CN115145041A - 一种近眼显示系统 - Google Patents
一种近眼显示系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115145041A CN115145041A CN202210956200.9A CN202210956200A CN115145041A CN 115145041 A CN115145041 A CN 115145041A CN 202210956200 A CN202210956200 A CN 202210956200A CN 115145041 A CN115145041 A CN 115145041A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- lens
- optical lens
- display unit
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 118
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 76
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 106
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 15
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种近眼显示系统，包括第一透镜组件、第二透镜组件及第一显示单元，还包括：第二显示单元，沿第二透镜组件的周向绕设于第二透镜组件外；第二透镜组组件包括：第一光学透镜，包括第一反射面及第一透射面；第一显示单元发出的第一光线透射入第一光学透镜的中部并自第一透射面透射，经第一透镜组件透射形成第一成像；第二显示单元发出的第二光线发射至第一反射面，经第一反射面反射至第一透镜组件，并经第一透镜组件透射形成第二成像，且第二成像设于第一成像的周向外部；第一成像和第二成像叠加组合形成近眼显示系统发射至人眼的图像。采用上述技术方案后，可减少PPI对PPD的限制，降低屏幕的素质要求，其中心区域的PPD可达到人眼极限。
Description
技术领域
本发明涉及显示设备领域，尤其涉及一种近眼显示系统。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality,VR)显示技术正迎来其快速膨胀期，在玩游戏，看电影的过程中，使用者需要一台画质清晰、体积小、重量轻、佩戴舒适、可以长时间佩戴的近眼显示设备。目前市场上较多的VR设备其光学系统大多为菲涅尔式或多透镜折射式，视场角(FOV)一般，每角度所拥有的像素数目低(PPD)，体验感较差。
为了提高PPD，一般的方式为增加屏幕的每英寸所拥有的像素数目(PPI)，由于工艺限制PPI无法快速提升，因此现有产品的PPD仍处于较低水平。
因此，需要一种新型的近眼显示系统，可通过对视场角的拼接，在不损失屏幕亮度的前提下，实现了有限体积和较大FOV下的PPD提升。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种近眼显示系统，可减少PPI对PPD的限制，降低屏幕的素质要求，其中心区域的PPD可达到人眼极限。
本发明公开了一种近眼显示系统，包括顺次布设于人眼前方的第一透镜组件、第二透镜组件及第一显示单元，近眼显示系统还包括：
第二显示单元，沿第二透镜组件的周向绕设于第二透镜组件外；
第二透镜组组件包括：
第一光学透镜，包括第一反射面及第一透射面；
第一反射面为第一光学透镜上面向第二显示单元的第一边缘端面或背向第二显示单元的第二边缘端面；
第一透射面为第一光学透镜上面向第一透镜组件的第一中心端面或背向第一透镜组件的第二中心端面，且第一反射面和第一透射面连续或非连续连接，并位于第一光学透镜的同一侧端面上；
第一显示单元发出的第一光线透射入第一光学透镜的中部并自第一透射面透射而出后，经第一透镜组件透射形成第一成像；
第二显示单元发出的第二光线发射至第一反射面，经第一反射面反射至第一透镜组件，并经第一透镜组件透射形成第二成像，且第二成像设于第一成像的周向外部；
第一成像和第二成像叠加组合形成近眼显示系统发射至人眼的图像。
优选地，第一光学透镜还包括第二透射面；
当第一反射面为第一光学透镜上背向第二显示单元的第二边缘端面时，第二透射面为面向第二显示单元的第一边缘端面；
第一光学透镜还包括第三透射面；
当第一透射面为第一光学透镜上面向第一透镜组件的第一中心端面时，第三透射面为背向第一透镜组件的第二中心端面；
当第一透射面为第一光学透镜上背向第一透镜组件的第二中心端面时，第三透射面为面向第一透镜组件的第一中心端面。
优选地，第二显示单元呈柔性屏，且第二显示单元沿其轴向的宽度一致或不一致，且第二显示单元呈沿其周向的封闭曲面或具有开口的非封闭曲面；
当第二显示单元呈沿其周向的具有开口的非封闭曲面时，开口对应的中心角为0°-330°。
优选地，第一透镜组件包括：
第二光学透镜，面向人眼的前方设置；
第一透镜组件还包括以下任一或任意：
偏振分光元件，设于第二光学透镜面向人眼的端面，或设于第二光学透镜面向第二透镜组件的端面；
偏振吸收元件，设于第二光学透镜面向人眼的端面；
非偏振分光元件，设于第二光学透镜面向第二透镜组件的端面；
