[发明专利]光导显示系统

说明书

本发明提出一种棱镜式光学系统以及具有该棱镜式光学系统的光导显示系统，能够有效的消除镜像，从而提高实际图像的清晰度，并且不增加系统的体积和重量。该棱镜式光学系统包括光出射表面、主表面以及至少一个反射表面，光出射表面位于主表面的相对一侧，以及部分反射表面，所述部分反射表面与主表面不平行，入射到棱镜式光学系统的光被所述至少一个反射表面反射，然后被所述部分反射表面反射出棱镜式光学系统，从所述光出射表面出射，光出射表面以及光出射表面相对的主表面中的至少一个表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出。

技术领域

本发明涉及光导显示系统，尤其涉及光导显示系统中的棱镜式光学系统。

背景技术

头戴式显示(HMD)在现代各个技术领域具有广泛的应用，无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据，还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感，或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力，HMD都得到了应用。光导棱镜近眼显示系统由于其结构紧凑、工艺简单、可以同时可见虚拟图像和外界图像被广泛用于各种头戴增强现实设备中。

图1是光导棱镜近眼显示系统的一个示例图。如图1所示，该光导棱镜近眼显示系统主要包括微型图像源101、棱镜式光学系统102以及设置在棱镜式光学系统102中的具有部分反射特性的平面(以下称为部分反射表面)103。微型图像源101例如是LCOS、OLED、LCD等。微型图像源101发出的光从棱镜式光学系统102的靠近微型图像源一侧的表面105入射，入射表面105相对一侧设置有反射表面104，入射表面105和反射表面104之间设置有部分反射表面103。入射光从入射表面105进入棱镜式光学系统102，通过部分反射表面103后入射到反射表面104，反射表面104通常为凹面，反射表面104的中央较边缘向光的前进方向突出，入射光被反射表面104反射并放大后再次入射到部分反射表面103，入射到部分反射表面103的光被部分反射、从棱镜式光学系统的表面106出射并进入人眼。棱镜式光学系统的表面106和107是产生光反射的两个表面，我们称它们为主表面，光出射的部分称为光出射表面108，部分反射表面103与主表面不平行。

但是，由于微型图像源通常发光的角度较大，大角度光线会被棱镜式光学系统的主表面反射，被主表面反射的光也从棱镜式光学系统出射进入人眼从而形成镜像，影响图像清晰度。图2为形成镜像的光路示意图。如图2所示，微型图像源发出的光中大角度的光线201和202分别到达棱镜式光学系统的主表面107和106，分别被主表面反射的光最终也从棱镜式光学系统出射，进入人眼，被主表面反射的光与实际图像中心光203的角度大概呈10°±0°，这种光线从棱镜式光学系统出射进入人眼形成的镜像会影响图像清晰度，是应该去除的。目前常采用的去除方法主要有两种：一种是增大棱镜式光学系统的口径，从而增大主表面反射的光线角度，使该光线远离图像视野。另一种是在微型图像源上加入准直照明系统，减小其发光的角度。但这两种方式都会显著增加光学系统的体积和重量，不适合头戴显示设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种棱镜式光学系统以及具有该棱镜式光学系统的光导显示系统，能够在不增加光学系统的体积和重量的前提下有效的消除镜像，从而提高实际图像的清晰度。

本发明提出了一种棱镜式光学系统，包括光出射表面、主表面以及至少一个反射表面，光出射表面位于主表面的相对一侧，以及部分反射表面，所述部分反射表面与主表面不平行，入射到棱镜式光学系统的光被所述至少一个反射表面反射，然后被所述部分反射表面反射出棱镜式光学系统，从所述光出射表面出射，光出射表面以及光出射表面相对的主表面中的至少一个表面以如下方式倾斜：靠近光入射侧的一端侧与远离光入射侧的一端侧相比更向棱镜式光学系统外侧突出。

此外，优选在光的入射方向上设置有一个反射表面，入射光透过部分反射表面后到达该反射表面，被该反射表面反射后再次到达部分反射表面，被部分反射表面反射出棱镜式光学系统。