光学系统、显示面板、显示装置及折叠光路的形成方法与流程

本发明涉及显示，特别是涉及一种光学系统、显示面板、显示装置及折叠光路的形成方法。

背景技术：

1、用于虚拟现实(virtual reality，vr)、扩增实境(augmented reality，ar)等系统的近眼显示设备(例如：头戴式显示器)，可于使用者的视场(field of view，fov)中创造虚拟图像。由于近眼显示设备的显示屏距离人眼过近，而人眼晶状体可调节屈光度有上限，导致显示屏中的图像无法在视网膜呈现清晰的像。行业采用在显示屏与人眼之间加入透镜/透镜组的方式来分担晶状体的折光压力，方便使用者看清近距离的显示屏。

2、然而，加入的透镜/透镜组自身有厚度，且其所提供的折光能力有限，故而显示屏仍需距离人眼保持一定距离，方能够清晰地在视网膜成像。

技术实现思路

1、基于此，本发明旨在提供一种改进的光学系统、显示面板、显示装置及折叠光路的形成方法，以解决上述问题中的至少之一。

2、第一方面，本技术提供一种光学系统，包括：

3、透镜；

4、分别设于所述透镜两侧的第一线偏型反射式偏光片以及第二线偏型反射式偏光片；其中，所述第一线偏型反射式偏光片具有第一通光轴，所述第一线偏型反射式偏光片被配置为对振动方向与所述第一通光轴平行的光进行透过和对振动方向与所述第一通光轴垂直的光进行反射；所述第二线偏型反射式偏光片具有与所述第一通光轴相交的第二通光轴，所述第二线偏型反射式偏光片被配置为对振动方向与所述第二通光轴平行的光进行透过和对振动方向与所述第二通光轴垂直的光进行反射；以及，

5、设于所述第一线偏型反射式偏光片和所述第二线偏型反射式偏光片之间的第一偏振调制组件；

6、其中，所述第一偏振调制组件被配置为使线偏振光的振动面旋转，以在所述第一线偏型反射式偏光片和所述第二线偏型反射式偏光片之间形成光束为线偏振光的折叠光路。

7、上述光学系统，通过两个线偏型反射式偏光片形成光束为线偏振光的折叠光路，并在折叠光路中引入至少一个透镜，一方面可通过更少的透镜使光线在进入人眼前经多次折光来有效分担晶状体的折光压力，从而缩短显示屏与人眼之间的距离，另一方面可避免采用光损较大的光学元件(如半透半反镜)作为反射器件，从而大大增加入射进人眼的光量。

8、在其中一个实施例中，所述第一线偏型反射式偏光片位于所述透镜的入光侧，所述第二线偏型反射式偏光片位于所述透镜的出光侧；所述第一偏振调制组件被配置为使线偏振光的振动面沿预设旋转方向旋转第一角度α1，所述第二通光轴被配置为沿所述预设旋转方向旋转第二角度α2后与所述第一通光轴平行，其中，α1+α2＝90°，和/或3α1+α2＝180°。

9、在其中一个实施例中，所述第一角度α1的取值范围为40°～45°。

10、在其中一个实施例中，所述第一角度α1为45°，所述第二角度α2为45°。

11、在其中一个实施例中，所述第一线偏型反射式偏光片以及所述第二线偏型反射式偏光片分别与所述透镜的两侧面贴合，所述第一偏振调制组件位于所述透镜内部；或者，所述透镜位于所述第一线偏型反射式偏光片和所述第一偏振调制组件之间；或者，所述透镜位于所述第一偏振调制组件和所述第二线偏型反射式偏光片之间。

12、在其中一个实施例中，所述透镜为偏振无依赖透镜。

13、在其中一个实施例中，所述透镜为凸透镜。

14、在其中一个实施例中，所述第一偏振调制组件包括磁致旋光器件。

15、第二方面，本技术提供一种显示装置，包括如前文所述的光学系统以及显示面板，所述显示面板设于所述第一线偏型反射式偏光片背离所述第二线偏型反射式偏光片的一侧，所述第一线偏型反射式偏光片位于所述显示面板的出光侧。

16、上述显示装置，可通过前述光学系统使光线在进入人眼前经多次折光来有效分担晶状体的折光压力，缩短显示面板与人眼之间的距离，另外可避免采用光损较大的光学元件(如半透半反镜)作为反射器件，在结合显示面板进行图像的近眼显示时，可大大增加入射进人眼的光量，提升显示面板所显示的图像于视网膜的成像品质。

17、在其中一个实施例中，所述显示面板包括显示屏。

18、在其中一个实施例中，所述显示面板包括设于所述显示屏和所述第一线偏型反射式偏光片之间的第二偏振调制组件，所述第二偏振调制组件被配置为使所述显示屏发出的光束转换为振动方向与所述第一通光轴平行的第一线偏振光。