波片，设于第二光学透镜面向人眼的端面，或设于第二光学透镜面向第二透镜组件的端面。
优选地，非偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光的反射率为30％～80％，透过率为20％～70％；
偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光中的P光或S光的反射率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的S光或P光的透过率为75％～100％；
偏振吸收元件对400nm～1000nm波长的光中的S光或P光的透过率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的P光或S光的吸收率为75％～100％；
偏振分光元件与偏振吸收元件对P光或S光中的同一种偏振光的透过率大于等于75％；和/或
偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光中的左旋椭圆偏振光或右旋椭圆偏振光的反射率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的右旋椭圆偏振光或左旋椭圆偏振光的透过率为75％～100％；
第一光学透镜和第二光学透镜的端面面型为球面、非球面、菲涅尔面、Q-type面、泽尼克面中的一种。
优选地，第一反射面及第一透射面上覆盖有一光学膜，光学膜于第一反射面及第一透射面上的覆盖面积大于或等于第一反射面及第一透射面的面积的30％，且光学膜对400nm～1000nm波长的光的最小反射率大于50％；
第一透镜组件、第二透镜组件中有效区域的最大内切圆直径小于64mm；
第一显示单元为OLED、LCD、Micro-LED、LCOS、DLP、LBS中的任意一种，且第一显示单元的尺寸不大于7英寸，PPI不低于500，刷新率不低于60HZ；
第二显示单元为OLED、LCD、Micro-LED、LCOS、DLP、LBS中的任意一种，且第二显示单元的尺寸不大于7英寸，PPI不低于500，刷新率不低于60HZ。
优选地，当第一反射面和第一透射面连续连接时，第一光学透镜上具有第一反射面和第一透射面的端面沿其径向剖面呈凸状或凹状，或第一光学透镜沿其径向剖面呈以近眼显示系统的中心轴为对称的肋片状；
当第一反射面和第一透射面非连续连接时，第一反射面和第一透射面间具有一连接台阶，连接台阶的一端连接第一反射面，另一端连接第一透射面，且第一透射面相对于第一反射面更靠近于第一光学透镜的中心。
优选地，第一成像和第二成像在近眼显示系统的中心轴方向具有景深，或在近眼显示系统的中心轴的同一法向面上。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.该近眼显示系统的单目视场角大于等于100°，可以充分提升使用者使用VR设备时的沉浸感；
2.体积小，佩戴舒适度高；。
3.减少PPI对PPD的限制，降低屏幕要求；
4.没有额外的能量损耗，屏幕能量利用率高；
5.中心区域畸变小，降低预畸变的造成的屏幕利用率的损失。
附图说明
图1为近眼显示系统的剖面图；
图2为一实施例中近眼显示系统中第一光学透镜的结构示意图；
图3为另一实施例中近眼显示系统中第一光学透镜的结构示意图；
图4为一实施例中第二显示单元的结构示意图；
图5为另一实施例中第二显示单元的结构示意图；
图6为符合本发明第一优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图7为符合本发明第二优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图8为符合本发明第三优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图9为符合本发明第四优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图10为符合本发明第五优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图11为符合本发明第六优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图12为符合本发明第七优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图13为符合本发明第八优选实施例中近眼显示系统的剖面图；
图14为一实施例中近眼显示系统中第一成像和第二成像叠加组合示意图；
图15为另一实施例中近眼显示系统中第一成像和第二成像叠加组合示意图；
图16为近眼显示系统中第一成像和第二成像具有景深的示意图。
附图标记：
1-第一透镜组件、2-第二透镜组件、3-第一显示单元、4-第二显示单元；
11-第二光学透镜、12-非偏振分光元件、13-偏振分光元件、14-波片、15-偏振吸收元件；
