[發明專利]頭戴式顯示器的光學裝置

有效

• 申請號: 202210353339.4
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114442330B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 莊世強;彭益;張小齊;劉政
• 申請（專利權）人: 深圳市隆利科技股份有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02F1/13357
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 徐李娜

本發明提供一種頭戴式顯示器的光學裝置，該光學裝置包括直下式mini LED背光模組、光控膜、LCD面板和成像透鏡。光控膜，其設置在所述直下式mini LED背光模組的出光面上，所述光控膜包括光學活性材料和多個第一百葉窗結構；所述光學活性材料基本透明，用于傳輸可見光；所述多個第一百葉窗結構周期分布在所述光控膜上，其中，所述多個第一百葉窗中的每個百葉窗至少部分地填充有第一反射材料，以使得所述面光源的出光角度收窄。本發明的頭戴式顯示器的光學裝置，其具有出光角度窄、光學損失少的特點。

技術領域

本發明涉及光學系統，尤其涉及一種頭戴式顯示器的光學裝置。

背景技術

頭戴式顯示器(Head Mounted Display，HMD)廣泛應用于各種領域，包括工程設計，醫學手術實踐，軍事模擬實踐和視頻游戲。例如，用戶在玩視頻游戲時佩戴HMD，用戶可以在虛擬環境中獲得更多的交互體驗。與其他類型的顯示設備不同，HMD直接戴在用戶的頭上，因此HMD可以直接與用戶的面部接觸，但是這也會帶來兩方面的問題。一方面，HMD內部使用了一定數量的LED芯片，這些芯片產生的大量熱量會直接輻射到用戶的面部，給用戶帶來不適；另一方面，典型的主動冷卻裝置，例如風扇，用于冷卻HMD內部的電路，這些冷卻裝置通常是笨重且昂貴的，從而增加了HMD的尺寸，重量和成本。因此，以上兩方面的問題致使HMD不適合長時間（超過1小時）的戴在用戶的頭上。美國專利US20200200962A1在側入式的背光模組上設置多個提取特征，其具有跨越波導的一個或多個表面的空間分布。多個提取特征將來自波導的光向外耦合并且空間分布使得向外耦合的光具有第一非均勻亮度分布以補償顯示面板非均勻亮度分布，使得引導到用戶眼睛的圖像光具有目標亮度分布。但是，側入式的背光模組增加了HMD的重量和能耗，因而直下式mini LED背光模組提供了更優的解決方案。

但是，采用直下式mini LED背光模組作為背光源時，一方面需要提高和增強HMD圖像成像的對比度和亮度；另一方面，HMD也不能使用過多的mini LED芯片或者高密度排布的mini LED背光模組，因為這樣會增加能耗，而且散熱問題也難以解決。為此，為采用更少的mini LED芯片或密度更低的直下式mini LED背光模組，在不增加能耗和解決散熱問題的同時，提升直下式mini LED背光模組的面光源傳輸到LCD面板進行圖像成像的光能利用率，同時能夠保持HMD圖像成像的對比度和亮度。那么同時達到以上參數要求，就需要盡可能的減少直下式mini LED背光模組的面光源傳輸到用戶眼睛的光學過程中的光學損失。但是，以上需求對光學系統的設計提出了非常高的要求。

另外，傳統的光學裝置的角發散的范圍可超過160度，甚至接近180度，在直接觀看時，這種廣角光通常并不引起非期望的視覺效果。然而，當在虛擬現實或增強現實的HMD中采用傳統的光學裝置時，廣角發射的光以超出透鏡成像能力的入射角照在HMD的透鏡上時，此類光將不能正確地成像到用戶的一只或兩只眼睛，也即是，以超出HMD的一個或多個透鏡的聚焦能力的角度射入的光會導致非期望的視覺效果，例如泛光照明、重影、眩光、散射和其他雜散光效果。這種雜散的非成像光可導致虛擬現實或增強現實HMD的用戶體驗到非期望的視覺偽影。為此減小光學裝置的角發散范圍是解決上述視覺偽影問題的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于頭戴式顯示器的光學裝置，其具有出光角度窄、光學損失少的特點。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是提供一種頭戴式顯示器的光學裝置，其包括：

直下式mini LED背光模組，其用于產生面光源；

光控膜，其設置在所述直下式mini LED背光模組的出光面上，所述光控膜包括光學活性材料和多個第一百葉窗結構；所述光學活性材料基本透明，用于傳輸可見光；所述多個第一百葉窗結構周期分布在所述光控膜上，其中，所述多個第一百葉窗中的每個百葉窗至少部分地填充有第一反射材料，以使得所述面光源的出光角度收窄；

LCD面板，其用于產生顯示圖像，所述LCD面板設置在所述光控膜的出光面上；