[發明專利]頭戴式顯示器及其光學裝置

在審

• 申請號: 201811089272.8
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN110908111A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 吳世彬;陳紀暐;劉裕升;蔡明憲
• 申請（專利權）人: 量子光電股份有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 深圳市德力知識產權代理事務所 44265
• 代理人: 張睿

本發明提供一種頭戴式顯示器及其光學裝置。該頭戴式顯示器包括顯示元件、光學裝置以及光學透鏡，且光學裝置沿著頭戴式顯示器的光軸方向依序包括偏光分離元件、第一相位延遲元件、分光元件以及第二相位延遲元件，其中，光學裝置接收來自顯示元件的復數光束，并供光束于其中多次來回行進，藉此可縮短頭戴式顯示器的顯示元件與人眼之間的間隔距離，進而縮小頭戴式顯示器的體積。

技術領域

本發明涉及光學領域，尤其關于一種光學裝置及顯示器。

背景技術

隨著科技日新月異，人們對于多媒體視訊的需求日漸增加，一般常見的多媒體播放裝置是搭配LCD或是LED等顯示器來顯示影像，然而其所能顯示的影像像素及大小會受限于顯示器的尺寸及效能，且視覺上可帶來的效果有限，長時間使用也容易造成眼睛的疲勞。

因此，市面上出現了頭戴顯示器(Head-Mounted Display，HMD)。頭戴顯示器是一種立體視覺顯示的光學產品，其是將具有兩眼視差的立體效果的信號，依序透過設置于雙眼前方的顯示元件以及光學透鏡而傳送至雙眼，進而產生立體且大尺寸的影像。頭戴式顯示器通常是應用在擴增實境(augmented reality，AR)系統或是虛擬實境(virtualreality，VR)系統，除了可跟著使用者移動，還能當作一種輸入設備來接收使用者的反應，此外，圖像和文字還可以加到使用者所觀看的影像上，進而達到虛擬實境或是擴增實境的效果。

特別說明的是，在現有的頭戴式顯示器中，顯示元件以及人眼之間因應視場角(Field of View，FOV)的規格與光學透鏡的等效焦距而需間隔一特定距離，以供來自顯示元件的光束行進，一般來說，該特定距離至少要有50毫米以上，但如此卻導致頭戴顯示器無法有效的微型化。為了克服上述缺陷，顯示元件以及人眼之間除了設置有光學透鏡外，還需設置其它的光學元件及/或于光學透鏡上涂布反射膜等手段來縮短顯示元件與人眼之間所需的距離，其相關技術如公告號為CN105093555B的中國發明專利、公開號為US20060232862的美國專利申請、公告號為US5715023的美國專利以及公告號為US5966242的美國專利所揭露。

然而，上述專利仍具有缺陷如下：(1)采用偏振效率不佳的光學元件，如膽固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal Display，CLCD)；(2)來自顯示元件的光束于通過多個光學元件及光學透鏡后僅有少部分的光能抵達人眼，整體來說，光使用效率不佳；(3)光學結構及光路設計僅適用于特定的頭戴式顯示器，無法被直接地配置于另外的頭戴式顯示器中而使該另外的頭戴式顯示器縮小體積。

根據以上的說明可知，現有的頭戴式顯示器具有改善的空間。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術存在的上述不足，提供一種供光束于其中多次來回行進的光學裝置，應用于頭戴式顯示器時可縮短頭戴式顯示器的顯示元件與人眼之間的間隔距離，且能夠提升偏振效率以及光使用效率。

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術存在的上述不足，提供一種具有上述光學裝置的頭戴式顯示器，能夠有效縮小體積，得以微型化。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種光學裝置，用于具有一顯示元件以及一光學透鏡的一頭戴式顯示器，該光學裝置接收來自該顯示元件的復數光束，并沿著該頭戴式顯示器的光軸方向依序包括一偏光分離元件、一第一相位延遲元件、一分光元件以及一第二相位延遲元件，該偏光分離元件用以供屬于一第一偏振性的任一該光束通過其中，并供屬于一第二偏振性的任一該光束于其上產生反射；該第一相位延遲元件用以使通過其中的任一該光束的偏振狀態相對于該偏光分離元件的光軸朝一方向旋轉一第一角度；該分光元件用以供投射至其上的一部分的該光束通過其中，并供投射至其上的一另一部分的該光束于其上產生反射；該第二相位延遲元件用以使通過其中的至少一該光束轉換為屬于該第一偏振性的光束或屬于該第二偏振性的光束。