虚像光学系统、显示屏组件及显示设备的制作方法

本发明涉及虚像显示，尤其涉及一种虚像光学系统、显示屏组件及显示设备。

背景技术：

1、全球范围内，儿童青少年近视患者日益增加是世界各地区普遍存在的问题，调查显示2010-2020年间全球近视人口比例从28.4％上升到33.9％，预计到2050年该比例将接近50％，儿童青少年近视防控形势非常严峻。科学研究表明，近视是遗传和环境因素共同作用的结果。近距离用眼后，人眼的屈光状态出现小幅度的、暂时的近视漂移现象，称为近距离用眼诱导的短暂性近视，而长时间的持续近距离用眼被认为是近视产生的关键诱导因素。

2、为了解决上述改善近距离用眼产品存在的不足，一种新型“桌面虚像显示”概念产品被提了出来。该概念产品采用光学远像成像方案，在桌面上小体积空间中将近处小尺寸屏幕放大远距离巨幅虚像显示。远距离虚像可以减小眼睛聚焦所需要的屈光度，从而降低视疲劳以及近视风险。当前桌面虚像显示行业主要使用ar(augmented reality增强现实)显示中较为成熟的birdbath共轴折反光学方案，具体来讲，内置液晶屏发出的特定偏振态光线经过平面分光镜反射之后照射到全反射自由曲面镜上，经过曲面镜反射之后，成像光透过平面分光镜之后进入人眼，人眼逆着光线聚焦到虚像成像面上，并且依据光线沿直线传播的经验认为光线由虚像面发出。但birdbath方案存在厚度大、分光镜与主光轴不垂直、分光镜表面反光严重等问题。一般来讲，当出瞳距离为200mm左右、对角线视场角约为30°时，光学设计的厚度普遍在150mm以上，并且光学设计的厚度随着出瞳距离的增加以及视场角的增大而增大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种虚像光学系统、显示屏组件及显示设备，旨在减小桌面虚像显示的光学设计厚度和减小桌面虚像显示设备的体积。

2、为实现上述目的，本发明提出的虚像光学系统用于将显示屏组件显示的图像生成远距离放大虚像，所述显示屏组件发出带有图像信息的第一偏振光，所述虚像光学系统包括：

3、曲面镜，所述曲面镜包括相对设置的凸面和凹面，所述凸面靠近所述显示屏组件设置，所述凹面贴设有分光膜；

4、分光镜，所述分光镜包括相对设置的第一平面和第二平面，所述第一平面和第二平面垂直于所述虚像光学系统的主光轴，所述第一平面靠近所述凹面设置，所述第一平面依次叠设有反射偏光片和第一四分之一波片；

5、所述第一偏振光依次通过所述曲面镜和所述分光膜后入射至所述第一四分之一波片；所述第一四分之一波片用于将所述第一偏振光转变为第二偏振光，所述第二偏振光经所述反射偏光片反射后再次通过所述第一四分之一波片转变为第三偏振光；所述第三偏振光经所述分光膜反射后再次通过所述第一四分之一波片转变为第四偏振光；

6、所述第四偏振光依次通过所述反射偏光片和所述分光镜，经由所述第二平面出射至观察界面。

7、可选地，所述分光镜与所述反射偏光片之间夹设有第一偏光片，所述第一偏光片的吸收轴与所述反射偏光片的反射轴平行。

8、可选地，所述第二平面贴设有ar圆偏光组件。

9、可选地，所述ar圆偏光组件包括第二四分之一波片、第二偏光片和第一增透膜；所述第二四分之一波片、第二偏光片和第一增透膜依次叠设于所述第二平面。

10、可选地，所述凸面贴设有第二增透膜；所述第一四分之一波片之上贴设有第三增透膜。

11、可选地，所述曲面镜由平板玻璃热弯成型。

12、本发明提出的一种显示屏组件，应用于以上所述的虚像光学系统，所述显示屏组件包括：

13、显示屏，用于发出带有图像信息的图像光；

14、偏振组件，贴设于所述显示屏上，用于将所述图像光转变为所述第一偏振光，所述第一偏振光入射至所述虚像光学系统，以使所述虚像光学系统将所述显示屏显示的图像生成远距离放大虚像。

