一种轻便短焦近眼显示系统

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，具体涉及一种轻便短焦近眼显示系统。

背景技术

近眼显示能够给使用者提供超大的3D画面，同时显示图像能够跟现实环境进行融合，在日常生活以及工业领域都具有非常广泛的应用。

目前，最有前景的是光波导AR眼镜，其能够实现类似普通眼镜的外观，但是由于折射率，衍射效率等的制约，视场角难以突破，一般在对角线50°左右，且其最大的缺点是超低的能效会导致整个系统非常耗电。本发明通过使用球对称解决了上述问题，基于球对称技术，本人前面已申请的系列专利技术(专利号：202020742439，202120312789.X，202110154039)，上述专利虽然实现了非常理想的光学效果，但是总厚度较大，而本发明提出了进一步减薄系统的方法。通过使光线在两个球面的之间多次反射，进一步降低厚度，增大了出瞳距离，实现轻薄化。同时，本发明提出了新型的线状显示器构造，可以实现无遮挡的显示，进一步提升了使用的效果。再次，由于使用了多次反射，镜片之间的相互位置更加敏感，变焦的移动量减小，易于实现变焦功能。

发明内容

本发明为解决现有显示系统近眼显示系统存在厚度大，无法实现轻薄化的问题，提供一种轻便短焦近眼显示系统。

一种轻便短焦近眼显示系统，包括微显示器、内侧镜片和凹面部分反射镜；所述内侧镜片靠近眼瞳位置，凹面部分反射镜置于远离眼瞳位置，所述微显示器为旋转的线阵微显示器或者透明微显示器，所述内侧镜片为凸面反射镜；

所述微显示器或设置于内侧镜片与眼瞳位置之间，或设置于内侧镜片与凹面部分反射镜之间，或设置于凹面部分反射镜的凸面侧；

所述微显示器设置于内侧镜片与眼瞳位置之间时，微显示器背向眼瞳位置发光，所述微显示器发出的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间的反射次数≥3；

所述微显示器设置于内侧镜片与凹面部分反射镜之间时，微显示器背向眼瞳位置或朝向眼瞳位置发光，所述微显示器发出的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间的反射次数≥3；

所述微显示器设置于凹面部分反射镜凸面侧时，微显示器朝向眼瞳位置发光，所述微显示器发出的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间的反射次数≥4。

进一步的，将内侧镜片的凹面或凸面设置为偏振反射面，在内侧镜片和凹面部分反射镜之间加入相位延迟片，在凹面部分反射镜凸面侧放置环境光圆偏振片，所述环境光圆偏振片用于将自然环境光变为第一圆偏振环境光，所述第一圆偏振环境光通过相位延迟片后，变成s型线偏振环境光进入人眼。

进一步的，所述微显示器所发的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间反射次数设置为3次，将内侧镜片的凹面或凸面设置为偏振反射面，当微显示器位于内侧镜片与凹面部分反射镜之间时，在微显示器与内侧镜片之间放置相位延迟波片；

当微显示器设置于内侧镜片与眼瞳位置之间时，在内侧镜片与凹面部分反射镜之间放置相位延迟波片。

进一步的，所述线阵显示器包括发光像素、透明导线和显示驱动芯片，所述透明导线连接发光像素和显示驱动芯片，所述发光像素与显示驱动芯片距离大于1mm；

所述发光像素的排布方式为：一条、1/2条、十字状排布的两条或米子排布的四条；

进一步的，所述发光像素的两侧区域设置为透明区域、部分反射面或偏振反射面；两侧区域为部分反射面时，则替代凹面部分反射镜；两侧区域为偏振反射面时，则替代内侧镜片。

所述微显示器所发的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间反射次数设置为3次，将凹面部分反射镜设置为条带状部分反射镜，条带状部分反射镜与线阵微显示器同步旋转，在条带状部分反射镜一侧放置外侧保护镜片。

进一步的，所述微显示器所发的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间反射次数设置为4次，将内侧镜片的凹面或凸面设置为偏振反射面，将内侧镜片设置为与线阵微显示器像素排布方向一致的条带状，将凹面部分反射镜设置为条带状部分反射镜，所述内侧镜片、条带状部分反射镜以及线阵微显示器同步旋转；

