CN209803457U - 一种减少外部杂散光的头戴显示光学*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，包括：沿光路依次设置的显示单元、透镜单元、具有光线选择性的镜面单元、及透反镜单元，透镜单元设于显示单元下方，镜面单元设于透镜单元下方且倾斜设置，镜面单元设于人眼与透反镜单元之间，镜面单元的光轴与透镜单元的光轴成第一夹角，透反镜单元的光轴与透镜单元的光轴成第二夹角，所述镜面单元上设有偏振膜组合或偏振膜与偏光膜的组合使底部杂散光无法进入人眼。本实用新型利用带有光线选择性的镜面单元，一方面将显示单元发出的图像光线送达人眼，另一方面使外部杂散光无法反射进入人眼，从而提高图像光线与杂散光的对比度，提升了光学显示质量，增强用户体验。

Description

一种减少外部杂散光的头戴显示光学***

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种头戴显示光学***。

背景技术

随着科技迅速的发展，头戴显示器(Head Mounted Display)成为近年来显示领域的热门方向，主要应用于虚拟现实和增强现实方向。头戴显示器的主要核心部件为光学***，光学***对显示器件成像的同时，外部光线也会经过光学***进入人眼，产生杂散光，影响图像成像质量以及用户体验。传统头戴显示器通过偏振光以及通过提高屏幕亮度的方式，使图像光线与外部杂散光的对比度增加，但该方式仍然不能消除杂散光带来的不良影响，使用者依旧能很清晰的看到杂散光，用户的体验效果受到影响。

因此，现有技术存在不足，需要改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种减少外部杂散光的头戴显示光学***。

本实用新型的技术方案如下：提供一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，包括：沿光路依次设置的显示单元、透镜单元、具有光线选择性的镜面单元、及透反镜单元，所述透镜单元设于所述显示单元下方，所述镜面单元设于所述透镜单元下方且倾斜设置，所述透反镜单元的位置对应所述镜面单元的位置设置，所述镜面单元设于人眼与透反镜单元之间，所述镜面单元包括：镜片、设于所述镜片远离人眼一侧的第一偏振膜、设于所述镜片靠近人眼一侧的第二偏振膜、设于所述第一偏振膜上的波片，所述显示单元发出的图像光线，经过透镜单元折射后进入镜面单元，所述镜面单元将光线反射至所述透反镜单元后再次经过所述镜面单元，并透射进入人眼，外部杂散光通过所述镜面单元后，无法反射进入人眼。

进一步地，所述镜面单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第一夹角，所述透反镜单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第二夹角。

进一步地，第一夹角为40°～50°，所述第二夹角为70°～90°。

进一步地，所述镜片为平面镜，球面镜，非球面镜或自由曲面镜，所述波片为1/4波片。

进一步地，所述显示单元为OLED显示器、或LCOS显示器、或LCD显示器，所述透镜单元包括至少一片透镜，所述透镜的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面，所述透反镜单元的透射率与反射率的比例为1:1，所述透反镜单元的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面。

本实用新型还提供一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，包括：沿光路依次设置的显示单元、透镜单元、具有光线选择性的镜面单元、透反镜单元，所述透镜单元设于所述显示单元下方，所述镜面单元设于所述透镜单元下方且倾斜设置，所述透反镜单元的位置对应所述镜面单元的位置设置，所述镜面单元设于人眼与透反镜单元之间，所述镜面单元包括：镜片、设于所述镜片远离人眼一侧的第一偏振膜、设于所述镜片靠近人眼一侧的偏光膜、设于所述第一偏振膜上的波片、设于所述偏光膜与人眼之间的第二偏振膜，所述显示单元发出的图像光线，经过透镜单元折射后进入镜面单元，所述镜面单元将光线反射至所述透反镜单元后再次经过所述镜面单元，并透射进入人眼，外部杂散光通过所述镜面单元后，无法反射进入人眼。

进一步地，所述镜面单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第一夹角，所述透反镜单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第二夹角。

进一步地，第一夹角为40°～50°，所述第二夹角为70°～90°。

进一步地，所述镜片为平面镜，球面镜，非球面镜或自由曲面镜，所述波片为1/4波片。

进一步地，所述显示单元为OLED显示器、或LCOS显示器、或LCD显示器，所述透镜单元包括至少一片透镜，所述透镜的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面，所述透反镜单元的透射率与反射率的比例为1:1，所述透反镜单元的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面。

采用上述方案，本实用新型一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，利用带有光线选择性的镜面单元，一方面将显示单元发出的图像光线送达人眼，另一方面杂散光通过带有光线选择性的镜面单元，因镜面单元的对光线的选择性，使外部杂散光无法反射进入人眼，从而提高图像光线与杂散光的对比度，提升了光学显示质量，进一步增强用户体验。

