CN111175981A - 头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

一种头戴式显示设备，包括：第一显示装置，配置为出射载有第一图像的第一光束；第二显示装置，配置为出射载有第二图像的第二光束；以及第一、第二半透半反光学部件和成像透镜组，所述第一、第二半透半反光学部件布置成分别将第一光束、第二光束向成像透镜组引导；所述成像透镜组在光路中位于两半透半反光学部件之间，所述成像透镜组配置为将引导至成像透镜组的第一光束和第二光束分别投射到所述第二、第一半透半反光学部件，所述第二、第一半透半反光学部件还布置成分别反射来自于所述成像透镜组的所述第一光束和第二光束以分别形成第一眼图像和第二眼图像。

Description

头戴式显示设备

技术领域

本公开涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

近年来随着虚拟现实和增强现实技术的发展，消费者逐渐了解了近眼显示技术等，并不断地尝试体验新技术和新产品，以此来享受科技发展带给人们的乐趣。近眼显示技术的应用领域由最初的军事领域，逐渐扩展到诸如游戏、影视娱乐、现场直播、房地产、零售业、教育和医疗健康等领域。头戴式显示设备是近眼显示技术的一个典型产品，可以用于虚拟现实显示和/或增强现实显示，头戴式显示设备逐渐朝重量小、体积小、图像清晰、视场角大等方向发展。

发明内容

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备，包括：第一显示装置，配置为出射载有第一图像的第一光束；第二显示装置，配置为出射载有第二图像的第二光束；以及第一半透半反光学部件、第二半透半反光学部件和成像透镜组，其中，所述第一半透半反光学部件布置成将第一光束向成像透镜组引导；所述第二半透半反光学部件布置成将所述第二光束向成像透镜组引导；所述成像透镜组在光路中位于第一半透半反光学部件和第二半透半反光学部件之间，所述成像透镜组配置为将来自第一半透半反光学部件的第一光束投射到所述第二半透半反光学部件和将来自于第二半透半反光学部件的第二光束投射到所述第一半透半反光学部件，所述第二半透半反光学部件还布置成反射来自于所述成像透镜组的所述第一光束以形成第一眼图像，所述第一半透半反光学部件还布置成反射来自于所述成像透镜组的所述第二光束以形成第二眼图像。

在一些实施例中，所述第一半透半反光学部件、成像透镜组和第二半透半反光学部件沿成像透镜组的光轴方向顺序设置，所述第一显示装置与第二显示装置相对于与所述光轴方向垂直的第一平面镜像对称；所述第一半透半反光学部件与第二半透半反光学部件相对于所述第一平面镜像对称；所述成像透镜组包括至少一个透镜，所述成像透镜组相对于所述第一平面镜像对称。

在一些实施例中，所述第一半透半反光学部件布置成透射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光，所述第二半透半反光学部件布置成透射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光，所述第一偏振方向和第二偏振方向相互垂直。

在一些实施例中，所述第一显示装置设置在所述第一半透半反光学部件远离所述成像透镜组一侧；所述第二显示装置设置在所述第二半透半反光学部件远离所述成像透镜组一侧。

在一些实施例中，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第一偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第二偏振方向。

在一些实施例中，所述的头戴式显示设备还包括：第一光学延迟片，设置在所述第二显示装置和所述第二半透半反光学部件之间。

在一些实施例中，所述第一光学延迟片为1/2波片，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第一偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第一偏振方向。

在一些实施例中，所述第一显示装置设置在所述第一半透半反光学部件的与所述头戴式显示设备出光侧相反的一侧；所述第二显示装置设置在所述第二半透半反光学部件的与所述头戴式显示设备出光侧相反的一侧；所述头戴式显示设备还包括第一反射镜，第二光学延迟片，第二反射镜和第三光学延迟片，其中，所述第二光学延迟片在光路中位于所述第一半透半反光学部件和第一反射镜之间，配置成透射被第一半透半反光学部件反射的第一光束，所述第一反射镜配置成将透射通过第二光学延迟片的第一光束反射以再次透射通过第二光学延迟片，再次透射通过第二光学延迟片的第一光束透射通过所述第一半透半反光学部件射向成像透镜组；所述第三光学延迟片在光路中位于所述第二半透半反光学部件和第二反射镜之间，配置成透射被第二半透半反光学部件反射的第二光束，所述第二反射镜配置成将透射通过第三光学延迟片的第二光束反射以再次透射通过第三光学延迟片，再次透射通过第三光学延迟片的第二光束透射通过所述第二半透半反光学部件射向成像透镜组。