在所述内侧镜片的中心镀有条带状的中心全反射膜，所述中心全反射膜的宽度小于人眼瞳孔直径；

在内侧镜片与凹面部分反射镜之间放置相位延迟波片，在线阵微显示器的发光像素前放置偏振膜层。

进一步的，将线阵微显示器发光像素的两侧区域设置为部分反射面，代替条带状部分反射镜，线阵微显示器与内侧镜片同步旋转，在内侧镜片的左侧加入内侧保护镜片，在线阵微显示器远离眼瞳侧加入外侧保护镜片；内侧保护镜片和外侧保护镜片上面均设置转轴。

进一步的，所述微显示器所发的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间反射次数为大于4次时，内侧镜片的其中一个表面设置为偏振反射面，内侧镜片和凹面部分反射镜之间加入相位延迟波片，凹面部分反射镜的部分反射面设置为可动态调节圆偏振反射方向的表面，控制微显示器发出脉冲圆偏振光，所述凹面部分反射镜设置为保持反射圆偏振方向不变的状态，当光线反射次数达到设计次数后，凹面部分反射镜的部分反射面设置为普通镜面，经普通镜面反射后，进入人眼。

进一步的，所述微显示器发出的光在内侧镜片和凹面部分反射镜之间反射次数大于4次时，内侧镜片的其中一个表面设置为开关镜面，控制微显示器发出脉冲光，在反射次数未达到设计次数时，所述开关镜面将光线反射，当反射次数达到设计的次数时，所述开关镜面变成透射态，将所述光透射进入人眼。

进一步的，将内侧镜片和凹面部分反射镜合并为一体镜片，微显示器设置为朝一体镜片的一侧发光，将一体镜片内表面设置为开关镜面；

所述微显示器发出的光在一体镜片内表面和一体镜片外表面之间反射，当反射次数达到设定次数之后，所述光透过一体镜片内表面进入人眼。

本发明的有益效果：

本发明所述的显示系统，内侧镜片和凹面部分反射镜之间反射次数为3次时，由于光路的折叠，使得镜片厚度变薄，更加紧凑，出瞳距离进一步增大，通过加入相位延迟波片与反射偏振片可以实现高能效的显示。反射次数为4次时，能够进一步降低厚度，并且使得微显示器的尺寸变大，易于制造。进一步怎大反射次数的优点是能够不断的减薄系统厚度。

本申请提供的一种轻便短焦近眼显示系统，通过多次反射折叠光路，能够缩短眼镜的整体厚度，增大出瞳距离，使得用户佩戴更加舒适，更加美观。

本申请通过对线阵微显示器进行特殊设计，能够减小中心遮挡导致的光能损失，通过使用透明转轴，可以消除中心轴的遮挡问题。

通过同步旋转线阵显示器以及条带状凹面反射镜，能够大幅度提升环境光的透射率，提高环境亮度。

附图说明

图1为本发明所述的一种具有3次反射的轻便短焦近眼显示系统且微显示器在内侧镜片右侧的光路图；

图2区别于图1的另一种具有3次反射的轻便短焦近眼显示系统且微显示器在内侧镜片左侧的光路图；

图3本发明所述的一种具有3次反射的轻便短焦近眼显示系统且微显示器在内侧镜片右侧时，加入相位延迟波片的光路图；

图4本发明所述的一种具有3次反射的轻便短焦近眼显示系统且微显示器在内侧镜片左侧时，加入相位延迟波片的光路图；

图5为本发明所述的一种通过在凹面部分反射镜外侧加入圆偏振以消除环境杂光的示意图；

图6为本发明所述的一种线阵微显示器结构图；(a)为线阵微显示器在yx平面上下部分镜像对称的示意图；(b)为线阵微显示器在yx平面上下部分对称的示意图；

图7为本发明所述的一种十字状线阵显示器的结构图；

图8为线阵微显示器xz平面的截面示意图；

图9为线阵微显示器两侧无反射膜层的光路及安装结构图；

图10为线阵微显示器具有反射膜层的光路及安装结构图；

图11为线阵微显示器与条带状凹面反射镜同步旋转的光路及结构图；

图12为线阵微显示器与条带状凹面反射镜同步旋转的三维结构图；

图13为本发明所述的一种具有4次反射的轻便短焦近眼显示系统且微显示器在凹面部分反射镜右侧的光路图；

图14为本发明所述的一种具有4次反射的轻便短焦近眼显示系统且微显示器在凹面部分反射镜左侧的光路图；

图15为本发明所述的一种具有4次反射的轻便短焦近眼显示系统通过相位延迟波片提高反射效率的原理图；

图16为本发明所述的一种具有4次反射的轻便短焦近眼显示系统的光路装配图；(a)为微显示器在凹面部分反射镜左侧的光路及装配示意图，(b)为线阵微显示器xz平面的截面示意图；