附图说明

图1为本实用新型一种减少外部杂散光的头戴显示光学***一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种减少外部杂散光的头戴显示光学***另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1与图2，一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，包括：沿光路依次设置的显示单元1、透镜单元2、具有光线选择性的镜面单元3、透反镜单元4。所述镜面单元3设于所述透镜单元2下方且倾斜设置，所述镜面单元3的光轴与所述透镜单元2的光轴成第一夹角α，具体地，所述第一夹角α为40°～50°。所述透反镜单元4的位置对应所述镜面单元3的位置设置，所述镜面单元3于人眼5与透反镜单元4之间，所述透反镜单元4的光轴与所述透镜单元2的光轴成第二夹角β，具体地，所述第二夹角β为70°～90°。具体地，所述显示单元1为OLED显示器、或LCOS显示器、或LCD显示器。所述透镜单元2包括至少一片透镜，单片透镜重量轻，厚度薄，有利于提升所述头戴光学显示***的佩戴舒适性，具体地，本实施例中，所述透镜的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面，所述透镜的材质可以是玻璃，也可以是树脂。所述透反镜单元4为带有一定透射率和反射率的镜片，主要作用为对光线进行透射和反射，优选的，其透射率与反射率的比(即透反比)为1:1，所述透反镜单元4的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面。本实施例中，实线光线为图像光线7在装置中的光路，虚线实心三角形光线为环境光线8在装置中的光路，虚线空心三角形光线为所述底部杂散光6在装置中的光路。所述显示单元1发出的图像光线7为自然光，图像光线7经过所述透镜单元2后进入带有光线选择性的所述镜面单元3，图像光线7经所述镜面单元3反射后进入所述透反镜单元4并再次经所述镜面单元3反射后进入人眼5，从而使人眼5能够看到所述显示单元1发出的图像信息；而环境光线8依次通过所述透反镜单元4及所述镜面单元3后进入人眼5，从而使人眼5可以看到外部信息；另一方面，底部杂散光6经过所述镜面单元3后，由于所述镜面单元3具有光线选择性，使得底部杂散光6不能反射进入人眼5，从而达到消除外部杂散光的目的。

请参阅图1，具体地，本实施例中所述镜面单元3包括：镜片31、设于所述镜片31远离人眼一侧的第一偏振膜32、设于所述镜片31靠近人眼一侧的第二偏振膜33、及设于所述第一偏振膜32上的波片34。具体地，所述第一偏振膜32的作用是使第一偏振光透过，第二偏振光反射；所述第二偏振膜33的作用是使第一偏振光透过，第二偏振光吸收。本实施例中所述镜片31为平面镜，球面镜，非球面镜或自由曲面镜，所述波片34为1/4波片。具体地，所述显示单元1为OLED屏，屏幕发出的光线为自然光，图像光线7通过所述透镜单元2后进入带有光线选择性的所述镜面单元3，图像光线7依次经由所述波片34、第一偏振膜32，并在所述第一偏振膜32处进行第一偏振光的透射和第二偏振光的反射，第一偏振光透射后传播至外部，第二偏振光反射后再次进入所述波片34，并经所述透反镜单元4反射，图像光线7再次经过所述波片34，此时图像光线7由第二偏振光变为第一偏振光，并分别经过所述第一偏振膜32、镜片31，第二偏振膜33的透射后，进入人眼；而环境光线8依次通过透反镜单元4、波片34、第一偏振膜32、镜片31，第二偏振膜33的透射后，进入人眼使人眼可以看到外部信息；底部杂散光6先后经过所述第二偏振膜33和第一偏振膜32后，底部杂散光6中的第一偏振光透出，第二偏振光被吸收，底部杂散光6仅有小部分能量或没有能量进入人眼，从而达到消除底部杂散光的目的。