在一些实施例中，所述第一反射镜，第二光学延迟片，第一半透半反光学部件、成像透镜组和第二半透半反光学部件、第三光学延迟片和第二反射镜沿成像透镜组的光轴方向顺序设置，其中，所述第一显示装置与第二显示装置相对于与成像透镜的光轴方向垂直的第一平面镜像对称；所述第一半透半反光学部件与第二半透半反光学部件相对于所述第一平面镜像对称；所述成像透镜组包括至少一个透镜，所述成像透镜组相对于所述第一平面镜像对称；所述第一反射镜与所述第二反射镜相对于所述第一平面镜像对称；所述第二光学延迟片与所述三光学延迟片相对于所述第一平面镜像对称。

在一些实施例中，所述第二光学延迟片和第三光学延迟片为1/4波片，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第二偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第一偏振方向。

在一些实施例中，所述的头戴式显示设备还包括：第一光学延迟片，设置在所述第二显示装置和所述第二半透半反光学部件之间。

在一些实施例中，所述第一光学延迟片为1/2波片，所述第二光学延迟片和第三光学延迟片为1/4波片，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第二偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第二偏振方向。

在一些实施例中，所述的头戴式显示设备还包括：第一透镜组，设置在所述第一显示装置和所述第一半透半反光学部件之间；以及第二透镜组，设置在所述第二显示装置和所述第二半透半反光学部件之间。

在一些实施例中，所述第一半透半反光学部件为第一直角棱镜，所述第一直角棱镜具有第一斜面，所述第一光束从第一斜面朝向所述成像透镜组出射，所述第一直角棱镜的第一斜面设有透射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光的第一膜层；所述第二半透半反光学部件为第二直角棱镜，所述第二直角棱镜具有第二斜面，所述第二光束从第二斜面朝向所述成像透镜组出射，所述第二直角棱镜的第二斜面设有透射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光的第二膜层。

在一些实施例中，所述第一直角棱镜朝向所述第一显示装置的第一面为曲面；所述第二直角棱镜朝向所述第二显示装置的第二面为曲面。

在一些实施例中，连接第一斜面的中心与第二斜面的中心的直线平行于成像透镜组的光轴方向，所述第一斜面的中心与第二斜面的中心之间的距离等于人眼瞳距。

在一些实施例中，第一显示装置为左侧显示装置，所述第二显示装置为右侧显示装置，所述第一眼图像为右眼图像，所述第二眼图像为左眼图像；或者第一显示装置为右侧显示装置，所述第二显示装置为左侧显示装置，所述第一眼图像为左眼图像，所述第二眼图像为右眼图像。

附图说明

为了更清楚地说明本公开文本的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开文本的一些实施例，而非对本公开文本的限制，其中：

图1示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图2示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图3示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图4示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图5示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图6示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图7示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图8示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图。

具体实施方式

为更清楚地阐述本公开的目的、技术方案及优点，以下将结合附图对本公开的实施例进行详细的说明。应当理解，下文对于实施例的描述旨在对本公开的总体构思进行解释和说明，而不应当理解为是对本公开的限制。在说明书和附图中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件或构件。为了清晰起见，附图不一定按比例绘制，并且附图中可能省略了一些公知部件和结构。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。措词“一”或“一个”不排除多个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”“顶”或“底”等等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。当诸如层、膜、区域或衬底基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

本公开提供一种头戴式显示设备，该头戴式显示设备包括：第一显示装置，配置为出射载有第一图像的第一光束；第二显示装置，配置为出射载有第二图像的第二光束；以及第一半透半反光学部件、第二半透半反光学部件和成像透镜组，所述第一半透半反光学部件布置成将第一光束向成像透镜组引导；所述第二半透半反光学部件布置成将所述第二光束向成像透镜组引导；所述成像透镜组在光路中位于第一半透半反光学部件和第二半透半反光学部件之间，所述成像透镜组配置为将来自第一半透半反光学部件的第一光束投射到所述第二半透半反光学部件和将来自于第二半透半反光学部件的第二光束投射到所述第一半透半反光学部件，所述第二半透半反光学部件还布置成反射来自于所述成像透镜组的所述第一光束以形成第一眼图像，所述第一半透半反光学部件还布置成反射来自于所述成像透镜组的所述第二光束以形成第二眼图像。

基于上述设计，第一显示装置显示的第一图像由透镜组成像呈现第一眼图像，第二显示装置显示的第二图像由同一透镜组成像呈现第二眼图像。其中第一眼图像为左眼图像和右眼图像中的一个，第二眼图像为左眼图像和右眼图像中的另一个。呈现左眼图像和呈现右眼图像共用同一个成像透镜组，相较于相关技术中呈现左眼图像和呈现右眼图像需要分别设计成像透镜组的设计，减少了透镜的数量，使得整个头戴式显示设备具有重量轻、体积小、亮度高和成像质量高等优点，实现头戴式显示***的轻薄化，同时能给使用者带来良好的视觉体验。

