[发明专利]微型化短距离光学系统

说明书

本发明提供一种微型化短距离光学系统，其依序包括一显示屏、一反射式偏振元件、一第一相位延迟片、一部分穿透部分反射元件、至少一光学元件及设于上述元件任一侧的一透镜。光学元件可为一圆偏振片或是一第二相位延迟片及一线偏振片的组合。显示屏输出影像并发出光线后，光线在反射式偏振元件及部分穿透部分反射元件之间反射两次，使光线通过第一相位延迟片三次，当光线经过三次相位延迟后，经过第三次相位延迟的光线穿透该部分穿透部分反射元件，并通过光学元件进行第四次相位延迟，最后经过四次相位延迟的光线经由一透镜导入至少一人眼中，而仅设置单一透镜可让本发明的光学系统整体厚度更小，达到微型化的目的。

技术领域

本发明有关一种光学系统，特别是指一种可应用于头戴显示器的微型化短距离光学系统。

背景技术

头戴显示器(Head-mounted display)是用于显示图像及色彩的设备，通常是用眼罩或头盔的形式，将显示屏贴近用户的眼睛，通过光路调整焦距以在近距离中对眼睛投射画面，产生虚拟现实的效果，增加佩戴者的临场感。

图1所示为虚拟现实的头戴显示器的光学系统示意图，显示屏10投射出影像，经过一段光程为d的光路后入射至光学模块23，此光学模块23为单一透镜或多个透镜的组合，用以将影像导入至用户的人眼24中，假设光程d为40mm，而头戴显示器的长度为光程d加上光学模块的厚度、适眼距、外壳等，其总和对于戴在头上的眼罩和头盔而言略显笨重，对使用者的鼻梁、头顶、颈部都会造成负担无法久戴，故而目前技术致力于将头戴显示器中光学系统的长度缩短，以使头戴显示器的厚度缩小，便于使用者佩戴使用。

因此，本发明即提出一种微型化短距离光学系统，除了可将光学系统的距离缩短之外，更可扩大视场，有效解决上述该等问题，具体架构及其实施方式容后详述。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微型化短距离光学系统，其在显示屏前和光学模块之间设置反射式偏振元件、相位延迟片、部分穿透部分反射元件等光学元件，利用光线的相位延迟及多次反射达到近似或相同长度的光程，藉以缩短显示屏和光学模块之间的距离，最终可用以将头戴显示器微型化。

本发明的另一目的在于提供一种微型化短距离光学系统，其在反射式偏振元件、第一相位延迟片、部分穿透部分反射元件、第二相位延迟片及线偏振片中任一元件的任一侧设置单一片透镜，在调节焦距的前提下更可达到微型化的目的。

本发明的再一目的在于提供一种微型化短距离光学系统，其可应用于头戴显示器、游戏机等产品上的广角镜头或广角目镜，仅利用单一透镜进行焦距调节，可最大化使装置的厚度缩短，达到短距离、视场大、具有良好的像差校正等优点。

为达上述目的，本发明提供一种微型化短距离光学系统，包括：一显示屏，输出影像并发出偏振或非偏振的光线；一反射式偏振元件，对应该显示屏设置，使该光线部分穿透、部分反射；一第一相位延迟片，对应该反射式偏振元件设置，接收部分穿透该反射式偏振元件的该光线，并进行第一次相位延迟；一部分穿透部分反射元件，对应该第一相位延迟片设置，使经第一次相位延迟的该光线部分穿透该部分穿透部分反射元件，部分则反射回该第一相位延迟片进行第二次及第三次相位延迟；至少一光学元件，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的该光线，并进行第四次相位延迟，再让经过第四次相位延迟的光线通过而只经过两次相位延迟的光线无法通过；以及一透镜，设于该反射式偏振元件、该第一相位延迟片、该部分穿透部分反射元件及该光学元件中任一元件的任一侧，以调节焦距，并将影像导入至少一人眼中。

根据本发明的实施例，该显示屏与至透镜之间以及该透镜至该人眼之间更可包括一至多片平板玻璃。

根据本发明的实施例，该光学元件包括：一第二相位延迟片，对应该部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透该部分穿透部分反射元件且经过该第二、第三次相位延迟的该光线，并进行第四次相位延迟；以及一线偏振片，对应该第二相位延迟片设置，该线偏振片用以让只经过两次相位延迟的光线不要通过，并让经过第四次相位延迟的光线通过。