[发明专利]虚拟现实设备的光学系统

说明书

本发明的目的是提供一种虚拟现实设备的光学系统，本发明通过将透明显示屏设置在反射镜和人眼之间，并且在显示屏的两侧分别设置偏振器件和1/8或1/4波片，显示屏设置为透明，能使虚拟的内容经反射后成虚像被人眼所看到，显示屏于正面发出的线性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不进入人眼，有效的隔断了杂散光，显示屏于发出的线性偏振光依次经过1/8或1/4波片透射、反射镜反射、1/8或1/4波片透射、显示屏透射、吸收式偏振器件透射后，进入人眼，从而扩大了视场角度，包括扩大垂直和水平方向视场角，另外，本发明的光学系统的色差小，能量利用率更高。

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种虚拟现实设备的光学系统。

背景技术

目前市场上的虚拟现实(VR)设备多采用折射式、反射式或折反射式光学设计,镜片的几何位置均在放在人眼和显示屏之间，人眼和显示屏在镜片的两侧，且显示屏不透明。

对于以上折射式光学系统，因为光线通过镜片，同一镜片对不同波长光线有不同的折射率，会导致色差，对于VR设备，目前有两种方案：第一种增加镜片数量，通过光学的方式来矫正色差，这样会使得光学系统复杂，第二种通过软件进行反色差矫正，这种矫正能力有限，且矫正复杂。

对于以上反射式光学系统，因为局限于显示屏和人脸的限制，只能采用离轴或者倾斜反射镜设计，同时为了更好的平衡像差，多采用自由曲面反射镜设计，且垂直方向视场角做不大，目前市场上的VR设备的垂直视场角均小于60度，与人眼市场角相比还差很多，很难满足目前市场沉浸感的需求，目前反射式大面积自由曲面反射镜加工复杂难度大，且成本较高。

对于以上折反射式光学系统，因为光学系统采用了了偏振片和具有半反半透镀膜的透镜，半反半透表面只能利用一半的能量，同样因为波片针对不同的入射角度相位延迟也会有很大的差异，会造成不同角度下偏振态转换不完全，如此偏振片透过和反射能量不完全，能量利用率低，如要达到目前折射式虚拟现实设备同样的亮度，显示屏需要更高的发光度，这样会造成整机功耗大。同时因为半反半透的透镜表面，整个虚拟现实设备会有杂散光。另外因为用了折射式光学镜片，同一材料对于不同波长有色差，需要光学或者软件矫正色差。还有因为光学元件较多且组装要求较高，总体成本较高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种虚拟现实设备的光学系统，能够解决现有的虚拟现实设备结构复杂、存在色差、视场角太小、能量利用率低和存在杂散光的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种虚拟现实设备的光学系统，该虚拟现实设备的光学系统包括光学单元，每个光学单元包括从人眼侧开始依次包括吸收式偏振器件、显示屏、1/8或1/4波片和反射镜，其中，

所述吸收式偏振器件、显示屏、1/8波片、1/4波片均为光学透明元件，所述显示屏发出的光线为线性偏振光。

进一步的，上述虚拟现实设备的光学系统中，所述人眼、吸收式偏振器件、显示屏、1/8或1/4波片和反射镜的光轴都在同一条直线上。

进一步的，上述虚拟现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向与所述第一线性偏振光的偏振方向正交。

进一步的，上述虚拟现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述显示屏于所述吸收式偏振器件侧发出的第一线性偏振光被所述吸收式偏振器件吸收。

进一步的，上述虚拟现实设备的光学系统中，所述显示屏发出的光线为第一线性偏振光，所述显示屏于所述1/8波片侧发出的第一线偏振光在第一次经过1/8所述波片时，第一线性偏振光被转化为椭圆偏振光后，所述椭圆偏振光被所述反射镜反射后，再次经过所述1/8波片时，再被转化为圆偏振光，与所述吸收式偏振器件通光方向一致的圆偏振光的分量，通过所述吸收式偏振器件后，射入人眼；与述吸收式偏振器件通光方向不一致的圆偏振光的分量，被所述吸收式偏振器件吸收。