WO2022048384A1 - 一种近眼显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种近眼显示装置，包括：显示屏(1)，用于图像显示；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；平板(3)，位于成像镜头(2)背离显示屏(1)的一侧，相对于成像镜头(2)的光轴倾斜设置；相位延迟层(4)，位于平板(3)面向成像镜头(2)的一侧；偏振分光层(5)，位于相位延迟层(4)与平板(3)之间，用于透过第一线偏振光，反射偏振方向与第一线偏振光垂直的第二线偏振光；偏光层(6)，位于偏振分光层(5)与平板(3)之间，用于透过第一线偏振光，吸收第二线偏振光；和曲面镜(7)，位于偏振分光层(5)的反射光路上并位于相位延迟层(4)背离平板(3)的一侧，用于将偏振分光层(5)的反射光向人眼所在的位置反射并透射环境光。可以对光线进行多次偏振态的改变，消除重影。

Description

一种近眼显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求在2020年09月07日提交中国专利局、申请号为202010931174.5、申请名称为“一种近眼显示装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
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(Augmented Reality，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，光线在平板玻璃上下表面的两次反射均可通过成像系统进行成像，因此人眼在观看图像时还会出现重影的问题，影响视觉效果。
发明内容
本公开实施例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；
平板，位于所述成像镜头背离所述显示屏的一侧，相对于所述成像镜头的光轴倾斜设置；
相位延迟层，位于所述平板面向成像镜头的一侧；
偏振分光层，位于所述相位延迟层与所述平板之间，用于透过第一线偏振光，反射偏振方向与所述第一线偏振光垂直的第二线偏振光；
偏光层，位于所述偏振分光层与所述平板之间，用于透过所述第一线偏振光，吸收所述第二线偏振光；和
曲面镜，位于所述偏振分光层的反射光路上并位于所述相位延迟层背离所述平板的一侧，用于将所述偏振分光层的反射光向人眼所在的位置反射并透射环境光。
本公开一些实施例中，所述偏振分光层的透过轴与所述偏光层的透过轴相平行。
本公开一些实施例中，所述偏光层贴合于所述平板的表面，所述相位延迟层、所述偏振分光层及所述偏光层相互贴合。
本公开一些实施例中，所述平板背离所述偏光层一侧的表面设置有增透膜。
本公开一些实施例中，所述相位延迟层为四分之一波片；所述四分之一波片的光轴与所述偏振分光层的透过轴的夹角为45°。
本公开一些实施例中，所述平板与所述成像镜头的光轴之间的夹角为45°。
本公开一些实施例中，所述显示屏为液晶显示器、有机发光二极管显示器、微型有机发光二极管显示器或发光二极管显示器中的一种。
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，所述曲面镜的一侧表面上设置有半透半反膜。
本公开一些实施例中，所述半透半反膜的反射率为50％-70％。
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为相关技术中近眼显示装置的光路示意图之一；
图2为相关技术中近眼显示装置的光路示意图之二；
图3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4为本公开实施例提供的近眼显示装置的光路示意图之一；
图5为本公开实施例提供的近眼显示装置的光路示意图之二；
图6为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之二。
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。
目前的近眼显示装置包括同轴折返式光学系统以及波导式光学系统等，其中同轴折返式光学系统相比于其他光学系统，具有中空结构，光学构架更加紧凑，可以实现轻薄化设计；除此之外，同轴折返式光学系统的像质更高，相比于波导式光学系统具有更大的视场角，视场角可以扩展到50°甚至更大。同轴折返式光学系统对光学设计的要求相对简单，由此可避免使用加工难度过大的面型，可以降低生产成本。
图1为目前常用的近眼显示装置的光路示意图之一。
参照图1，目前的近眼显示装置中会采用平板玻璃200镀半透半反膜的形式对图像源100的光线进行折反，由图1可以看出，图像源100出射的光线a0在入射到平板玻璃200时，一部分光线被其上表面反射形成反射光线a1，反射光线a1入射到反射镜300之后再次经反射形成反射光线a11，用于人眼观看。与此同时，图像源100出射的光线a0在入射到平板玻璃200时，还有一部分光线被透射形成透射光线a2，透射光线a2再经过平板玻璃200的下表面反射形成反射光线a21，反射光线a21在入射到反射镜300之后再次经反射形成反射光线a211。光线a11和光线a211均可以入射到人眼，那么人眼会观看到两个成像，造成重影的问题，影响视觉效果。
