率。
偏振元件148的具体设置不限，只要偏振元件148各偏振区域147对应的偏振结构均能够在无偏状态以及第一偏振状态之间切换即可。具体地，在一些实施例中，偏振元件148包括液晶屏，则偏振结构可以由偏振元件148中与偏振区域147对应的多个液晶分子构成。在偏振元件148中采用液晶屏，偏振结构的偏振状态转换速度快，能够有效匹配显示模组110发光的像素单元111的切换，提升近眼显示设备10的成像质量。
基于上述各实施例中近眼显示设备10消除鬼像的结构设计，本申请还提供一种近眼显示设备10消除鬼像的方法。
请参见图2、图5、图6和图20，近眼显示设备10消除鬼像的方法包括如下步骤：
在导光模组130指向显示模组110的光路中设置滤光组件140；
确定显示模组110中发光的像素单元111的位置；
控制与发光的像素单元111位置相对应的滤光组件140中的区域呈透光状态，控制滤光组件140中的其他区域呈遮光状态，例如，控制滤光组件140中与熄灭的像素单元111位置相对应的区域呈遮光状态。
上述的近眼显示设备10消除鬼像的方法，能够透过显示模组110发射的光线，从而不影响显示模组110的出光效率，保证近眼显示设备10的正常显示。同时还能够遮挡至少部分经导光模组130反射的光线射到显示模组110，或者防止至少部分经导光模组130和显示模组110反射的光线再次射到导光模组130中，从而有利于避免鬼像的产生。
在一些实施例中，上述方法消除鬼像的过程如下：
显示模组110向导光模组130发射第一光线115；
部分的第一光线115经导光模组130反射形成射向显示模组110的第二光线116；
中断至少部分的第二光线116射到显示模组110的路径。
基于图5、图6和图20所示的实施例，上述方法还包括如下过程：
在滤光组件140中设置与像素单元111的位置一一对应的开关区域141。
并且，在显示模组110向导光模组130发射第一光线115的过程中，与发光的像素单元111位置相对应的开关区域141透过第一光线115。参考图5和图9所示，具体地，可通过驱使挡光结构143解除对开关区域141的遮挡，或者通过停止对开关区域141对应的电致变色结构146施加电压，即提升与第一光线115的位置相对应的电致变色结构146的透光率，而使得开关区域141能够透过对应像素单元111发射的第一光线115。
在遮挡至少部分的第二光线116射到显示模组110的路径的过程中，与熄灭的发光单元111的位置相对应的开关区域141挡光，以遮挡至少部分的第二光线116。参考图5和图9所示，具体地，可通过驱使挡光结构143遮挡开关区域141，或者通过对开关区域141对应的电致变色结构146施加电压，即通过降低与第二光线116的位置相对应的电致变色结构146的透光率，而使得开关区域141遮挡第二光线116。
参考图2、图13和图21所示，在另一些实施例中，近眼显示设备10消除鬼像的方法还可通过遮挡至少部分经显示模组110反射的光线射到导光模组130中而避免鬼像的产生，具体过程如下：
显示模组110向导光模组130发射第一光线115；
部分的第一光线115经导光模组130反射形成射向显示模组110的第二光线116；
至少部分的第二光线116经显示模组110反射后形成射向导光模组130的第三光线117；
中断至少部分的第三光线117射到导光模组130的路径。
进一步地，参考图13和图21，在一些实施例中，滤光组件140还设有与像素单元111的位置一一对应的偏振区域147，例如设置偏振元件148和四分之一波片149的搭配所界定的多个呈阵列排布的偏振区域147。
并且，与熄灭的像素单元111的位置相对应的偏振区域147能够改变第二光线116的偏振态，并遮挡至少部分第二光线116形成的第三光线117。例如，通过改变第二光线116的偏振状态，使得第二光线116经显示模组110反射产生的第三光线117的偏振态，和与熄灭的像素单元111位置对应的偏振区域147的偏振状态不同，从而使得至少部分的第三光线117在对应的偏振区域147被遮挡。
具体地，参考图13所示，在一些实施例中，至少部分第二光线116经显示模组110反射后形成射向导光模组130的第三光线117，遮挡至少部分的第三光线117射到所述导光模组130的路径包括如下过程：
将至少部分的第二光线116调节为第一线偏振光；
将至少部分的第二光线116调节为第一圆偏振光；
将至少部分的第三光线117调节为第二线偏振光，其中，第二线偏振光与第一线偏振光的偏振方向相垂直；
遮挡至少部分的第三光线117。
在图13和图21的实施例中，可通过偏振元件148先将至少部分导光模组130反射的处于无偏状态的第二光线116调节为第一线偏振光，再通过四分之一波片149将至少部分处于第一线偏振光的第二光线116调节为第一圆偏振光。至少部分处于第一圆偏振状态的第二光线116经显示模组110反射后会形成处于第二圆偏振状态的第三光线117，其中，第二圆偏振状态的旋向与第一圆偏振状态的旋向相反。进而通过四分之一波片149将至少部分处于第二圆偏振状态的第三光线117调节为第二线偏振光，其中，第二线偏振光与第一线偏振光的偏振方向相垂直。由此，能够通过处于第一线偏振状态的偏振区域147有效吸收至少部分处于第二线偏振状态的第三光线117，从而避免至少部分第三光线117射到导光模组130产生鬼像。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (18)
1.一种光学系统，其特征在于，包括：
显示模组，所述显示模组包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元用于发射第一光线；
