[实用新型]一种近眼显示光学系统及头戴式显示设备

说明书

本实用新型提供了一种近眼显示光学系统及头戴式显示设备，其中，该近眼显示光学系统包括：按相同凹凸方向设置的曲面显示器和曲面超透镜阵列；曲面显示器的凹侧用于显示图像；曲面超透镜阵列设置在曲面显示器的凹侧，曲面超透镜阵列与曲面显示器平行；曲面超透镜阵列用于将图像在曲面显示器远离曲面超透镜阵列的一侧，形成放大虚像。通过本实用新型实施例提供的近眼显示光学系统及头戴式显示设备，采用曲面超透镜阵列放大曲面显示器所显示的图像，在增大视场角带来更好视觉沉浸感的同时，没有慧差，所呈现的放大虚像的像质更好；且相对于曲面微透镜阵列而言，该近眼显示光学系统还具备质量轻、整体厚度薄、系统简单、价格更低以及产能高的优势。

技术领域

本实用新型涉及超表面应用技术领域，具体而言，涉及一种近眼显示光学系统及头戴式显示设备。

背景技术

虚拟现实(VR，Virtual reality)技术通过创造具有体验感的三维模拟环境，在军事、医疗、娱乐和教育等许多领域具有广泛的应用价值。对于VR光学系统而言，通常需要具备大视场角，以带给用户更好的沉浸体验，提高整个光学系统带给人眼的视觉舒适度。

目前，可以采用基于曲面微透镜阵列的VR光学系统，以达到大视场角的效果，但是，曲面微透镜阵列厚度较厚，不利于包含其的VR光学系统和头戴式显示设备往轻薄化方向发展。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种近眼显示光学系统及头戴式显示设备。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种近眼显示光学系统，包括：按相同凹凸方向设置的曲面显示器和曲面超透镜阵列；所述曲面显示器的凹侧用于显示图像；所述曲面超透镜阵列设置在所述曲面显示器的凹侧，所述曲面超透镜阵列与所述曲面显示器平行；所述曲面超透镜阵列用于将所述图像在所述曲面显示器远离所述曲面超透镜阵列的一侧，形成放大虚像。

可选地，曲面超透镜阵列包括多个焦距相同的曲面超透镜；或者，所述曲面超透镜阵列包括固定架和设置在所述固定架一侧表面的多个结构相同的柔性超透镜。

可选地，多个所述曲面超透镜共用同一基底。

可选地，曲面超透镜还包括：生长在所述基底一侧的第一纳米结构，以及填充在所述第一纳米结构周围的填充材料，所述填充材料为在工作波段透明或半透明材料，且所述填充材料的折射率与所述第一纳米结构的折射率之间的差值的绝对值大于或等于0.5。

可选地，固定架在工作波段透明，且所述固定架与所述曲面显示器平行。

可选地，柔性超透镜包括：柔性衬底和在所述柔性衬底一侧表面设置的多个第二纳米结构；所述柔性衬底在工作波段透明；所述第二纳米结构用于将所述图像在所述曲面显示器远离所述曲面超透镜阵列的一侧，形成放大虚像。

可选地，柔性超透镜还包括：填充在所述第二纳米结构表面的保护膜层；所述保护膜层在工作波段透明，用于保护所述第二纳米结构。

可选地，曲面显示器包括：曲面发光二极管显示器，曲面有机发光二极管显示器，曲面硅基液晶显示器，曲面数字微镜器件，基于微机电系统的激光束扫描曲面显示器。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种头戴式显示设备，包括：上述任一近眼显示光学系统和支撑壳体；所述近眼显示光学系统在所述支撑壳体内部设置；所述支撑壳体用于固定所述近眼显示光学系统。

可选的，该头戴式显示设备还包括：固定带，所述固定带用于与所述支撑壳体连接，并形成能够使用户穿戴于头部的环状结构。

本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，采用曲面超透镜阵列来放大曲面显示器所显示的图像，在增大视场角带来更好视觉沉浸感的同时，没有慧差，所呈现的放大虚像的像质更好；且相对于曲面微透镜阵列而言，该近眼显示光学系统还具备了质量轻、整体厚度薄、系统简单、价格更低以及产能高的优势。