[發明專利]微型頭戴顯示器的光學系統

在審

• 申請號: 202010169554.X
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN113391447A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 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

本發明公開了一種微型頭戴顯示器的光學系統，包括一部分反射部分穿透元件對應顯示設備設置，以將其發出的偏振光部分穿透出去；相位延遲元件對應部分反射部分穿透元件設置，以對偏振光相位延遲，成為另一偏振態的偏振光；一第一透鏡對應部分反射部分穿透元件與相位延遲元件設置，以接收偏振光，調節偏振光焦距；反射式偏振元件接收另一偏振態的偏振光并反射，使另一偏振態的偏振光經過相位延遲元件及部分反射部分穿透元件后，再反射回反射式偏振元件并穿透至第二透鏡，以將其導入偏振光人眼中。本發明利用光線的相位延遲及多次反射達到近似長度的光程，可縮短顯示設備和光學模系統的距離，且雙透鏡的設置，能修正像差，并擴大視場角。

技術領域

本發明有關一種光學元件、系統或儀器，特別是指一種微型頭戴顯示器的光學系統。

背景技術

虛擬現實(virtual reality，VR)是指一種利用計算機技術產生一個三維空間的虛擬圖像，并將其影像投射至用戶眼中，令使用者感受到身入其境的技術。目前用來實現虛擬現實的技術，多半是令用戶將虛擬現實裝置穿戴在頭部，使虛擬現實裝置中的顯示屏幕能貼近用戶的眼部，令使用者在一個短距離能看到屏寬超過90度的顯示影像。

請參照圖1，以說明一般頭戴式顯示器的技術，現有的頭戴式顯示器包括有顯示屏幕90以及一光學模塊92，顯示屏幕90的影像可投射在光學模塊92上，使光學模塊92能調整影像的聚焦位置，將影像近距離投射在人眼94。顯示屏幕90所投射的影像會經過一段光程為d的光路后，再進入到光學模塊92，舉例來說，若光程d為40毫米(mm)，則頭戴顯示器中顯示屏幕90與光學模塊92的距離就至少為40毫米(mm)，除此之外加上光學模塊92、適眼距以及戴式顯示器外殼，使得頭戴式顯示器后必然大于40mm。

因此，目前的頭戴式顯示器結構使得裝置相當笨重，當用戶穿戴在頭上時，可能因頭戴式顯示器體積過大或重量過重，造成穿戴上的不適，令使用者無法長時間穿戴等問題產生，故將頭戴顯示器的厚度縮小、便于使用者佩戴使用為一項重要的課題。

有鑒于此，本發明遂針對上述現有技術的缺失，提出一種微型頭戴顯示器的光學系統，以有效克服上述多個問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種微型頭戴顯示器的光學系統，其通過雙透鏡的設置，能有效修正影像的像差，并擴大視場角的范圍。

本發明的另一目的在于提供一種微型頭戴顯示器的光學系統，其在頭戴顯示器的光學系統設置反射式偏振元件、相位延遲元件、部分反射部分穿透元件等光學元件，利用光線的相位延遲及多次反射達到近似長度的光程，以縮短顯示設備和光學模系統之間的距離，以將頭戴顯示器微型化。

為達上述的目的，本發明提供一種微型頭戴顯示器的光學系統，其可接收顯示設備的輸出影像及其偏振光，光學系統包括一部分反射部分穿透元件對應顯示設備設置，部分反射部分穿透元件可將偏振光部分反射，部分穿透出部分反射部分穿透元件；一相位延遲元件對應部分反射部分穿透元件設置，相位延遲元件接收穿透部分反射部分穿透元件的偏振光，并對其進行相位延遲，成為另一偏振態的該偏振光；一第一透鏡對應部分反射部分穿透元件與相位延遲元件設置，以接收該偏振光，調節偏振光焦距；一反射式偏振元件對應相位延遲元件設置，以接收另一偏振態的偏振光并反射，使另一偏振態的偏振光經過相位延遲元件及部分反射部分穿透元件后，再反射回反射式偏振元件并穿透至一第二透鏡，第二透鏡對應反射式偏振元件設置，接收穿透反射式偏振元件的偏振光，并將其導入人眼中。

根據本發明的實施例，其中部分反射部分穿透元件設置在第一透鏡上。

根據本發明的實施例，微型頭戴顯示器的光學系統更包括一平面光學元件設置在第一透鏡與第二透鏡之間，令相位延遲元件及反射式偏振元件設置在平面光學元件上。

根據本發明的實施例，其中第二透鏡相鄰第一透鏡的一側設有一第二平面部，令相位延遲元件及反射式偏振元件設置于第二平面部。

根據本發明的實施例，其中反射式偏振元件設置在第二透鏡上。