15、可选地，所述偏振组件包括第三偏光片和第三四分之一波片，所述第三偏光片和所述第三四分之一波片依次叠设于所述显示屏上。

16、可选地，所述第三四分之一波片之上贴设有第四增透膜。

17、本发明还提出一种显示设备，所述显示设备包括以上所述的虚像光学系统，以及以上所述的显示屏组件。

18、相比现有技术，本发明产生的有益效果在于：

19、1、分光镜垂直于主光轴设置，且显示屏也位于主光轴，使得虚像显示设备整体结构紧凑，减小了虚像光学系统的光学设计厚度；带有图像信息的光线进入该光学系统后，光线在分光膜、第一四分之一波片和反射偏光片之间多次折返，使光线在更窄的空间内穿越同样的距离，从而实现光学系统与显示屏之间空间的压缩，进一步减小了虚像光学系统的光学设计厚度，缩小了虚像显示设备的体积；

20、2、经上述虚像光学系统处理后的光线最终从分光镜射出后聚焦于观察界面，观察者从观察界面看到远距离放大虚像，且只有一套出瞳直径可以覆盖瞳距的光路，实现了双面单光路的远距离虚像显示，相比双目双光路的虚像显示系统，不易诱发视觉和大脑疲劳，利于改善近视问题。

技术特征：

1.一种虚像光学系统，用于将显示屏组件显示的图像生成远距离放大虚像，其特征在于，所述显示屏组件发出带有图像信息的第一偏振光，所述虚像光学系统包括：

2.如权利要求1所述的虚像光学系统，其特征在于，所述分光镜与所述反射偏光片之间夹设有第一偏光片，所述第一偏光片的吸收轴与所述反射偏光片的反射轴平行。

3.如权利要求2所述的虚像光学系统，其特征在于，所述第二平面贴设有ar圆偏光组件。

4.如权利要求3所述的虚像光学系统，其特征在于，所述ar圆偏光组件包括第二四分之一波片、第二偏光片和第一增透膜；所述第二四分之一波片、第二偏光片和第一增透膜依次叠设于所述第二平面。

5.如权利要求1-4中任一项所述的虚像光学系统，其特征在于，所述凸面贴设有第二增透膜；所述第一四分之一波片之上贴设有第三增透膜。

6.如权利要求5所述的虚像光学系统，其特征在于，所述曲面镜由平板玻璃热弯成型。

7.一种显示屏组件，应用于权利要求1-6中任一项所述的虚像光学系统，其特征在于，所述显示屏组件包括：

8.如权利要求7所述的显示屏组件，其特征在于，所述偏振组件包括第三偏光片和第三四分之一波片，所述第三偏光片和所述第三四分之一波片依次叠设于所述显示屏上。

9.如权利要求8所述的显示屏组件，其特征在于，所述第三四分之一波片之上贴设有第四增透膜。

10.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括权利要求1-6中任一项所述的虚像光学系统，以及权利要求7-9中任一项所述的显示屏组件。

技术总结本发明公开了一种虚像光学系统、显示屏组件及显示设备。虚像光学系统用于将显示屏组件显示的图像生成远距离放大虚像，虚像光学系统包括曲面镜和分光镜。曲面镜的凸面靠近显示屏组件，凹面贴设有分光膜；分光镜垂直于主光轴，其靠近曲面镜凹面的第一平面依次叠设有反射偏光片和第一四分之一波片。第一四分之一波片将显示屏组件发出的第一偏振光转变为第二偏振光，经反射偏光片反射后再次通过第一四分之一波片转变为第三偏振光，第三偏振光经分光膜反射后再次通过第一四分之一波片转变为第四偏振光，第四偏振光经由分光镜的第二平面出射至观察界面。相较于现有技术方案，本发明能减小虚像显示的光学设计厚度和减小虚像显示设备的体积。技术研发人员：李慧,赵苓雯,孟杰受保护的技术使用者：深圳视清沅科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13