212-第二透射面、2111-第一透射面、2112-第一反射面。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参阅图1，示出了符合本发明的近眼显示系统的结构示意图，在本发明中，使用者最终接收到的图像将由两部分虚像拼接而成(如图14和15所示)，则中心部分的虚像的PPD可达到人眼极限(原100°FOV的显示要求，降低为60°，则反之可增加PPD)。具体地，在人眼的目视前方，顺次布置有第一透镜组件1、第二透镜组件2和第一显示单元3，可以理解的是，上述第一透镜组件1、第二透镜组件2和第一显示单元3位于同一光轴上。如上文所述，使用者最终接收到的图像将由两部分虚像拼接而成，因此，本发明的近眼显示系统还包括有一第二显示单元4，其设置的位置为沿第二透镜组件2的周向绕设在第二透镜组件2外，即第二显示单元4并未位于光轴上，而是呈筒状、弧状或任意其他曲面，以光轴为中心轴，布置在第二透镜组件2的外侧，则在近眼显示系统的轴向方向上，不需要再增加用于放置额外光学元件的体积和空间。同时配合该第二显示单元4，第二透镜组件2包括第一光学透镜，如图2和图3所示，第一光学透镜包括第一反射面2112及第一透射面2111，第一反射面2112可以是第一光学透镜上面向第二显示单元4或背向第二显示单元4的边缘端面(也可定义为第一光学透镜上相对远离于第二显示单元4的端面，且位于更靠近于该端面的边缘部分，故称边缘端面)，而第一透射面2111则设置在第一光学透镜的中部，更具体地可以是面向第一透镜组件1的第一中心端面或背向第一透镜组件的第二中心端面(第一透射面2111的中心轴可与近眼显示系统的光轴重合或平行，也可定义为第一光学透镜上相对远离于第二显示单元4的端面，且位于更靠近于该端面的中心部分，故称中心端面)。且出于对第一显示单元3和第二显示单元4的光路设计，第一反射面2112和第一透射面2111在第一光学透镜上的成型，可设计为连续成型或不连续成型，根据近眼显示系统的空间要求而定。另外，第一反射面2112和第一透射面2111位于第一光学透镜的同一侧端面上，使得后续若在第一光学透镜的该同一侧端面上覆膜时，可根据第一反射面2112和第一透射面2111对透射率或折射率的要求而在一张覆膜上配置不同的透射率或折射率。
具有上述第一反射面2112和第一透射面2111后，第一显示单元3发出的第一光线(出射方向沿近眼显示系统的光轴方向)将透射入第一光学透镜的中部，并继续透射至第一透射面2111后射出，即穿过第二透镜组件2后射入至第一透镜组件1，经该第一透镜组件1对第一光线的透射和/或折射(第一透镜组件1内的透镜元件的配置，可由本领域技术人员根据实际工况需要任意设置)后形成第一成像。另一方面，第二显示单元4发出的第二光线(出射方向不沿近眼显示系统的光轴方向，更接近于近眼显示系统的轴向)射向第一反射面2112(当第一反射面2112背向于第二显示单元4时，该第二光线将透射入第一光学透镜直至该第一反射面2112)，对于该第一反射面2112的反射方向的配置，使得第二光线经第一反射面2112反射后，射向第一透镜组件1，再随第一光线一同在第一透镜组件1内透射，从而形成第二成像。
且需理解的是，虽然第一光线和第二光线均在第一透镜组件1内透射，但第一光线在第一透镜组件1内更靠近于第一透镜组件1的中部，而第二光线在第一透镜组件1内更靠近于边缘，则使得经第一透镜组件1透射后，第二成像位于第一成像的周向外部，第一成像和第二成像叠加组合后，形成最终由人眼接收的图像。可以理解的是，第一成像和第二成像在相接处可具有部分重叠，或完全无重叠，当具有重叠部分时，可通过图像算法处理。
具有上述配置后，第一成像的PPD更高，在有限体积下提升FOV，提高使用者使用VR设备时的沉浸感。
一优选实施例中，第二光线则射向第一反射面2112时，其反射后的出射方向将朝向第一透镜组件1。进一步地，第一光学透镜还包括第二透射面，当第一反射面2112为第一光学透镜上背向第二显示单元4的第二边缘端面时，第二透射面为面向第二显示单元4的端面，则第二光线将先射入第二透射面，在第一光学透镜内继续沿光路传播后射向第一反射面2112，经第一反射面2112反射后，再从第二透射面出射。换句话说，本发明并不限制第一反射面2112的放置位置，本领域技术人员完全可根据实际工况的需要调整。对于第一透射面2111而言，为实现对光路的如上设计，第一光学透镜还包括第三透射面，当第一透射面2111为第一光学透镜上面向第一透镜组件1的第一中心端面时，第三透射面为背向第一透镜组件1的第二中心端面；当第一透射面2111为第一光学透镜上背向第一透镜组件1的第二中心端面时，第三透射面为面向第一透镜组件的第一中心端面，从而使得第一显示单元3的第一光线将从第一光学透镜的一侧透射至另一侧。
一优选实施例中，如图16所示，对第一成像和第二成像在呈虚像后具有景深或不具有景深(未示出)，当不具有景深时，第一成像和第二成像在近眼显示系统的中心轴的同一法向面上(上述过程可通过调整第一成像的对焦位置实现)。同时参阅图4和图5，示出了不同实施例中第二显示单元4形态，第二显示单元4由于需绕设在第二透镜组件2外部，因此第二显示单元4由柔性屏制成，且在不同实施例中，第二显示单元4沿其轴向的宽度可一致或不一致，使得第二显示单元4沿其轴向呈直筒状、锥台状、梭形或任意曲面形状，对应地只需对第一反射面2112配置为反射后射向第一透镜组件1。且，第二单元沿其周向呈封闭曲面或具有开口的非封闭曲面，即根据实际工况中对第二成像的要求(如是否需完全在第一成像外包覆第一成像)调整。当第二显示单元4呈沿其周向的具有开口的非封闭曲面时，开口对应的中心角为0°-330°，即具有第二显示单元4的部分所对应的中心角为30°-360°，更优选地可以是90°-360°。
