本发明专利技术涉及一种折反射式目镜光学系统及头戴显示装置，该系统包括从人眼观察侧到微型图像显示器之间沿光轴方向依次排列的光学偏振片、第一相位延迟片、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第二相位延迟片以及线性偏振片；第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组均包含一个或多个透镜；第一相位延迟片与第二相位延迟片之间设有唯一的半透半反光学面；半透半反光学面设置在第一透镜组、第二透镜组或第三透镜组的其中一个光学面上；第一透镜组与第三透镜组为正光焦度透镜组；第二透镜组为负光焦度透镜组；该系统实现了大视场角、低畸变、低色差、低场曲、低像散等光学指标，体积紧凑，重量轻，便于头戴。便于头戴。便于头戴。
【技术实现步骤摘要】
一种折反射式目镜光学系统及头戴显示装置
[0001]本专利技术涉及光学
，更具体地说，涉及一种折反射式目镜光学系统及头戴显示装置。
技术介绍
[0002]随着头戴显示技术的不断更新进步，在军事、工业、医疗、教育、消费等领域不断涌现应用，头戴显示产品在保证大视场、高质量的成像效果的同时，也对头戴显示产品的薄型化，轻型化也提出了更高的要求。
[0003]专利文献1(中国专利公开号CN108957732A)、专利文献2(中国专利公开号CN109313340A)、专利文献3(中国专利公开号CN207946592U)、专利文献4(美国专利公开号US10133074)均是采用折反式光学系统形态。其中，专利文献1的透镜组采用的是正负结构，专利文献2的透镜组采用的是负正结构，专利文献3与专利文献4采用的是单片正透镜和双片正透镜结构，实现了小体积、重量轻，但存在成像质量差、畸变大等缺点。
[0004]专利文献5(中国专利公开号CN105278109A)虽然采用了正、负、正透镜组组合的光学系统，实现了大视场角、高像质、低畸变，但体积较大，重量重。
[0005]头戴显示装置向着体积紧凑，重量轻，便于头戴，减轻负载等方向发展。同时，大视场角和视觉舒适体验也逐渐成为衡量头戴显示装置优劣的关键因素，大视场角决定了高临场感的视觉体验效果，高像质、低畸变决定了视觉体验的舒适度。满足这些要求，需要目镜光学系统尽可能地实现大视场角、高图像分辨力、低畸变、小场曲、小体积等指标，同时满足上述光学性能对系统的设计和像差优化是很大挑战。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种折反射式目镜光学系统及头戴显示装置，实现大视场角、高图像分辨力、低畸变、小场曲、小体积等指标。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种折反射式目镜光学系统，包括从人眼观察侧到微型图像显示器之间沿光轴方向依次排列的光学偏振片、第一相位延迟片、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第二相位延迟片以及线性偏振片；所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组均包含一个或多个透镜；所述第一相位延迟片与所述第二相位延迟片之间设有唯一的半透半反光学面；所述半透半反光学面设置在所述第一透镜组、所述第二透镜组或所述第三透镜组的其中一个光学面上；
[0008]所述第一透镜组与所述第三透镜组为正光焦度透镜组；所述第二透镜组为负光焦度透镜组；所述目镜光学系统的光焦度设为F；所述第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组的光焦度分别设为f1、f2和f3，且f1、f2和f3之间满足下列关系式(1)：
[0009]f1+f2+f3≤F
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(1)。
[0010]进一步地，所述目镜光学系统的光焦度为F；所述第二透镜组的光焦度为f2，则F与
f2满足下列关系式(2)：
[0011]0.0396≤|f2/F|≤2.78
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(2)。
[0012]进一步地，所述目镜光学系统的光焦度为F；所述第一透镜组的光焦度为f1；所述第二透镜组的光焦度为f2，则F、f1与f2满足下列关系式(3)：
[0013]‑
2.23≤(f1+f2)/F≤0.30
ꢀꢀꢀ
(3)。
[0014]进一步地，所述第二透镜组以及所述第三透镜组之间的组合光焦度设为f
23
；所述目镜光学系统的光焦度设为F，则f
23
与F满足下列关系式(4)：
[0015]0.30≤|f
23
/F|≤0.703
ꢀꢀꢀ
(4)。
[0016]进一步地，所述第一透镜组至少包括靠近人眼侧的第一透镜；所述第二透镜组至少包括与所述第一透镜相邻的第二透镜；所述第三透镜组至少包括与所述第二透镜相邻的第三透镜；在所述半透半反光学面位于所述第一透镜、所述第二透镜或所述第三透镜中的其中一个光学面时，所述第一透镜、所述第二透镜或所述第三透镜的焦距为f
’
，所述半透半反光学面的曲率为R0，则f
’
与R0满足下列关系式(5)：
[0017]‑
0.7433≤R0/f
’
≤9.91(5)。
[0018]进一步地，所述第二透镜组以及所述第三透镜组之间的组合光焦度设为f
23
；所述目镜光学系统的光焦度设为F，则f
23
与F进一步满足下列关系式(6)：
[0019]0.30≤|f
23
/F|≤0.703
ꢀꢀꢀ
(6)。
[0020]进一步地，所述第一透镜靠近人眼侧的光学面为平面；所述第一透镜远离人眼侧的光学面凸向微型图像显示器方向；