以下，将结合具体实施例对本公开提供的头戴式显示设备进行详细说明，本公开中的半透半反光学部件例如直角棱镜、半透半反偏振层等，在一些实施例中，以半透半反光学部件为直角棱镜为例进行说明，直角棱镜的斜面与成像透镜组的光轴方向之间的锐角夹角为45°。

本公开中，第一显示装置和第二显示装置分别显示第一图像和第二图像，并由成像透镜组分别成像以分别呈现左眼图像和右眼图像。第一显示装置为头戴式显示设备的左侧显示装置和右侧显示装置中的一个，第二显示装置为头戴式显示设备的左侧显示装置和右侧显示装置另一个。头戴式显示设备的左侧显示装置和右侧显示装置是相对于使用者佩戴头戴式显示设备后而言的，当使用者佩戴头戴式显示设备后，位于使用者左侧的显示装置被称为左侧显示装置，位于使用者右侧的显示装置被称为右侧显示装置，左侧显示装置位于头戴式显示设备中的左侧区域，右侧显示装置位于头戴式显示设备中的右侧区域。在以下的实施例中，以第一显示装置为头戴式显示设备的左侧显示装置，第二显示装置为头戴式显示设备的右侧显示装置为例来进行说明。具体地，作为左侧显示装置的第一显示装置显示的第一图像经过成像透镜组成像呈现右眼图像，被使用者右眼观测，作为右侧显示装置的第二显示装置显示的第二图像经过成像透镜组成像呈现左眼图像，被使用者左眼观测。

图1示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图1所示，该头戴式显示设备100包括：第一显示装置11，配置为出射载有第一图像的第一光束；第二显示装置11’，配置为出射载有第二图像的第二光束；以及第一半透半反光学部件(例如为第一直角棱镜12)、第二半透半反光学部件(例如为第二直角棱镜12’)和成像透镜组10，第一直角棱镜12布置成将第一光束向成像透镜组10引导；第二直角棱镜12’布置成将所述第二光束向成像透镜组10引导；所述成像透镜组10在光路中位于第一直角棱镜12和第二直角棱镜12’之间，所述成像透镜组10配置为将来自第一直角棱镜12的第一光束投射到第二直角棱镜12’和将来自于第二直角棱镜12’的第二光束投射到第一直角棱镜12，第二直角棱镜12’还布置成反射来自于成像透镜组10的所述第一光束以形成第一眼图像，例如为右眼图像，第一直角棱镜12还布置成反射来自于成像透镜组10的第二光束以形成第二眼图像，例如为左眼图像。

本实施例中，如图1所示，第一直角棱镜12的第一斜面121与成像透镜组10的光轴之间的锐角夹角为45°，第一斜面121上设有(例如镀有)透射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光的第一膜层18，其中，第一偏振方向和第二偏振方向相互垂直，使得第一直角棱镜12的第一斜面121配置为透射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光并反射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光；第二直角棱镜12’的第二斜面121’与成像透镜组10的光轴之间的锐角夹角为45°，第二斜面121’上镀有透射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光的第二膜层18’，使得第二直角棱镜12’的第二斜面121’配置为透射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光并反射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光。本实施例中，第一偏振方向例如为垂直于线偏振光的行进方向且平行于图1所在的纸面，第二偏振方向例如为垂直于线偏振光的行进方向且垂直于图1所在的纸面，然而本公开并不局限于此，只要保证第一偏振方向与第二偏振方向相互垂直即可。

如图1所示，第一显示装置11设置在第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧，第二显示装置11’设置在第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧。具体地，第一显示装置11、第一直角棱镜12、成像透镜组10和第二直角棱镜12’以及第二显示装置11’沿成像透镜组10的光轴方向顺序设置。第一显示装置11位于头戴式显示设备100中的左侧区域，作为左侧显示装置，第二显示装置11’位于头戴式显示设备100中的右侧区域，作为右侧显示装置。

如图1所示，在本实施例中，第一显示装置11发出的第一光束为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第一光束的光路如图1中实线所示，第一光束由第一直角棱镜12面向第一显示装置11的直角面进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后出射，来呈现右眼图像，由右眼17’观测。第二显示装置11’发出的第二光束为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第二光束的光路如图1中虚线所示，第二光束由第二直角棱镜12’面向第二显示装置11’的直角面进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后出射，来呈现左眼图像，由左眼17观测。

本实施例中，左眼图像成像光路与右眼图像成像光路共用同一成像透镜组10，由此，减少了透镜的数量，使得整个头戴式显示设备具有重量轻、体积小、亮度高和成像质量高等优点，实现头戴式显示***的轻薄化。