一优选实施例中，第一透镜组件1至少包括：第二光学透镜11，面向人眼的前方设置；在第二光学透镜11的外部，第一透镜组件1还包括以下任一或任意：偏振分光元件13，设于第二光学透镜11面向人眼的端面，或设于第二光学透镜11面向第二透镜组件2的端面；偏振吸收元件15，设于第二光学透镜11面向人眼的端面；非偏振分光元件12，设于第二光学透镜11面向第二透镜组件2的端面；波片14，设于第二光学透镜11面向人眼的端面，或设于第二光学透镜11面向第二透镜组件2的端面。且，非偏振分光元件12对400nm～1000nm波长的光的反射率为30％～80％，透过率为20％～70％；偏振分光元件13对400nm～1000nm波长的光中的P光或S光的反射率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的S光或P光的透过率为75％～100％；和/或偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光中的左旋椭圆偏振光或右旋椭圆偏振光的反射率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的右旋椭圆偏振光或左旋椭圆偏振光的透过率为75％～100％；偏振吸收元件15对400nm～1000nm波长的光中的S光或P光的透过率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的P光或S光的吸收率为75％～100％；偏振分光元件13与偏振吸收元件15对P光或S光中的同一种偏振光的透过率大于等于75％；第一光学透镜和第二光学透镜11的端面面型为平面、球面、非球面、菲涅尔面、Q-type面、自由曲面、泽尼克面中的一种。
优选地或可选地，第一反射面2112和第一透射面2111上覆盖有一光学膜，光学膜于第一反射面2112和第一透射面2111上的覆盖面积大于或等于第一反射面2112和第一透射面2111的面积的30％，且光学膜覆盖所述第一反射面的部分对400nm～1000nm波长的光的最小反射率大于50％，亦或是不具有第一反射面2112和第一透射面2111的端面上也覆盖有一光学膜，该光学膜在中心区域针对400nm～1000nm波长的光的最大反射率小于60％，边缘区域针对400nm～1000nm波长的光的最小反射率大于30％；第一透镜组件1、第二透镜组件2中有效区域的最大内切圆直径小于64mm；第一显示单元3为OLED(OrganicElectroluminescence Display，有机发光半导体显示器)、LCD(Liquid CrystalDisplay)、Micro-LED、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)、DLP(Digital LightProcessing)、LBS(LaserBeam Scanning)中的任意一种，且第一显示单元3的尺寸不大于7英寸，PPI不低于500，刷新率不低于60HZ；第二显示单元4为OLED、LCD、Micro-LED、LCOS、DLP、LBS中的任意一种，且第二显示单元4的尺寸不大于7英寸，PPI不低于500，刷新率不低于60HZ。
参阅图2和图3，当第一反射面2112和第一透射面2111连续连接时，第一光学透镜上具有第一反射面2112和第一透射面2111的端面沿其径向剖面呈凸状或凹状，从而第一光学透镜在具有第一反射面2112和第一透射面2111的端面呈连续型或平滑型，或第一光学透镜沿其径向剖面呈以近眼显示系统的中心轴为对称的肋片状(如图7所示)。当第一反射面2112和第一透射面2111非连续连接时，第一反射面2112和第一透射面2111间具有一连接台阶，连接台阶的一端连接第一反射面2112，另一端连接第一透射面2111，且第一透射面2111相对于第一反射面2112更靠近于第一光学透镜的中心，即第一光学透镜在具有第一反射面2112和第一透射面2111的端面具有一凹坑，不论选择何种结构设计，均对应于实际工况中的成像要求。
以下于不同实施例中对第一透镜组件1的配置详细介绍。
第一实施例
参阅图6，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第二显示单元4发出第二光线经过第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
可以理解的是，第一成像对应第一显示单元3的显示内容，由于第一显示单元3的PPI高，像素密度大，对应的FOV小，因此该区域对应的PPD高。使用者对该区域比较敏感，因此高PPD的显示用户体验好。第二成像对第二显示单元4的显示内容，该区域为边缘区域，使用者不敏感，因此不需要较高的PPD，所以可以降低对第二显示单元4的PPI的需求。
第二实施例
参阅图7，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第二显示单元4发出第二光线经过第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
与第一实施例所不同的，第一光学透镜在剖面方向上呈肋片状(或翅状)。
第三实施例
参阅图8，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第二显示单元4发出第二光线经过第二透射面212射入第一光学透镜，再经第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
