近眼光学系统以及头戴显示设备的制作方法-凯发k8娱乐

本申请实施例涉及光学成像，更具体地，本申请实施例涉及一种近眼光学系统以及头戴显示设备。

背景技术：

1、随着虚拟现实(virtual reality，vr)技术的发展，vr产品的形态与种类日益繁多，应用领域也愈加广泛。目前的vr产品，通常将显示屏通过光学系统的传递和放大后，将输出的图像传递至人眼，人眼接收到的是显示屏经过放大后的虚像，从而通过vr产品实现大屏观看的目的。

2、为解决直透式vr光路设计存在的镜片使用数量多及产品厚重的问题，提出折叠光路pancake设计方案。但是，现有的折叠光路虽然可以减少镜片使用数量，但是成像质量不佳，影响用户的佩戴体验。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种近眼光学系统以及头戴显示设备的新技术方案。

2、第一方面，本申请提供了一种近眼光学系统。所述近眼光学系统包括沿同一光轴设置分光元件、相位延迟器及偏振反射器，且所述相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射器之间；

3、所述近眼光学系统还包括透镜组，所述透镜组中至少有一个透镜位于所述分光元件、所述相位延迟器及所述偏振反射器形成的折叠光路中，所述偏振反射器形成第一反射面，所述分光元件形成第二反射面；

4、其中，所述第一反射面的光焦度为φ1，所述第二反射面的光焦度为φ2，所述近眼光学系统的光焦度为φ，所述近眼光学系统满足如下关系：

5、0.6<(φ1 φ2)/φ<1.1。

6、可选地，所述近眼光学系统满足：0.08＜|φ-φ2|/φ<0.4。

7、可选地，所述分光元件与人眼之间的所有的透镜的光焦度之和为φ3，所述近眼光学系统满足：2.2<(φ1 φ2)/φ3<9.1。

8、可选地，所述近眼光学系统的光焦度为φ，所述近眼光学系统满足：0.65＜|φ-φ3|/φ<0.9。

9、可选地，所述近眼光学系统还包括显示屏，所述显示屏设置于所述分光元件背离所述相位延迟器的一侧；

10、所述近眼光学系统的视场角为fov，所述近眼光学系统的像高为h，所述分光元件至所述显示屏的发光面的轴向距离为bfl，所述近眼光学系统满足：1.1＜tan(fov/2)*h/bfl＜10.5。

11、可选地，所述分光元件的曲率半径为r，所述近眼光学系统满足：0.18＜tan(fov/2)*h/r＜0.4。

12、可选地，所述透镜组包括沿所述光轴设置的第一透镜及第二透镜，所述第一透镜位于远离所述显示屏的一侧，所述第二透镜位于靠近所述显示屏的一侧；

13、所述分光元件及所述相位延迟器设置在所述第二透镜的至少一侧，所述偏振反射器设置于所述第一透镜的任一侧。

14、可选地，所述分光元件设置于所述第二透镜靠近所述显示屏的表面，所述相位延迟器设置于所述第二透镜远离所述显示屏的表面，所述偏振反射器设置于所述第一透镜的任一表面；

15、其中，所述第一透镜设置所述偏振反射器的表面形成所述第一反射面，所述第二透镜设置所述分光元件的表面形成所述第二反射面。

16、可选地，所述透镜组包括沿所述光轴设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜位于远离所述显示屏的一侧，所述第三透镜位于靠近所述显示屏的一侧，所述第二透镜设置于所述第一透镜与所述第三透镜之间；

17、所述分光元件设置于所述第三透镜的任一侧，所述相位延迟器设置于所述第二透镜的任一侧，所述偏振反射器设置于所述第一透镜的任一侧。

18、可选地，所述分光元件设置于所述第三透镜靠近所述显示屏的表面，所述相位延迟器设置于所述第二透镜靠近所述显示屏的表面，所述偏振反射器设置于所述第一透镜靠近所述显示屏的表面；

19、所述第一透镜设置所述偏振反射器的表面形成所述第一反射面，所述第三透镜设置所述分光元件的表面形成所述第二反射面。

20、可选地，所述分光元件设置于所述第二透镜靠近所述显示屏的表面，所述相位延迟器设置于所述第二透镜远离所述显示屏的表面，所述偏振反射器设置于所述第一透镜靠近所述显示屏的表面；