19、在其中一个实施例中，所述第二偏振调制组件包括第三线偏型反射式偏光片与四分之一波片的组合，所述四分之一波片位于所述第三线偏型反射式偏光片和所述显示屏之间，所述第三线偏型反射式偏光片具有第三通光轴，所述第三通光轴与所述第一通光轴平行，且所述第三通光轴与所述四分之一波片的光轴面之间的夹角为45°；或者，所述第二偏振调制组件包括线偏光片与四分之一波片的组合，所述四分之一波片位于所述线偏光片和所述显示屏之间，所述线偏光片具有第四通光轴，所述第四通光轴与所述第一通光轴平行，且所述第四通光轴与所述四分之一波片的光轴面之间的夹角为45°；或者，所述第二偏振调制组件为线偏光片，所述线偏光片具有第四通光轴，所述第四通光轴与所述第一通光轴平行。

20、第三方面，本技术提供一种光学系统，应用于光束为线偏振光的折叠光路，包括：透镜；设于所述透镜一侧的第二线偏型反射式偏光片；所述第二线偏型反射式偏光片具有第二通光轴，所述第二线偏型反射式偏光片被配置为对振动方向与所述第二通光轴平行的光进行透过和对振动方向与所述第二通光轴垂直的光进行反射；以及，设于所述透镜和所述第二线偏型反射式偏光片之间或者设于所述透镜远离所述第二线偏型反射式偏光片的一侧的第一偏振调制组件；其中，所述第一偏振调制组件被配置为使线偏振光的振动面旋转。

21、上述光学系统，可应用于光束为线偏振光的折叠光路，从而一方面可使折叠光路设置更少的透镜，缩短显示屏与人眼之间的距离，另一方面可避免采用光损较大的光学元件(如半透半反镜)作为反射器件，从而大大增加入射进人眼的光量；并且，上述光学系统还可作为单独的模块元件与显示面板适配，从而提升显示装置的模块化性能，方便拆装和维护。

22、在其中一个实施例中，所述第二线偏型反射式偏光片位于所述透镜的出光侧，所述折叠光路包括第二线偏振光；其中，所述第一偏振调制组件设于所述透镜和所述第二线偏型反射式偏光片之间，所述第二线偏振光从所述透镜远离所述第一偏振调制组件的一侧入射；或者，所述第一偏振调制组件设于所述透镜远离所述第二线偏型反射式偏光片的一侧，所述第二线偏振光从所述第一偏振调制组件远离所述透镜的一侧入射。

23、在其中一个实施例中，所述第一偏振调制组件被配置为使线偏振光的振动面沿预设旋转方向旋转第一角度α1，所述第二通光轴被配置为沿所述预设旋转方向旋转第二角度α2后与所述第二线偏振光的偏振面平行，其中，α1+α2＝90°，和/或3α1+α2＝180°。

24、在其中一个实施例中，所述第一角度α1的取值范围为40°～45°。

25、在其中一个实施例中，所述第一角度α1为45°，所述第二角度α2为45°。

26、在其中一个实施例中，所述透镜为偏振无依赖透镜。

27、在其中一个实施例中，所述透镜为凸透镜。

28、在其中一个实施例中，所述第一偏振调制组件包括磁致旋光器件。

29、第四方面，本技术提供一种显示面板，为如前文所述的光学系统提供第二线偏振光，所述显示面板包括显示屏以及设于所述显示屏和所述光学系统之间的第三偏振调制组件，所述第三偏振调制组件被配置为使所述显示屏发出的光束转换为第二线偏振光。

30、上述显示面板，一方面可以通过调节显示屏的对比度、饱和度和视角，提高显示屏的显示效果和可视性，另一方面也能使显示屏发出的无偏光转换成振动方向与第一通光轴平行的第一线偏振光，转换得到的第一线偏振光可无损通过第一线偏型反射式偏光片形成第二线偏振光，进而形成折叠光路并最终入射进人眼。

31、在其中一个实施例中，所述第三偏振调制组件包括第一线偏型反射式偏光片，所述第一线偏型反射式偏光片具有第一通光轴，所述第一线偏型反射式偏光片被配置为对振动方向与所述第一通光轴平行的光进行透过和对振动方向与所述第一通光轴垂直的光进行反射；或者，所述第三偏振调制组件包括所述第一线偏型反射式偏光片和四分之一波片的组合，所述四分之一波片位于所述第一线偏型反射式偏光片和所述显示屏之间，所述第一线偏型反射式偏光片具有所述第一通光轴，所述四分之一波片的光轴面与所述第一通光轴之间的夹角为45°。

32、第五方面，本技术提供一种显示装置，包括如前文所述的光学系统以及如前文所述的显示面板。

33、上述显示装置，可使光线在进入人眼前经多次折光来有效分担晶状体的折光压力，缩短显示屏与人眼之间的距离，另外可避免采用光损较大的光学元件(如半透半反镜)作为反射器件，在结合显示面板进行图像的近眼显示时，可大大增加入射进人眼的光量，提升显示面板所显示的图像于视网膜的成像品质。

34、第六方面，本技术提供一种折叠光路的形成方法，所述折叠光路中的光束包括线偏振光，所述方法包括：

35、依次生成第一光路、第二光路和第三光路；其中，所述第一光路中的线偏振光的传播方向与所述第三光路中的线偏振光的传播方向相同，所述第一光路中的线偏振光的传播方向与所述第二光路中的线偏振光的传播方向相反；