第四实施例
参阅图9，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第二显示单元4发出第二光线经过第二透射面212射入第一光学透镜，再经第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
第五实施例
参阅图10，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第一透镜组件1包括偏振吸收元件15、偏振分光元件13、波片14、非偏振分光元件12，且偏振吸收元件15、偏振分光元件13设置在第二光学透镜11靠近人眼的端面，波片14、非偏振分光元件12设置在第二光学透镜11远离人眼的端面，且按偏振吸收元件15、偏振分光元件13、波片14、非偏振分光元件12的顺序远离人眼依次排布。
第二显示单元4发出第二光线经过第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
上述过程中，非偏振分光元件12配置为50％透射，50％反射，偏振分光元件13配置为P光透过率100％，S光反射率100％，波片14为四分之一波片14，偏振吸收元件15为P光100％透过，S光吸收。进入第一透镜组件1的第一光线和第二光线为椭圆偏振光，将先经过非偏振分光元件12，部分光线透射依次经过波片14，第二光学透镜11，此时光线为线偏光S，在偏振分光元件13处反射，然后依次经过第二光学透镜11，波片14，在非偏振分光元件12处部分反射，再依次经过波片14，第二光学透镜11，此时第一光线和第二光线为线偏光P在偏振分光元件13处透射，然后经过偏振吸收元件15，离开第一透镜组件1。
第六实施例
参阅图11，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第一透镜组件1包括偏振吸收元件15、偏振分光元件13、波片14、非偏振分光元件12，且偏振吸收元件15、偏振分光元件13设置在第二光学透镜11靠近人眼的端面，波片14、非偏振分光元件12设置在第二光学透镜11远离人眼的端面，且按偏振吸收元件15、偏振分光元件13、波片14、非偏振分光元件12的顺序远离人眼依次排布。
第二显示单元4发出第二光线经过第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
上述过程中，非偏振分光元件12配置为50％透射，50％反射，偏振分光元件13配置为P光透过率100％，S光反射率100％，波片14为四分之一波片14，偏振吸收元件15为P光100％透过，S光吸收。进入第一透镜组件1的第一光线和第二光线为旋转方向相反的椭圆偏振光，即一个为左旋，一个为右旋，第一光线先经过非偏振分光元件12，部分光线透射依次经过波片14，第二光学透镜11，此时第一光线为线偏光P，在偏振分光元件13处透射，然后经过偏振吸收元件15，离开第一透镜组件1。第二光线先经过非偏振分光元件12，部分光线透射依次经过波片14，第二光学透镜11，此时光线为线偏光S，在偏振分光元件13处反射，然后依次经过第二光学透镜11，波片14，在非偏振分光元件12处部分反射，再依次经过波片14，第二光学透镜11，此时第二光线为线偏光P在偏振分光元件13处透射，然后经过偏振吸收元件15，离开第一透镜组件1。
第七实施例
参阅图12，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第一透镜组件1包括偏振吸收元件15、偏振分光元件13、波片14、非偏振分光元件12，且偏振吸收元件15、偏振分光元件13设置在第二光学透镜11靠近人眼的端面，波片14、非偏振分光元件12设置在第二光学透镜11远离人眼的端面，且按偏振吸收元件15、偏振分光元件13、波片14、非偏振分光元件12的顺序远离人眼依次排布。
第二显示单元4发出第二光线经过第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
上述过程中，非偏振分光元件12配置为50％透射，50％反射，偏振分光元件13配置为P光透过率100％，S光反射率100％，波片14为四分之一波片14，偏振吸收元件15为P光100％透过，S光吸收。进入第一透镜组件1的第一光线和第二光线为旋转方向相反的椭圆偏振光，即一个为左旋，一个为右旋，第一光线先经过非偏振分光元件12，部分光线透射依次经过波片14，第二光学透镜11，此时光线为线偏光S，在偏振分光元件13处反射，然后依次经过第二光学透镜11，波片14，在非偏振分光元件12处部分反射，再依次经过波片14，第二光学透镜11，此时第一光线为线偏光P在偏振分光元件13处透射，然后经过偏振吸收元件15，离开第一透镜组件1。第二光线先经过非偏振分光元件12，部分光线透射依次经过波片14，第二光学透镜11，此时光线为线偏光P，在偏振分光元件13处透射，然后经过偏振吸收元件15，离开第一透镜组件1。
第八实施例
参阅图13，第一显示单元3发出第一光线透射第一透射面2111后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第一成像。第一透镜组件1包括偏振吸收元件15、波片14、非偏振分光元件12、波片14、偏振分光元件13，且偏振吸收元件15、波片14、非偏振分光元件12设置在第二光学透镜11靠近人眼的端面，波片14、非偏振分光元件12设置在第二光学透镜11远离人眼的端面，且按偏振吸收元件15、波片14、非偏振分光元件12、波片14、偏振分光元件13的顺序远离人眼依次排布。
