光学系统及光学设备技术方案

本发明专利技术提供了一种光学系统及光学设备，通过将微显示器侧置，图像光耦入第一器件后利用光在第一器件中的侧向传播来压缩垂直于人眼部分光路的距离，大大缩短器件厚度。在此基础上，还可以将系统设计成图像光线多次进出第一器件，从而更进一步压缩器件厚度。同时利用全反射取代PANCAKE和Birdbath方案中的半透半反面，实现光效的极大提高。此外，由于微显示器侧置，并不在人眼观察环境光的光路上，因而可以实现透视系统，其光学透视方式对于外部环境的观察效果也将远高于现有VR系统的Video See Through方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学，具体地，涉及一种光学系统及光学设备。

技术介绍

1、在一些光学应用中，对于光学系统的体积有着苛刻的要求。比如可穿戴的ar/vr设备。早期vr设备采用自由曲面透镜或菲涅尔透镜方案，为了达到90°以上的视场角，其光路长度一般都在50mm以上，导致系统体积大，笨重且佩戴不适。最新的pancake光学方案中，通过改变偏振的方法使光线在镜片间进行一次折返可以在保证较大视场角的前提下使得光路长度缩短至15～25mm，从而大大减小光学系统体积，提高佩戴舒适性。

2、然而，pancake方案由于图像光线两次通过半透半反面，理论最高光效只有25％，存在着光效过低，以及图像容易产生鬼影等一系列问题。此外，无论是自由曲面或菲涅尔透镜，其光路设置都是成像器件在光路的正中，外部环境光无法透过，都是非透视设计，因而现有vr系统为了观看外部环境都采用摄像头拍摄环境图像，再通过图像处理后将外部环境图像合成到显示系统中，这种video see through(vst)对于外部环境的显示效果要远远差于光学直接透视类的系统，且会对系统功耗，系统成本带来很大的负担本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种光学系统，其特征在于，包括：第一器件和第二器件；

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一器件还包含第一子器件和第二子器件，所述第一子器件包含一个与第一表面不平行的第一子表面，光线在所述第一表面和第一子表面间经历至少一次全反射后与第一子表面的法线的夹角改变，并从第一子表面出射，所述第二子器件包含第二子表面及第一反射面或者第二子表面即是第一反射面，所述从第一子表面出射的光线从第二子表面进入第二子器件后被第一反射面反射或者直接被第一反射面反射。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第二子表面和所述第一子表面面型相同或互补。

<...

【技术特征摘要】

1.一种光学系统，其特征在于，包括：第一器件和第二器件；

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一器件还包含第一子器件和第二子器件，所述第一子器件包含一个与第一表面不平行的第一子表面，光线在所述第一表面和第一子表面间经历至少一次全反射后与第一子表面的法线的夹角改变，并从第一子表面出射，所述第二子器件包含第二子表面及第一反射面或者第二子表面即是第一反射面，所述从第一子表面出射的光线从第二子表面进入第二子器件后被第一反射面反射或者直接被第一反射面反射。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第二子表面和所述第一子表面面型相同或互补。

4.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第二子表面和所述第一子表面间存在间隙，或者所述第二子表面和所述第一子表面间填充有不同折射率的介质。

5.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一子表面和/或第二子表面上制备有以下一种或任多种薄膜：增透膜、增反膜、波片、硬化膜、偏振反射膜、基于波长的反射膜、不同区域折射率不同的薄膜、不同区域折射率变化的薄膜、角度选择性的反射膜或增透膜。

6.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一子器件和第二子器件折射率相同或相近。

7.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一子器件为三角形或楔形波导。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述图像光线耦合出所述第一器件时，光路的主光轴与所述第一表面的垂轴的夹角小于±40°。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二器件与所述第一器件之间存在间隙。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一反射面通过改变图像光线的角度，使图像光线从第一器件出射。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一反射面包括偏振反射面或制备有预设反射率薄膜的面。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一反射面包括平面或曲面。

13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一表面包括平面或曲面。

14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一表面上制备有以下任一种或任多种薄膜：增透膜、增反膜、波片、硬化膜、偏振反射膜、基于波长的反射膜、不同区域折射率不同的薄膜、不同区域折射率变化的薄膜、角度选择性的反射膜或增透膜。

15.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一器件还包含第二表面，所述第二表面与所述第一表面平行或成预设角度，所述图像光线在第一表面和/或第二表面上至少经历一次全反射后被所述第一反射面反射并耦合出第一器件。

16.根据权利要求15所述的光学系统，其特征在于，所述第二表面上制备有以下任一种或任多种薄膜：增透膜、增反膜、波片、硬化膜、偏振反射膜、基于波长的反射膜、不同区域折射率不同的薄膜、不同区域折射率变化的薄膜、角度选择性的反射膜或增透膜。

17.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二器件包括以下任一或任多个器件：透镜、超透镜/超反射镜、可变透镜/可变反射镜、液体透镜/液体反射镜、液晶透镜/液晶反射镜、透射或反射式的空间光调制器、平面或曲面反射镜、微透镜或微反射镜阵列、具有一定反射率的反射膜或偏振反射膜、波片、菲涅尔镜、光栅、棱镜、机械马达、音圈电机、可改变器件位置的电子及机械结构。

18.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括第三器件，所述第三器件包括以下任一或任多个器件：透镜、超透镜/超反射镜、可变透镜/可变反射镜、液体透镜/液体反射镜、液晶透镜/液晶反射镜、透射或反射的空间光调制器、平面或曲面反射镜、微透镜或微反射镜阵列、具有一定反射率的反射膜或偏振反射膜、波片、菲涅尔镜、光栅、棱镜、机械马达、音圈电机、可改变器件位置的电子及机械结构。

19.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一器件还包括第二表面，所述图像光线再...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈顺毅，
申请(专利权)人：上海慧希电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：