图17为本发明所述的一种具有大于4次反射，采用可动态改变反射圆偏振光方向的光路偏振变化示意图；(a)为可动态改变反射圆偏振光方向的光路图；(b)为内侧镜片、凹面部分反射镜以及微显示器间光路的局部放大图；

图18为本发明所述的一种具有大于4次反射的轻便短焦近眼显示系统光路图；

图19为本发明所述的一种具有大于4次反射，采用一体镜片微显示器置于一体镜片左侧的轻便短焦近眼显示系统光路图；(a)为微显示器置于一体镜片左侧的示意图；(b)光路走向的局部放大图；

图20为本发明所述的一种具有大于4次反射，采用一体镜片且微显示器置于一体镜片右侧的轻便短焦近眼显示系统光路图；(a)为微显示器置于一体镜片右侧的示意图；(b)光路走向的局部放大图。

图中：1、眼瞳位置，2、内侧镜片，2-1、凹面，2-2、凸面，2-3、内侧镜片延伸端，2-4、转轴，3、凹面部分反射镜，3-1、内侧面，3-2、外侧面，3a、条带状部分反射镜，4、微显示器，4a、线阵微显示器，4b、透明微显示器，4a-1、线阵微显示器发光像素，4a-2、透明导线，4a-3、线阵显示驱动芯片，4a-4、发光像素两侧区域，4a-5、发光像素前膜层，4a-6、线阵微显示器延伸端，4a-7、线阵微显示器内磁环，4a-8、旋转凹环，5、环境光，5-1、自然环境光，5-2、s型线偏振环境光，5-3、第一圆偏振环境光，6、相位延迟波片，7、光线，7-1、s型线偏振光，7-2、p型线偏振光，7-3、第一圆偏振光，7-4、第二圆偏振光，7-5、无限定偏振光，8、束缚磁环，9、补充功能板，10、内侧保护镜片，10-1、内侧保护镜片转轴，10-2、内侧保护镜片延伸端，11、外侧保护镜片，11-1、外侧保护镜片转轴，12、镜框，13、中心全反射膜，14、一体镜片，14-1、一体镜片内表面，14-2、一体镜片外表面，15、环境光圆偏振片。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。“左侧”即为朝向眼瞳位置的一侧，“右侧”即为远离眼瞳朝向环境的一侧。

除非另有定义，本实施方式中所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

结合图1至图11说明本实施方式，一种超薄短焦近眼显示光学系统，包括微显示器4、内侧镜片2和凹面部分反射镜3，所述微显示器4位于内侧镜片2的左侧或内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间；所述内侧镜片2靠近眼瞳位置1，凹面部分反射镜3置于远离眼瞳位置1；所述内侧镜片2为凸面反射镜；

结合图1，所述微显示器4位于内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间时，微显示器4背向眼瞳位置1发光，微显示器发出的光线在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数为3次；

所述微显示器4出的光被凹面部分反射镜3反射，由于微显示器4为线阵或者透明状，反射回的光线部分能够透过微显示器4到达内侧镜片2，内侧镜片2的凹面2-1或凸面2-2具有一定的反射率，能够将光线反射，被反射的光再次穿过微显示器4之后到达凹面部分反射镜3，凹面部分反射镜3将光再次反射，穿过微显示器4之后，透过内侧镜片2到达人眼。

结合图2，所述微显示器4位于内侧镜片2的左侧(凹面2-1)时，微显示器4背向眼瞳位置1发光，光线在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数为3次；

所述微显示器发出的光首先透过内侧镜片2，之后被凹面部分反射镜3反射，反射回的光再次到达内侧镜片2，内侧镜片2的凹面2-1或凸面2-2具有一定的反射率，能够将光线反射，被反射的光到达凹面部分反射镜3后将光再次反射，反射回的光穿过内侧镜片2和微显示器4之后到达人眼。

