紧凑式虚拟现实近眼显示系统及头戴显示设备技术方案

本实用新型专利技术公开了紧凑式虚拟现实近眼显示系统，包括用于构建虚像的发出偏振光显示屏、两个相位延迟器、两个偏振片及成像透镜；显示屏、第一相位延迟器、第一偏振片、第二相位延迟器、第二偏振片及成像透镜自显示屏所在的区域向成像透镜所在的区域依次排列布置，偏振光在相位延迟器和偏振片之间进行光路折叠，成像透镜设置在近眼端，方便拆装，清洗检修，光路折叠使其提高光能利用率，减小BFL的同时保证成像质量，使整个系统厚度缩小，重量降低，降低制造成本，有利于市场的推广及应用。本实用新型专利技术的第二个实用新型专利技术目在于提供头戴显示设备，应用了上述所述的系统，同样具有方便制作、短后工作距离及重量轻的优点，同时，有效提高使用者的沉浸感。

【技术实现步骤摘要】
紧凑式虚拟现实近眼显示系统及头戴显示设备
本技术属于近眼显示系统领域，更具体为一种紧凑式虚拟现实近眼显示系统及头戴显示设备。
技术介绍
虚拟现实装置可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合形成交互式的三维动态视景，使用户沉浸到该环境中。在近眼显示设备中，近眼显示光学系统是核心组成部分。一般情况下，近眼显示系统中虚拟现实显示屏距离使用者的眼球10cm左右，通过特殊的光学装置将图像清晰地投射在人眼的视网膜上，在使用者眼前呈现出虚拟大幅画像。由此应用于虚拟现实或增强现实，增强现实即是在看到虚拟图像的同时也会看到现实场景。对于目前虚拟现实头戴显示产品，由于目前屏幕分辨率的限制，VR显示产品基本采用单镜片成像，系统总长较长，光能利用率较低，整个系统较庞大，导致重量比较重，长时间佩戴会使用户产生不适，严重影响用户的体验，这也是VR目前没有被广泛接受的原因之一。因此，只有使用小尺寸屏幕和短的TTL才能达到要求，而小尺寸屏幕和短的TTL都要求目镜具有短焦距。但镜片的焦距越短，带来的像差就会越多，单镜片根本无法满足设计要求，而使用多镜片就会增加重量，同时镜片组的整体厚度不一定会使TTL减小，且制造成本也会相应增多，进而导致市场售价也比较贵，普通人根本无法接受此价格，不利于市场的推广及应用。目前，专利号为201610164110.0，201610059513.9和201610059528.5的三篇中国专利技术专利说明书均公开了短距离光学放大模组，其同样是利用光路折叠原理实现缩短BFL，但是其均是将成像透镜设置在第一相位延迟片和第二相位延迟片之间，这样做的VR眼镜可能会出现色差、杂散光，对成像质量造成一定的影响；并且透镜在后期可能还不方便调节。
技术实现思路
基于上述现有技术存在的一些缺陷，本技术第一个专利技术目的在于提供一种紧凑式虚拟现实近眼显示系统，该系统充分利用屏幕发出的偏振光，通过偏振光在相位延迟器和偏振膜之间进行光路折叠，具有超高的光能利用率，减小BFL的同时保证成像质量，且使整个系统厚度缩小，重量降低，成像透镜位于近眼端的设置方式还方便紧凑式虚拟现实近眼显示系统的组成，降低制造难度的同时方便对成像透镜的清洗和维护，方便对成像透镜的拆装，有利于市场的推广及应用。本技术的第二个专利技术目在于提供一种头戴显示设备，它应用了紧凑式虚拟现实近眼显示系统，同样具有方便制造、短后工作距离及重量轻的优点，同时，有效提高使用者的沉浸感。上述紧凑式虚拟现实近眼显示系统和头戴显示设备技术上相互关联，属于同一个专利技术构思。