在一些实施例中，第一显示装置11与第二显示装置11’相对于与成像透镜组10的光轴方向垂直的第一平面Y镜像对称，第一直角棱镜12与第二直角棱镜12’相对于第一平面Y镜像对称。成像透镜组10相对于第一平面Y镜像对称，具体地，成像透镜组10位于第一平面Y一侧的部分与其位于第一平面Y另一侧的部分相对于第一平面Y镜像对称。

在一些实施例中，成像透镜组10至少包括一个透镜，例如如图1所示，成像透镜组10包括两个透镜，及第一透镜15和第二透镜15’，第一透镜15和第二透镜15’相对于第一平面Y镜像对称。需要说明的是，成像透镜组10仅包括一个透镜的情况也是可以实现成像透镜组10相对于第一平面Y镜像对称的，例如该透镜位于第一平面Y一侧的部分与其位于第一平面Y另一侧的部分相对于第一平面Y镜像对称。

成像透镜组10中的各透镜可以为球面透镜、非球面透镜、自由曲面透镜等中的任一种，其材质可以为玻璃或塑料。在一些实施例中，透镜表面还可以镀增透膜进一步改善成像质量。

头戴式显示设备100整体上相对于第一平面Y镜像对称，即头戴式显示设备100位于第一平面Y一侧的部分与其位于第一平面Y另一侧的部分相对于第一平面Y镜像对称。由此，头戴式显示设备100在制造时仅需设计一组显示装置，直角棱镜，透镜的具体参数及位置关系，简化设计。

在一些实施例中，如图1所示，第一直角棱镜12的第一斜面121的中心122与第二直角棱镜12’的第二斜面121’的中心122’之间的直线连线与成像透镜组10的光轴方向平行，且第一斜面121的中心122与第二斜面121’的中心122’之间的距离大约等于人眼瞳距，由此，由第一直角棱镜12反射后出射的第二光束以及由第二直角棱镜12’反射后出射的第一光束可以分别入射至使用者的左眼和右眼，使得左眼和右眼分别观察到左眼图像和右眼图像。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备200，图2示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图2所示，其与图1对应的实施例中的头戴式显示设备100的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备200与图1对应的实施例中的头戴式显示设备100的不同之处，相同之处不再重复。

如图2所示，头戴式显示设备200还包括第一光学延迟片16，设置在第二显示装置11’和第二直角棱镜12’之间，第一光学延迟片16例如为1/2波片。

如图2所示，在本实施例中，第一显示装置11发出的第一光束为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第一光束的光路如图2中实线所示，第一光束由第一直角棱镜12面向第一显示装置11的直角面进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后出射，来呈现右眼图像，由右眼17’观测。第二显示装置11’发出的第二光束亦为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第二光束的光路如图2中虚线所示，第二光束经第一光学延迟片16由偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束转换为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束后，由第二直角棱镜12’面向第二显示装置11’的直角面进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后出射，来呈现左眼图像，由左眼17观测。

在本实施例中，第一显示装置11和第二显示装置11’可以采用完全相同的结构，进一步简化头戴式显示设备的设计。

本领域技术人员可以理解的是，在一些代替实施例中，第一光学延迟片16可以设置在第一显示装置11和第一直角棱镜12之间，第一光学延迟片16例如为1/2波片，在该代替实施中，第一显示装置11发出的第一光束为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第一光束经第一光学延迟片16由偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束转换为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束后，由第一直角棱镜12面向第一显示装置11的直角面进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后出射，来呈现右眼图像，由右眼17’观测。第二显示装置11’发出的第二光束亦为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第二光束由第二直角棱镜12’面向第二显示装置11’的直角面进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后出射，来呈现左眼图像，由左眼17观测。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备300，图3示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图3所示，其与图2对应的实施例中的头戴式显示设备200的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备300与图2对应的实施例中的头戴式显示设备200的不同之处，相同之处不再重复。

如图3所示，头戴式显示设备300还包括第一透镜组19和第二透镜组19’。第一透镜组19设置在第一显示装置11和第一直角棱镜12之间，第二透镜组19’设置在第二显示装置11’和第二直角棱镜12’之间。第一透镜组19可以与成像透镜组10配合提高对第一图像的成像质量，第二透镜组19’可以与成像透镜组10配合提高对第二图像的成像质量。第一透镜组19和第二透镜组19’中每一个可以包括至少一个透镜，如图3所示，本实施例中以第一透镜组19和第二透镜组19’均包括一个透镜为例进行说明。

在一些实施例中，第一透镜组19，例如第三透镜，和第二透镜组19’例如为第四透镜，相对于第一平面Y镜像对称。

第一透镜组19和第二透镜组19’中的各透镜可以为球面透镜、非球面透镜、自由曲面透镜等中的任一种，其材质可以为玻璃或塑料。在一些实施例中，透镜表面还可以镀增透膜进一步改善成像质量。

