超短距目镜系统技术方案

一种超短距目镜系统，其包括一显示屏、一光学模块及多个透镜，光学模块包含在显示屏前依序设置的反射式偏振片、第一相位延迟片、部分穿透部分反射元件、第二相位延迟片及线偏振片，多个透镜包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，并分别设置在光学模块中至少一者的任一侧。本实用新型专利技术利用对于光线进行多次的相位延迟和反射，实现超短距的光学架构，同时，通过在此架构上搭配三透镜进行焦距调节，可在大视场达到良好的像差性能与影像质量。达到良好的像差性能与影像质量。达到良好的像差性能与影像质量。

【技术实现步骤摘要】
超短距目镜系统


[0001]本技术有关光学
，特别是指一种可应用于头戴显示器的超短距目镜系统。

技术介绍

[0002]头戴显示器(Head
‑
mounted display)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，将显示屏贴近用户的眼睛，通过光路调整焦距以在近距离中对眼睛投射画面，产生虚拟现实的效果，增加佩戴者的临场感。
[0003]图1所示为虚拟现实的头戴显示器的目镜系统示意图，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40，此透镜40为单一透镜或多个透镜的组合，用以将影像导入至用户的人眼24中。假设光程d为40mm，则头戴显示器的长度为光程d加上透镜的厚度、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，且对使用者的鼻梁、头顶、颈部都会造成负担而无法久戴。因此，目前技术人员致力于将头戴显示器中目镜系统的长度缩短，以使头戴显示器的厚度缩小，便于使用者佩戴。
[0004]此外，为了让头戴显示器所提供的虚拟图像能够重现视觉效果，目镜系统还必须提供高规格的影像质量，以满足消费者对于体验虚拟现实的视觉需求。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的在于提供一种超短距目镜系统，其在光学架构上采用三透镜设计，以达到良好的像差平衡，提高影像质量，同时也可保持目镜系统的超短距以及大视角。此目镜系统可应用于头戴显示器、游戏机等产品上设置的广角镜头或广角目镜，给用户更为完美的视觉体验。
[0006]本技术的另一目的在于提供一种超短距目镜系统，其在显示屏后、人眼之前依序设置反射式偏振片、第一相位延迟片、部分穿透部分反射元件、第二相位延迟片和线偏振片等光学元件，利用光线的多次相位延迟及反射而达到缩短目镜系统的整体长度，可用以将头戴显示器微型化。
[0007]为达上述目的，本技术提供一种超短距目镜系统，包括有一显示屏、一光学模块与多个透镜。其中，显示屏用以输出影像并发出光线。光学模块包括：一反射式偏振片，对应显示屏设置，使光线中垂直偏振光穿透、水平偏振光反射；一第一相位延迟片，对应反射式偏振片设置，接收穿透反射式偏振片的光线，并进行第一次相位延迟；一部分穿透部分反射元件，对应第一相位延迟片设置，使经第一次相位延迟的光线部分穿透于前述部分穿透部分反射元件，部分则反射回第一相位延迟片进行第二次相位延迟及第三次相位延迟；一第二相位延迟片，对应部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透的前述部分穿透部分反射元件且经过第二次相位延迟、第三次相位延迟的光线，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，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。多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，分别设
置于光学模块中至少一者的任一侧，将显示屏所输出的该影像导入至少一人眼中，且第三透镜为最靠近显示屏的透镜，第一透镜为最靠近人眼的透镜；同时，超短距目镜系统必须满足下列条件(1)和(2)：
[0008](1)及
[0009](2)
[0010]其中，f1为该第一透镜的有效焦距；
[0011]f2为该第二透镜的有效焦距；
[0012]f3为该第三透镜的有效焦距；
[0013]F为该超短距目镜系统的有效焦距；
[0014]R1为该第一透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；
[0015]R2为该第一透镜靠近该显示屏的一侧的曲率半径；
[0016]R3为该第二透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；
[0017]R4为该第二透镜靠近该显示屏的一侧的曲率半径；
[0018]R5为该第三透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；及
[0019]R6为该第三透镜靠近该显示屏的一侧的曲率半径。
[0020]根据本技术的实施例，前述透镜包括单片透镜或多片式透镜。其中，单片透镜为球面透镜、非球面透镜或菲涅尔透镜；多片式透镜是由球面透镜、非球面透镜和菲涅尔透镜中的至少一种所构成。
[0021]根据本技术的实施例，超短距目镜系统，更满足下列条件(3)～(6)中任一者：