第二显示单元4发出第二光线经过第一反射面2112反射后进入第一透镜组件1，经过第一透镜组件1汇聚后，进入人眼，则人眼可以观察到第二成像，且第二成像没有中心区域内容。第一成像与第二成像叠加产生一个完整的虚像，其中第一成像为中心区域，第二成像为边缘区域。
上述过程中，非偏振分光元件12配置为50％透射，50％反射，偏振分光元件13配置为P光透过率100％，S光反射率100％，波片14为四分之一波片14，偏振吸收元件15为P光100％透过，S光吸收。进入第一透镜组件1的第一光线和第二光线，先经过偏振分光元件13，部分光线透射P光依次经过波片14，第二光学透镜11，在非偏振分光元件12处部分反射，部分透射。透射的第一光线和第二光线经过波片14后，此时第一光线和第二光线偏振态为S光，在偏振吸收元件15处吸收，不会离开第一透镜组件1。第一光线和第二光线的反射光然后依次经过第二光学透镜11，波片14，此时光线偏振态为S光，在偏振分光元件13处反射，再依次经过波片14，第二光学透镜11，在非偏振分光元件12处部分透射，然后经过波片14，第一光线和第二光线为线偏光P光，然后经过偏振吸收元件15，离开第一透镜组件1。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种近眼显示系统，包括顺次布设于人眼前方的第一透镜组件、第二透镜组件及第一显示单元，其特征在于，近眼显示系统还包括：
第二显示单元，沿第二透镜组件的周向绕设于第二透镜组件外；
第二透镜组组件包括：
第一光学透镜，包括第一反射面及第一透射面；
第一反射面为第一光学透镜上面向第二显示单元的第一边缘端面或背向第二显示单元的第二边缘端面；
第一透射面为第一光学透镜上面向第一透镜组件的第一中心端面或背向第一透镜组件的第二中心端面，且所述第一反射面和第一透射面连续或非连续连接，并位于所述第一光学透镜的同一侧端面上；
第一显示单元发出的第一光线透射入所述第一光学透镜的中部并自所述第一透射面透射而出后，经第一透镜组件透射形成第一成像；
第二显示单元发出的第二光线发射至第一反射面，经第一反射面反射至第一透镜组件，并经第一透镜组件透射形成第二成像，且第二成像设于第一成像的周向外部；
第一成像和第二成像叠加组合形成近眼显示系统发射至人眼的图像。
2.如权利要求1的近眼显示系统，其特征在于，
第一光学透镜还包括第二透射面；
当第一反射面为第一光学透镜上背向第二显示单元的第二边缘端面时，第二透射面为面向第二显示单元的第一边缘端面；
第一光学透镜还包括第三透射面；
当第一透射面为第一光学透镜上面向第一透镜组件的第一中心端面时，第三透射面为背向第一透镜组件的第二中心端面；
当第一透射面为第一光学透镜上背向第一透镜组件的第二中心端面时，第三透射面为面向第一透镜组件的第一中心端面。
3.如权利要求1的近眼显示系统，其特征在于，
第二显示单元呈柔性屏，且第二显示单元沿其轴向的宽度一致或不一致，且第二显示单元呈沿其周向的封闭曲面或具有开口的非封闭曲面；
当第二显示单元呈沿其周向的具有开口的非封闭曲面时，开口对应的中心角为0°-330°。
4.如权利要求1的近眼显示系统，其特征在于，
第一透镜组件包括：
第二光学透镜，面向人眼的前方设置；
第一透镜组件还包括以下任一或任意：
偏振分光元件，设于第二光学透镜面向人眼的端面，或设于第二光学透镜面向第二透镜组件的端面；
偏振吸收元件，设于第二光学透镜面向人眼的端面；
非偏振分光元件，设于第二光学透镜面向第二透镜组件的端面；
波片，设于第二光学透镜面向人眼的端面，或设于第二光学透镜面向第二透镜组件的端面。
5.如权利要求4的近眼显示系统，其特征在于，
非偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光的反射率为30％～80％，透过率为20％～70％；偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光中的P光或S光的反射率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的S光或P光的透过率为75％～100％；
和/或
偏振分光元件对400nm～1000nm波长的光中的左旋椭圆偏振光或右旋椭圆偏振光的反射率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的右旋椭圆偏振光或左旋椭圆偏振光的透过率为75％～100％；
偏振吸收元件对400nm～1000nm波长的光中的S光或P光的透过率为75％～100％，对400nm～1000nm波长的光中的P光或S光的吸收率为75％～100％；
偏振分光元件与偏振吸收元件对P光或S光中的同一种偏振光的透过率大于等于75％；第一光学透镜和第二光学透镜的端面面型为球面、非球面、菲涅尔面、Q-type面、泽尼克面中的一种。
6.如权利要求1的近眼显示系统，其特征在于，
第一反射面及第一透射面上覆盖有一光学膜，光学膜于第一反射面及第一透射面上的覆盖面积大于或等于第一反射面及第一透射面的面积的30％，且光学膜覆盖所述第一反射面的部分对400nm～1000nm波长的光的最小反射率大于50％；
