显示系统及头戴显示装置的制作方法

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示系统以及包含该显示系统的头戴显示装置。

背景技术：

虚拟现实技术是指将现实场景虚拟化并生成虚拟图像，然后通过融合将组合的图像通过显示装置呈现给观看者。传统的虚拟现实显示方案使用左、右透镜分别针对显示屏显示的左眼图像和右眼图像，并使透镜的焦距大于显示屏到透镜的距离，起到放大镜的效果，因此双眼可看到各个放大正立的虚像并在大脑中进行融合，产生立体视觉。

然而，传统的显示技术的显示效果不佳，容易引起观看者视觉不适，而且使用的透镜较厚重，使得相应的头戴显示装置重量偏重，且体积偏大。

技术实现要素：

本申请的一实施例提供一种显示系统，包括显示组件和成像组件，所述显示组件包括显示屏和微透镜阵列，所述显示屏包括多个像素，所述微透镜阵列包括与所述显示屏中的像素对应的微透镜，所述微透镜用于调节对应的像素射出的光线，所述成像组件包括多个菲涅尔镜片，所述多个菲涅尔镜片用于将所述微透镜阵列射出的光线聚焦。

本申请的另一个实施例还提供一种头戴显示装置，包括显示系统和装载有所述显示系统的壳体，其特征在于：所述显示系统包括显示组件和成像组件，所述显示组件包括具有多个像素的显示屏以及具有与所述显示屏中的像素对应的微透镜的微透镜阵列，所述壳体上设置有供所述显示组件或所述成像组件相对滑动的轨道，所述显示组件或所述成像组件在所述轨道内滑动，以调节所述显示组件与所述成像组件之间的间距。

本申请的显示系统，采用微透镜阵列对显示屏的每个像素射出的光线进行准直，将面光源变成点光源，再通过成像组件对准直的光线进行聚焦和像差校正，以使得用户能够看到显示屏显示的图像；本申请的头戴显示装置中的显示系统采用上述设计的产品总长可以在10mm左右，远小于现有的虚拟现实头盔产品，且整体重量远远轻于现有的虚拟现实头盔产品，更加利于用户佩戴。此外，本申请的显示系统可以通过调节显示组件和成像组件的间距，适用于不同类型的用户，应用群体更广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的显示系统的示意图；

图2a是本申请一实施例的显示屏像素与微透镜的对应关系图；

图2b是本申请另一实施例的显示屏像素与微透镜的对应关系图；

图3是本申请一实施例的显示屏和微透镜阵列结合的示意图；

图4是本申请的显示屏的部分像素的示意图；

图5a是本申请一实施例中的微透镜阵列的部分微透镜的立体示意图；

图5b是图5a所示的微透镜阵列的侧面示意图；

图5c是图5a所示的微透镜阵列沿v-v线的剖视图；

图6a是本申请另一实施例中的微透镜阵列的部分微透镜的立体示意图；

图6b是图6a所示的微透镜阵列的俯视图；

图6c是图6a所示的微透镜阵列的微透镜的侧视图；

图7a是本申请另一实施例中的微透镜阵列的部分微透镜的俯视图；

图7b是图7a所示的微透镜的侧视图；

图8是本申请另一实施例中的微透镜阵列的部分微透镜的俯视图；

图9是本申请一实施例中的成像组件的示意图；

图10是本申请一实施例中的显示系统的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1示出了本申请一实施例中的显示系统100，包括显示屏10、微透镜阵列20以及成像组件30。显示屏10具有多个像素11，微透镜阵列20具有与多个像素11对应的微透镜21，每一像素射出的光线经过对应的微透镜21后被调整准直，再经成像组件30后被聚焦成像，以使用户的眼镜40能够清楚且短距离的观看到显示屏10的显示内容。其中，显示屏10上的像素11位于对应的微透镜21的焦点上。

在虚拟现实以及增强现实领域，通过在显示器上生成对应用户左眼的左眼图像，以及对应用户右眼的右眼图像，以给用户带来三维视觉显示效果。以虚拟现实头戴显示装置为例，可以在头戴显示装置中设置有两个显示系统100，分别对应用户的左、右眼，其中一个显示系统用于显示左眼画面，另一个显示系统用于显示右眼画面。在一些实施方式中，可以在头戴显示装置中设置一个能够生成左眼画面和右眼画面的显示屏10，并设置分别对应左眼画面区域和右眼画面区域的两个微透镜阵列20，以及对应两个微透镜阵列20的两个成像组件30。