本领域技术人员可以理解的是，本实施例中，第一透镜组19与成像透镜组10共同实现对第一图像成像，第二透镜组19’与成像透镜组10共同实现对第二图像成像。因此，本实施例中的成像透镜组10中的各透镜的具体参数，例如焦距、面型等需要重新设计。

上述图3对应的实施例中的头戴式显示设备300是在图2对应的实施例中的头戴式显示设备200的基础上增加了第一透镜组和第二透镜组。本领域技术人员可以理解的是，在其他一些实施例中，头戴式显示设备300是还可以在图1对应的实施例中的头戴式显示设备100的基础上增加了第一透镜组和第二透镜组。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备400，图4示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图4所示，其与图2对应的实施例中的头戴式显示设备200的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备400与图2对应的实施例中的头戴式显示设备200的不同之处，相同之处不再重复。

如图4所示，第一直角棱镜12朝向第一显示装置11的第一面123为曲面，第二直角棱镜12’朝向第二显示装置11’的第二面123’为曲面。本实施例中，第一直角棱镜12朝向第一显示装置11的第一面123为曲面，相当于将透镜集成在第一直角棱镜12上，第二直角棱镜12’朝向第二显示装置11’的第二面123’为曲面，相当于将透镜集成在第二直角棱镜12’上。如此设置，本实施例中头戴式显示设备400可以不必如图3对应的实施例中的头戴式显示设备300增加第一透镜组和第二透镜组即可改善成像质量。

在一些实施例中，第一直角棱镜12和第二直角棱镜12’相对于第一平面镜像对称。

上述图4对应的实施例中的头戴式显示设备400是在图2对应的实施例中的头戴式显示设备200的基础上将第一直角棱镜朝向第一显示装置的第一面设置曲面，将第二直角棱镜朝向第二显示装置的第二面设置为曲面。本领域技术人员可以理解的是，在其他一些实施例中，头戴式显示设备400是还可以在图1对应的实施例中的头戴式显示设备100或图3对应的实施例中头戴式显示设备300的基础上将第一直角棱镜朝向第一显示装置的第一面设置为曲面，将第二直角棱镜朝向第二显示装置的第二面设置为曲面。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备500，图5示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图5所示，其与图1对应的实施例中的头戴式显示设备100的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备500与图1对应的实施例中的头戴式显示设备100的不同之处，相同之处不再重复。

如图5所示，头戴式显示设备500中，第一显示装置11设置在第一直角棱镜12的与头戴式显示设备500出光侧相反的一侧，即，第一显示装置11设置在第一直角棱镜12远离左眼17一侧；第二显示装置11’设置在第二直角棱镜12’的与头戴式显示设备500出光侧相反的一侧，即，第二显示装置11’设置在第二直角棱镜12’远离右眼17’一侧。

头戴式显示设备500还包括第一反射镜14、第二光学延迟片13、第二反射镜14’和第三光学延迟片13’。第一反射镜14、第二光学延迟片13、第一直角棱镜12、成像透镜组10、第二直角棱镜12’、第三光学延迟片13’和第二反射镜14’沿成像透镜组10的光轴方向顺序设置。第二光学延迟片13和第三光学延迟片13’均为1/4波片。

如图5所示，在本实施例中，第一显示装置11发出的第一光束为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第一光束的光路如图5中实线所示，第一光束由第一直角棱镜12面向第一显示装置11的直角面进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后，由第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧的直角面出射，而后第一光束经第二光学延迟片13延迟π/4相位后，由第一反射镜14反射，而后再次第二光学延迟片13延迟π/4相位，此时第一光束变更为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第一光束由第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧的直角面再次进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后出射，来呈现右眼图像，由右眼17’观测。第二显示装置11’出的第二光束为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第二光束的光路如图5中虚线所示，第二光束由第二直角棱镜12’面向第二显示装置11’的直角面进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后，由第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧的直角面出射，而后第二光束经第三光学延迟片13’延迟π/4相位后，由第二反射镜14’反射，而后再次第三光学延迟片13’延迟π/4相位，此时第二光束变更为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第二光束由第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧的直角面再次进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后出射，来呈现左眼图像，由左眼17观测。

本实施例中，第一显示装置11设置在第一直角棱镜12的与头戴式显示设备500出光侧相反的一侧，第二显示装置11’设置在第二直角棱镜12’的与头戴式显示设备500出光侧相反的一侧，此时第一显示装置11和第二显示装置11’可以尺寸可以更大一些，不必局限于头戴式显示设备沿成像透镜组的光轴方向上的两侧较小的设计空间。