本实施方式中，所述微显示器4为旋转的线阵微显示器4a或者透明微显示器4b；所述透明微显示器4b像素分布在球面上。所述内侧镜片2靠近眼瞳位置1，凹面部分反射镜3置于远离眼瞳位置1；所述凹面部分反射镜3的其中一个面，即内侧面3-1或外侧面3-2具有一定的反射率如50％，并有一定的透射率如50％，对于确定的波长，如可见光范围内，透射率与反射率之和接近或等于1。

结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式中，由于光线来回折叠导致光能不断损失，并会有一定的杂光，为了优化该问题，通过将内侧镜片2的其中一个表面，即凹面2-1或凸面2-2设置为偏振反射面，所述偏振反射面具有反射一种偏振光，并透射与反射光偏振方向垂直的偏振光的特性，例如金属线栅偏振膜就有上述特性，其能够附着在光学透镜表面上。并在系统中加入相位延迟片6来实现光能效率的提升。优选地，相位延迟波片6为四分之一波片。

根据微显示器4的位置，有两种不同的情况，如图3(a)所示，当微显示器4位于内侧镜片2和与凹面部分反射镜3之间时，在微显示器4与内侧镜片2之间放置相位延迟波片6，其可以附着在内侧镜片凸面2-2上。如图3(b)所示为光路及偏振变化图，微显示器4发出第一圆偏振光7-3，被凹面部分反射镜3反射后，旋转方向改变，如左旋转变成右旋转，成为第二圆偏振光7-4，第二圆偏振光7-4透过相位延迟波片6后变成p型线偏振光7-2，被附着在内侧镜片2其中一个表面的偏振反射膜全部反射，反射后的p型线偏振光7-2透过相位延迟波片6后再次变成第二圆偏振光7-4，第二圆偏振光7-4被凹面部分反射镜3反射后，旋转方向改变，成为第一圆偏振光7-3，第一圆偏振光7-3透过相位延迟波片6后变成s型线偏振光7-1，s型线偏振光7-1能够全部透过偏振反射膜后到达眼瞳位置1。从而实现高能效，低杂光的显示效果。其中的p型和s型线偏振光是为方便描述命名，并不限定其方向。

如图4(a)所示，当微显示器4位于内侧镜片2的左侧时，在内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间放置相位延迟波片6，其也可以附着在内侧镜片凸面2-2上或者凹面部分反射镜3的内侧面3-1上。如图4(b)所示为光路及偏振变化图，微显示器4发出无限定偏振光7-5，所述无限定偏振光7-5为不限定偏振形态的光，如自然光、圆偏振光、椭圆偏振光或线偏振光等，但是其为线偏振光时，偏振方向不应与偏振反射膜的透射方向垂直，不然会无法穿过偏振反射膜。无限定偏振光7-5穿过附着在内侧镜片2上的偏振反射膜后变成s型线偏振光7-1，经过相位延迟波片6后变成第一圆偏振光7-3，第一圆偏振光7-3被凹面部分反射镜3反射后，旋转方向改变，如左旋转变成右旋转，成为第二圆偏振光7-4，第二圆偏振光7-4透过相位延迟波片6后变成p型线偏振光7-2，被附着在内侧镜片2其中一个表面的偏振反射膜全部反射，反射后的p型线偏振光7-2透过相位延迟波片6后再次变成第二圆偏振光7-4，第二圆偏振光7-4被凹面部分反射镜3反射后，旋转方向改变，成为第一圆偏振光7-3，第一圆偏振光7-3透过相位延迟波片6后变成s型线偏振光7-1，s型线偏振光7-1能够全部透过偏振反射膜后到达眼瞳位置1。从而实现高能效，低杂光的显示效果。该种方式非常适合微显示器为透明显示器4b的情况，因为对微显示器发出光的偏振无特定要求。但是为了降低透明显示器4b直接朝向人眼的光，可以加入动态遮光层来阻挡。

本实施方式中，为了实现显示图像清晰度的均匀性，内侧镜片2、凹面部分反射镜3和微显示器4分布在同心球面上，球心位置即为眼瞳位置1的中心。由于人眼有变焦调节作用，所以允许各部件位置一定程度的移动或者面型的变形，这种移动附加的作用是能够适配近视度数以及实现动态变焦。例如内侧镜片1与凹面部分反射镜3之间的相对距离可以动态调节，实现动态变焦，一般可通过设置音圈电机实现该变焦功能。