36、所述依次生成第一光路、第二光路和第三光路的步骤中，包括：

37、第一偏振调制组件调制第一线偏型反射式偏光片接收的入射光束，以在具有第一通光轴的第一线偏型反射式偏光片和具有第二通光轴的第二线偏型反射式偏光片之间依次交替生成所述第一光路、所述第二光路和所述第三光路；

38、其中，所述第二通光轴与所述第一通光轴相交，所述第一线偏型反射式偏光片被配置为对振动方向与所述第一通光轴平行的光进行透过和对振动方向与所述第一通光轴垂直的光进行反射，所述第二线偏型反射式偏光片被配置为对振动方向与所述第二通光轴平行的光进行透过和对振动方向与所述第二通光轴垂直的光进行反射；所述第一偏振调制组件具有使线偏振光的振动面沿预设旋转方向旋转第一角度α1的调制特性；透镜位于所述第一线偏型反射式偏光片和所述第二线偏型反射式偏光片之间。

39、上述折叠光路的形成方法，可形成用于近眼显示设备的折叠光路，从而缩短显示屏与人眼之间的距离，同时可避免采用光损较大的光学元件(如半透半反镜)作为反射器件，从而大大增加入射进人眼的光量。

40、在其中一个实施例中，所述依次生成第一光路、第二光路和第三光路的步骤中，包括：根据所述第一偏振调制组件的调制特性调整所述第一通光轴与所述第二通光轴之间的夹角。

41、在其中一个实施例中，所述透镜位于所述第一线偏型反射式偏光片和所述第一偏振调制组件之间。

42、在其中一个实施例中，所述第一光路沿光的传播方向依次包括所述入射光束经过所述第一线偏型反射式偏光片形成的第二线偏振光、所述第二线偏振光经过所述透镜形成的第三线偏振光、所述第三线偏振光经过所述第一偏振调制组件形成的第四线偏振光；其中，所述第二线偏振光的振动方向与所述第一通光轴平行，所述第四线偏振光的振动方向与所述第二通光轴相交。

43、在其中一个实施例中，所述光束包括第一线偏振光，所述第一线偏振光的振动方向与所述第一通光轴平行。

44、在其中一个实施例中，所述第二光路沿光的传播方向依次包括所述第四线偏振光经所述第二线偏型反射式偏光片反射形成的第五线偏振光、所述第五线偏振光经过所述第一偏振调制组件形成的第六线偏振光、所述第六线偏振光经过所述透镜形成的第七线偏振光；其中，所述第七线偏振光的振动方向与所述第一通光轴相交。

45、在其中一个实施例中，所述第三光路沿光的传播方向依次包括所述第七线偏振光经所述第一线偏型反射式偏光片反射形成的第八线偏振光、所述第八线偏振光经过所述透镜形成的第九线偏振光、所述第九线偏振光经过所述第一偏振调制组件形成的第十线偏振光。

46、在其中一个实施例中，所述透镜位于所述第二线偏型反射式偏光片和所述第一偏振调制组件之间。

47、在其中一个实施例中，所述第一光路沿光的传播方向依次包括光束经过所述第一线偏型反射式偏光片形成的第二线偏振光、所述第二线偏振光经过所述第一偏振调制组件形成的第三线偏振光、所述第三线偏振光经过所述透镜形成的第四线偏振光；其中，所述第二线偏振光的振动方向与所述第一通光轴平行，所述第四线偏振光的振动方向与所述第二通光轴相交。

48、在其中一个实施例中，所述光束包括第一线偏振光，所述第一线偏振光的振动方向与所述第一通光轴平行。

49、在其中一个实施例中，所述第二光路沿光的传播方向依次包括所述第四线偏振光经所述第二线偏型反射式偏光片反射形成的第五线偏振光、所述第五线偏振光经过所述透镜形成的第六线偏振光、所述第六线偏振光经过所述第一偏振调制组件形成的第七线偏振光；其中，所述第七线偏振光的振动方向与所述第一通光轴相交。

50、在其中一个实施例中，所述第三光路沿光的传播方向依次包括所述第七线偏振光经所述第一线偏型反射式偏光片反射形成的第八线偏振光、所述第八线偏振光经过所述第一偏振调制组件形成的第九线偏振光、所述第九线偏振光经过所述透镜形成的第十线偏振光。

51、在其中一个实施例中，所述第四线偏振光的振动方向与所述第二通光轴垂直，和/或所述第十线偏振光的振动方向与所述第二通光轴平行。

52、在其中一个实施例中，所述根据所述第一偏振调制组件的调制特性调整所述第一通光轴与所述第二通光轴之间的夹角的步骤中，包括：使所述第二通光轴沿所述预设旋转方向旋转第二角度后与所述第一通光轴平行，并使所述第一角度与所述第二角度之和为90°，和/或三倍的所述第一角度与所述第二角度之和为180°。

53、在其中一个实施例中，所述第一角度为40°～45°。

54、在其中一个实施例中，所述第一角度为45°，所述第二角度为45°。