短距离的光学系统技术方案

本创作提供一种短距离的光学系统，其依序包括一显示屏、包含一反射式偏振片、一第一相位延迟片、一部分穿透部分反射元件及至少一光学元件的光学模块及至少两个透镜组，此至少两个透镜组分别放置在光学模块中的所述等元件的任一侧。显示屏输出影像并发出光线后，经反射式偏振片使光线部分穿透、部分反射，穿透的光线经第一相位延迟片进行第一次相位延迟后，通过部分穿透部分反射元件部分穿透，部分则反射回第一相位延迟片及反射式偏振片进行第二次及第三次相位延迟，接着，经过第三次相位延迟的光线通过光学元件进行第四次相位延迟，再经由透镜组将影像导入至少一人眼中。

Short distance optical system

【技术实现步骤摘要】
短距离的光学系统
本创作有关一种光学系统，特别是指一种可应用于头戴显示器之短距离的光学系统。
技术介绍
头戴显示器(Head-mounteddisplay)是用于显示图像及色彩的设备，通常是用眼罩或头盔的形式，将显示屏贴近使用者的眼睛，通过光路调整焦距以在近距离中对眼睛投射画面，产生虚拟实境的效果，增加配戴者的临场感。图1所示为虚拟实境的头戴显示器的光学系统示意图，显示屏10投射出影像，经过一段光程为d的光路后入射至透镜组22，此透镜组22为单一透镜或多个透镜的组合，用以将影像导入至使用者的人眼24中，假设光程d为40mm，而头戴显示器的长度为光程d加上透镜组的厚度、适眼距、外壳等，其总和对于戴在头上的眼罩和头盔而言略显笨重，对使用者的鼻梁、头顶、颈部都会造成负担无法久戴，故而目前技术致力于将头戴显示器中光学系统的长度缩短，以使头戴显示器的厚度缩小，便于使用者配戴使用。因此，本创作即提出一种短距离的光学系统，除了可将光学系统的距离缩短之外，更可扩大视场，有效解决上述该等问题，具体架构及其实施方式容后详述。
技术实现思路
本创作之主要目的在提供一种短距离的光学系统，其在显示屏和透镜组之间设置反射式偏振片、相位延迟片、部分穿透部分反射元件等光学元件，利用光线的相位延迟及多次反射达到近似或相同长度的光程，藉以缩短显示屏和透镜组之间的距离，最终可用以将头戴显示器微型化。本创作之另一目的在提供一种短距离的光学系统，其将所有光学元件设在同轴上，依据显示屏的偏振情况进行调整，以在缩短显示屏和透镜组之间的距离的前提下增加光学系统配置的变化性与灵活性。本创作之再一目的在提供一种短距离的光学系统，其可应用于头戴显示器、游戏机等产品上之广角镜头或广角目镜，利用二透镜组进行焦距调节，短距离、视场大，可达到良好的像差校正。为达上述目的，本创作提供一种短距离的光学系统，包括：一显示屏，输出影像并发出光线；一光学模块，包括：一反射式偏振片，对应该显示屏设置，使该光线部分穿透、部分反射；一第一相位延迟片，对应该反射式偏振片设置，接收部分穿透该反射式偏振片的所述光线，并进行第一次相位延迟；一部分穿透部分反射元件，对应该第一相位延迟片设置，使经第一次相位延迟的所述光线部分穿透该部分穿透部分反射元件，部分则反射回该第一相位延迟片进行第二次及第三次相位延迟；至少一光学元件，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的所述光线，并进行第四次相位延迟，并让只经过两次相位延迟的光线不要通过而只让经过四次相位延迟的光线通过；以及至少两个透镜组，分别设置于该光学模块中至少一者的任一侧，以调节焦距并将影像导入至少一人眼中。根据本创作之实施例，该光学元件包括：一第二相位延迟片，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的所述光线，并进行第四次相位延迟；以及一线偏振片，对应第二相位延迟片设置，线偏振片用以让只经过两次相位延迟的光线不要通过并只让经过四次相位延迟的光线通过。根据本创作之另一实施例，该光学元件为一圆偏振片。根据本创作之实施例，该部分穿透部分反射元件所反射回该第一相位延迟片的光线经过该第一相位延迟片的第二次相位延迟后，通过该第一相位延迟片到达该反射式偏振片，并在该反射式偏振片上完成全反射，让该光线再反射回该第一相位延迟片并进行第三次相位延迟，接着光线穿过该第一相位延迟片及该部分穿透部分反射元件到达该第二相位延迟片。