CN211603729U - 一种显示系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例涉及光学技术领域，公开了一种显示系统，包括共光轴依次设置的：显示芯片、偏振分光棱镜、四分之一波片和非球面透镜，其中，偏振分光棱镜设于显示芯片的出光方向上，且其出射的反射光用于成像，四分之一波片包括第一面和第二面，第一面与偏振分光棱镜的透射光出光面贴合设置，非球面透镜包括透射面和反射面，透射面与四分之一波片的第二面贴合设置，本实用新型实施例提供的显示系统体积较小且成像效果好。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种显示系统。
背景技术
增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示系统设计是增强现实技术中的关键环节，目前，市面上已经推出了各种各样的近眼显示方案，比如Googleglass的反射式棱镜、微软hololens的表面浮雕光栅和全息体光栅(专利号US 2018/0292654A1)、lumus的阵列光波导(专利号CN 100507636C)、北京理工大学的自由曲面棱镜等等。
在实现本实用新型实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：如上所述的现有近眼显示系统通常无法在保证成像质量的同时减小投影光机的大小。
实用新型内容
针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例的目的是提供一种成像效果好且小型化的显示系统。
本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
为解决上述技术问题，本实用新型实施例中提供了一种显示系统，包括共光轴依次设置的：
显示芯片；
偏振分光棱镜，其设于所述显示芯片的出光方向上，且其出射的反射光用于成像；
四分之一波片，其包括：第一面和第二面，所述第一面与所述偏振分光棱镜的透射光出光面贴合设置；
非球面透镜，其包括：透射面和反射面，所述透射面与所述四分之一波片的第二面贴合设置。
在一些实施例中，所述透射面为平面，所述反射面为非球面。
在一些实施例中，所述显示系统还包括：
光波导，其设置在所述偏振分光棱镜的反射光的出光方向上。
在一些实施例中，所述光波导为几何阵列光波导，其包括入射棱镜片，所述偏振分光棱镜出射的反射光通过所述入射棱镜片耦入到所述几何阵列光波导中。
在一些实施例中，所述光波导为光栅光波导，其包括耦入光栅面，所述偏振分光棱镜出射的反射光通过所述耦入光栅面耦入到所述光栅光波导中。
在一些实施例中，所述显示芯片为LCD、OLED、LCOS、DM、Micro-LED中的一种。
在一些实施例中，所述偏振分光棱镜的分光面上贴合有金属线栅。
在一些实施例中，所述偏振分光棱镜的分光面上镀设有偏振分光膜。
在一些实施例中，所述偏振分光棱镜的分光面与所述偏振分光棱镜的入光面和/或出光面成45度夹角。
在一些实施例中，所述显示系统还包括：线偏振片，其设置在所述显示芯片和所述偏振分光棱镜之间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种显示系统，包括共光轴依次设置的：显示芯片、偏振分光棱镜、四分之一波片和非球面透镜，其中，偏振分光棱镜设于显示芯片的出光方向上，且其出射的反射光用于成像，四分之一波片包括第一面和第二面，第一面与偏振分光棱镜的透射光出光面贴合设置，非球面透镜包括透射面和反射面，透射面与四分之一波片的第二面贴合设置，本实用新型实施例提供的显示系统体积较小且成像效果好。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本实用新型实施例提供的一种显示系统的光学结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的显示系统在分辨率为30lp/mm时的全视场传递函数MTF值示意图；
图3是本实用新型实施例提供的显示系统的全视场全波段的场曲与畸变图；
图4是本实用新型实施例提供的显示系统的全视场的点列图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
为了便于连接结构限定，本实用新型以光路行进/光轴的出射方向为参考进行部件的位置限定。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。
请参见图1，其示出了本实用新型实施例提供的一种显示系统的光学结构，所述显示系统包括共光轴依次设置的：显示芯片1、偏振分光棱镜2、四分之一波片3和非球面透镜4。
所述显示芯片1为LCD、OLED、LCOS、DM、Micro-LED中的一种。所述显示芯片1作为图像源，输出用于成像的光线。在本发明实施例中，所述显示芯片出射线偏振光，优选地，所述显示芯片能够出射p偏振光。在其他的一些实施例中，所述显示芯片出射的光线也可以不是线偏振光，当所述显示芯片出射的光线不为线偏振光时，所述显示系统还包括：线偏振片(图未示)，其设置在所述显示芯片和所述偏振分光棱镜之间，其能够过滤所述显示芯片出射的光线，将所述显示芯片出射的光线转换为线偏振光。
所述偏振分光棱镜2(PBS棱镜)设于所述显示芯片1的出光方向上，且其出射的反射光用于成像。在本发明实施例中，所述反射光为s偏振光。所述偏振分光棱镜2的分光面201上贴合有金属线栅，或者，所述偏振分光棱镜2的分光面201上镀设有偏振分光膜。所述偏振分光棱镜2的分光面201与所述偏振分光棱镜2的入光面和/或出光面成45度夹角。在本发明实施例中，所述偏振分光棱镜2能够反射s偏振光，透射p偏振光，在其他的一些实施例中，所述偏振分光棱镜2的偏振态可根据实际需求进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。
所述四分之一波片3包括第一面和第二面，所述第一面与所述偏振分光棱镜2的透射光出光面贴合设置，所述第二面与所述非球面透镜的透射面401贴合设置。所述四分之一波片3对宽波段(430-680nm)内的光线均有相位延迟效果。在本发明实施例中，经所述偏振分光棱镜2透射出射的p偏振光经过所述四分之一波片3后，转换为圆偏振光。
所述非球面透镜4包括：透射面401和反射面402，所述透射面401与所述四分之一波片3的第二面贴合设置，在本发明实施例中，所述反射面用于反射圆偏振光。所述透射面401为平面，所述反射面402为非球面。
在一些实施例中，所述显示系统还包括：光波导5，其设于所述偏振分光棱镜2的反射光的出光方向上。
在一些实施例中，所述光波导5为几何阵列光波导，其包括入射棱镜片501，所述入射棱镜片501设置在所述偏振分光棱镜2的s偏振光的出光方向上，所述偏振分光棱镜2出射的反射光通过所述入射棱镜片501耦入到所述几何阵列光波导5中。