第一透镜组件、第二透镜组件中有效区域的最大内切圆直径小于64mm；
第一显示单元为OLED、LCD、Micro-LED、LCOS、DLP、LBS中的任意一种，且第一显示单元的尺寸不大于7英寸，PPI不低于500，刷新率不低于60HZ；
第二显示单元为OLED、LCD、Micro-LED、LCOS、DLP、LBS中的任意一种，且第二显示单元的尺寸不大于7英寸，PPI不低于500，刷新率不低于60HZ。
7.如权利要求1所述的近眼显示系统，其特征在于，
当所述第一反射面和第一透射面连续连接时，所述第一光学透镜上具有第一反射面和第一透射面的端面沿其径向剖面呈凸状或凹状，或所述第一光学透镜沿其径向剖面呈以近眼显示系统的中心轴为对称的肋片状；
当所述第一反射面和第一透射面非连续连接时，所述第一反射面和第一透射面间具有一连接台阶，所述连接台阶的一端连接所述第一反射面，另一端连接所述第一透射面，且所述第一透射面相对于所述第一反射面更靠近于所述第一光学透镜的中心。
8.如权利要求1所述的近眼显示系统，其特征在于，
所述第一成像和第二成像在所述近眼显示系统的中心轴方向具有景深，或在所述近眼显示系统的中心轴的同一法向面上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210956200.9A CN115145041A (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 一种近眼显示系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210956200.9A CN115145041A (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 一种近眼显示系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115145041A true CN115145041A (zh) | 2022-10-04 |
Family
ID=83416225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210956200.9A Pending CN115145041A (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 一种近眼显示系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115145041A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023207953A1 (zh) * | 2022-04-29 | 2023-11-02 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示装置及可穿戴显示设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104181675A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-12-03 | 浙江大学 | 利用光学薄膜实现折反射式无盲区全景环带成像系统 |
| CN106713710A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-24 | 深圳众思科技有限公司 | 摄像头 |
| US20200264436A1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-08-20 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Display device and display method |
| US20220082836A1 (en) * | 2018-09-29 | 2022-03-17 | Beijing Antvr Technology Co., Ltd. | Thin near-to-eye display device with large field of view angle |
| CN114779475A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示装置及可穿戴显示设备 |
| CN217085427U (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 塔普翊海（上海）智能科技有限公司 | 一种双屏显示光学装置及头戴显示设备 |
-
2022
- 2022-08-10 CN CN202210956200.9A patent/CN115145041A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104181675A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-12-03 | 浙江大学 | 利用光学薄膜实现折反射式无盲区全景环带成像系统 |
