[發明專利]微型化短距離光學系統

在審

• 申請號: 201910872862.6
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN112505920A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 洪凌桂;施富斌;游鴻文
• 申請（專利權）人: 雙瑩科技股份有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 侯奇慧

本發明提供一種微型化短距離光學系統，其依序包括一顯示屏、一反射式偏振元件、一第一相位延遲片、一部分穿透部分反射元件、至少一光學元件及設于上述元件任一側的一透鏡。光學元件可為一圓偏振片或是一第二相位延遲片及一線偏振片的組合。顯示屏輸出影像并發出光線后，光線在反射式偏振元件及部分穿透部分反射元件之間反射兩次，使光線通過第一相位延遲片三次，當光線經過三次相位延遲后，經過第三次相位延遲的光線穿透該部分穿透部分反射元件，并通過光學元件進行第四次相位延遲，最后經過四次相位延遲的光線經由一透鏡導入至少一人眼中，而僅設置單一透鏡可讓本發明的光學系統整體厚度更小，達到微型化的目的。

技術領域

本發明有關一種光學系統，特別是指一種可應用于頭戴顯示器的微型化短距離光學系統。

背景技術

頭戴顯示器(Head-mounted display)是用于顯示圖像及色彩的設備，通常是用眼罩或頭盔的形式，將顯示屏貼近用戶的眼睛，通過光路調整焦距以在近距離中對眼睛投射畫面，產生虛擬現實的效果，增加佩戴者的臨場感。

圖1所示為虛擬現實的頭戴顯示器的光學系統示意圖，顯示屏10投射出影像，經過一段光程為d的光路后入射至光學模塊23，此光學模塊23為單一透鏡或多個透鏡的組合，用以將影像導入至用戶的人眼24中，假設光程d為40mm，而頭戴顯示器的長度為光程d加上光學模塊的厚度、適眼距、外殼等，其總和對于戴在頭上的眼罩和頭盔而言略顯笨重，對使用者的鼻梁、頭頂、頸部都會造成負擔無法久戴，故而目前技術致力于將頭戴顯示器中光學系統的長度縮短，以使頭戴顯示器的厚度縮小，便于使用者佩戴使用。

因此，本發明即提出一種微型化短距離光學系統，除了可將光學系統的距離縮短之外，更可擴大視場，有效解決上述該等問題，具體架構及其實施方式容后詳述。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種微型化短距離光學系統，其在顯示屏前和光學模塊之間設置反射式偏振元件、相位延遲片、部分穿透部分反射元件等光學元件，利用光線的相位延遲及多次反射達到近似或相同長度的光程，藉以縮短顯示屏和光學模塊之間的距離，最終可用以將頭戴顯示器微型化。

本發明的另一目的在于提供一種微型化短距離光學系統，其在反射式偏振元件、第一相位延遲片、部分穿透部分反射元件、第二相位延遲片及線偏振片中任一元件的任一側設置單一片透鏡，在調節焦距的前提下更可達到微型化的目的。

本發明的再一目的在于提供一種微型化短距離光學系統，其可應用于頭戴顯示器、游戲機等產品上的廣角鏡頭或廣角目鏡，僅利用單一透鏡進行焦距調節，可最大化使裝置的厚度縮短，達到短距離、視場大、具有良好的像差校正等優點。

為達上述目的，本發明提供一種微型化短距離光學系統，包括：一顯示屏，輸出影像并發出偏振或非偏振的光線；一反射式偏振元件，對應該顯示屏設置，使該光線部分穿透、部分反射；一第一相位延遲片，對應該反射式偏振元件設置，接收部分穿透該反射式偏振元件的該光線，并進行第一次相位延遲；一部分穿透部分反射元件，對應該第一相位延遲片設置，使經第一次相位延遲的該光線部分穿透該部分穿透部分反射元件，部分則反射回該第一相位延遲片進行第二次及第三次相位延遲；至少一光學元件，對應該部分穿透部分反射元件設置，接收部分穿透該部分穿透部分反射元件且經過該第二、第三次相位延遲的該光線，并進行第四次相位延遲，再讓經過第四次相位延遲的光線通過而只經過兩次相位延遲的光線無法通過；以及一透鏡，設于該反射式偏振元件、該第一相位延遲片、該部分穿透部分反射元件及該光學元件中任一元件的任一側，以調節焦距，并將影像導入至少一人眼中。

根據本發明的實施例，該顯示屏與至透鏡之間以及該透鏡至該人眼之間更可包括一至多片平板玻璃。

根據本發明的實施例，該光學元件包括：一第二相位延遲片，對應該部分穿透部分反射元件設置，接收部分穿透該部分穿透部分反射元件且經過該第二、第三次相位延遲的該光線，并進行第四次相位延遲；以及一線偏振片，對應該第二相位延遲片設置，該線偏振片用以讓只經過兩次相位延遲的光線不要通過，并讓經過第四次相位延遲的光線通過。