在一些实施方式中，显示屏10的内容显示可以通过中央处理器、图像处理器对图像数据进行处理，以通过显示屏10的多个像素11发光进行显示，每一像素11可以发出红色、绿色以及蓝色的光。

在本实施方式中，微透镜阵列20上微透镜21的数量与显示屏10上像素11的数量相同，也就是说，每一个像素11对应一个微透镜21，每一个像素11射出的光线被一个微透镜21进行光学准直后射出。在一些实施方式中，微透镜阵列20上微透镜21的数量与显示屏10上像素11的数量可以不相同；例如，如图2a所示，三个像素11对应一个微透镜21，也就是说，一个微透镜21将三个像素11射出的光线进行准直处理；又例如，如图2b所示，一个像素11对应三个微透镜21，也就是说，三个微透镜21同时对一个像素11射出的光线进行准直处理。可以理解的是，像素与微透镜之间的数量对应关系可以根据实际情况设定，并不限制于上述描述的对应关系。

在一些实施方式中，显示屏10的像素与微透镜阵列20的微透镜的需要一一对应，因此需要使得显示屏10与微透镜阵列20的位置相对固定，显示屏10与微透镜阵列20形成了一个显示组件。请参阅图3，为使得微透镜21与相对的像素11对应起来，在显示屏10和微透镜阵列20之间设置有光学胶水50，通过光学胶水50以将显示屏10和微透镜阵列20固定，使得像素与相应的微透镜对应起来。

在一些实施方式中，在微透镜阵列20远离显示屏10的一侧还设置有保护玻璃60，保护玻璃60覆盖于所述微透镜阵列20上，用以保护微透镜阵列20，其中，保护玻璃60不具有光学作用。显示屏10、光学胶水50、微透镜阵列20以及保护玻璃60形成了显示组件。

为便于描述本申请方案，以图4中显示屏10中相邻的9个像素为例，所有像素11的区域大小均相同，且每个像素为方形；在本申请的实施方案中，根据一个像素对应一个微透镜的对应关系，针对微透镜阵列20进行了设计。

请同时参阅图5a-5c，微透镜阵列20a具有与显示屏像素一一对应的9个微透镜21a，每一微透镜21a完全覆盖一个像素区域，且微透镜21a覆盖的区域大小与一个像素区域的大小相同；微透镜21a的一侧为平面22a，相对一侧为非球面23a。非球面23a具有四个角点，相邻的角点之间形成一条弧形边，该弧形边向外凸出，使得非球面23a的中心到平面22a的距离最远。以图5a中平行于v-v线的截面视角为例，非球面23a的每一截面中，远离平面22a的一侧均为弧形，其中位于非球面23的边缘处的弧形边231a到平面22a的距离最短，位于中心处的弧形边232a到平面22a的距离最长。

请同时参阅图6a-6b，微透镜阵列20b具有与显示屏像素一一对应的9个微透镜21b，微透镜21b大致呈球形，每一微透镜21b覆盖一个方形像素区域内的圆形区域。在一些实施方式中，微透镜阵列20b的所有微透镜21b通过一个基层22b固定在一起，微透镜21b可以是通过在基层22b上加工形成，也可以是通过与基层粘结固定在一起。基层22b具有与显示屏像素一一对应的方形部221b，相应的微透镜21b覆盖的圆形区域与方形部221b内切；在组装时，只要将基层22b的方形部221b与相应的显示屏像素对应即可。

请一并参阅图6c，微透镜21b可以包括底部211b和球形部212b，其中底部211b呈圆形，底部211b与球形部212b的底面完全重合，微透镜21b通过底部211b与基层22b固定。在一些实施方式中，微透镜21b可以只包括球形部212b，将球形部212b直接与基层22b固定即可。在一些实施方式中，微透镜阵列20b可以不包括基层22b，相邻的微透镜21b之间可以通过底部211b相互固定在一起。

