CN220872787U - 近眼显示光学系统及近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种近眼显示光学系统及近眼显示装置，该近眼显示光学系统沿光轴方向依次包括平面玻璃和透镜组，平面玻璃具有第一表面和第二表面；第一表面背向显示屏幕，第一表面设置有反射偏振膜，反射偏振膜背离第一表面的一面还设置有偏振膜。第二表面设置有相位延迟片，相位延迟片背离第二表面的一面还设置有减返膜。透镜组包括至少一个透镜，透镜组设置于平面玻璃和显示屏幕之间，在透镜组中，靠近显示屏幕的透镜为第一透镜，第一透镜具有朝向显示屏幕的第三表面，第三表面将自第一表面反射来的光反射至平面玻璃，并透过平面玻璃。该近眼显示光学系统能够减少近眼显示光学系统反射光时产生的杂散光。

Description

近眼显示光学系统及近眼显示装置

技术领域

本申请实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种近眼显示光学系统及近眼显示装置。

背景技术

近眼显示(Near-Eye Display)装置是一种将图像或信息直接投射到用户眼睛附近的显示设备。近眼显示(Near-Eye Display)装置包括虚拟现实(Virtual Reality，缩写为VR)设备、混合现实(Mixed Reality，缩写为MR)设备等。

近眼显示光学系统是近眼显示(Near-Eye Display)装置的核心，实现将显示器上的图像显示在人眼前，形成虚拟放大图像的功能。在相关技术中，近眼显示光学系统通常包括多个(包括两个)凸透镜，显示屏发出的光经多个凸透镜的透射、反射后射至人眼处，以在人眼前形成虚拟放大图像。

然而，在经近眼显示光学系统的多个凸透镜透射、反射后射至人眼处的光中，杂散光较多。

实用新型内容

本申请实施例提供一种近眼显示光学系统及近眼显示装置，用以解决在经近眼显示光学系统的多个凸透镜透射、反射后射至人眼处的光中，杂散光较多的技术问题。

本申请实施例为解决上述技术问题提供如下技术方案：

本申请实施例提供了一种近眼显示光学系统，该近眼显示光学系统沿光轴方向依次包括：

平面玻璃，所述平面玻璃具有第一表面和第二表面；所述第一表面背向显示屏幕，所述第一表面设置有反射偏振膜，所述反射偏振膜背离所述第一表面的一面还设置有偏振膜；所述第二表面设置有相位延迟片，所述相位延迟片背离所述第二表面的一面还设置有减返膜；

透镜组，所述透镜组包括至少一个透镜，所述透镜组设置于所述平面玻璃和所述显示屏幕之间；在所述透镜组中，靠近所述显示屏幕的所述透镜为第一透镜，所述第一透镜具有朝向所述显示屏幕的第三表面，所述第三表面将自所述第一表面反射来的光反射至所述平面玻璃，并透过所述平面玻璃。

本申请实施例的有益效果：本申请实施例提供的近眼显示光学系统沿光轴方向依次包括平面玻璃和至少一个透镜，平面玻璃的第一表面上设置有反射偏振膜，第二表面上设置有相位延迟片，反射偏振膜和相位延迟片贴设在平面玻璃上，且分别设置在平面玻璃的第一平面和第二平面上，利于反射偏振膜和相位延迟片的光轴对位(反射偏振膜的光轴与相位延迟片的光轴重合)，从而减少近眼显示光学系统反射光时产生的杂散光；反射偏振膜背离第一表面的一面设置有偏振膜，偏振膜的设置能够减少反射偏振膜因自身精度造成的杂散光，相位延迟片背离第二表面的一面设置有减返膜，减返膜能够减少平面玻璃造成的反射杂散光。