图2为目前常用的近眼显示装置的光路示意图之二。
参照图2，由于平板玻璃200的表面设置有半透半反膜，除图像源100的出射光线可以入射到平板玻璃200以外，环境光b0也可以由近眼显示装置的下侧入射到平板玻璃200。环境光b0分别在平板玻璃200的上下两个表面发生光反射，形成反射光线b1和b2。这样人眼在观看显示图像时还会接收到来自于下方的环境光线，影响观看有效图像和正前方外界景物。
有鉴于此，本公开实施例提供一种近眼显示装置，图3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3，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、平板3、相位延迟层4、偏振分光层5、偏光层6和曲面镜7。
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的尺寸通常较小，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。
在本公开实施例中，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。
平板3，位于成像镜头2背离显示屏1的一侧，相对于成像镜头2的光轴倾斜设置。
平板3在近眼显示装置中作为支撑部件，可以用于在其表面设置其它功能性膜层，由此使得功能性膜层与成像镜头2之间保持设定的夹角关系。
平板3的材料可以采用玻璃或塑料等硬性透明材料。平板3的两个表面 相互平行。平板3所在平面与成像镜头2的光轴之间的夹角可为45°，这样可以保证成像镜头出射的成像光线以45°入射到平板3表面的功能性膜层。
在本公开实施例中，在平板3之上的功能性膜层包括：相位延迟层4、偏振分光层5和偏光层6。其中，相位延迟层4位于平板3面向成像镜头2的一侧；偏振分光层5位于相位延迟层4与平板3之间；偏光层6位于偏振分光层5与平板3之间。
相位延迟层4具有相位延迟的作用，在本公开实施例中，可以利用相位延迟层4的相位延迟作用对光线的偏振态进行转化。
偏振分光层5用于透射第一线偏振光以及反射第二线偏振光，第一线偏振光与第二线偏振光的偏振方向相互垂直。在本公开实施例中，偏振分光层5可以用于透射振动方向平行于入光面的线偏振光(p光)，反射振动方向垂直于入光面的线偏振光(s光)。
偏光层6采用吸收型偏光片，偏振方向平行于偏光层6的透过轴的线偏振光可以被透射，偏振方向垂直于偏光层6的透过轴的线偏振光被吸收。偏光层6的透过轴与偏振分光层5的透过轴相平行。如果偏振分光层5用于透射p光，反射s光，那么偏光层6具有吸收s光的作用。
在本公开实施例中，相位延迟层4可以采用四分之一波片，四分之一波片的光轴与偏振分光层5的透过轴的夹角设置为45°，这样经过偏振分光层5分光之后的线偏振光再经过四分之一波片时，线偏振光可以转化为圆偏振光。
曲面镜7，位于偏振分光层5的反射光路上并位于相位延迟层4背离平板3的一侧，用于将偏振分光层5的反射光向人眼所在的位置反射并透射环境光。
曲面镜7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7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7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可以为眼镜或头盔，此时可以将曲面 镜7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。
如图3所示，本公开实施例提供的近眼显示装置的成像过程为显示屏1显示图像，其出射光线a0经过成像镜头2之后入射到相位延迟层4；经过相位延迟层4之后入射到偏振分光层5；偏振分光层5能够透射第一线偏振光，同时能够反射偏振方向与第一线偏振光垂直的第二线偏振光。那么当光线a0入射到偏振分光层5之后，偏振分光层5将光线a0中的第二线偏振光的分量向曲面镜7一侧反射形成反射光线a1；曲面镜7再将光线a1进行反射形成反射光线a11；反射光线a11可以透过相位延迟层4、偏振分光层5、偏光层6以及平板3向人眼所在的位置出射。人眼在接收到光线a11时可以观看到显示屏1所显示的图像。
与此同时，环境光c0从曲面镜7一侧向近眼显示装置中入射，环境光c0经过曲面镜7、相位延迟层4、偏振分光层5、偏光层6以及平板3入射到人眼，人眼在接收到环境光c0时可以观看到前方的环境景物。
以下对本公开实施例提供的近眼显示装置对光线的作用原理进行具体说明。
图4为本公开实施例提供的近眼显示装置的光路示意图之一。
参照图4，显示屏1可以采用液晶显示器、有机发光二极管显示器及发光二极管显示器中的一种，因此显示屏1出射的光线为自然光或线偏振光。当显示屏1出射的光线为自然光时，其出射光线a0经过成像镜头2的成像之后入射到相位延迟层4，透过相位延迟层4之后仍为自然光；当显示屏1出射的光线为线偏振光时，其出射光线a0经过成像镜头2的成像之后入射到相位延迟层4，透过相位延迟层之后转化为圆偏振光。而无论自然光还是圆偏振光在入射到偏振分光层5时，偏振分光层5可以将第一线偏振光的分量进行透射，将第二线偏振光的分量进行反射，其中第一线偏振光可为振动方向平行于入射面的线偏振光(p光，在图4中“×”表示p光)，第二线偏振光可为振动方向垂直于入射面的线偏振光(s光，在图4中“∥”表示s光)，由此光线a0在入射到偏振分光层5之后形成向曲面镜7一侧出射的反射光线a1和向平 板3一侧出射的透射光线a2。
