光学系统及显示设备的制作方法

本申请实施例涉及光学成像，更具体地，本申请实施例涉及一种光学系统及显示设备。

背景技术：

1、在虚拟现实产品的光学系统中，显示内容的屏幕和起放大成像作用的透镜系统是两个核心组成部分。目前，vr产品大多采用单屏幕搭配单光学镜片的架构。这种架构虽然简单，但在成像质量上却存在明显的局限性。具体来说，采用单一的屏幕和光学镜片搭配，整个光学系统的角分辨率(pixels per degree，ppd)在全视场范围内往往是固定的或者变化较小的，角分辨率是指视场角中平均每1°夹角内填充的像素点的数量。

2、对于近眼显示光学来说，人眼对于视场中心部分区域内的图像质量通常有着极高的要求。然而，由于单屏幕搭配单光学镜片的架构的限制，目前的vr产品难以在视场中心部分区域内实现较高的ppd，从而影响了成像效果，这成为了制约vr技术发展的一大瓶颈。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种光学系统及显示设备的新技术方案。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种光学系统，所述光学系统包括第一光学模组及第二光学模组；

3、所述第一光学模组包括第一屏幕及光波导组件；

4、所述第二光学模组包括第二屏幕及成像组件；

5、所述光波导组件用于在中心视场显示所述第一屏幕投射出的第一图像；

6、所述成像组件用于在边缘视场显示所述第二屏幕投射出的能够与所述第一图像连续衔接的第二图像；其中，通过控制所述第二屏幕的显示区域大小及位置，能够实现所述第二图像与所述第一图像在视觉上的连续衔接。

7、可选地，所述第二屏幕的显示区域大小及位置能够根据所述中心视场的角度θ进行调整。

8、可选地，所述第二屏幕的显示区域的调整方法包括：

9、确定所述中心视场的角度θ在所述第二屏幕上对应的像面可视区域；及

10、将所述像面可视区域的外侧区域设定为所述第二屏幕的显示区域，并在该显示区域显示所述第二图像，且所述第二图像与所述第一图像能够形成连续的衔接，从而呈现出边缘视场的图像。

11、可选地，所述光学系统还包括图像处理器，所述图像处理器用于在相应的屏幕上调整所述第一图像和/或所述第二图像的缩放比例，以使所述第一图像与所述第二图像在衔接时能够在视觉上呈现尺寸匹配。

12、可选地，所述光波导组件包括光波导元件，所述光波导元件的耦入端为斜面耦入端，所述第一屏幕设置于所述斜面耦入端的外侧，所述光波导元件的耦出端为衍射元件或反射元件；

13、所述第一屏幕发出的第一影像光束通过所述斜面耦入端耦合进所述光波导元件内部并全反射传播至所述耦出端，经衍射或反射后耦出成像。

14、可选地，所述光波导组件包括光波导元件、透镜组件及第一反射式偏振元件；

15、所述第一反射式偏振元件嵌设于所述光波导元件的内部并位于全反射光路上，经所述第一屏幕发出的第一影像光束进入所述光波导元件的内部并能够在发生多次全反射后射向所述第一反射式偏振元件；

16、所述透镜组件与所述光波导元件为相邻且间隔设置，所述透镜组件位于所述第一反射式偏振元件的反射光路上，所述透镜组件能够接收经所述第一反射式偏振元件反射的所述第一影像光束中的s偏振光并将所述s偏振光调制为p偏振光后出射。

17、可选地，所述透镜组件包括第一透镜、第一相位延迟器及第一分光元件，所述第一相位延迟器设置于所述第一透镜靠近所述光波导元件的一侧表面上，所述第一分光元件设置于所述第一透镜远离所述光波导元件的一侧表面上，所述第一相位延迟器位于所述第一分光元件与所述第一反射式偏振元件之间。

18、可选地，入射到所述第一透镜的s偏振光依次经过所述第一相位延迟器和所述第一分光元件，经所述第一分光元件反射，再次经过所述第一相位延迟器和所述第一反射式偏振元件后出射，且在出射时，s偏振光变为p偏振光。

19、可选地，所述第二屏幕位于所述光波导组件背离人眼的一侧；

20、所述成像组件位于所述光波导组件与所述第二屏幕之间，所述第二屏幕的显示区域发出的第二影像光束依次经过所述成像组件及透过所述光波导组件的光波导元件后出射成像；其中，所述第二屏幕与所述成像组件沿同一光轴设置。

21、可选地，所述成像组件包括第二透镜及设置于所述第二透镜至少一个表面上的第二反射式偏振元件、第二相位延迟器及第二分光元件，且所述第二相位延迟器位于所述第二分光元件与所述第二反射式偏振元件之间。

22、可选地，所述第二屏幕的显示区域发出的右旋圆偏振光经所述第二分光元件后保持偏振态不变，经过所述第二相位延迟器后，右旋圆偏振光变为s线偏振光，经过所述第二反射式偏振元件反射后偏振态不变，再次经过所述第二相位延迟器，s线偏振光变为右旋圆偏振光，之后由所述第二分光元件反射，右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光，第三次经过所述第二相位延迟器，左旋圆偏振光变为p线偏振光，所述p线偏振光依次透过所述第二反射式偏振元件、所述光波导元件后出射。

