[發明專利]虛擬現實設備的光學系統

有效

• 申請號: 201710036019.5
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN107065181B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 謝斌
• 申請（專利權）人: 上海樂蝸信息科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 31243 上海百一領御專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 甘章乖

本發明的目的是提供一種虛擬現實設備的光學系統，本發明通過將透明顯示屏設置在反射鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側分別設置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設置為透明，能使虛擬的內容經反射后成虛像被人眼所看到，顯示屏于正面發出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于發出的線性偏振光依次經過1/8或1/4波片透射、反射鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進入人眼，從而擴大了視場角度，包括擴大垂直和水平方向視場角，另外，本發明的光學系統的色差小，能量利用率更高。

技術領域

本發明涉及計算機領域，尤其涉及一種虛擬現實設備的光學系統。

背景技術

目前市場上的虛擬現實(VR)設備多采用折射式、反射式或折反射式光學設計,鏡片的幾何位置均在放在人眼和顯示屏之間，人眼和顯示屏在鏡片的兩側，且顯示屏不透明。

對于以上折射式光學系統，因為光線通過鏡片，同一鏡片對不同波長光線有不同的折射率，會導致色差，對于VR設備，目前有兩種方案：第一種增加鏡片數量，通過光學的方式來矯正色差，這樣會使得光學系統復雜，第二種通過軟件進行反色差矯正，這種矯正能力有限，且矯正復雜。

對于以上反射式光學系統，因為局限于顯示屏和人臉的限制，只能采用離軸或者傾斜反射鏡設計，同時為了更好的平衡像差，多采用自由曲面反射鏡設計，且垂直方向視場角做不大，目前市場上的VR設備的垂直視場角均小于60度，與人眼市場角相比還差很多，很難滿足目前市場沉浸感的需求，目前反射式大面積自由曲面反射鏡加工復雜難度大，且成本較高。

對于以上折反射式光學系統，因為光學系統采用了了偏振片和具有半反半透鍍膜的透鏡，半反半透表面只能利用一半的能量，同樣因為波片針對不同的入射角度相位延遲也會有很大的差異，會造成不同角度下偏振態轉換不完全，如此偏振片透過和反射能量不完全，能量利用率低，如要達到目前折射式虛擬現實設備同樣的亮度，顯示屏需要更高的發光度，這樣會造成整機功耗大。同時因為半反半透的透鏡表面，整個虛擬現實設備會有雜散光。另外因為用了折射式光學鏡片，同一材料對于不同波長有色差，需要光學或者軟件矯正色差。還有因為光學元件較多且組裝要求較高，總體成本較高。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種虛擬現實設備的光學系統，能夠解決現有的虛擬現實設備結構復雜、存在色差、視場角太小、能量利用率低和存在雜散光的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種虛擬現實設備的光學系統，該虛擬現實設備的光學系統包括光學單元，每個光學單元包括從人眼側開始依次包括吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡，其中，

所述吸收式偏振器件、顯示屏、1/8波片、1/4波片均為光學透明元件，所述顯示屏發出的光線為線性偏振光。

進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述人眼、吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡的光軸都在同一條直線上。

進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交。

進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述吸收式偏振器件側發出的第一線性偏振光被所述吸收式偏振器件吸收。

進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/8波片側發出的第一線偏振光在第一次經過1/8所述波片時，第一線性偏振光被轉化為橢圓偏振光后，所述橢圓偏振光被所述反射鏡反射后，再次經過所述1/8波片時，再被轉化為圓偏振光，與所述吸收式偏振器件通光方向一致的圓偏振光的分量，通過所述吸收式偏振器件后，射入人眼；與述吸收式偏振器件通光方向不一致的圓偏振光的分量，被所述吸收式偏振器件吸收。