导光模组，所述导光模组用于耦入并传输所述第一光线，其中所述第一光线经所述导光模组至少部分反射形成第二光线；以及，
滤光组件，所述滤光组件用于透射所述第一光线，并阻断至少部分所述第二光线耦入所述导光模组，所述滤光组件包括与所述像素单元的位置一一对应的单元，所述单元在相对应的所述像素单元发光时呈透光状态，在相对应的所述像素单元熄灭时阻断至少部分所述第二光线耦入所述导光模组。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述显示模组被配置为能够朝所述导光模组发射第一光线，部分的所述第一光线经所述导光模组反射后形成射向所述显示模组的第二光线，所述滤光组件能够透过所述第一光线，并遮挡至少部分的所述第二光线。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述滤光组件包括与所述像素单元的位置一一对应的开关单元，所述开关单元在相对应的所述像素单元发光时呈透光状态，在相对应的所述像素单元熄灭时呈遮光状态。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述开关单元包括挡光板和挡光结构，所述挡光板上设有开关区域，所述挡光结构能够相对所述挡光板运动而遮挡所述开关区域，以使得所述开关单元呈遮光状态，或解除对所述开关区域的遮挡以使得所述开关单元呈透光状态。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述挡光结构能够相对所述挡光板沿平行于所述挡光板的方向移动；或者，
所述挡光结构能够相对所述挡光板转动。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述挡光结构的表面设有吸光材料。
7.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述开关单元包括电致变色结构，所述电致变色结构在相对应的所述像素单元发光时透光，在相应的所述像素单元熄灭时遮光。
8.根据权利要求3-7任一项所述的光学系统，其特征在于，所述显示模组还包括反射元件和透镜结构，所述像素单元设于所述反射元件和所述透镜结构之间，所述滤光组件设于所述反射元件和所述像素单元之间，或者设于所述像素单元和所述透镜结构之间。
9.根据权利要求3-7任一项所述的光学系统，其特征在于，所述滤光组件设于所述显示模组和所述导光模组之间。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述显示模组被配置为能够发射第一光线，部分的所述第一光线经所述导光模组反射后形成射向所述显示模组的第二光线，至少部分的所述第二光线经所述显示模组反射后形成射向所述导光模组的第三光线，所述滤光组件能够透过所述第一光线和所述第二光线，并遮挡至少部分的所述第三光线。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于，所述滤光组件包括与所述像素单元的位置一一对应的偏振单元，所述偏振单元在相对应的所述像素单元发光时呈透光状态，在相对应的所述像素单元熄灭时改变所述第二光线的偏振状态，以使得至少部分的所述第三光线被所述偏振单元遮挡。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述滤光组件包括偏振元件以及四分之一波片，在所述第二光线的传播方向上，所述偏振元件和所述四分之一波片依次设置，所述偏振元件设有与所述像素单元的位置一一对应的偏振结构，所述偏振结构与所述四分之一波片相对应的部分共同界定出所述偏振单元，所述偏振结构在相对应的所述像素单元发光时处于无偏状态，在相对应的所述像素单元熄灭时处于第一线偏振状态。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述显示模组还包括反射元件和透镜结构，所述像素单元设于所述反射元件和所述透镜结构之间，其中：
所述偏振元件设于所述透镜结构和所述像素单元之间，所述四分之一波片设于所述偏振元件和所述像素单元之间；或者，
所述偏振元件设于所述透镜结构和所述像素单元之间，所述四分之一波片设于所述像素单元和所述反射元件之间；或者，
所述偏振元件设于所述像素单元和所述反射元件之间，所述四分之一波片设于所述偏振元件和所述反射元件之间。
14.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述偏振元件和所述四分之一波片均设于所述导光模组和所述显示模组之间。
15.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述显示模组还包括反射元件和透镜结构，所述像素单元设于所述反射元件和所述透镜结构之间，所述偏振元件设于所述透镜结构和所述导光模组之间，所述四分之一波片设于所述像素单元和所述反射元件之间，或者设于所述透镜结构和所述像素单元之间。
16.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述偏振结构包括液晶分子。
17.一种近眼显示设备，其特征在于，包括固定件以及如权利要求1-16任一项所述的光学系统，所述光学系统设于所述固定件。
18.一种近眼显示设备消除鬼像的方法，其特征在于，采用如权利要求1-16任一项所述的光学系统，所述方法包括如下步骤：
确定所述显示模组中发光的像素单元的位置；
控制与发光的像素单元位置相对应的滤光组件中的单元呈透光状态，控制滤光组件中的其他单元呈遮光状态。
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