[0021]所述第二透镜靠近人眼侧的光学面凹向人眼方向；所述第二透镜远离人眼侧的光学面凸向微型图像显示器方向；
[0022]所述第三透镜靠近人眼侧的光学面凹向人眼方向；所述第三透镜远离人眼侧的光学面为凸向微型图像显示器的光学面或平面。
[0023]进一步地，所述第一透镜靠近人眼侧的光学面为平面；所述第一透镜远离人眼侧的光学面凸向微型图像显示器方向；
[0024]所述第二透镜为双凹透镜；所述第三透镜为双凸透镜。
[0025]进一步地，所述第一透镜靠近人眼侧的光学面为平面；所述第一透镜远离人眼侧的光学面凸向微型图像显示器方向；
[0026]所述第二透镜为双凹透镜；
[0027]所述第三透镜靠近人眼侧的光学面凸向人眼方向；所述第三透镜远离人眼侧的光学面为凹向微型图像显示器的光学面或平面。
[0028]进一步地，所述第三透镜组还包括第四透镜；所述第四透镜位于所述第二相位延迟片与所述第三透镜之间；所述第四透镜靠近人眼侧的光学面为平面或者凹向人眼的光学面；所述第四透镜远离人眼侧的光学面凸向微型图像显示器方向。
[0029]进一步地，所述半透半反光学面凸向微型图像显示器方向。
[0030]进一步地，所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组中各透镜的材质为玻璃材质或塑胶材质。
[0031]进一步地，所述透镜还包括普通光学面；所述普通光学面为平面面型、球面面型或非球面面型。
[0032]本专利技术还提供一种头戴显示装置，包括两个分别与人左右眼位置对应的微型图像显示器，包含如前述中任一项所述目镜光学系统；。
[0033]进一步地，所述微型图像显示器为有机电致发光器件或透射式液晶显示器。
[0034]本专利技术的有益效果在于：利用光的偏振性，实现对光路进行折反射，缩短光学系统的总长，配合“正、负、正”组合的透镜组，光学系统能够降低各光学部件的感度，易于部件的加工及组装，特别是同时实现了大视场角、低畸变、低色差、低场曲、低像散等光学指标，观察者可以通过该目镜光学系统，观看到全画幅高清、无失真、像质均匀的大幅画面，达到高临场感的视觉体验，头戴本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种折反射式目镜光学系统，其特征在于：包括从人眼观察侧到微型图像显示器之间沿光轴方向依次排列的光学偏振片、第一相位延迟片、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第二相位延迟片以及线性偏振片；所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组均包含一个或多个透镜；所述第一相位延迟片与所述第二相位延迟片之间设有唯一的半透半反光学面；所述半透半反光学面设置在所述第一透镜组、所述第二透镜组或所述第三透镜组的其中一个光学面上；所述第一透镜组与所述第三透镜组为正光焦度透镜组；所述第二透镜组为负光焦度透镜组；所述目镜光学系统的光焦度设为F；所述第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组的光焦度分别设为f1、f2和f3，且f1、f2和f3之间满足下列关系式(1)：f1+f2+f3≤F
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(1)。2.根据权利要求1所述的折反射式目镜光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统的光焦度为F；所述第二透镜组的光焦度为f2，则F与f2满足下列关系式(2)：0.0396≤
│
f2/F
│
≤2.78
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(2)。3.根据权利要求1所述的折反射式目镜光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统的光焦度为F；所述第一透镜组的光焦度为f1；所述第二透镜组的光焦度为f2，则F、f1与f2满足下列关系式(3)：
‑
2.23≤(f1+f2)/F≤0.30
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(3)。4.根据权利要求1所述的折反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜组以及所述第三透镜组之间的组合光焦度设为f
23
；所述目镜光学系统的光焦度设为F，则f
23
与F满足下列关系式(4)：0.30≤
│
f
23
/F
│
≤0.703
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(4)。5.根据权利要求1所述的折反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜组至少包括靠近人眼侧的第一透镜；所述第二透镜组至少包括与所述第一透镜相邻的第二透镜；所述第三透镜组至少包括与所述第二透镜相邻的第三透镜；在所述半透半反光学面位于所述第一透镜、所述第二透镜或所述第三透镜中的其中一个光学面时，所述第一透镜、所述第二透镜或所述第三透镜的焦距为f
’
，所述半透半反光学面的曲率为R0，则f
’
与R0满足下列关系式(5)：
‑
0.7433≤R0/f
’
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭健飞，曹鸿鹏，彭华军，
申请(专利权)人：深圳纳德光学有限公司，
类型：发明
国别省市：
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