或者，在另一些实施例中，所述光波导5为光栅光波导，其包括耦入光栅面501，所述耦入光栅面501设置在所述偏振分光棱镜2的s偏振光的出光方向上，所述偏振分光棱镜2出射的反射光通过所述耦入光栅面501耦入到所述光栅光波导5中。
本实用新型实施例提供的显示系统，显示芯片1发出的线偏振光经所述偏振分光棱镜2过滤后，s偏振光经所述偏振分光棱镜2的分光面201反射并出射至光波导5，p偏振光则从所述偏振分光棱镜2的分光面201透射出射，并经所述四分之一波片3转换为圆偏振光，并经过所述非球面透镜4的平面透射面401透射，到达所述非球面透镜4的非球面反射面402后，由所述反射面402反射所述圆偏振光，所述圆偏振光返回入射至所述四分之一波片3，经过所述四分之一波片3进行相位调制后转换为s偏振光，该s偏振光经所述偏振分光棱镜2的分光面201反射并耦合进入光波导5，光线经所述光波导5传递一定距离后通过耦出成像。
需要说明的是，在其他的一些实施例中，所述显示芯片1、所述偏振分光棱镜2、所述四分之一波片3所出射的光线的偏振态，可根据实际需要进行选择，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。
本实用新型实施例提供的显示系统仅包含一片非球面透镜4，制作成本低，并通过所述偏振分光棱镜2折叠光路，能够有效减少目镜的体积和重量，且该显示系统成像效果较好。
具体地，如下表1所示，为本实用新型实施例中非球面透镜4的一组实际参数，在该设计参数下，所述显示系统能达到对角34°的视场角，所述显示系统的出瞳距离EDP≥20mm，所述显示系统的眼动范围为12*8mm。其中，所述非球面透镜4的厚度为2mm，所述非球面透镜4的材质为成都光明的D-K9，其非球面反射面面型参数如表1所示：
| R | 34.227 |
| K | -18.221 |
| A | 5.383E-05 |
| B | -2.419E-07 |
| C | 6.594E-10 |
表1
基于图1所示显示系统及表1所示非球面透镜4的实际设计参数，可得到如图2至图4所示非球面透镜4所在的显示系统中，能够表征该显示系统在全视场全波段的成像质量图。具体地，
图2是本实用新型实施例提供的显示系统在分辨率为30lp/mm时的全视场传递函数MTF值示意图，如图所示，显示系统在30lp/mm的空间频率下全视场光学调制传递函数MTF≥20％。
图3是本实用新型实施例提供的显示系统的全视场全波段的场曲与畸变图，其中，左边的是场曲图，右边是畸变图，如图所示，显示系统的场曲控制在<0.1mm内，光学畸变控制在≤2％。
图4是本实用新型实施例提供的显示系统的全视场的点列图，如图所示，rms半径控制在RMS<15μm。
本实用新型实施例中提供了一种显示系统，包括共光轴依次设置的：显示芯片、偏振分光棱镜、四分之一波片和非球面透镜，其中，偏振分光棱镜设于显示芯片的出光方向上，且其出射的反射光用于成像，四分之一波片包括第一面和第二面，第一面与偏振分光棱镜的透射光出光面贴合设置，非球面透镜包括透射面和反射面，透射面与四分之一波片的第二面贴合设置，本实用新型实施例提供的显示系统体积较小且成像效果好。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者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者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种显示系统，其特征在于，包括共光轴依次设置的：
显示芯片；
偏振分光棱镜，其设于所述显示芯片的出光方向上，且其出射的反射光用于成像；
四分之一波片，其包括：第一面和第二面，所述第一面与所述偏振分光棱镜的透射光出光面贴合设置；
非球面透镜，其包括：透射面和反射面，所述透射面与所述四分之一波片的第二面贴合设置。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，
所述透射面为平面，所述反射面为非球面。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统还包括：
光波导，其设置在所述偏振分光棱镜的反射光的出光方向上。
4.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，
所述光波导为几何阵列光波导，其包括入射棱镜片，所述偏振分光棱镜出射的反射光通过所述入射棱镜片耦入到所述几何阵列光波导中。
5.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，
所述光波导为光栅光波导，其包括耦入光栅面，所述偏振分光棱镜出射的反射光通过所述耦入光栅面耦入到所述光栅光波导中。
6.根据权利要求1-5任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述显示芯片为LCD、OLED、LCOS、DM、Micro-LED中的一种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述偏振分光棱镜的分光面上贴合有金属线栅。
8.根据权利要求1-5任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述偏振分光棱镜的分光面上镀设有偏振分光膜。
9.根据权利要求1-5任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述偏振分光棱镜的分光面与所述偏振分光棱镜的入光面和/或出光面成45度夹角。
10.根据权利要求1-5任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述显示系统还包括：线偏振片，其设置在所述显示芯片和所述偏振分光棱镜之间。
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| CN202020383083.8U CN211603729U (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 一种显示系统 |
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| CN211603729U true CN211603729U (zh) | 2020-09-29 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112130333A (zh) * | 2020-10-28 | 2020-12-25 | 南京爱奇艺智能科技有限公司 | 提高能量利用率的波导显示系统及ar设备 |
-
2020
- 2020-03-23 CN CN202020383083.8U patent/CN211603729U/zh not_active Expired - Fee Related
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