虚拟现实显示光学系统及虚拟现实眼镜技术方案

本发明专利技术提供一种虚拟现实显示光学系统及虚拟现实眼镜。该虚拟现实显示光学系统包括光源模组、光导模组、透明的透射式空间光调制器和具有将平面波转换为球面波的曲面反射镜。光导模组包括水平光导和垂直光导。该曲面反射镜包括全反射膜。光源模组位于垂直光导的入射光路上，水平光导位于垂直光导的出射光路上，空间光调制器位于水平光导的出射光路上，曲面反射镜位于空间光调制器的出射光路上。该虚拟现实显示光学系统的空间光调制器无需放置在曲面反射镜的近焦面处，结构紧凑、体积小、重量轻；及基于视网膜成像原理，能够在整个显示视场范围内清晰成像，近视或远视用户不需要佩戴校正眼镜也可清晰地接收到待显示图像信息。

Virtual reality display optical system and virtual reality glasses

The invention provides a virtual reality display optical system and a virtual reality spectacle. The virtual reality display optical system includes a light source module, a photoconductive module, a transparent transmission spatial light modulator and a surface mirror with the plane wave converted to spherical wave. The optical guide module consists of horizontal and vertical light guides. The reflector of the surface includes a full reflection film. The light source module is located on the incident light path perpendicular to the light guide. The horizontal light guide is located on the outgoing light path of the vertical light guide. The spatial light modulator is located on the exit path of the horizontal light guide, and the curved mirror is located on the exit light path of the spatial light modulator. The virtual reality display spatial light modulator optical system without placing near the focal plane surface reflector, compact structure, small volume and light weight; and based on retinal imaging principle, can be displayed on the whole field of view clear imaging, myopia or hyperopia users do not need to wear corrective lenses can clearly receive image the information to be displayed.