[0022](3)
[0023](4)
[0024](5)及
[0025](6)
[0026]其中，f
s4
为该部分穿透部分反射元件反射面的焦距；
[0027]f
s5
为该反射式偏振片反射面的焦距；
[0028]TTL为该超短距目镜系统的总长；及
[0029]ω为该超短距目镜系统的半场视角。
[0030]根据本技术的实施例，反射式偏振片、第一相位延迟片、部分反射部分穿透元件、第二相位延迟片和线偏振片中至少一者为薄膜材料或光学镀膜，并以涂布、镀膜或黏合的方式设置于前述透镜中至少一者或至少一平板玻璃上。
[0031]据本技术的实施例，部分穿透部分反射元件所反射回第一相位延迟片的第一偏振光经过第一相位延迟片的第二次相位延迟后，通过第一相位延迟片到达反射式偏振片，并在反射式偏振片上完成反射，再反射回第一相位延迟片进行第三次相位延迟，形成第
二偏振光，第二偏振光穿过第一相位延迟片及部分穿透部分反射元件到达第二相位延迟片。
[0032]根据本技术的实施例，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，使到达人眼的光线共延迟1个波长的整数倍。
[0033]根据本技术的实施例，显示屏送出并进入反射式偏振片的光线为线偏振光；进一步地，线偏振光经过第一相位延迟片后转换成左圆偏振光或右圆偏振光。
[0034]根据本技术的实施例，显示屏送出并进入反射式偏振片的光线为圆偏振光，于显示屏与反射式偏振片之间更设有一第三相位延迟片或一圆偏振片，使圆偏振光经过第三相位延迟片或圆偏振片后转换为线偏振光。
[0035]根据本技术的实施例，显示屏送出并进入反射式偏振片的光线为非偏振光，于显示屏与反射式偏振片之间更设有另一线偏振片，使非偏振光经过此另一线偏振片后转换为线偏振光。
[0036]底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。
附图说明
[0037]图1为现有技术中头戴显示器的显示屏与人眼之间，光程的示意图。
[0038]图2为本技术超短距目镜系统的实施例的示意图。
[0039]图3A至图3C为本技术超短距目镜系统的步骤流程图。
[0040]图4A至图4E为本技术超短距目镜系统中三透镜的不同配置的示意图。
[0041]附图标记说明：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；2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短距目镜系统，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，接收来自该显示屏的该光线，并使该光线部分穿透、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该光线，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该光线，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相位延迟及第三次相位延迟；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第二次相位延迟、第三次相位延迟的该光线，并进行第四次相位延迟；以及一线偏振片，对应该第二相位延迟片设置，用以让只经过两次相位延迟的该光线不要通过并只让经过四次相位延迟的该光线通过；以及多个透镜，包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，分别设置于该光学模块中至少一者的任一侧，将该显示屏所输出的该影像导入至少一人眼中，且该第三透镜为最靠近该显示屏的透镜，该第一透镜为最靠近该人眼的透镜；该超短距目镜系统系满足下列条件(1)和(2)：(1)及(2)其中，f1为该第一透镜的有效焦距；f2为该第二透镜的有效焦距；f3为该第三透镜的有效焦距；F为该超短距目镜系统的有效焦距；R1为该第一透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；R2为该第一透镜靠近该显示屏的一侧的曲率半径；R3为该第二透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；R4为该第二透镜靠近该显示屏的一侧的曲率半径；R5为该第三透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；及R6为该第三透镜靠近该显示屏的一侧的曲率半径。2.如权利要求1所述的超短距目镜系统，其特征在于，该多个透镜包括单片透镜或多片式透镜。3.如权利要求2所述的超短距目镜系统，其特征在于，该单片透镜为球面透镜、非球面透镜或菲涅尔透镜。4.如权利要求2所述的超短距目镜系统，其特征在于，该多片式透镜是由球面透镜、非球面透镜和菲涅尔透镜中的至少一种所构成。
5.如权利要求1所述的超短距目镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪淩桂，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：