21、所述第一透镜设置所述偏振反射器的表面形成所述第一反射面，所述第二透镜设置所述分光元件的表面形成所述第二反射面。

22、可选地，所述显示屏被配置为能够发射圆偏振光或自然光；

23、在所述显示屏发出的光线为自然光的情况下，所述显示屏的发光面设置有复合膜材，用以将自然光转变为圆偏振光，且所述复合膜材至少包括相位延迟片。

24、第二方面，本申请提供了一种头戴显示设备。所述头戴显示设备包括：

25、壳体；以及

26、如第一方面所述的近眼光学系统。

27、本申请的一个有益效果为：

28、根据本申请实施例提供的近眼光学系统，在光路设计中引入了分光元件、相位延迟器、偏振反射器及透镜组，通过搭配组合可以形成折叠光路，入射的光线在偏振反射器与分光元件之间进行至少一次折返射，其中，通过合理约束偏振反射器形成的第一反射面的光焦度φ1、分光元件形成的第二反射面的光焦度φ2及整个近眼光学系统的光焦度φ之间的关系，可以在形成紧凑型光学架构的基础上，使近眼光学系统具有优秀的成像质量，整个近眼光学系统能够获得更好的光学性能。

29、通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种近眼光学系统，其特征在于，包括沿同一光轴设置分光元件(4)、相位延迟器(5)及偏振反射器(6)，且所述相位延迟器(5)位于所述分光元件(4)与所述偏振反射器(6)之间；

2.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述近眼光学系统满足：0.08＜|φ-φ2|/φ<0.4。

3.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述分光元件(4)与人眼(01)之间的所有的透镜的光焦度之和为φ3，所述近眼光学系统满足：2.2<(φ1 φ2)/φ3<9.1。

4.根据权利要求3所述的近眼光学系统，其特征在于，所述近眼光学系统的光焦度为φ，所述近眼光学系统满足：0.65＜|φ-φ3|/φ<0.9。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的近眼光学系统，其特征在于，所述近眼光学系统还包括显示屏(7)，所述显示屏(7)设置于所述分光元件(4)背离所述相位延迟器(5)的一侧；

6.根据权利要求5所述的近眼光学系统，其特征在于，所述分光元件(4)的曲率半径为r，所述近眼光学系统满足：0.18＜tan(fov/2)*h/r＜0.4。

7.根据权利要求5所述的近眼光学系统，其特征在于，所述透镜组包括沿所述光轴设置的第一透镜(1)及第二透镜(2)，所述第一透镜(1)位于远离所述显示屏(7)的一侧，所述第二透镜(2)位于靠近所述显示屏(7)的一侧；

8.根据权利要求7所述的近眼光学系统，其特征在于，所述分光元件(4)设置于所述第二透镜(2)靠近所述显示屏(7)的表面，所述相位延迟器(5)设置于所述第二透镜(2)远离所述显示屏(7)的表面，所述偏振反射器(6)设置于所述第一透镜(1)的任一表面；

9.根据权利要求5所述的近眼光学系统，其特征在于，所述透镜组包括沿所述光轴设置的第一透镜(1)、第二透镜(2)及第三透镜(3)，所述第一透镜(1)位于远离所述显示屏(7)的一侧，所述第三透镜(3)位于靠近所述显示屏(7)的一侧，所述第二透镜(2)设置于所述第一透镜(1)与所述第三透镜(3)之间；

10.根据权利要求9所述的近眼光学系统，其特征在于，所述分光元件(4)设置于所述第三透镜(3)靠近所述显示屏(7)的表面，所述相位延迟器(5)设置于所述第二透镜(2)靠近所述显示屏(7)的表面，所述偏振反射器(6)设置于所述第一透镜(1)靠近所述显示屏(7)的表面；

11.根据权利要求9所述的近眼光学系统，其特征在于，所述分光元件(4)设置于所述第二透镜(2)靠近所述显示屏(7)的表面，所述相位延迟器(5)设置于所述第二透镜(2)远离所述显示屏(7)的表面，所述偏振反射器(6)设置于所述第一透镜(1)靠近所述显示屏(7)的表面；

12.根据权利要求5所述的近眼光学系统，其特征在于，所述显示屏(7)被配置为能够发射圆偏振光或自然光；

13.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种近眼光学系统以及头戴显示设备；所述近眼光学系统包括沿同一光轴设置分光元件、相位延迟器及偏振反射器，且所述相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射器之间；所述近眼光学系统还包括透镜组，所述透镜组中至少有一个透镜位于所述分光元件、所述相位延迟器及所述偏振反射器形成的折叠光路中，所述偏振反射器形成第一反射面，所述分光元件形成第二反射面；其中，所述第一反射面的光焦度为φ
技术研发人员：吴玉登
受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17