【技术实现步骤摘要】
虚拟现实显示光学系统及虚拟现实眼镜
本专利技术涉及光学显示
，具体而言，涉及一种虚拟现实显示光学系统及虚拟现实眼镜。
技术介绍
目前虚拟现实显示光学系统一般目视光学系统原理，是将显示屏置于聚焦透镜(如球面透镜或非球面透镜或菲涅尔透镜)的焦面位置，利用基本的几何光学原理，即焦内的点物经透镜后成放大正立的虚像，在用户眼前投射显示屏的放大正立的虚像。采用此方法的虚拟现实显示设备需将显示屏放置在聚焦透镜的近焦面处，体积较大、重量较重佩戴舒适性较差。并且，对于近视或远视用户需要佩戴近视或远视校正眼镜才能看清该虚拟现实显示设备的显示内容，或者需要在该虚拟现实显示设备增加额外的调焦镜片才能使近视或远视用户不佩戴近视或远视校正眼镜也能看清该虚拟现实显示设备的显示内容。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种体积小、重量轻且能使近视或远视用户不佩戴校正眼镜也能看清显示内容的虚拟现实显示光学系统及虚拟现实眼镜，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术较佳实施例提供一种虚拟现实显示光学系统，包括：光源模组、光导模组、空间光调制器和具有平面波转换为球面波的曲面反射镜，所述光导模组包括水平光导和垂直光导，所述空间光调制器为透明的透射式的，所述曲面反射镜包括全反射膜；所述光源模组位于所述垂直光导的入射光路上，所述水平光导位于所述垂直光导的出射光路上，所述空间光调制器位于所述水平光导的出射光路上，所述曲面反射镜位于所述空间光调制器的出射光路上；所述光源模组提供的准直或近准直照明光束分别经过所述垂直光导和水平光导进行垂直方向和水平方向地传输与扩展后，形成准直宽光束或近准直宽光束，所述空间光调制器根据待显示图像信息对所述准直宽光束或近准直宽光束进行光能量的像素级地调制，得到与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束，所述曲面反射镜对所述与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束进行反射会聚在人眼视网膜上直接成像。可选地，所述光源模组包括光发射单元、光准直器、光合束器、耦合光纤和准直镜组。可选地，所述光源模组还包括消散斑器件。可选地，所述水平光导包括至少两个的倾斜棱镜，或者包括至少两个倾斜排列的可透可反平面镜。可选地，所述水平光导由反射元件和衍射元件构成，所述衍射元件位于所述反射元件和空间光调制器之间。可选地，所述水平光导还包括可透可反层，所述可透可反层位于所述反射元件和衍射元件之间。可选地，所述水平光导由基底和衍射元件构成，所述基底远离衍射元件的一侧起反射作用。可选地，所述虚拟现实显示光学系统还包括至少一个缩小光束出射角度的角控微结构元件。可选地，所述角控微结构元件有两个，其中一个角控微结构元件设置于所述水平光导和空间光调制器之间，另一个角控微结构元件设置于垂直光导和水平光导之间。本专利技术另一较佳实施例提供一种虚拟现实眼镜，包括上述的虚拟现实显示光学系统。本专利技术提供的虚拟现实显示光学系统通过对光源模组、光导模组、空间光调制器和曲面反射镜的巧妙集成与设计，使得空间光调制器(显示屏)无需放置在曲面反射镜(聚焦透镜)的近焦面处，结构更紧凑、体积更小、重量更轻，佩戴更舒适；及基于视网膜成像原理，能够在整个显示视场范围内清晰成像，对于近视或远视用户而言不需要佩戴近视或远视校正眼镜都可清晰地接收到待显示图像信息。本专利技术提供的虚拟现实眼镜包括上述虚拟现实显示光学系统，因而具有类似的有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为本专利技术较佳实施例提供的一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图2为本专利技术较佳实施例提供的一种光源模组的结构示意图。图3为本专利技术较佳实施例提供的一种水平光导的结构示意图。图4为本专利技术较佳实施例提供的另一种水平光导的结构示意图。图5为图4所示的水平光导对光线进行传输和扩展的原理图。图6为本专利技术较佳实施例提供的另一种水平光导的结构示意图。图7为图6所示的水平光导对光线进行传输和扩展的原理图。图8为本专利技术较佳实施例提供的另一种水平光导的结构示意图。图9为待显示图像的显示区域与图1所示的光导模组的结构关系图。图10为非矩形的待显示图像显示区域的尺寸示意图。图11本专利技术较佳实施例提供的一种虚拟现实显示光学系统与传统虚拟现实显示光学系统的对比图。图12为本专利技术较佳实施例提供的另一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图13为本专利技术较佳实施例提供的另一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图14为本专利技术较佳实施例提供的另一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图15为本专利技术较佳实施例提供的另一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图16为本专利技术较佳实施例提供的另一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图17为本专利技术较佳实施例提供的另一种虚拟现实显示光学系统的结构示意图。图18为图17所示的虚拟现实显示光学系统进行人眼虚像成像的光路示意图。图标：1-虚拟现实显示光学系统；10-光源模组；20-光导模组；30-空间光调制器；40-曲面反射镜；11-光发射单元；12-光准直器；13-光合束器；14-耦合光纤；15-准直镜组；16-消散斑器件；21-垂直光导；22-水平光导；221-倾斜棱镜；222-可透可反平面镜；223-反射元件；224-衍射元件；225-可透可反层；226-基底；50-角控微结构元件；60-红外发射装置；70-红外摄像模组；80-红外衍射元件。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。请参考图1，图1为本专利技术实施例提供的一种虚拟现实显示光学系统1的结构示意图。如图1所示，所述虚拟现实显示光学系统1包括：光源模组10、光导模组20、空间光调制器30和曲面反射镜40。光源模组10位于光导模组20的入射光路上，为光导模组20提供准直或近准直照明光束。可选地，请参阅图2，在本实施例中，光源模组10包括光发射单元11、光准直器12、光合束器13、耦合光纤14和准直镜组15。光发射单元11可以采用激光光源、LED光源等。可选的，在本实施例中，该光发射单元11为LD激光光源，如激光发生装置。该激光发射装置可以包快红色激光发射单元11、绿色激光发生单元和蓝色激光发射单元11。在其它实施方式中，激光发生装置中各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟现实显示光学系统，其特征在于，包括：光源模组、光导模组、空间光调制器和具有平面波转换为球面波的曲面反射镜，所述光导模组包括水平光导和垂直光导，所述空间光调制器为透明的透射式的，所述曲面反射镜包括全反射膜；所述光源模组位于所述垂直光导的入射光路上，所述水平光导位于所述垂直光导的出射光路上，所述空间光调制器位于所述水平光导的出射光路上，所述曲面反射镜位于所述空间光调制器的出射光路上；所述光源模组提供的准直或近准直照明光束分别经过所述垂直光导和水平光导进行垂直方向和水平方向地传输与扩展后，形成准直宽光束或近准直宽光束，所述空间光调制器根据待显示图像信息对所述准直宽光束或近准直宽光束进行光能量的像素级地调制，得到与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束，所述曲面反射镜对所述与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束进行反射会聚在人眼视网膜上直接成像。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实显示光学系统，其特征在于，包括：光源模组、光导模组、空间光调制器和具有平面波转换为球面波的曲面反射镜，所述光导模组包括水平光导和垂直光导，所述空间光调制器为透明的透射式的，所述曲面反射镜包括全反射膜；所述光源模组位于所述垂直光导的入射光路上，所述水平光导位于所述垂直光导的出射光路上，所述空间光调制器位于所述水平光导的出射光路上，所述曲面反射镜位于所述空间光调制器的出射光路上；所述光源模组提供的准直或近准直照明光束分别经过所述垂直光导和水平光导进行垂直方向和水平方向地传输与扩展后，形成准直宽光束或近准直宽光束，所述空间光调制器根据待显示图像信息对所述准直宽光束或近准直宽光束进行光能量的像素级地调制，得到与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束，所述曲面反射镜对所述与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束进行反射会聚在人眼视网膜上直接成像。2.根据权利要求1所述的虚拟现实显示光学系统，其特征在于，所述光源模组包括光发射单元、光准直器、光合束器、耦合光纤和准直镜组。3.根据权利要求2所述的虚拟现实显示光学系统，其特征在于，所述光源模组还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳创维新世界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44