| CN106713710A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-24 | 深圳众思科技有限公司 | 摄像头 |
| US20220082836A1 (en) * | 2018-09-29 | 2022-03-17 | Beijing Antvr Technology Co., Ltd. | Thin near-to-eye display device with large field of view angle |
| US20200264436A1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-08-20 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Display device and display method |
| CN217085427U (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 塔普翊海（上海）智能科技有限公司 | 一种双屏显示光学装置及头戴显示设备 |
| CN114779475A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示装置及可穿戴显示设备 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023207953A1 (zh) * | 2022-04-29 | 2023-11-02 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示装置及可穿戴显示设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107589546B (zh) | 光学系统及增强现实眼镜 | |
| WO2020199999A1 (zh) | 一种基于全反射的紧凑型大视场角近眼显示装置 | |
| US10436951B2 (en) | Display device with total internal reflection | |
| JP3636240B2 (ja) | 光学系 | |
| WO2021017938A1 (zh) | 一种显示系统、vr模块以及可穿戴设备 | |
| JP3676472B2 (ja) | 接眼光学系 | |
| CN103984099B (zh) | 虚像显示装置 | |
| US10600352B1 (en) | Display device with a switchable window and see-through pancake lens assembly | |
| US11513349B2 (en) | Optical see-through (OST) near-eye display (NED) system integrating ophthalmic correction | |
| CN111025658B (zh) | 一种增强现实光学模组及增强现实设备 | |
| CN210072209U (zh) | 一种近眼显示光机和近眼显示设备 | |
| JPH08122642A (ja) | 光学系 | |
| WO2013159264A1 (zh) | 立体焦场式眼镜显示器 | |
| CN110161688B (zh) | 屈光矫正ar显示装置和穿戴式ar设备 | |
| CN209842241U (zh) | 一种消伪影式显示光机和近眼显示设备 | |
| JP7414561B2 (ja) | 画像観察装置 | |
| US20220229300A1 (en) | Optical see through (ost) near eye display (ned) system integrating ophthalmic correction | |
| CN116184677A (zh) | 光学装置以及vr设备 | |
| CN115145041A (zh) | 一种近眼显示系统 | |
| CN220252301U (zh) | 折叠光学模组和近眼显示设备 | |
| CN115308908A (zh) | 一种近眼显示系统 | |
| CN218917840U (zh) | 一种离焦显示眼镜 | |
| US20230118315A1 (en) | Optical see through (ost) near eye display (ned) system integrating ophthalmic correction | |
| CN112051671A (zh) | 一种近眼显示光机及其方法和近眼显示设备 | |
| US20220066222A1 (en) | Total reflection based compact near-eye display device with large field of view |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| 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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20221004 |