[实用新型]隐形眼镜式的光学系统以及装配该光学系统的头戴显示器

说明书

技术领域

本实用新型涉及头戴显示器系统，尤其涉及一种隐形眼镜式的光学系统以及装配该光学系统的头戴显示器。

背景技术

现代的各种电子或光学系统正朝微型、高性能的方面发展。头戴显示器是近年来才新兴的一种显示系统，在多媒体传播、游戏娱乐、军事训练、工业现场控制、医疗以及虚拟现实和增强现实等领域都有广泛的应用。头戴显示器(英文全称Head-Mounted Display,英文缩写HMD)已经走进人们的生活，其带给使用者强烈的沉浸感与真实感，能够为人类带来视觉感受上的颠覆性突破，有着十分重要的应用和商业价值。

头戴显示器要尽量做到小重量、小体积、佩戴舒适并且大视场。头戴显示器的核心部件是光学系统，光学系统性能的好坏直接决定了头戴显示器的各项性能指标。

根据光线传播的路径，头戴显示器的光学系统可以分为共轴系统和离轴系统。大部分共轴光学系统体积大、重量大、成像质量差，并且很难解决视场角和出瞳距与设备小型化之间的冲突。离轴光学系统中由于透镜数目多、装配困难、成本高，所以体积和重量也很难减小。随着技术的发展和加工精度的提高，自由曲面逐渐应用于头戴显示器光学系统中，其能够减小系统的体积和重量，成像质量也得以提升。但是，现存文献中涉及的自由曲面透镜依然存在体积过大的问题，同时由于自由曲面的加工难度大，光学系统往往价格昂贵。

名称为“一种头戴式显示器”、授权公告号为CN 201184928Y的中国实用新型专利中，公开了一种只用一片菲涅尔透镜的头戴式显示器，因为菲涅尔透镜的精度不高，而且会形成盲区和高敏区，故而其像差大，不能给佩戴者提供很好的视觉效果。

名称为“双片式自由曲面头戴显示器光学系统”、公开号为CN 101900872A的中国实用新型专利公开了一种双片自由曲面系统。该实用新型中的主透镜有两面为自由曲面，相对于三面全自由曲面棱镜，该实用新型的长度因为离轴而有所减小，但依然较长，没有实质性的突破。该实用新型中的第二个透镜可与像源粘合，像源不可更换，维修代价高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提出一种将图像生成单元发出的光线多次往返经过透镜调焦后导入人眼的可直接佩戴在人眼上的隐形眼镜式的光学系统以及装配该光学系统的头戴显示器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种隐形眼镜式光学系统，该隐形眼镜式光学系统位于图像生成单元和人眼之间。该隐形眼镜式光学系统包括：

透镜，用于对图像生成单元生成的图像光信息形成预定的焦距；

分光组件，用于使图像生成单元生成的图像光信息中的目标光线往返多次经过透镜后进入图像接收器，包括第一分光器和第二分光器，第一分光器位于透镜和图像生成单元之间，第二分光器位于透镜和人眼之间；

四分之一波片组件，用于对透射光增加四分之一波长的相位；以及

偏振过滤器，用于阻挡图像生成单元生成的图像光信息中的杂散光线进入图像接收器，

其中，透镜、分光组件、四分之一波片组件以及偏振过滤器贴合在一起形成隐形眼镜。

对于上述隐形眼镜式光学系统，第一分光器用于透射具有第一偏振态的光并且反射具有与第一偏振态正交的第二偏振态的光。

对于上述隐形眼镜式光学系统，第一分光器是透镜靠近图像生成单元一侧镀有偏振分光膜的表面或者是位于透镜和图像生成单元之间的偏振分光片。

对于上述隐形眼镜式光学系统，第二分光器用于对入射的光线透射其中一部分而且反射其余部分。

对于上述隐形眼镜式光学系统，第二分光器是分光镜。

对于上述隐形眼镜式光学系统，图像生成单元生成的图像光信息是偏振光，或者该光学系统还包括贴附在第一分光器朝向图像生成单元一面上的偏振形成器，用于保留与其透光轴平行的线偏振光。

对于上述隐形眼镜式光学系统，偏振形成器是偏振片。

对于上述隐形眼镜式光学系统，作为偏振形成器的偏振片的透光轴与图像生成单元发出的偏振光或图像生成单元发出的光线经第一次偏振形成的偏振光的偏振方向垂直。

对于上述隐形眼镜式光学系统，四分之一波片组件包括位于透镜和第二分光器之间的第一四分之一波片和位于第二分光器和偏振过滤器之间的第二四分之一波片。

对于上述隐形眼镜式光学系统，第一四分之一波片的快轴与图像生成单元发出的偏振光或图像生成单元发出的光线经第一次偏振形成的偏振光的偏振方向夹角为45°。