本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實，特別是涉及一種光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)。

背景技術：

1、近年來，諸如增強現(xiàn)實(augmented?reality，ar)和虛擬現(xiàn)實(virtual?reality，vr)等近眼顯示(near-eye?display，ned)技術越來越成熟，尤其是vr技術在近年來取得了驚人的進步，已經(jīng)成為科技、娛樂、教育等眾多領域的熱門應用。雖然在過去的幾年里,vr設備的分辨率得到了較大提升，但vr頭顯的分辨率仍相對較低，用戶在觀看虛擬世界時會出現(xiàn)像素化現(xiàn)象(即screen?door?effect)，這使得用戶難以忽視像素之間的間隙，進而影響沉浸式體驗。

2、為了提高vr體驗的質量，不斷有新的技術和概念涌現(xiàn)，如角分辨率(pixel?perdegree，ppd)這一關鍵概念應運而生，成為衡量和改進vr設備性能的關鍵指標。ppd值表示在單位視場角(1°)內包含的像素數(shù)量；簡單來說，vr-ppd值越高，意味著vr設備的分辨率越高，圖像質量越好，用戶在虛擬世界中的視覺體驗也就越清晰、逼真。隨著技術的不斷發(fā)展，vr-ppd提升已經(jīng)成為業(yè)界共識。

3、眾所周知，由于人眼正常視力下的分辨能力極限約為50-60ppd(視網(wǎng)膜級別的ppd)，因此當頭顯產(chǎn)品的ppd值較低時，人眼在正常視力下可能會感受到頭顯產(chǎn)品的像素晶格感，且ppd值越小晶格感越強烈，這就是俗稱的紗窗效應；反之，頭顯產(chǎn)品的ppd值越接近60，產(chǎn)品的成像清晰度就越接近人眼的分辨極限，人眼看圖像就覺得越清晰。目前，市場上的高端vr設備都在努力提高ppd值，使得用戶在沉浸式體驗中能夠享受到更高清、逼真的畫面；有些設備已經(jīng)成功將vr-ppd值提升到30，使得像素化現(xiàn)像得到顯著改善。

4、然而，這些設備所采用的提升vr-ppd的方法通常包括提升顯示器分辨率、優(yōu)化顯示技術以及提高刷新率等，但這些方法在提升ppd的同時會帶來一些新的挑戰(zhàn)。例如，提升顯示器分辨率雖然能夠在單位視場角內呈現(xiàn)更多的像素以提高圖像質量，但高分辨率的顯示器往往需要更高的計算性能，這也意味著vr系統(tǒng)的硬件要求會隨之提高，產(chǎn)生更高的能耗，導致設備成本增加?；蛘撸捎弥T如oled或microled等先進顯示器件來優(yōu)化顯示技術雖然也可以進一步提高像素密度、減少像素間距以提高ppd，但先進的顯示器件也會導致成本大幅增加。此外，提高刷新率也可以改善視覺體驗，且高刷新率有助于減少畫面拖影和模糊現(xiàn)象，使得虛擬世界更加流暢，進一步增強沉浸感，但高刷新率的顯示器也會導致更高的能耗，使得設備成本大幅增加。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個優(yōu)勢在于提供一種光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)，其能夠在不改變顯示芯片等硬件配置的情況下，通過光學設計來提升所關注顯示區(qū)域的ppd。

2、本發(fā)明的另一個優(yōu)勢在于提供一種光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)，其中，在本發(fā)明的一個實施例中，所述光學顯示鏡頭能夠通過對設計焦距進行有效地調整和控制，靈活地完成對所關注顯示區(qū)域的ppd進行有針對性地提升，改善用戶的觀看體驗。

3、本發(fā)明的另一個優(yōu)勢在于提供一種光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)，其中，在本發(fā)明的一個實施例中，所述光學顯示鏡頭能夠通過有針對性地調整光學設計和具體架構，實現(xiàn)將中心主要顯示區(qū)域的ppd提升至大于30以上的目的。

4、本發(fā)明的另一個優(yōu)勢在于提供一種光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)，其中，在本發(fā)明的一個實施例中，所述光學顯示鏡頭能夠在最大化地提升中心顯示區(qū)域ppd的同時，兼顧邊緣顯示區(qū)域的ppd，實現(xiàn)對顯示圖像ppd的有效調節(jié)。

5、本發(fā)明的另一個優(yōu)勢在于提供一種光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)，其中為了達到上述目的，在本發(fā)明中不需要采用昂貴的材料或復雜的結構。因此，本發(fā)明成功和有效地提供一種解決方案，不只提供一種簡單的光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)，同時還增加了所述光學顯示鏡頭和vr顯示系統(tǒng)的實用性和可靠性。