请参阅图2，具体地，本实施例中所述镜面单元3包括：镜片31、设于所述镜片31远离人眼一侧的第一偏振膜32、设于所述镜片31靠近人眼一侧的偏光膜35、设于所述第一偏振膜32上的波片34、设于所述偏光膜35与人眼5之间的第二偏振膜36。具体地，所述第一偏振膜32的作用是使第一偏振光透过，第二偏振光反射；所述偏光膜35的作用是使第一偏振光透过，第二偏振光反射；所述第二偏振膜36的作用是使第一偏振光透过，第二偏振光反射。本实施例中所述镜片31为平面镜，球面镜，非球面镜或自由曲面镜，所述波片34为1/4波片。具体地，所述显示单元1为OLED屏，屏幕发出的光线为自然光，图像光线7通过所述透镜单元2后进入带有光线选择性的所述镜面单元3，图像光线7依次经由所述波片34、第一偏振膜32，并在所述第一偏振膜32处进行第一偏振光的透射和第二偏振光的反射，第一偏振光透射后传播至外部，第二偏振光反射后再次进入所述波片34，并经所述透反镜单元4反射，图像光线7再次经过所述波片34，此时图像光线7由第二偏振光变为第一偏振光，并分别经过所述第一偏振膜32、镜片31，偏光膜35、及第二偏振膜36的透射后，进入人眼；而环境光线8依次通过透反镜单元4、波片34、第一偏振膜32、镜片31，偏光膜35、及第二偏振膜36的透射后，进入人眼使人眼可以看到外部信息；底部杂散光6先后经过所述偏光膜35，其中第一偏振光透射，第二偏振光反射，其中被透射的第一偏振光射出至外界，被反射的第二偏振光在经过所述偏光膜35与人眼5之间的所述第二偏振膜36后，第二偏振光再次被反射，进而阻止底部杂散光6进入人眼，从而达到消除底部杂散光的目的。

综上所述，本实用新型一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，利用带有光线选择性的镜面单元，一方面将显示单元发出的图像光线送达人眼，另一方面杂散光通过带有光线选择性的镜面单元，因镜面单元的对光线的选择性，使外部杂散光无法反射进入人眼，从而提高图像光线与杂散光的对比度，提升了光学显示质量，进一步增强用户体验。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，包括：沿光路依次设置的显示单元、透镜单元、具有光线选择性的镜面单元、及透反镜单元，所述透镜单元设于所述显示单元下方，所述镜面单元设于所述透镜单元下方且倾斜设置，所述透反镜单元的位置对应所述镜面单元的位置设置，所述镜面单元设于人眼与透反镜单元之间，所述镜面单元包括：镜片、设于所述镜片远离人眼一侧的第一偏振膜、设于所述镜片靠近人眼一侧的第二偏振膜、设于所述第一偏振膜上的波片，所述显示单元发出的图像光线，经过透镜单元折射后进入镜面单元，所述镜面单元将光线反射至所述透反镜单元后再次经过所述镜面单元，并透射进入人眼，外部杂散光通过所述镜面单元后，无法反射进入人眼。

2.根据权利要求1所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，所述镜面单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第一夹角，所述透反镜单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第二夹角。

3.根据权利要求2所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，第一夹角为40°～50°，所述第二夹角为70°～90°。

4.根据权利要求1所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，所述镜片为平面镜，球面镜，非球面镜或自由曲面镜，所述波片为1/4波片。

5.根据权利要求1所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，所述显示单元为OLED显示器、或LCOS显示器、或LCD显示器，所述透镜单元包括至少一片透镜，所述透镜的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面，所述透反镜单元的透射率与反射率的比例为1:1，所述透反镜单元的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面。

6.一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，包括：沿光路依次设置的显示单元、透镜单元、具有光线选择性的镜面单元、透反镜单元，所述透镜单元设于所述显示单元下方，所述镜面单元设于所述透镜单元下方且倾斜设置，所述透反镜单元的位置对应所述镜面单元的位置设置，所述镜面单元设于人眼与透反镜单元之间，所述镜面单元包括：镜片、设于所述镜片远离人眼一侧的第一偏振膜、设于所述镜片靠近人眼一侧的偏光膜、设于所述第一偏振膜上的波片、设于所述偏光膜与人眼之间的第二偏振膜，所述显示单元发出的图像光线，经过透镜单元折射后进入镜面单元，所述镜面单元将光线反射至所述透反镜单元后再次经过所述镜面单元，并透射进入人眼，外部杂散光通过所述镜面单元后，无法反射进入人眼。

7.根据权利要求6所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，所述镜面单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第一夹角，所述透反镜单元的光轴与所述透镜单元的光轴成第二夹角。

8.根据权利要求7所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，第一夹角为40°～50°，所述第二夹角为70°～90°。

9.根据权利要求6所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，所述镜片为平面镜，球面镜，非球面镜或自由曲面镜，所述波片为1/4波片。

10.根据权利要求6所述的一种减少外部杂散光的头戴显示光学***，其特征在于，所述显示单元为OLED显示器、或LCOS显示器、或LCD显示器，所述透镜单元包括至少一片透镜，所述透镜的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面，所述透反镜单元的透射率与反射率的比例为1:1，所述透反镜单元的面型结构为平面、或球面、或非球面、或自由曲面。