23、可选地，所述第一屏幕的尺寸小于所述第二屏幕的尺寸。

24、可选地，所述第一屏幕为micro-oled屏幕，所述第二屏幕为micro-oled或者lcd屏幕。

25、第二方面，本申请实施例提供了一种显示设备，所述显示设备包括外壳及至少一个光学系统，所述光学系统为如第一方面所述的光学系统。

26、本申请的一个有益效果为：

27、根据本申请实施例提供的光学系统，通过第一光学模组和第二光学模组的配合，第一光学模组通过第一屏幕与光波导组件的协同工作，在中心视场呈现出第一图像；而第二光学模组凭借第二屏幕与成像组件的配合，在边缘视场呈现出与第一图像无缝衔接的第二图像，需要强调的是其中通过精确控制第二屏幕的显示区域大小及位置，确保了两图像在视觉上的连续衔接。这一设计可以有效地提高中心视场范围内的角分辨率(ppd)，从而为用户带来更加清晰的视觉体验。鉴于人眼对中心视场的图像质量有着极高的要求，本申请实施例所提供的光学系统正是针对这一需求而设计。通过将中心视场和边缘视场的显示任务分配给不同的屏幕和相应的光学成像器件，系统能够更高效地利用资源，确保在关键视场范围内提供最佳的图像质量。这不仅显著提升了成像效果，更在极大程度上增强了用户体验。

28、通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种光学系统，其特征在于，包括第一光学模组及第二光学模组；

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二屏幕(2)的显示区域大小及位置能够根据所述中心视场的角度θ进行调整。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第二屏幕(2)的显示区域的调整方法包括：

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括图像处理器，所述图像处理器用于在相应的屏幕上调整所述第一图像和/或所述第二图像的缩放比例，以使所述第一图像与所述第二图像在衔接时能够在视觉上呈现尺寸匹配。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光波导组件(3)包括光波导元件(31)，所述光波导元件(31)的耦入端为斜面耦入端(311)，所述第一屏幕(1)设置于所述斜面耦入端(311)的外侧，所述光波导元件(31)的耦出端为衍射元件(312)或反射元件(313)；

6.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光波导组件(3)包括光波导元件(31)、透镜组件(32)及第一反射式偏振元件(33)；

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述透镜组件(32)包括第一透镜(321)、第一相位延迟器(322)及第一分光元件(323)，所述第一相位延迟器(322)设置于所述第一透镜(321)靠近所述光波导元件(31)的一侧表面上，所述第一分光元件(323)设置于所述第一透镜(321)远离所述光波导元件(31)的一侧表面上，所述第一相位延迟器(322)位于所述第一分光元件(323)与所述第一反射式偏振元件(33)之间。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，入射到所述第一透镜(321)的s偏振光依次经过所述第一相位延迟器(322)和所述第一分光元件(323)，经所述第一分光元件(323)反射，再次经过所述第一相位延迟器(322)和所述第一反射式偏振元件(33)后出射，且在出射时，s偏振光变为p偏振光。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第二屏幕(2)位于所述光波导组件(3)背离人眼的一侧；

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述成像组件(4)包括第二透镜(41)及设置于所述第二透镜(41)至少一个表面上的第二反射式偏振元件(42)、第二相位延迟器(43)及第二分光元件(44)，且所述第二相位延迟器(43)位于所述第二分光元件(44)与所述第二反射式偏振元件(42)之间。

11.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于，所述第二屏幕(2)的显示区域发出的右旋圆偏振光经所述第二分光元件(44)后保持偏振态不变，经过所述第二相位延迟器(43)后，右旋圆偏振光变为s线偏振光，经过所述第二反射式偏振元件(42)反射后偏振态不变，再次经过所述第二相位延迟器(43)，s线偏振光变为右旋圆偏振光，之后由所述第二分光元件(44)反射，右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光，第三次经过所述第二相位延迟器(43)，左旋圆偏振光变为p线偏振光，所述p线偏振光依次透过所述第二反射式偏振元件(42)、所述光波导元件(31)后出射。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一屏幕(1)的尺寸小于所述第二屏幕(2)的尺寸。

13.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述第一屏幕(1)为micro-oled屏幕，所述第二屏幕(2)为micro-oled或者lcd屏幕。

14.一种显示设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种光学系统及显示设备；其中，所述光学系统包括第一光学模组及第二光学模组；所述第一光学模组包括第一屏幕及光波导组件；所述第二光学模组包括第二屏幕及成像组件；所述光波导组件用于在中心视场显示所述第一屏幕投射出的第一图像；所述成像组件用于在边缘视场显示所述第二屏幕投射出的能够与所述第一图像连续衔接的第二图像；其中，通过控制所述第二屏幕的显示区域大小及位置，能够实现所述第二图像与所述第一图像在视觉上的连续衔接。

技术研发人员：丁腾,周彦廷,于洋
受保护的技术使用者：歌尔股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9