下表列出了其中一个反射次数为3次，微显示器4在内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间时的光学设计参数。该参数从虚像位置出发，折叠过程中，由于器件的位置与形状不发生变化，所以只列出一次。

下表列出了其中一个微显示器4在内侧镜片2左侧的光学设计参数。该参数从虚像位置出发，折叠过程种，由于器件的位置与形状不发生变化，所以只列出一次。

内侧镜片2的其中一个面如果参与虚拟图像的生成，另外一个面的曲率可以变化作为近视矫正的表面，以适应使用者的度数。凹面部分反射镜3的两个表面可做同样的处理以调节度数。

为了提高能量利用率，凹面部分反射镜3其中一个面可以镀反射滤光膜，该膜层根据微显示器4的发光波长进行设计。该反射滤光膜对微显示器4发光的中心波长具有高反射率，如大于90％反射，而对发光中心波长以外的波段有较高的透射率，如大于90％透射。这样的设计可以同时提高环境光和虚拟图像的亮度。反射滤光膜可以为介质膜层，介质金属组合膜层，全息膜层以及微结构膜层。

结合图5说明本实施方式中，由于在内侧镜片2上加入偏振反射膜后，会反射掉一部分环境光，被反射的环境光会再次被凹面部分反射镜3反射，经过相位延迟片6后，透过内侧镜片2变成杂光。为了消除该杂光，可在凹面部分反射镜3右侧放置环境光圆偏振片15将环境光变为第一圆偏振光7-3，使得其再次通过相位延迟片6后，变成s型线偏振光7-1，从而直接进入人眼。这样能够防止环境光形成杂光。当凹面部分反射镜3镀有针对微显示器发光波长的反射滤光膜时，无需在凹面部分反射镜3外侧设置环境光圆偏振片15，因为被内侧镜片2上的偏振反射膜反射的光会透过凹面部分反射镜3，不会形成杂光。

结合图6至图8说明本实施方式，本实施方式中，当微显示器4为线阵显示器时，线阵显示器的宽度越细越好，如小于1mm，使用硅基制造时，发光像素下面可以设置驱动芯片。当难以制造宽度较细的线阵屏幕时，可以通过透明导线将整体变宽，且不遮挡视线。如图6所示，为本实施方式提出的一种新的线阵显示器结构，使用透明导线4a-2连接线阵微显示器发光像素4a-1与线阵显示驱动芯片4a-3，所述发光像素4a-1与显示驱动芯片4a-3距离大于1mm；

当像素较多时，如大于1000个，可以使用多个线阵显示驱动芯片4a-3分别控制部分像素，如200个，这样可以减小单个控制芯片的尺寸，降低走线难度。当然，不排除单个芯片驱动所有像素的结构。由于线阵显示驱动芯片4a-3通常为不透明状，通过透明导线4a-2可以将线阵微显示器发光像素4a-1与线阵显示驱动芯片4a-3之间的距离增大，如5mm，此时，线阵显示驱动芯片4a-3不在中间位置，旋转时由于视觉暂留效应，线阵显示驱动芯片4a-3会从视觉中消失，避免了遮挡效应。图6(a)为发光像素4a-1上下镜像对称排布方式，图6(b)分别发光像素4a-1为上下对称的排布方式，由于是旋转显示，所以1/2条旋转一圈也可以形成完整的图像。如图7所示为十字状排布的线阵显示器，同样使用透明导线4a-2，可以将线阵显示驱动芯片4a-3放置在侧边，避免遮挡。十字排布可以提高旋转图像的亮度，同时降低旋转所需的转速。同样的道理，可以设置为由四条组成的米子排布。此处不在赘述。

图8为该线阵微显示器xz平面的截面示意图，发光像素两侧区域4a-4可以为无功能透明区域，也可作为内侧镜片2的功能使用，即将其设置为偏振反射面。可替代内侧镜片2。

为了提高能效及减小杂光，对照图3和图4，发光像素的前膜层4a-5可为圆偏振膜或线偏振膜，用以改变发出光的特性，其尺寸一般要大于保证系统出瞳直径对应的发光角度所覆盖的长度。在发光像素中心的背侧设置旋转凹环4a-8，用于旋转。