请参阅图7a-7b，微透镜阵列20c具有与显示屏像素一一对应的9个微透镜21c，每一微透镜21c覆盖一个方形像素区域内的六边形区域。在一些实施方式中，微透镜阵列20c的所有微透镜21c通过一个基层22c固定在一起，微透镜21c可以是通过在基层22c上加工形成，也可以是通过与基层粘结固定在一起。基层22c具有与显示屏像素一一对应的方形部，相应的微透镜21b覆盖的六边形区域与方形部内切；在组装时，只要将基层22c的方形部与相应的显示屏像素对应即可。微透镜21c具有与显示屏10垂直的六个侧面211c，该六个侧面211c两两相邻，以形成一个六边形的底面，每一个侧面211c远离显示屏10一侧为外凸的弧形边；微透镜21还包括一个顶面212c，顶面212c为球面，其与六个侧面211c的弧形边相接，顶面212c与六个侧面211c相互包围形成一个大致呈六面体的微透镜21c。

需要说明的是，微透镜的覆盖在像素区域内的形状并不限定于上面描述的方形、圆形、六边形等，覆盖区域的形状可以根据实际情况进行设定。

在一些实施方式中，微透镜阵列的微透镜与显示屏的像素一一对应，相邻的微透镜之间设置有遮光部，以避免相邻的微透镜之间出现串光的情形。

请参阅图8，微透镜阵列20d具有9个依次相邻的微透镜21d，每一微透镜21d与图7b中的微透镜21c的形状相同，其中每相邻的两个微透镜21d之间通过其中一个侧面紧邻，以使微透镜阵列20d呈蜂窝状。在一些实施方式中，相邻的两个微透镜21d可以是一个整体，两个微透镜21d共用一个侧面；在其他实施方式中，相邻的两个微透镜21d可以是单独的个体，其中微透镜21d相邻的侧面完全对应，并通过粘结的方式固定在一起。在该实施例中，由于微透镜阵列20d的排布关系，当微透镜阵列20d与显示屏10相对固定时，由于微透镜21d的尺寸很小，即使存在部分微透镜21d与显示片10的像素没有完全对应起来的情况，采用这种蜂窝状的微透镜20d的视觉效果仍然较佳。

成像组件30用于对显示组件射出的平行光线进行聚焦和像差校正，以使得显示屏10生成的图像在用户的眼内成像。在一些实施方式中，成像组件30可以采用多片菲涅尔镜片形成的菲涅尔镜组。请参阅图9，在一个具体的实施方式中，成像组件30包括两个菲涅镜片31，该两个菲涅尔镜片31紧邻设置，其中，一个菲涅尔镜片的曲面紧邻另一个菲涅尔镜片的平面。

请参阅图10，在一些实施方式中，显示组件与成像组件30之间的距离d是可调的，通过调节显示组件与成像组件30的距离，使得显示系统100的成像距离能够根据不同用户的眼睛进行调节，适合多用户使用，具有稳定的光学效果。

需要说明的是，调节显示组件和成像组件之间的距离的方式可以是通过手动调节，也可以是自动调节。

本申请还提供一种头戴显示装置，该头戴显示装置具有显示系统100以及装载有显示系统100的壳体。

在一些实施方式中，在壳体上设置有可以供显示组件相对成像组件滑动的轨道，并设置有与显示组件连接且可在轨道内滑动的导向件，通过导向件在轨道内的滑动，可以调节显示组件相对成像组件滑动的距离。

在其他实施方式中，可以在壳体上设置供成像组件相对显示组件滑动的轨道，并设置有与成像组件连接且可在轨道内滑动的导向件，通过导向件在轨道内的滑动，可以调节成像组件相对显示组件滑动的距离。

在一些实施方式中，头戴显示装置还包括装设于壳体上的电机，电机可以与显示组件或成像组件连接，显示组件与成像组件之间的距离可通过电机进行调节。其中，显示组件和成像组件之间的距离值与佩戴该头戴显示装置的用户眼睛的参数有关，相关眼睛的参数可以由佩戴用户自行设置，也可以在头戴显示装置上设置有检测装置以获取佩戴用户的眼睛的参数。

本申请的显示系统，采用微透镜阵列对显示屏的每个像素射出的光线进行准直，将面光源变成点光源，再通过成像组件对准直的光线进行聚焦和像差校正，以使得用户能够看到显示屏显示的图像；本申请的显示系统采用上述设计的产品总长可以在10mm左右，远小于现有的虚拟现实头盔产品，且整体重量远远轻于现有的虚拟现实头盔产品，更加利于用户佩戴。此外，本申请的显示系统可以通过调节显示组件和成像组件的间距，适用于不同类型的用户，应用群体更广。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。