在一种可能的实施方式中，各所述透镜均为塑料透镜。

在一种可能的实施方式中，所述透镜的数量为一个，该透镜为所述第一透镜；

所述平面玻璃与所述显示屏幕之间的距离为第一距离，所述平面玻璃与所述第一透镜之间的距离为第二距离，所述第二距离与所述第一距离之比的范围为0.1-0.3。

在一种可能的实施方式中，所述平面玻璃的厚度与所述第一透镜中心的厚度之比的范围为0.1-0.2。

在一种可能的实施方式中，所述透镜还具有背向所述显示屏幕的第四表面，所述第四表面和所述第三表面均为非球面。

在一种可能的实施方式中，所述第四表面的曲率半径与所述第三表面的曲率半径之比的范围为大于-1且小于-0.5。

在一种可能的实施方式中，所述透镜的数量为两个，两个所述透镜分别为第二透镜和所述第一透镜，所述第二透镜设置于所述平面玻璃和所述第一透镜之间；

所述第一透镜为负透镜；

所述第二透镜为正透镜。

在一种可能的实施方式中，所述第一透镜朝向所述显示屏幕的表面为所述第三表面，所述第一透镜背向所述显示屏幕的表面为第四表面；

所述第二透镜朝向所述第一透镜的表面为所述第五表面，所述第二透镜背向所述第一透镜的表面为第六表面；

所述第三表面、所述第四表面、所述第五表面和所述第六表面均为球面。

在一种可能的实施方式中，所述第四表面的曲率半径大于所述第三表面的曲率半径；

所述第六表面的曲率半径大于所述第五表面的曲率半径。

在一种可能的实施方式中，所述第四表面的曲率半径与所述第三表面的曲率半径之比的范围为大于25且小于30；

所述第六表面的曲率半径与所述第五表面的曲率半径之比的范围为大于4且小于7。

在一种可能的实施方式中，所述第三表面和所述第五表面均向靠近所述显示屏幕的方向凸起；

所述第四表面和所述第六表面均向靠近所述显示屏幕的方向凹陷。

在一种可能的实施方式中，所述第二表面与显示屏幕之间的距离为第一距离，所述第二表面与所述第六表面之间的距离为第三距离，所述第五表面与所述第四表面之间的距离为第四距离；

所述第三距离与所述第一距离之比的范围为0.05-0.1；

所述第四距离与所述第一距离之比的范围为0.05-0.1。

在一种可能的实施方式中，所述平面玻璃的厚度与所述第二透镜中心的厚度之比的范围为0.1-0.2；

所述平面玻璃的厚度与所述第一透镜中心的厚度之比的范围为0.3-0.5。

本申请实施例还提供了一种近眼显示装置，该近眼显示装置包括显示屏幕和如上任一方案所述的近眼显示光学系统，所述近眼显示光学系统设置于所述显示屏幕的显示侧。

本申请实施例提供的近眼显示装置的有益效果与上述近眼显示光学系统的有益效果相同，在此不再赘述。

除了上面所描述的本申请解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本申请提供的近眼显示光学系统及近眼显示装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

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，下面将对本申请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部分实施例，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念，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它的附图。

图1为本申请实施例一中近眼显示光学系统的示意图；

图2为平面玻璃的示意图；

图3为本申请实施例一中近眼显示光学系统的MTF性能图；

图4为本申请实施例二中近眼显示光学系统的示意图；

图5为本申请实施例二中近眼显示光学系统的MTF性能图。

附图标记说明：

100、平面玻璃；

110、第一表面； 120、第二表面；

111、反射偏振膜； 112、偏振膜；

121、相位延迟片； 122、减返膜；

200、第一透镜；

210、第三表面；220、第四表面；

300、第二透镜；

310、第五表面；320、第六表面；

400、显示屏幕。

具体实施方式

近眼显示光学系统是近眼显示(Near-Eye Display)装置的核心，实现将显示器上的图像显示在人眼前，形成虚拟放大图像的功能。在相关技术中，近眼显示光学系统通常包括多个(包括两个)凸透镜，凸透镜的曲面上贴设偏振反射膜和相位延迟片，显示屏发出的光经多个凸透镜的透射、反射后射至人眼处，以在人眼前形成虚拟放大图像。然而，偏振反射膜和相位延迟片贴设在曲面上，使得偏振反射膜和相位延迟片的光轴对位(偏振反射膜的光轴和相位延迟片的光轴重合)较为困难，从而使得在经近眼显示光学系统的多个凸透镜透射、反射后射至人眼处的光中，杂散光较多。

