光学系统和头戴显示设备技术方案

本发明专利技术公开了一种光学系统和头戴显示设备。其中，光学系统包括：第一透镜具有相对设置的第一表面和第二表面，第一透镜还包括光线耦入端面光线耦入端面连接于第一表面和第二表面；偏振反射器设于第一透镜远离光线耦入端面的一侧；分光透镜设于第一透镜的第一表面的一侧；校正透镜设于第一透镜远离光线耦入端面的一侧，校正透镜用于校正像差，偏振反射器设于第一透镜和校正透镜之间；解析透镜设于第一透镜的光线耦入端面的一侧，解析透镜背离第一透镜的一侧为入光面，解析透镜的入光面为自由曲面或非球面。本发明专利技术的技术方案能够提高对光线的解析力，从而提高成像画面的边缘清晰度。从而提高成像画面的边缘清晰度。从而提高成像画面的边缘清晰度。

【技术实现步骤摘要】
光学系统和头戴显示设备


[0001]本专利技术涉及光学显示
，尤其涉及一种光学系统和头戴显示设备。

技术介绍

[0002]在头戴显示设备(Head Mount Display)能够为用户提供身临其境的虚拟画面体验。头戴显示设备中设置有显示单元，显示单元的尺寸较小，为此需要将显示单元发射的光线进行解析放大处理。但是为了减少头戴显示设备的体积，通常采用波导片的方式完成光线的传递，由于波导片本身的厚度较薄，对光线的解析力不足，尤其是在图像的边缘位置，难以充分完成光线的解析处理，容易导致成像画面的边缘模糊。