结合图9和图10说明本实施方式，所述微显示器4为线阵显示器时，图9所示为其中一种装配示意图，内侧镜片2中心可设置转轴2-4，用以限制线阵微显示器4a的径向移动，中心转轴可以是透明的，以降低中心遮挡，也可以为非透明，但是尺寸越小越好，如直径0.5mm。转轴的固定位置可以在内侧镜片2上，也可以在线阵微显示器4a上，类似于手表种的宝石轴承，旋转位置材料可以采用宝石以提高寿命和精度。线阵微显示器4a的边缘为线阵微显示器延伸端4a-6，其上布置永磁体，作为转子被驱动旋转；布置无线供电接收线圈以接收电能，给发光器件及驱动电路供电；布置光电位置探测器如编码器，可实时获取旋转的精确位置，还需要布置其他所需的外围电子器件如电容电感等。在线阵微显示器延伸端4a-6的外侧，可固定一个线阵微显示器内磁环4a-7，在其线阵微显示器内磁环4a-7外侧，固定在镜框12上，再所述镜框上放置一个束缚磁环8，束缚磁环8与线阵微显示器内磁环4a-7之间非接触，通过磁力约束微显示器4的轴向移动。内侧镜片延伸端2-3上可布置驱动线圈和无线供电线圈以及位置标定环等，同样也可以将上述器件单独放置在补充功能板9，其上布置驱动线圈和无线供电线圈以及位置标定环的其中一个或全部。所述补充功能板9固定在镜框12上。

如图10所示，当线阵微显示器4a的发光像素两侧区域4a-4设置为部分反射面或偏振反射面时，其能够反射光线，此时该反射膜代替了内侧镜片2反射光线的作用，因此，内侧镜片2可变成无反射作用的内侧保护镜片10，用以保护旋转结构，并通过中间的内侧保护镜片转轴10-1提供旋转支撑。

结合图11和图12说明本实施方式，将凹面部分反射镜3设置为条带状部分反射镜3a，其宽度决定了出瞳直径，一般需要大于人眼瞳孔，优选范围为6-15mm。条带状部分反射镜3a与线阵微显示器4a同步旋转。此时，线阵微显示器4a处的旋转结构可选择图9和图10中的一种。在条带状部分反射镜3a右侧放置外侧保护镜片11，外侧保护镜片11中心同样可设置外侧保护镜片转轴11-1，用以支撑旋转，同样地，其可以为透明材料。由于前后都设置了旋转轴，能够提高旋转稳定性。此时，束缚磁环8以及线阵微显示器内磁环4a-7构成的轴向磁力固定结构可以取消，但是保持该结构可以进一步提高稳定性，尤其是当使用者移动时，会造成旋转部件的角动量改变，外环的磁力易于产生大的力矩，用以改变旋转结构的角动量。如图12所示为线阵微显示器4a与条带状凹面反射镜3a同步旋转的三维结构图。

结合图13-16说明本实施方式，如图13所示，所述微显示器4位于凹面部分反射镜3的右侧时，微显示器4朝向眼瞳位置1发光，光线在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数为4次。

微显示器4发出的光线首先透过凹面部分反射镜3，到达内侧镜片2的其中一个表面，内侧镜片2的其中一个表面即内侧镜片凹面2-1或内侧镜片凸面2-2，具有一定的反射率，能够将光线反射，被反射的光再次到达凹面部分反射镜3，凹面部分反射镜3将光再次反射，之后被内侧镜片2的其中一个表面再次反射，之后光线再次被凹面部分反射镜3反射后，穿过内侧镜片2后到达人眼。光线在内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间来回总共反射的次数为4次。

如图14所示，所述微显示器4位于内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间时，微显示器4朝向眼瞳位置1发光，光线在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数为4次；

微显示器4发出的光首先到达内侧镜片2的其中一个表面，内侧镜片2的其中一个表面即内侧镜片凹面2-1或内侧镜片凸面2-2，具有一定的反射率，能够将光线反射，被反射的光穿过微显示器4后再次到达凹面部分反射镜3，凹面部分反射镜3将光再次反射，穿过微显示器4之后被的其中一个表面再次反射，之后光线再次穿过微显示器4并被凹面部分反射镜3反射后，再次穿过微显示器4和内侧镜片2后到达人眼。光线在内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间来回总共反射的次数为4次。