有鉴于此，本申请实施例通过沿光轴方向依次包括平面玻璃和至少一个透镜，平面玻璃的第一表面上设置有反射偏振膜，第二表面上设置有相位延迟片，反射偏振膜和相位延迟片贴设在平面玻璃上，且分别设置在平面玻璃的第一平面和第二平面上，利于反射偏振膜和相位延迟片的光轴对位(反射偏振膜的光轴与相位延迟片的光轴重合)，从而减少近眼显示光学系统反射光时产生的杂散光。

首先对本申请实施例所涉及的名词进行解释：

反射偏振膜(Reflective Polarizing Film，缩写为RP)是一种光学薄膜，用于控制和调节光的偏振性质。反射偏振膜通常由多层光学薄膜组成，其中包括偏振层和反射层。偏振层可以选择性地通过特定方向的光线，使其保持偏振状态，而反射层则将非偏振光反射回去，实现了对背景光的抑制。反射偏振膜可以减少环境光的干扰，提高显示设备的视觉效果。

偏振膜(Polarizing film，缩写为POL)是一种具有偏振特性的薄膜材料，可以选择性地传递或阻挡特定方向的偏振光。偏振膜的工作原理是利用其中的微观结构来过滤或选择光的偏振方向。

相位延迟片(Quarter-wave plate，缩写为QWP)是一种光学器件，可以改变入射光的偏振状态和相位。相位延迟片的工作原理基于光的波长和相位差。当入射光通过相位延迟片时，它会经历一个四分之一波长的相位差，这个相位差的引入会改变光的偏振状态，将线偏振光转换为圆偏振光或反之。

减反膜(Anti-Reflection Coating，缩写为AR)是一种应用于光学器件表面的薄膜涂层，旨在减少光学器件表面的反射和散射，提高透过率和光学性能。减反膜的主要作用是通过调节薄膜层的厚度和折射率，使得入射光在光学器件表面和薄膜之间形成特定的干涉效应。这种干涉效应可以使得特定波长的光在薄膜上反射的干涉光波与原始光波相消，从而减少反射。同时，减反膜也可以通过调节薄膜的折射率，使得光在器件表面和薄膜之间的折射角接近于零，从而减少折射损失。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本申请实施例提供的近眼显示光学系统沿光轴方向依次包括平面玻璃100和透镜组。其中，平面玻璃100具有第一表面110和第二表面120；第一表面110背向显示屏幕400，第一表面110设置有反射偏振膜111，反射偏振膜111背离第一表面110的一面还设置有偏振膜112。第二表面120设置有相位延迟片121，相位延迟片121背离第二表面120的一面还设置有减返膜122。透镜组包括至少一个透镜，透镜组设置于平面玻璃100和显示屏幕400之间，在透镜组中，靠近显示屏幕400的透镜为第一透镜200，第一透镜200具有朝向显示屏幕400的第三表面210，第三表面210将自第一表面110反射来的光反射至平面玻璃100，并透过平面玻璃100。

在本申请实施例中，平面玻璃100的第一表面110上设置有反射偏振膜111，第二表面120上设置有相位延迟片121，反射偏振膜111和相位延迟片121贴设在平面玻璃100上，且分别设置在平面玻璃100的第一平面和第二平面上，也就是说，反射偏振膜111和相位延迟片121分别贴设在平面玻璃100的两相对的面上，此设置利于反射偏振膜111和相位延迟片121的光轴对位(反射偏振膜111的光轴与相位延迟片121的光轴重合)，从而减少近眼显示光学系统反射光时产生的杂散光。此外，反射偏振膜111和相位延迟片121分别贴设在平面玻璃100的两相对的面上，便于在反射偏振膜111背离第一表面110的一面再设置偏振膜112，以及在相位延迟片121背离第二表面120的一面设置减返膜122，偏振膜112的设置能够减少反射偏振膜111因自身精度造成的杂散光，减返膜122能够减少平面玻璃100造成的反射杂散光。