根据本创作之实施例，该第一、第二、第三、第四次相位延迟皆增加1/4波长的奇数倍的相位延迟，使到达该透镜组的光线共延迟1个波长的整数倍。根据本创作之实施例，该显示屏送出并进入该反射式偏振片的所述光线为线偏振光。该线偏振光经过该第一相位延迟片后转换为左圆偏振光或右圆偏振光。根据本创作之实施例，该第二相位延迟片及该人眼之间更包括一线偏振片，用以让只经过两次相位延迟的光线不要通过并只让经过四次相位延迟的光线通过。根据本创作之实施例，该人眼及至该透镜组之间可放置至少一平板玻璃，该透镜组至该显示屏之间亦可放置至少一平板玻璃，并于该平板玻璃上设置对应的该光学模块中的至少一者，其材质可为薄膜材料或为光学镀膜等以涂布、镀膜或粘合等的形式置于该平板玻璃上。附图说明图1为现有技术中头戴显示器的显示屏与人眼之间光程之示意图。图2为本创作短距离的光学系统之一实施例之示意图。图3A至图3C为本创作短距离的光学系统之步骤流程图。图4A至图4E为本创作短距离的光学系统中二透镜组之不同配置之示意图。附图标记列表：10-显示屏；12-反射式偏振片；14-第一相位延迟片；16-部分穿透部分反射元件；18-第二相位延迟片；20-线偏振片；22-透镜组；24-人眼；26-平板玻璃；30-第一透镜组；32-第二透镜组。具体实施方式本创作提供一种短距离的光学系统，其应用于头戴显示器，特别是头戴显示器的虚拟实境系统，由于是戴在使用者的头上，若体积太大、太长则难以固定在使用者的头部而会受重力影响下坠，更会对使用者的头部和颈部造成负担，因此头戴显示器的大小愈小愈好，特别是长度必须缩短，而本创作之目的即在于利用多片透镜将光线进行多次反射，在相同长度的光程下使整体光学系统缩短，以达到将头戴显示器微型化之目的。请参考图2，其为本创作短距离的光学系统之一实施例之示意图，包括在一显示屏10和至少人眼24之间依序包括一反射式偏振片12、一第一相位延迟片14、一部分穿透部分反射元件16、一第二相位延迟片18、一线偏振片20及二透镜组22，其中，显示屏10输出影像并发出光线，此光线为偏振光或非偏振光，在此实施例中，偏振光为线偏振光，进一步而言，此实施例中之线偏振光的偏振方向与光路垂直；反射式偏振片12对应显示屏10设置，接收显示屏10所发出的偏振光，并将该偏振光部分穿透、部分反射，特别是本创作所采用之反射式偏振片12包含与光路垂直和平行两种偏振方向，垂直为穿透轴，水平为反射轴；第一相位延迟片14对应反射式偏振片12设置，用以接收从反射式偏振片12部分穿透的偏振光，并进行第一次相位延迟；部分穿透部分反射元件16对应该第一相位延迟片14设置，接收通过第一相位延迟片14的光线并将通过的光线部分反射、部分穿透；第二相位延迟片18对应部分穿透部分反射元件16设置，接收部分穿透部分反射元件16的光线，并进行相位延迟；线偏振片20对应第二相位延迟片18设置，线偏振片20用以让只经过两次相位延迟的偏振光不要通过并只让经过四次相位延迟的偏振光通过，通过透镜组22将影像导入人眼24中。特别的是，本创作中第一相位延迟片14之快慢轴与反射式偏振片12之穿透轴夹45度角，可增加1/4波长的相位延迟。此外，本创作中的至至少两个透镜组，别设置于该光学模块中至少两个元件的任一侧，以图2之实施例为例，二透镜组22分别设在第一相位延迟片14的两侧。每一透镜组皆可为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短距离的光学系统，其特征在于，包括：/n一显示屏，输出影像并发出光线；/n一光学模块，包括：/n一反射式偏振片，对应该显示屏设置，使该光线部分穿透、部分反射；/n一第一相位延迟片，对应该反射式偏振片设置，接收部分穿透该反射式偏振片的所述光线，并进行第一次相位延迟；/n一部分穿透部分反射元件，对应该第一相位延迟片设置，使经该第一次相位延迟的所述光线部分穿透该部分穿透部分反射元件，部分则反射回该第一相位延迟片进行第二次及第三次相位延迟；/n至少一光学元件，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的所述光线，并进行第四次相位延迟，并让只经过两次相位延迟的光线不要通过而只让经过四次相位延迟的光线通过；以及/n至少两个透镜组，分别设置于该光学模块中至少一者的任一侧，以调节焦距并将影像导入至少一人眼中。/n