由于光线来回折叠导致光能不断损失，并会有一定的杂光，为了优化该问题，如图15(a)所示，由于人眼的瞳孔一般大于3mm，当中心有小于瞳孔的缝隙时，还会有部分光线到达人眼成像。基于上述原理，将内侧镜片2为设置为与线阵微显示器4a像素排布方向一致的条带状，其与线阵微显示器4a同步旋转。内侧镜片2的中心镀有条带状的中心全反射膜13，中心全反射膜13的宽度应小于人眼瞳孔直径，优选范围为0.5mm-1.5mm。

如图15(b)所示，在中心全反射膜13两侧，将内侧镜片2的其中一个表面即凹面2-1或凸面2-2设置为偏振反射面，所述偏振反射面具有反射一种偏振光，并透射与反射光偏振方向垂直的偏振光的特性，例如金属线栅偏振膜就有上述特性，其能够附着在光学透镜表面上。并在系统中加入相位延迟片6来实现光能效率的提升。优选地，相位延迟波片6为四分之一波片。

图15(b)为所述线阵微显示器4位于内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间时的偏振变化示意图，微显示器4发出s型线偏振光7-3，被条带状的中心全反射膜13反射，偏振性质保持不变，被反射的光穿过相位延迟波片6后变成第二圆偏振光7-4，被凹面部分反射镜3的其中一个面反射后，圆偏振方向发生变化，成为第一圆偏振光7-3，再次穿过相位延迟波片6后，变成p型线偏振光7-2，之后被附着在内侧镜片2其中一个表面的偏振反射膜全部反射，偏振性质保持不变，反射后的光再次穿过相位延迟波片6，变成第一圆偏振光7-3，被凹面部分反射镜3的其中一个面反射后，圆偏振方向发生变化，成为第二圆偏振光7-4，再次穿过相位延迟波片6后，变成s型线偏振光7-1，s型线偏振光7-1能够全部透过偏振反射膜后到达眼瞳位置1。从而实现高能效，低杂光的显示效果。

本实施方式中，当线阵微显示器4a位于凹面部分反射镜3右侧时，只需要在线阵微显示器4a前放置偏振膜层，使得到达中心全反射膜13位置的光为s型线偏振光即可。该偏振膜层的宽度应较窄，防止被中心全反射膜13反射后的光线大量穿过，使得进入人眼的光能降低。

结合图16说明本实施方式，图16(a)所示为采用线阵微显示器4a时，该实施例所述的光线经过4次反射系统的一种装配示意图，由于线阵微显示器4a需与条带状的内侧镜片2同步旋转，所以在靠近人眼侧需加入内侧保护镜片10，远离人眼侧加入外侧保护镜片11，图16(b)所示为一种线阵微显示器4a的xz截面图，可将发光像素两侧区域4a-4设置为部分反射面，从而替代凹面部分反射镜3的功能。内侧保护镜片10和外侧保护镜片11上面均可设置转轴，以提高稳定性，转轴可以为透明材料，避免遮挡。

本实施方式中，为了实现显示图像清晰度的均匀性，内侧镜片2、凹面部分反射镜3和微显示器4分布在同心球面上，球心位置即为眼瞳位置1的中心。由于人眼有变焦调节作用，所以允许各部件位置一定程度的移动或者面型的变形，这种移动附加的作用是能够适配近视度数以及实现动态变焦。例如内侧镜片1与凹面部分反射镜3之间的相对距离可以动态调节，实现动态变焦，一般可通过设置音圈电极实现该变焦功能。

下表列出了其中一个微显示器4在内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间，且反射次数为4次时的光学设计参数。该参数从虚像位置出发，折叠过程中，由于器件的位置与形状不发生变化，所以只列出一次。

下表列出了其中一个微显示器4在凹面部分反射镜3右侧且反射次数为4次的光学设计参数。该参数从虚像位置出发，折叠过程中，由于器件的位置与形状不发生变化，所以只列出一次。

内侧镜片2的其中一个面如果参与虚拟图像的生成，另外一个面的曲率可以变化作为近视矫正的表面，以适应使用者的度数。凹面部分反射镜3的两个表面可做同样的处理以调节度数。

为了提高能量利用率，凹面部分反射镜3其中一个面可以镀反射滤光膜，该膜层根据微显示器4的发光波长进行设计。该反射滤光膜对微显示器4发光的中心波长具有高反射率，如大于90％反射，而对发光中心波长以外的波段有较高的透射率，如大于90％透射。这样的设计可以同时提高环境光和虚拟图像的亮度。反射滤光膜可以为介质膜层，介质金属组合膜层，全息膜层以及微结构膜层。