示例性的，在本申请实施例中，各透镜均为塑料透镜。

需要说明的是，在本申请实施例中提及的第一表面110背向显示屏幕400是指第一表面100相对于第二表面120远离显示屏幕400，也就是说，平面玻璃100的第一表面110为平面玻璃100远离显示屏幕400的一面，平面玻璃100的第二表面120为平面玻璃100靠近显示屏幕400的一面。此外，本申请中其他提及的A物体“背向”B物体的表面的描述同样也是是指A物体远离B物体的一面。

实施例一

如图1所示，在本实施例中，透镜的数量为一个，该透镜为第一透镜200，平面玻璃100与显示屏幕400之间的距离为第一距离，平面玻璃100与第一透镜200之间的距离为第二距离，第二距离与第一距离之比的范围为0.1-0.3。此设置能够增加成像效果和聚焦效果示例性的，第一距离可以为平面玻璃100的第二表面120与显示屏幕400之间的距离，第二距离可以为平面玻璃100的第二表面120与第一透镜200背向显示屏幕400的表面之间的距离。在本实施例中，为了使得本实施例提供的近眼显示光学系统具有较好的成像效果和聚焦效果，平面玻璃100的厚度与第一透镜200中心的厚度之比的范围为0.1-0.2。

在本申请的一些实施例中，透镜还具有背向显示屏幕400的第四表面220，第四表面220和第三表面210均为非球面。其中，第四表面220的曲率半径与第三表面210的曲率半径之比的范围为大于-1且小于-0.5。此设置能够使得本实施例提供的近眼显示光学系统具有更好的成像效果和聚焦效果。本实施例提供的近眼显示光学系统适用于3.2寸的LCD屏。

本实施例提供的近眼显示光学系统的光线路径为屏幕发出的光线发射到平面玻璃100的第一表面110，平面玻璃100的第一表面110将光线反射至第一透镜200的第三表面210，第三表面210将光线反射至平面玻璃100，并透过平面玻璃100，显示在人眼前。如图3所示，图3为本实施例提供的近眼显示光学系统的MTF曲线，该MTF性能图能够满足LCD屏的需求，示例性的，满足3.2寸的LCD屏需求，该近眼显示光学系统结构简单，便于加工，生产成本较低，且具有较好的成像效果和聚焦效果。

本申请实施例还提供了一种近眼显示装置，该近眼显示装置包括显示屏幕400和如上任一方案的近眼显示光学系统，近眼显示光学系统设置于显示屏幕400的显示侧。

实施例二

如图4所示，在本实施例中，透镜的数量为两个，两个透镜分别为第二透镜300和第一透镜200，第二透镜300设置于平面玻璃100和第一透镜200之间。其中，第一透镜200为负透镜，第二透镜300为正透镜。正透镜和负透镜的设置能够增加本实施例提供的近眼显示光学系统的聚焦效果。

第一透镜200朝向显示屏幕400的表面为第三表面210，第一透镜200背向显示屏幕400的表面为第四表面220，第二透镜300朝向第一透镜200的表面为第五表面310，第二透镜300背向第一透镜200的表面为第六表面320，第三表面210、第四表面220、第五表面310和第六表面320均为球面。示例性的，第四表面220的曲率半径与第三表面210的曲率半径之比的范围为大于25且小于30，第六表面320的曲率半径与第五表面310的曲率半径之比的范围为大于4且小于7。在本实施例中，第三表面210和第五表面310均向靠近显示屏幕400的方向凸起，第四表面220和第六表面320均向靠近显示屏幕400的方向凹陷。此结构能够增加本申请实施例的聚焦效果。

需要说明的是，本申请实施例中，向靠近显示屏幕400的方向凸起，以及向靠近显示屏幕400的方向凹陷是指沿光轴方向以及以光轴为中心向外凸起或向内凹陷。

在本实施例中，第二表面120与显示屏幕400之间的距离为第一距离，第二表面120与第六表面320之间的距离为第三距离，第五表面310与第四表面220之间的距离为第四距离，第三距离与第一距离之比的范围为0.05-0.1，第四距离与第一距离之比的范围为0.05-0.1。