为了实现上述第一个专利技术目的，本技术采用如下技术方案：一种紧凑式虚拟现实近眼显示系统，包括显示屏、相位延迟器、偏振膜及成像透镜；成像透镜在近眼端；-所述显示屏是发出偏振光的显示屏；-所述相位延迟器包括第一相位延迟器及第二相位延迟器；-所述偏振膜包括第一偏振膜及第二偏振膜；-第一相位延迟器、第二相位延迟器、第一偏振膜及第二偏振膜位于成像透镜和显示屏之间；-所述显示屏、第一相位延迟器、第一偏振膜、第二相位延迟器、第二偏振膜及成像透镜自显示屏所在的远眼区域向成像透镜所在的近眼区域依次排列布置；-显示屏发出的偏振光向所述成像透镜位置方向传播，偏振光在第一相位延迟器的作用下在第一偏振膜处透射，透射的光线在第二相位延迟器的作用下在第二偏振膜处反射，反射的光线在第二相位延迟器的作用下在第一偏振膜处反射，反射的光线在第二相位延迟器的作用下透射，以使显示屏发出的偏振光在所述相位延迟器和偏振膜之间进行光路折叠，进而过成像透镜进入到人眼中。作为优选，紧凑式虚拟现实近眼显示系统的BFL小于等于20mm。作为优选，紧凑式虚拟现实近眼显示系统的TTL距离小于等于25mm。作为优选，所述成像透镜为菲涅尔镜片，使用菲涅尔镜片的紧凑式虚拟现实近眼显示系统TTL的距离小于等于20mm。作为优选，偏振光偏振态与偏振膜偏振态相同时，其透射率在70％～99％之间；偏振光偏振态与偏振膜偏振态垂直时，反射率在70％～99％之间。作为优选，所述相位延迟器为用于改变光的偏振方向的波片或者旋光器，所述波片的相位延迟效率在70％～99％之间。作为优选，所述光路折叠方式如下：-偏振光在第一相位延迟器的作用下旋转90度，使得光与第一偏振膜偏振态相同，透射；-透射的光线在第二相位延迟器的作用下，光线偏振态旋转45度并与第二偏振膜垂直，在第二偏振膜处反射；-反射的光线在第二相位延迟器的作用下，光线偏振态旋转45度，使其偏振态与第一偏振膜偏振态垂直，反射；-第一偏振膜处反射，反射的光线在第二相位延迟器的作用下，光线偏振态旋转45度，在第二偏振膜处透射；-经过成像透镜，入眼。一种包含权上述的紧凑式虚拟现实近眼显示系统的头戴显示设备，其特征在于：头戴显示设备包括头戴支架，头戴支架对应于人眼位置设有安装槽；紧凑式虚拟现实近眼显示系统进一步的，头戴显示设备是单目单屏头戴显示设备，所述显示屏的尺寸在2.5寸～3.8寸之间。作为优选，头戴显示设备是双目头戴显示设备，所述显示屏的尺寸在4.7寸～6.5寸之间。本技术提供的紧凑式虚拟现实近眼显示系统及头戴显示设备，最终使得VR眼镜等产品价格低廉、可被普通人接受的一种产品，实现人人可以体验VR产品，同时利用光路折叠原理使整个系统厚度小、后工作距离短及整个系统重量轻等优点。具体地：(一)针对本技术紧凑式虚拟现实近眼显示系统，其结构形式不同于市场上所采用近眼显示系统，目前市场上通常是使用短焦距的目镜来使系统厚度降低，但是其在使用过程中，由于镜片的焦距越短，带来的像差就越多，单镜片根本无法满足设计要求，然而使用多镜片来消除像差，就会增加整个近眼显示系统的重量，且多个镜片的设置无法缩短BFL及TTL，本技术是使用相位延迟器及偏振膜，利用光路折叠原理，光能利用率高的同时，缩短了整个近眼显示系统的后工作距离及减轻了整个系统的重量，其与现有的近眼显示系统相比，结构更为紧凑，且未通过增加镜片数量来消除像差，有效降低了制造成本，进而降低了使用者的使用成本，有利于市场的推广及应用。(二)针对本技术紧凑式虚拟现实近眼显示系统，其将成像透镜设置在近眼端，具有以下优点：①可以减小色差，提高成像质量；②减小杂散光对成像质量的影响，提升使用者的沉浸感；③设置在近眼端，与显示屏相对的对立面，方便对显示屏或者透镜位置的调节，以获得更好的成像效果；④与将成像透镜设置在第一相位延迟片和第二相位延迟片之间相比，其制造过程更加简单，方便VR眼镜的制造，降低制造成本，进而降低使用者的使用成本，有利于市场的推广及应用。