在一些实施例中，第一显示装置11与第二显示装置11’相对于与成像透镜组10的光轴方向垂直的第一平面Y镜像对称，第一反射镜14与第二反射镜14’相对于第一平面Y镜像对称，第二光学延迟片13与第三光学延迟片13’相对于第一平面Y镜像对称。

本领域技术人员可以理解的是，本实施例中，相较于图1对应的实施例，第一显示装置11与第一直角棱镜12的位置关系明显不同，第二显示装置11’与第二直角棱镜12’的位置关系亦明显不同，并且增加第一反射镜14，第二光学延迟片13，第二反射镜14’和第三光学延迟片13’。即第一图像的成像光路与第二图像的成像光路均明显不同，因此，本实施例中的成像透镜组10中的各透镜的具体参数，例如焦距、面型等需要重新设计。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备600，图6示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图6所示，其与图5对应的实施例中的头戴式显示设备500的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备600与图5对应的实施例中的头戴式显示设备500的不同之处，相同之处不再重复。

如图6所示，头戴式显示设备600还包括第一光学延迟片16，设置在第二显示装置11’和第二直角棱镜12’之间，第一光学延迟片16例如为1/2波片。

如图6所示，在本实施例中，在本实施例中，第一显示装置11发出的第一光束为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第一光束的光路如图6中实线所示，第一光束由第一直角棱镜12面向第一显示装置11的直角面进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后，由第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧的直角面出射，而后第一光束经第二光学延迟片13延迟π/4相位后，由第一反射镜14反射，而后再次第二光学延迟片13延迟π/4相位，此时第一光束变更为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第一光束由第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧的直角面再次进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后出射，来呈现右眼图像，由右眼17’观测。第二显示装置11’出的第二光束为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第二光束的光路如图6中虚线所示，第二光束经第一光学延迟片16由偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束转换为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束后由第二直角棱镜12’面向第二显示装置11’的直角面进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后，由第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧的直角面出射，而后第二光束经第三光学延迟片13’延迟π/4相位后，由第二反射镜14’反射，而后再次第三光学延迟片13’延迟π/4相位，此时第二光束变更为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第二光束由第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧的直角面再次进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后出射，来呈现左眼图像，由左眼17观测。

在本实施例中，第一显示装置11和第二显示装置11’可以采用完全相同的结构，进一步简化头戴式显示设备的设计。

本领域技术人员可以理解的是，在一些代替实施例中，第一光学延迟片16可以设置在在第一显示装置11和第一直角棱镜12之间，第一光学延迟片16例如为1/2波片，在该代替实施中，第一显示装置11发出的第一光束为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第一光束经第一光学延迟片16由偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束转换为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束后由第一直角棱镜12面向第一显示装置11的直角面进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后，由第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧的直角面出射，而后第一光束经第二光学延迟片13延迟π/4相位后，由第一反射镜14反射，而后再次第二光学延迟片13延迟π/4相位，此时第一光束变更为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第一光束由第一直角棱镜12远离成像透镜组10一侧的直角面再次进入第一直角棱镜12，经第一直角棱镜12的第一斜面121透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后出射，来呈现右眼图像，由右眼17’观测。第二显示装置11’出的第二光束亦为偏振方向为第一偏振方向的线偏振光束，第二光束由第二直角棱镜12’面向第二显示装置11’的直角面进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’反射后，由第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧的直角面出射，而后第二光束经第三光学延迟片13’延迟π/4相位后，由第二反射镜14’反射，而后再次第三光学延迟片13’延迟π/4相位，此时第二光束变更为偏振方向为第二偏振方向的线偏振光束，第二光束由第二直角棱镜12’远离成像透镜组10一侧的直角面再次进入第二直角棱镜12’，经第二直角棱镜12’的第二斜面121’透射，而后由成像透镜组10透射，随后经第一直角棱镜12的第一斜面121反射后出射，来呈现左眼图像，由左眼17观测。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备700，图7示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图7所示，其与图6对应的实施例中的头戴式显示设备600的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备700与图6对应的实施例中的头戴式显示设备600的不同之处，相同之处不再重复。

如图7所示，头戴式显示设备700还包括第一透镜组19和第二透镜组19’。第一透镜组19设置在第一显示装置11和第一直角棱镜12之间，第二透镜组19’设置在第二显示装置11’和第二直角棱镜12’之间。第一透镜组19可以与成像透镜组10配合提高对第一图像的成像质量，第二透镜组19’可以与成像透镜组10配合提高对第二图像的成像质量。第一透镜组19和第二透镜组19’中每一个可以包括至少一个透镜，如图7所示，本实施例中以第一透镜组19和第二透镜组19’均包括一个透镜为例进行说明。