在本实施例中，平面玻璃100的厚度与第二透镜300中心的厚度之比的范围为0.1-0.2，平面玻璃100的厚度与第一透镜200中心的厚度之比的范围为0.3-0.5。本实施例提供的近眼显示光学系统适用于2.56寸的LCD屏。本实施例提供的近眼显示光学系统的光线路径为屏幕发出的光线发射到平面玻璃100的第一表面110，平面玻璃100的第一表面110将光线反射至第一透镜200的第三表面210，第三表面210将光线反射至平面玻璃100，并透过平面玻璃100，显示在人眼前。

如图5所示，图5为本实施例提供的近眼显示光学系统的MTF曲线，该MTF性能图能够满足LCD屏的需求，示例性的，满足2.56寸的LCD屏的需求，该近眼显示光学系统结构简单，便于加工，生产成本较低，且具有较好的成像效果和聚焦效果。

本申请实施例还提供了一种近眼显示装置，该近眼显示装置包括显示屏幕400和如上任一方案的近眼显示光学系统，近眼显示光学系统设置于显示屏幕400的显示侧。

其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

需要说明的是：在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种近眼显示光学系统，其特征在于，沿光轴方向依次包括：

平面玻璃，所述平面玻璃具有第一表面和第二表面；所述第一表面背向显示屏幕，所述第一表面设置有反射偏振膜，所述反射偏振膜背离所述第一表面的一面还设置有偏振膜；所述第二表面设置有相位延迟片，所述相位延迟片背离所述第二表面的一面还设置有减返膜；

透镜组，所述透镜组包括至少一个透镜，所述透镜组设置于所述平面玻璃和所述显示屏幕之间；在所述透镜组中，靠近所述显示屏幕的所述透镜为第一透镜，所述第一透镜具有朝向所述显示屏幕的第三表面，所述第三表面将自所述第一表面反射来的光反射至所述平面玻璃，并透过所述平面玻璃。

2.根据权利要求1所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述透镜的数量为一个，该透镜为所述第一透镜；

所述平面玻璃与所述显示屏幕之间的距离为第一距离，所述平面玻璃与所述第一透镜之间的距离为第二距离，所述第二距离与所述第一距离之比的范围为0.1-0.3。

3.根据权利要求2所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述平面玻璃的厚度与所述第一透镜中心的厚度之比的范围为0.1-0.2。

4.根据权利要求3所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第一透镜还具有背向所述显示屏幕的第四表面，所述第四表面和所述第三表面均为非球面。

5.根据权利要求4所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第四表面的曲率半径与所述第三表面的曲率半径之比的范围为大于-1且小于-0.5。

6.根据权利要求1所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述透镜的数量为两个，两个所述透镜分别为第二透镜和所述第一透镜，所述第二透镜设置于所述平面玻璃和所述第一透镜之间；

所述第一透镜为负透镜；

所述第二透镜为正透镜。

7.根据权利要求6所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第一透镜背向所述显示屏幕的表面为第四表面；

所述第二透镜朝向所述第一透镜的表面为第五表面，所述第二透镜背向所述第一透镜的表面为第六表面；

所述第三表面、所述第四表面、所述第五表面和所述第六表面均为球面。

8.根据权利要求7所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第四表面的曲率半径大于所述第三表面的曲率半径；

所述第六表面的曲率半径大于所述第五表面的曲率半径。

9.根据权利要求8所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第四表面的曲率半径与所述第三表面的曲率半径之比的范围为大于25且小于30；

所述第六表面的曲率半径与所述第五表面的曲率半径之比的范围为大于4且小于7。

10.根据权利要求8所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第三表面和所述第五表面均向靠近所述显示屏幕的方向凸起；

所述第四表面和所述第六表面均向靠近所述显示屏幕的方向凹陷。

11.根据权利要求7所述的近眼显示光学系统，其特征在于，所述第二表面与显示屏幕之间的距离为第一距离，所述第二表面与所述第六表面之间的距离为第三距离，所述第五表面与所述第四表面之间的距离为第四距离；

所述第三距离与所述第一距离之比的范围为0.05-0.1；

所述第四距离与所述第一距离之比的范围为0.05-0.1。

12.一种近眼显示装置，其特征在于，包括显示屏幕和权利要求1-11任一项所述的近眼显示光学系统，所述近眼显示光学系统设置于所述显示屏幕的显示侧。