反射光线a1(第二线偏振光，即s光)再次入射到相位延迟层4，在经过相位延迟层4之后转化为圆偏振光(例如，s光经过相位延迟层之后转化为右旋圆偏振光)；圆偏振光在入射到曲面镜7之后被曲面镜7反射形成反射光线a11，反射光线a11仍为圆偏振光，其旋转方向与入射光线a1的旋转方向相反(例如，由右旋圆偏振光转化为左旋圆偏振光)。光线a11再次入射到相位延迟层4，在经过相位延迟层4之后转化为线偏振光，且偏振方向与入射光线a1的偏振方向相反(例如，左旋圆偏振光经过相位延迟层之后转化为p光，即第一线偏振光)。经过相位延迟层4之后的光线a11为第一线偏振光，可以被偏振分光层5透射，而偏光层6可以吸收第二线偏振光，透射第一线偏振光，因此光线a11可以被偏光层6透射，最终经过平板3透射入射到人眼所在的位置。
透射光线a2(第一线偏振光，即p光)入射到偏光层6，偏光层6可以吸收第二线偏振光，透射第一线偏振光，因此光线a2可以被偏光层6透射；透射光线a2在入射到平板3之后，会有部分光线被平板3的表面反射，形成反射光线a21，反射光线a21仍为第一线偏振光(p光)，因此光线21再次入射到偏光层6时可以被偏光层6透射；被偏光层6透射的光线a21仍为第一线，再次入射到偏振分光层5时，偏振分光层5可以透射第一线偏振光，反射第二线偏振光，因此光线a21可以被偏振分光层5透射；被偏振分光层5透射的光线a21再次入射到相位延迟层4，在经过相位延迟层4之后转化为圆偏振光(例如，p光经过相位延迟层之后转化为左旋圆偏振光)；圆偏振光在入射到曲面镜7之后被曲面镜7反射形成反射光线a22，反射光线a22仍为圆偏振光，其旋转方向与入射光线a21的旋转方向相反(例如，由左旋圆偏振光转化为右旋圆偏振光)。光线a22再次入射到相位延迟层4，在经过相位延迟层4之后转化为线偏振光，且偏振方向与入射光线a21的偏振方向相反(例如，右旋圆偏振光经过相位延迟层之后转化为s光，即第二线偏振光)。经过相位延迟层4之后的光线a22为第二线偏振光，因此再次入射到偏振分光层5 时可以被偏振分光层5反射形成向成像镜头2一侧出射的反射光线a23。反射光线23为第二线偏振光，再次入射到相位延迟层4之后转化为圆偏振光(例如，s光经过相位延迟层之后转化为右旋圆偏振光)；由于成像镜头2的表面存在自然反射，因此光线a23中的小部分光线仍被成像镜头2反射形成反射光线a24，反射光线a24仍为圆偏振光，其旋转方向与光线a23的旋转方向相反(例如，由右旋圆偏振光转化为左旋圆偏振光)。光线a24再次入射到相位延迟层4，被相位延迟层4转化为线偏振光，且偏振方向与入射光线a23的偏振方向相反(例如，左旋圆偏振光经过相位延迟层之后转化为p光，即第一线偏振光)。经过相位延迟层4的光线a24为第一线偏振光，因此入射到偏振分光层5之后可以被偏振分光层5透射，透射光a24入射到偏光层6可以被偏光层6透射，最终经过平板3向下方出射。
由此可见，成像光线a0中被偏振分光层5反射的部分光线a1在经过曲面镜7的反射之后最终向人眼所在的位置出射，用于图像显示。而成像光线a0中被偏振分光层5透射的部分光线a2在近眼显示装置的各部件中的作用之后最终向下方出射，不会向人眼所在的方向出射，因此这部分光线不会干扰正常的图像显示，避免形成重影。
值得注意的是，偏振分光层5的分光作用并不能达到完全的分光，因此成像光线a0在入射到偏振分光层5之后仍有部分第二线偏振光被透射。而位于偏振分光层5下方的偏光层6具有吸收第二线偏振光的作用，因此被透射的小部分第二线偏振光在到达偏光层6时均被偏光层6吸收，因此被透射的小部分第二线偏振光无法到达平板3，因此不会再被返回到近眼显示装置中，也就避免了这部分光线对图像显示的干扰，避免重影的产生。
图5为本公开实施例提供的近眼显示装置的光路示意图之二。图5示出了环境光在入射到近眼显示装置中的光路。
参照图5，环境光可以由曲面镜7一侧入射到近眼显示装置中，如图5所示，环境光c0为自然光，环境光c0可以经过曲面镜7、相位延迟层4的透射入射到偏振分光层5，偏振分光层5将环境光c0中第一线偏振光的分量透过， 透射光线c0在入射到偏光层6，偏光层6的透过轴与偏振分光层5的透过轴平行，因此被偏振分光层5透射的光线也可以被偏光层6透射，最终光线c0再经过平板3出射到人眼所在的位置。
另外，还有一部分环境光可以由平板3一侧入射到近眼显示装置中，如图5所示，环境光b0为自然光，在入射到平板3的表面时一部分光线被平板3透射形成透射光线b1，还有一部分光线被平板3反射形成反射光线b2。由平板3一侧入射到近眼显示装置中的环境光b0属于杂散光，环境光c0在被平板3透射之后的透射光线b1入射到偏光层6时，只有偏振方向平行于偏光层6的透过轴的分量可以透过，其它光线被吸收。透过光线的亮度远低于近眼显示装置中用于图像显示的光线的亮度，因此进入光路中后经二次反射的光效可忽略不计。而被平板3具有较低的反射率，因此被平板3反射后的光线b2对于成像光线的亮度来说也可以忽略，因此从平板3一侧入射到近眼显示装置中的光线并不会对成像光线造成干扰，正下方杂散光不可见。
由此可见，采用本公开实施例提供的上述近眼显示装置结构，可以有效抑制重影的产生，同时也可以消除杂散光对成像的干扰，优化观看体验。
图6为本公开实施例提供的近眼显示装置的结构示意图之二。