在一些实施例中，第一透镜组19，例如第三透镜，和第二透镜组19’例如为第四透镜，相对于第一平面Y镜像对称。

第一透镜组19和第二透镜组19’中的各透镜可以为球面透镜、非球面透镜、自由曲面透镜等中的任一种，其材质可以为玻璃或塑料。在一些实施例中，透镜表面还可以镀增透膜进一步改善成像质量。

本领域技术人员可以理解的是，本实施例中，第一透镜组19与成像透镜组10共同实现对第一图像成像，第二透镜组19’与成像透镜组10共同实现对第二图像成像。因此，本实施例中的成像透镜组10中的各透镜的具体参数，例如焦距、面型等需要重新设计。

上述图7对应的实施例中的头戴式显示设备700是在图6对应的实施例中的头戴式显示设备600的基础上增加了第一透镜组和第二透镜组。本领域技术人员可以理解的是，在其他一些实施例中，头戴式显示设备700是还可以在图5对应的实施例中的头戴式显示设备500的基础上增加了第一透镜组和第二透镜组。

本公开一些实施例提供一种头戴式显示设备800，图8示出了根据本公开一些实施例提供的头戴式显示设备的结构示意图，如图8所示，其与图6对应的实施例中的头戴式显示设备600的结构的基本相同，以下主要介绍本实施例中的头戴式显示设备800与图6对应的实施例中的头戴式显示设备600的不同之处，相同之处不再重复。

如图8所示，第一直角棱镜12朝向第一显示装置11的第一面123为曲面，第二直角棱镜12’朝向第二显示装置11’的第二面123’为曲面。本实施例中，第一直角棱镜12朝向第一显示装置11的第一面123为曲面，相当于将透镜集成在第一直角棱镜12上，第二直角棱镜12’朝向第二显示装置11’的第二面123’为曲面，相当于将透镜集成在第二直角棱镜12’上。如此设置，本实施例中头戴式显示设备800可以不必如图7对应的实施例中的头戴式显示设备700增加第一透镜组和第二透镜组即可改善成像质量。

在一些实施例中，第一直角棱镜12和第二直角棱镜12’相对于第一平面镜像对称。

上述图8对应的实施例中的头戴式显示设备800是在图6对应的实施例中的头戴式显示设备600的基础上将第一直角棱镜朝向第一显示装置的第一面设置曲面，将第二直角棱镜朝向第二显示装置的第二面为曲面。本领域技术人员可以理解的是，在其他一些实施例中，头戴式显示设备800是还可以在图5对应的实施例中的头戴式显示设备500或图7对应的实施例中头戴式显示设备700的基础上将第一直角棱镜朝向第一显示装置的第一面设置曲面，将第二直角棱镜朝向第二显示装置的第二面为曲面。

在上述该些实施例中，第一显示装置11和第二显示装置11’中的每一个例如为液晶显示装置，电致发光显示装置等，本公开对此不做具体限定。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开的实施例进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。

上述实施例仅例示性的说明了本公开的原理及构造，而非用于限制本公开，本领域的技术人员应明白，在不偏离本公开的总体构思的情况下，对本公开所作的任何改变和改进都在本公开的范围内。本公开的保护范围，应如本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种头戴式显示设备，包括：

第一显示装置，配置为出射载有第一图像的第一光束；

第二显示装置，配置为出射载有第二图像的第二光束；以及

第一半透半反光学部件、第二半透半反光学部件和成像透镜组，其中，

所述第一半透半反光学部件布置成将第一光束向成像透镜组引导；所述第二半透半反光学部件布置成将所述第二光束向成像透镜组引导；所述成像透镜组在光路中位于第一半透半反光学部件和第二半透半反光学部件之间，所述成像透镜组配置为将来自第一半透半反光学部件的第一光束投射到所述第二半透半反光学部件和将来自于第二半透半反光学部件的第二光束投射到所述第一半透半反光学部件，

所述第二半透半反光学部件还布置成反射来自于所述成像透镜组的所述第一光束以形成第一眼图像，所述第一半透半反光学部件还布置成反射来自于所述成像透镜组的所述第二光束以形成第二眼图像。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述第一半透半反光学部件、成像透镜组和第二半透半反光学部件沿成像透镜组的光轴方向顺序设置，

所述第一显示装置与第二显示装置相对于与所述光轴方向垂直的第一平面镜像对称；

所述第一半透半反光学部件与第二半透半反光学部件相对于所述第一平面镜像对称；

所述成像透镜组包括至少一个透镜，所述成像透镜组相对于所述第一平面镜像对称。

3.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述第一半透半反光学部件布置成透射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光，所述第二半透半反光学部件布置成透射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光，所述第一偏振方向和第二偏振方向相互垂直。