【技术特征摘要】
1.一种短距离的光学系统，其特征在于，包括：
一显示屏，输出影像并发出光线；
一光学模块，包括：
一反射式偏振片，对应该显示屏设置，使该光线部分穿透、部分反射；
一第一相位延迟片，对应该反射式偏振片设置，接收部分穿透该反射式偏振片的所述光线，并进行第一次相位延迟；
一部分穿透部分反射元件，对应该第一相位延迟片设置，使经该第一次相位延迟的所述光线部分穿透该部分穿透部分反射元件，部分则反射回该第一相位延迟片进行第二次及第三次相位延迟；
至少一光学元件，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的所述光线，并进行第四次相位延迟，并让只经过两次相位延迟的光线不要通过而只让经过四次相位延迟的光线通过；以及
至少两个透镜组，分别设置于该光学模块中至少一者的任一侧，以调节焦距并将影像导入至少一人眼中。


2.根据权利要求1所述的短距离的光学系统，其特征在于，该人眼及至该透镜组之间可放置至少一平板玻璃，该透镜组至该显示屏之间亦可放置至少一平板玻璃，并于该平板玻璃上设置对应的该光学模块中的至少一者，其材质可为薄膜材料或为光学镀膜，以涂布、镀膜或粘合的形式置于该平板玻璃上。


3.根据权利要求1所述的短距离的光学系统，其特征在于，该光学元件包括：
一第二相位延迟片，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的所述光线，并进行第四次相位延迟；以及
一线偏振片，对应第二相位延迟片设置，线偏振片用以让只经过两次相位延迟的光线不要通过并只让经过四次相位延迟的光线通过。


4.根据权利要求1所述的短距离的光学系统，其特征在于，该光学元件为一圆偏振片。


5.根据权利要求3所述的短距离的光学系统，其特征在于，该部分穿透部分反射元件所反射回该第一相位延迟片的光线经过该第一相位延迟片的第二次相位延迟后，通过该第一相位延迟片到达该反射式偏振片，并在该反射式偏振片上完成反射，让该光线再反射回该第一相位延迟片并进行第三次相位延迟，接着光线穿过该第一相位延迟片及该部分穿透部分反射元件到达该第二相位延迟片。


6.根据权利要求1所述的短距离的光学系统，其特征在于，该第一、第二、第三、第四次相位延迟皆增加1/4波长的奇数倍的相位延...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪凌桂，施富斌，游鸿文，
申请(专利权)人：双莹科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：中国台湾;71