6、為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述至少一個優(yōu)勢或其他優(yōu)點和目的，本發(fā)明提供了一種光學顯示鏡頭，用于設置于顯示芯片的顯示側以組成vr顯示系統(tǒng)，所述光學顯示鏡頭自物側至像側依次包括：光闌、偏振分光元件、四分之一波片、第一透鏡組以及部分反透元件；所述光學顯示鏡頭的實際焦距大于所述光學顯示鏡頭的理論焦距，以提升所述vr顯示系統(tǒng)上所關注顯示區(qū)域的角分辨率。

7、根據(jù)本申請的一個實施例，所述光學顯示鏡頭的理論焦距efl0＝imh/tanθ0，其中imh表示該顯示芯片的最大半像高；θ0表示該vr顯示系統(tǒng)的最大半視場角。

8、根據(jù)本申請的一個實施例，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例δ＝(efl-efl0)/efl*100％，其中：efl是所述光學顯示鏡頭的實際焦距；efl0是所述光學顯示鏡頭的理論焦距。

9、根據(jù)本申請的一個實施例，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例大于等于30％。

10、根據(jù)本申請的一個實施例，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例大于等于30％，且小于等于34％。

11、根據(jù)本申請的一個實施例，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例大于等于35％。

12、根據(jù)本申請的一個實施例，所述光學顯示鏡頭進一步包括位于所述部分反透元件的像側的第二透鏡組及位于所述光闌和所述偏振分光元件之間光路中的平板玻璃，所述偏振分光元件為膠合在所述平板玻璃和所述四分之一波片之間的pbs膜。

13、根據(jù)本申請的一個實施例，所述第一透鏡組包括第一鏡片，所述部分反透元件為膠合于所述第一鏡片的像側面的bs膜。

14、根據(jù)本申請的一個實施例，所述第一透鏡組包括第一鏡片和第二鏡片，所述第一鏡片位于所述四分之一波片和所述第二鏡片之間的光路中，所述部分反透元件為膠合于所述第二鏡片的像側面的bs膜。

15、根據(jù)本申請的另一方面，本申請進一步提供了一種vr顯示系統(tǒng)，包括：

16、顯示芯片；和

17、上述任一所述的光學顯示鏡頭，所述光學顯示鏡頭被設置于所述顯示芯片的顯示側。

技術特征：

1.光學顯示鏡頭，用于設置于顯示芯片的顯示側以組成vr顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述光學顯示鏡頭自物側至像側依次包括：光闌、偏振分光元件、四分之一波片、第一透鏡組以及部分反透元件；所述光學顯示鏡頭的實際焦距大于所述光學顯示鏡頭的理論焦距，以提升所述vr顯示系統(tǒng)上所關注顯示區(qū)域的角分辨率。

2.根據(jù)權利要求1所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述光學顯示鏡頭的理論焦距efl0＝imh/tanθ0，其中imh表示該顯示芯片的最大半像高；θ0表示該vr顯示系統(tǒng)的最大半視場角。

3.根據(jù)權利要求1所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例δ＝(efl-efl0)/efl*100％，其中：efl是所述光學顯示鏡頭的實際焦距；efl0是所述光學顯示鏡頭的理論焦距。

4.根據(jù)權利要求3所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例大于等于30％。

5.根據(jù)權利要求3所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例大于等于30％，且小于等于34％。

6.根據(jù)權利要求3所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述光學顯示鏡頭的焦距增大比例大于等于35％。

7.根據(jù)權利要求1至6中任一所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述光學顯示鏡頭進一步包括位于所述部分反透元件的像側的第二透鏡組及位于所述光闌和所述偏振分光元件之間光路中的平板玻璃，所述偏振分光元件為膠合在所述平板玻璃和所述四分之一波片之間的pbs膜。

8.根據(jù)權利要求7所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組包括第一鏡片，所述部分反透元件為膠合于所述第一鏡片的像側面的bs膜。

9.根據(jù)權利要求7所述的光學顯示鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組包括第一鏡片和第二鏡片，所述第一鏡片位于所述四分之一波片和所述第二鏡片之間的光路中，所述部分反透元件為膠合于所述第二鏡片的像側面的bs膜。

10.vr顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術總結
本發(fā)明提供了一種光學顯示鏡頭和VR顯示系統(tǒng)，其能夠在不改變顯示芯片等硬件配置的情況下，通過光學設計來提升所關注顯示區(qū)域的PPD。該光學顯示鏡頭，用于設置于顯示芯片的顯示側以組成VR顯示系統(tǒng)，該光學顯示鏡頭自物側至像側依次包括：光闌、偏振分光元件、四分之一波片、第一透鏡組以及部分反透元件；該光學顯示鏡頭的實際焦距大于該光學顯示鏡頭的理論焦距，以提升該VR顯示系統(tǒng)上所關注顯示區(qū)域的角分辨率。

技術研發(fā)人員：陳杭,張倩,胡增新
受保護的技術使用者：浙江舜為科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19