4.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其中，

所述第一显示装置设置在所述第一半透半反光学部件远离所述成像透镜组一侧；

所述第二显示装置设置在所述第二半透半反光学部件远离所述成像透镜组一侧。

5.根据权利要求4所述的头戴式显示设备，其中，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第一偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第二偏振方向。

6.根据权利要求4所述的头戴式显示设备，还包括：

第一光学延迟片，设置在所述第二显示装置和所述第二半透半反光学部件之间。

7.根据权利要求6所述的头戴式显示设备，其中，所述第一光学延迟片为1/2波片，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第一偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第一偏振方向。

8.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其中，

所述第一显示装置设置在所述第一半透半反光学部件的与所述头戴式显示设备出光侧相反的一侧；

所述第二显示装置设置在所述第二半透半反光学部件的与所述头戴式显示设备出光侧相反的一侧；

所述头戴式显示设备还包括第一反射镜、第二光学延迟片、第二反射镜和第三光学延迟片，

其中，所述第二光学延迟片在光路中位于所述第一半透半反光学部件和第一反射镜之间，配置成透射被第一半透半反光学部件反射的第一光束，所述第一反射镜配置成将透射通过第二光学延迟片的第一光束反射以再次透射通过第二光学延迟片，再次透射通过第二光学延迟片的第一光束透射通过所述第一半透半反光学部件射向成像透镜组；所述第三光学延迟片在光路中位于所述第二半透半反光学部件和第二反射镜之间，配置成透射被第二半透半反光学部件反射的第二光束，所述第二反射镜配置成将透射通过第三光学延迟片的第二光束反射以再次透射通过第三光学延迟片，再次透射通过第三光学延迟片的第二光束透射通过所述第二半透半反光学部件射向成像透镜组。

9.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述第一反射镜、第二光学延迟片、第一半透半反光学部件、成像透镜组和第二半透半反光学部件、第三光学延迟片和第二反射镜沿成像透镜组的光轴方向顺序设置，

所述第一显示装置与第二显示装置相对于与所述光轴方向垂直的第一平面镜像对称；

所述第一半透半反光学部件与第二半透半反光学部件相对于所述第一平面镜像对称；

所述成像透镜组包括至少一个透镜，所述成像透镜组相对于所述第一平面镜像对称；

所述第一反射镜与所述第二反射镜相对于所述第一平面镜像对称；

所述第二光学延迟片与所述三光学延迟片相对于所述第一平面镜像对称。

10.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述第二光学延迟片和第三光学延迟片为1/4波片，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第二偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第一偏振方向。

11.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，还包括：

第一光学延迟片，设置在所述第二显示装置和所述第二半透半反光学部件之间。

12.根据权利要求11所述的头戴式显示设备，其中，所述第一光学延迟片为1/2波片，所述第二光学延迟片和第三光学延迟片为1/4波片，在第一光束从所述第一显示装置出射时，所述第一光束为线偏振光束且具有第二偏振方向，在第二光束从所述第二显示装置出射时，所述第二光束为线偏振光束且具有第二偏振方向。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的头戴式显示设备，还包括：

第一透镜组，设置在所述第一显示装置和所述第一半透半反光学部件之间；以及

第二透镜组，设置在所述第二显示装置和所述第二半透半反光学部件之间。

14.根据权利要求1-12中任一项所述的头戴式显示设备，其中，所述第一半透半反光学部件为第一直角棱镜，所述第一直角棱镜具有第一斜面，所述第一光束从第一斜面朝向所述成像透镜组出射，所述第一直角棱镜的第一斜面设有透射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光的第一膜层；所述第二半透半反光学部件为第二直角棱镜，所述第二直角棱镜具有第二斜面，所述第二光束从第二斜面朝向所述成像透镜组出射，所述第二直角棱镜的第二斜面设有透射偏振方向为第二偏振方向的线偏振光且反射偏振方向为第一偏振方向的线偏振光的第二膜层。

15.根据权利要求14中所述的头戴式显示设备，其中

所述第一直角棱镜朝向所述第一显示装置的第一面为曲面；

所述第二直角棱镜朝向所述第二显示装置的第二面为曲面。

16.根据权利要求14所述的头戴式显示设备，其中，连接第一斜面的中心与第二斜面的中心的直线平行于成像透镜组的光轴方向，所述第一斜面的中心与第二斜面的中心之间的距离等于人眼瞳距。

17.根据权利要求1-12中任一项所述的头戴式显示设备，其中，

第一显示装置为左侧显示装置，所述第二显示装置为右侧显示装置，所述第一眼图像为右眼图像，所述第二眼图像为左眼图像；或者

第一显示装置为右侧显示装置，所述第二显示装置为左侧显示装置，所述第一眼图像为左眼图像，所述第二眼图像为右眼图像。

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