[实用新型]紧凑式虚拟现实近眼显示系统及头戴显示设备

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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的三篇中国发明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。

发明内容

基于上述现有技术存在的一些缺陷，本实用新型第一个发明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。本实用新型的第二个发明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，属于同一个发明构思。

为了实现上述第一个发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

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；