⑤FOV可以做到120°，跟目前头盔最大视场角一样，且边缘视场相对清晰，色差小。(三)针对本技术的头戴显示设备，具有如下优点：1)本技术的头戴显示设备，通过使用上述所述的紧凑式虚拟现实近眼显示系统，使得头戴显示设备整体结构紧凑，重量轻，方便使用者的佩戴和使用。2)本技术的头戴显示设备，其利用光路折叠原理，不需增加其他镜片来消除像差，降低了制造成本，有极高的量产性，可以满足大众使用。3)集成了目前VR镜片所有成像优点，不使用半透膜，达到了缩小系统长度的目的。附图说明图1为本技术实施例中紧凑式虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑式虚拟现实近眼显示系统，其特征在于：包括显示屏(1)、相位延迟器、偏振膜及成像透镜(6)；成像透镜(6)在近眼端；‑所述显示屏(1)是发出偏振光的显示屏；‑所述相位延迟器包括第一相位延迟器(2)及第二相位延迟器(4)；‑所述偏振膜包括第一偏振膜(3)及第二偏振膜(5)；‑第一相位延迟器(2)、第二相位延迟器(4)、第一偏振膜(3)及第二偏振膜(5)位于成像透镜(6)和显示屏(1)之间；‑所述显示屏(1)、第一相位延迟器(2)、第一偏振膜(3)、第二相位延迟器(4)、第二偏振膜(5)及成像透镜(6)自显示屏(1)所在的远眼区域向成像透镜(6)所在的近眼区域依次排列布置；‑显示屏(1)发出的偏振光向所述成像透镜(6)位置方向传播，偏振光在第一相位延迟器(2)的作用下在第一偏振膜(3)处透射，透射的光线在第二相位延迟器(4)的作用下在第二偏振膜(5)处反射，反射的光线在第二相位延迟器(4)的作用下在第一偏振膜(3)处反射，反射的光线在第二相位延迟器(4)的作用下透射，以使显示屏(1)发出的偏振光在所述相位延迟器和偏振膜之间进行光路折叠，进而过成像透镜(6)进入到人眼中。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑式虚拟现实近眼显示系统，其特征在于：包括显示屏(1)、相位延迟器、偏振膜及成像透镜(6)；成像透镜(6)在近眼端；-所述显示屏(1)是发出偏振光的显示屏；-所述相位延迟器包括第一相位延迟器(2)及第二相位延迟器(4)；-所述偏振膜包括第一偏振膜(3)及第二偏振膜(5)；-第一相位延迟器(2)、第二相位延迟器(4)、第一偏振膜(3)及第二偏振膜(5)位于成像透镜(6)和显示屏(1)之间；-所述显示屏(1)、第一相位延迟器(2)、第一偏振膜(3)、第二相位延迟器(4)、第二偏振膜(5)及成像透镜(6)自显示屏(1)所在的远眼区域向成像透镜(6)所在的近眼区域依次排列布置；-显示屏(1)发出的偏振光向所述成像透镜(6)位置方向传播，偏振光在第一相位延迟器(2)的作用下在第一偏振膜(3)处透射，透射的光线在第二相位延迟器(4)的作用下在第二偏振膜(5)处反射，反射的光线在第二相位延迟器(4)的作用下在第一偏振膜(3)处反射，反射的光线在第二相位延迟器(4)的作用下透射，以使显示屏(1)发出的偏振光在所述相位延迟器和偏振膜之间进行光路折叠，进而过成像透镜(6)进入到人眼中。2.根据权利要求1所述的紧凑式虚拟现实近眼显示系统，其特征在于：紧凑式虚拟现实近眼显示系统的BFL小于等于20mm。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国军，许兵，鲁杨，孙静，
申请(专利权)人：浙江唯见科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33