本公开实施例中的偏光层6以及偏振分光层5通常采用软性膜材，需要设置基材进行支撑，而平板3的材料可以采用玻璃或塑料等硬性透明材料，如图6所示，可以将偏光层6贴合于平板3的表面，再将偏振分光层5贴合于偏光层6的表面，将相位延迟层4贴合于偏振分光层5的表面，从而使得相位延迟层4、偏振分光层5和偏光层6相互贴合，共同贴合在平板3上，由平板进行支撑，省去各膜层所需要的基材，有利于器件的轻薄化设计，也可以降低近眼显示装置的组装复杂度。
由于平板3具有一定的自然反射率，光线入射其表面时仍然有一部分光被反射，而使得一部分光线会被平板反射到近眼显示装置内部，对成像光线产生影响，本公开实施例为了避免上述问题，如图6所示，在平板3背离偏光层6一侧的表面设置增透膜8，这样可以增加成像光线的透射，同时抑制环 境光以及杂散光的反射，优化近眼显示装置的成像效果。
曲面镜7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7面向偏振分光片5一侧的表面和背离偏振分光片5一侧的表面中的至少一侧表面上设置半透半反膜。为了保证显示图像在较强环境光氛围下的对比度，可以将半透半反膜的反射率为50％-70％。
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；平板，位于成像镜头背离显示屏的一侧，相对于成像镜头的光轴倾斜设置；相位延迟层，位于平板面向成像镜头的一侧；偏振分光层，位于相位延迟层与平板之间，用于透过第一线偏振光，反射偏振方向与第一线偏振光垂直的第二线偏振光；偏光层，位于偏振分光层与平板之间，用于透过第一线偏振光，吸收第二线偏振光；和曲面镜，位于偏振分光层的反射光路上并位于相位延迟层背离平板的一侧，用于将偏振分光层的反射光向人眼所在的位置反射并透射环境光。
本公开实施例提供的上述近眼显示装置中，采用了相位延迟层、偏振分光层和偏光层等元件，对入射光线的偏振态进行多次转换，起到抑制重影的作用。将相位延迟层、偏振分光层及偏光层设置在平板面向曲面镜的一侧可以使未被偏振分光层充分分光而产生的杂散光线在入射到平板进行反射之前就被偏光层吸收，由此避免重影的产生。本公开实施例提供的上述近眼显示装置结构还可以避免环境杂散光入射到人眼所在的位置对观看图像产生影响。
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 (12)

  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；
    平板，位于所述成像镜头背离所述显示屏的一侧，相对于所述成像镜头的光轴倾斜设置；
    相位延迟层，位于所述平板面向成像镜头的一侧；
    偏振分光层，位于所述相位延迟层与所述平板之间，用于透过第一线偏振光，反射偏振方向与所述第一线偏振光垂直的第二线偏振光；
    偏光层，位于所述偏振分光层与所述平板之间，用于透过所述第一线偏振光，吸收所述第二线偏振光；和
    曲面镜，位于所述偏振分光层的反射光路上并位于所述相位延迟层背离所述平板的一侧，用于将所述偏振分光层的反射光向人眼所在的位置反射并透射环境光。
  2. 如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述偏振分光层的透过轴与所述偏光层的透过轴相平行。
  3. 如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述偏光层贴合于所述平板的表面，所述相位延迟层、所述偏振分光层及所述偏光层相互贴合。
  4. 如权利要求3所述的近眼显示装置，其中，所述平板背离所述偏光层一侧的表面设置有增透膜。
  5. 如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述相位延迟层为四分之一波片；所述四分之一波片的光轴与所述偏振分光层的透过轴的夹角为45°。
  6. 如权利要求1所述的近眼显示装置，其中，所述平板与所述成像镜头的光轴之间的夹角为45°。
  7. 如权利要求1-6任一项所述的近眼显示装置，其中，所述显示屏为液 晶显示器、有机发光二极管显示器、微型有机发光二极管显示器或发光二极管显示器中的一种。
  8. 如权利要求1-6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。
  9. 如权利要求1-6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。
  10. 如权利要求9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。
  11. 如权利要求10所述的近眼显示装置，其中，所述半透半反膜的反射率为50％-70％。
  12. 如权利要求1-6任一项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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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111880311A (zh) * 2020-09-07 2020-11-03 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN114660807B (zh) * 2020-12-23 2024-03-15 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN112731676B (zh) * 2021-01-04 2022-07-29 业成科技（成都）有限公司 光学系统