技术实现思路

[0003]基于此，针对目前的头戴显示设备中对光线的解析力不足，难以充分完成光线的解析处理，容易导致成像画面边缘模糊的问题，有必要提供一种光学系统和头戴显示设备，旨在能够提高对光线的解析力，提高成像画面的边缘清晰度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提出一种光学系统，所述光学系统包括：
[0005]第一透镜，所述第一透镜具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一透镜还包括光线耦入端面，所述光线耦入端面连接于所述第一表面和所述第二表面；
[0006]偏振反射器，所述偏振反射器设于所述第一透镜远离所述光线耦入端面的一侧，光线由所述光线耦入端面入射所述第一透镜内，光线至少经过所述第一表面和所述第二表面其中之一反射至所述偏振反射器；
[0007]分光透镜，所述分光透镜设于所述第一透镜的第一表面的一侧；
[0008]校正透镜，所述校正透镜设于所述第一透镜远离所述光线耦入端面的一侧，所述校正透镜用于校正像差，所述偏振反射器设于所述第一透镜和所述校正透镜之间；以及
[0009]解析透镜，所述解析透镜设于所述第一透镜的光线耦入端面的一侧，所述解析透镜背离所述第一透镜的一侧为入光面，所述解析透镜的入光面为自由曲面或非球面。
[0010]可选地，所述解析透镜凸设于所述第一透镜的光线耦入端面。
[0011]可选地，所述解析透镜和所述第一透镜的材质相同，所述解析透镜与所述第一透镜一体成型。
[0012]可选地，所述光学系统包括第二透镜，所述第二透镜为补偿透镜，所述第二透镜设于所述分光透镜和所述第一透镜之间，所述第二透镜用于补偿所述分光透镜的光焦度。
[0013]可选地，所述分光透镜的外边缘与所述第二透镜的外边缘对齐。
[0014]可选地，所述校正透镜具有相对设置的第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第一表面对接，所述第四表面和所述第二表面对接，所述第一表面和所述第二表面相互之间平行，所述第三表面和所述第四表面相互之间平行。
[0015]可选地，所述第一透镜的第一表面具有与所述光线耦入端面连接的第一端点，所述校正透镜的第三表面具有远离所述第一端点的第三端点，所述分光透镜的外边缘的一端
对齐所述第一端点，所述分光透镜的外边缘的另一端对齐所述第三端点。
[0016]可选地，所述光学系统包括第一遮盖部和第二遮盖部，所述第一遮盖部设于所述第一透镜或所述校正透镜，所述第二遮盖部设于所述第一透镜或所述校正透镜，所述第一遮盖部延伸并覆盖所述第一表面和所述第三表面的对接位置，所述第二遮盖部延伸并覆盖所述第二表面和所述第四表面的对接位置。
[0017]可选地，所述光学系统还包括位相延迟器，所述位相延迟器设于所述分光透镜和所述第一透镜之间。
[0018]此外，为了解决上述问题，本专利技术还提供一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括显示器和如上文所述光学系统，所述显示器设于所述第一透镜的光线耦入端面。
[0019]本专利技术提出的技术方案中，光线在光线耦入端面入射至第一透镜内，光线射向第二表面，光线在第二表面满足光的全反射条件，射向第一表面。光线在第一表面也满足光的全反射条件，光线经第一表面后射向偏振反射器。此时，光线的偏振方向与偏振反射器的透过方向不同，光线被反射向第一表面。此时，光线在第一表面的入射角不满足全反射临界角，光线透射出第一表面。经过第一表面后，光线射向分光透镜。在分光透镜的分光作用下，光线至少部分被反射向第一表面。光线经过第一表面后，再次射向偏振反射器。此时，光线的偏振方向与偏振反射器的透过方向相同，光线透射偏振反射器进入人眼。其中，在第一透镜的光线耦入端面的一侧设置解析透镜。通过将解析透镜的入光面设置为自由曲面，或者将解析透镜的入光面设置为非球面。自由曲面以及非球面的中间位置和边缘位置的曲率不同，光线经过解析透镜的入光面时，中间位置光线的光程和边缘位置光线的光程也不同，通过调整边缘位置光线的光程使边缘位置的成像画面更加清晰。由此可知，本方案中，通过解析透镜够提高了对光线的解析力，提高成像画面的边缘清晰度。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术光学系统一实施例的结构示意图；
[0022]图2为图1中光学系统的分解结构示意图；
[0023]图3为相关技术中拼接缝隙位置的结构示意图；
[0024]图4为本专利技术中第一透镜和校正透镜对接结构示意图；
[0025]图5为本专利技术中第一遮盖部和第二遮盖部的第一实施例的结构示意图；
[0026]图6为本专利技术中第一遮盖部和第二遮盖部的第二实施例的结构示意图；
[0027]图7为本专利技术中第一遮盖部和第二遮盖部的第三实施例的结构示意图；
[0028]图8为本专利技术中第一遮盖部和第二遮盖部的第四实施例的结构示意图。
[0029]附图标号说明：
[0030]10第一透镜320第四表面110第一表面321第四端点111第一端点330第二胶合端面
120第二表面40解析透镜121第二端点410解析透镜的入光面130光线耦入端面50第二透镜140第一胶合端面60遮盖部20分光透镜610第一遮盖部30校正透镜620第二遮盖部310第三表面70显示器311第三端点710光线
[0031]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]另外，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：第一透镜，所述第一透镜具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一透镜还包括光线耦入端面，所述光线耦入端面连接于所述第一表面和所述第二表面；偏振反射器，所述偏振反射器设于所述第一透镜远离所述光线耦入端面的一侧，光线由所述光线耦入端面入射所述第一透镜内，光线至少经过所述第一表面和所述第二表面其中之一反射至所述偏振反射器；分光透镜，所述分光透镜设于所述第一透镜的第一表面的一侧；校正透镜，所述校正透镜设于所述第一透镜远离所述光线耦入端面的一侧，所述校正透镜用于校正像差，所述偏振反射器设于所述第一透镜和所述校正透镜之间；以及解析透镜，所述解析透镜设于所述第一透镜的光线耦入端面的一侧，所述解析透镜背离所述第一透镜的一侧为入光面，所述解析透镜的入光面为自由曲面或非球面。2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述解析透镜凸设于所述第一透镜的光线耦入端面。3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述解析透镜和所述第一透镜的材质相同，所述解析透镜与所述第一透镜一体成型。4.如权利要求1至3中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括第二透镜，所述第二透镜为补偿透镜，所述第二透镜设于所述分光透镜和所述第一透镜之间，所述第二透镜用于补偿所述分光透镜的光焦度。5.如权利要求4所述的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘风磊，杨春，赵博刚，胡守岩，
申请(专利权)人：歌尔光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：