结合图17至图20说明本实施方式，如图17所示，所述微显示器4发出的光在凹面部分反射镜3和内侧镜片2之间来回反射至少5次后穿过内侧镜片2到达人眼。当微显示器4设置于内侧镜片2与眼瞳位置1之间时，微显示器4背向眼瞳位置发光，微显示器4发出的光在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间的反射次数为≥5的奇数如7、9、11；

当微显示器4设置于内侧镜片2与凹面部分反射镜3之间时，微显示器4可背向眼瞳位置1也可朝向眼瞳位置1发光，背向眼瞳位置1发光时，微显示器4发出的光在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间的反射次数为≥5的奇数如7、9、11；朝向眼瞳位置1发光时，微显示器4发出的光在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数≥6的偶数次如6、8、10；

当微显示器4设置于凹面部分反射镜3的右侧时，微显示器4朝向眼瞳位置1发光，微显示器4发出的光在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数≥6的偶数次如6、8、10。

将内侧镜片2的其中一个表面设置为开关镜面(switchable mirror)，控制微显示器4发出脉冲光，在反射次数未达到设计次数(如8次)时，开关镜面将光线反射，当反射次数达到设计的次数时，开关镜面变成透射态，将光线透射进入人眼。该种光学方式能够将厚度进一步降低。

本实施方式中，光线在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间反射次数为大于4次时，还可将内侧镜片2的其中一个表面设置为偏振反射面，内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间加入相位延迟波片6，凹面部分反射镜3的部分反射面设置为可动态调节圆偏振反射方向的表面，控制微显示器4发出脉冲圆偏振光，所述凹面部分反射镜3设置为保持反射圆偏振方向不变的状态，当光线反射次数达到设计次数后，凹面部分反射镜3的部分反射面变成普通镜面，经普通镜面反射后，进入人眼。

如图18所示，为将凹面部分反射镜3的部分反射面设置为可动态调节圆偏振反射方向时的光路及偏振变化图，目前通过超表面技术可以实现动态调节圆偏振反射方向的功能。微显示器4发出短脉冲第一圆偏振光7-3，此时凹面部分反射镜3设置为保持反射圆偏振方向不变的状态，光线被反射后经过相位延迟波片6，变为p型线偏振光7-2，被内侧镜片2上的偏振反射膜全反射，透过相位延迟波片6后，依旧为第一圆偏振光7-3，这样来回反射设计次数如8次后，凹面部分反射镜3的部分反射面变成正常镜面，反射后，圆偏振方向发生反转变成第二圆偏振光7-4，最后经过相位延迟波片6后，变成s型线偏振光，透过内侧镜片2后进入人眼。

下表列出图17所示多次反射系统的光学设计参数。表中参数对应微显示器4位置在内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间。该参数从虚像位置出发，折叠过程中，由于器件的位置与形状不发生变化，所以只列出一次。

结合图19和20说明本实施方式，当折叠次数变大之后，由于内侧镜片2和凹面部分反射镜3之间的距离很小，因此可以合并为一个一体镜片14，微显示器4可以放置在一体镜片14左侧或右侧。光线在一体镜片内表面14-1和一体镜片外表面14-2之间来回反射设定次数如8次之后透过一体镜片内表面14-1进入人眼。

本实施方式中，为了实现显示图像清晰度的均匀性，一体镜片14和微显示器4分布在同心球面上，球心位置即为眼瞳位置1的中心。由于人眼有变焦调节作用，所以允许各部件位置一定程度的移动或者面型的变形，这种移动附加的作用是能够适配近视度数以及实现动态变焦。一般可通过设置音圈电极实现该变焦功能。

下表列出图19所示系统的光学设计参数。其中表中数据表达微显示器4位于一体镜片14左侧。该参数从虚像位置出发，折叠过程中，由于器件的位置与形状不发生变化，所以只列出一次。

为了提高多次折叠后能量利用率以及减小杂光，首先可以将一体镜片内表面14-1设置为可开关镜面(switchable mirror)，可开关镜面可以通过电子控制其透射还是反射。微显示器4发出脉冲光，在反射次数未达到设计次数时，开关反射镜能够将光反射，当反射次数达到所设计的次数时，开关反射镜变成透射态，将光透射进入人眼。可以实现高效率低杂光的效果。

本申请中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。