TWI798853B (zh) * 2021-10-01 2023-04-11 佐臻股份有限公司 擴增實境顯示裝置
CN113885206A (zh) * 2021-10-08 2022-01-04 小派科技（上海）有限责任公司 光学模组及系统、显示装置、头戴式显示设备及其系统
CN114019681A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 江苏鸿蚁光电科技有限公司 一种单屏幕双像放大光学系统
CN114236844B (zh) * 2021-12-26 2022-10-04 江苏鸿蚁光电科技有限公司 一种可满足双目观看的光学显示系统
CN115047630A (zh) * 2022-06-30 2022-09-13 上海摩勤智能技术有限公司 一种ar光学系统及ar装置
CN116661194A (zh) * 2023-06-28 2023-08-29 北京行者无疆科技有限公司 一种调光组件及ar眼镜

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160278695A1 (en) * 2013-09-11 2016-09-29 Industrial Technology Research Institute Virtual image display system
CN108681073A (zh) * 2018-07-17 2018-10-19 王锐 一种增强现实光学显示系统
CN111103693A (zh) * 2020-02-03 2020-05-05 浙江水晶光电科技股份有限公司 光学模组及增强现实装置
CN111158154A (zh) * 2020-03-02 2020-05-15 宁波鸿蚁光电科技有限公司 一种光学显示系统及可穿戴设备
CN111221130A (zh) * 2020-03-20 2020-06-02 维沃移动通信有限公司 光学系统和近眼显示设备
CN111323905A (zh) * 2018-12-13 2020-06-23 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 一种显示光机及其方法和近眼显示设备
CN111880311A (zh) * 2020-09-07 2020-11-03 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN212460200U (zh) * 2020-09-07 2021-02-02 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN213069318U (zh) * 2020-10-29 2021-04-27 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 折反式显示光机和近眼显示设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160278695A1 (en) * 2013-09-11 2016-09-29 Industrial Technology Research Institute Virtual image display system
CN108681073A (zh) * 2018-07-17 2018-10-19 王锐 一种增强现实光学显示系统
CN111323905A (zh) * 2018-12-13 2020-06-23 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 一种显示光机及其方法和近眼显示设备
CN111103693A (zh) * 2020-02-03 2020-05-05 浙江水晶光电科技股份有限公司 光学模组及增强现实装置
CN111158154A (zh) * 2020-03-02 2020-05-15 宁波鸿蚁光电科技有限公司 一种光学显示系统及可穿戴设备
CN111221130A (zh) * 2020-03-20 2020-06-02 维沃移动通信有限公司 光学系统和近眼显示设备
CN111880311A (zh) * 2020-09-07 2020-11-03 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN212460200U (zh) * 2020-09-07 2021-02-02 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN213069318U (zh) * 2020-10-29 2021-04-27 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 折反式显示光机和近眼显示设备

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