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技术方案

本发明专利技术公开一种隐形眼镜式光学系统及装配该光学系统的头戴显示器。该隐形眼镜式光学系统在图像生成单元和人眼之间，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焦距；分光组件，用于使目标光线往返多次经过透镜后进入图像接收器，包括在透镜和图像生成单元之间的第一分光器和在透镜和人眼之间的第二分光器；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；偏振过滤器，用于遮挡杂散光线进入图像接收器，透镜、分光组件、四分之一波片组件及偏振过滤器贴合在一起形成隐形眼镜。该头戴显示器包括隐形眼镜式光学系统和在同一光轴上的图像生成单元。本发明专利技术具备紧凑、体积小、重量轻、视场角大、出瞳直径大和成像质量好的特点。

Contact lens type optical system and head mounted display equipped with the same

The invention discloses a contact lens type optical system and a head mounted display device for assembling the optical system. Including the contact lens optical system between the image generating unit and eye lens: for image forming a predetermined focal length optical information generating unit generates the image; optical components for the target light round-trip times after passing through the lens into the image receiver, including the first splitter between the lens and the image generating unit and second in between the lens and the eye of the splitter; four wave plate assembly for the phase of optical wavelength increased 1/4; polarization filter for shielding stray light into the image receiver, lens, light splitting component, four component wave plate and polarization filter fit together to form a contact lens. The head mounted display includes a contact lens type optical system and an image generation unit on the same optical axis. The invention has the characteristics of compact, small volume, light weight, large field of view angle, large diameter of the pupil and good imaging quality.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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-MountedDisplay,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CN201184928Y的中国专利技术专利中，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CN101900872A的中国专利技术专利公开了一种双片自由曲面系统。该专利技术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，该专利技术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。该专利技术中的第二个透镜可与像源粘合，像源不可更换，维修代价高。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术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°。对于上述隐形眼镜式光学系统，第二四分之一波片的快轴与第一四分之一波片的快轴垂直。对于上述隐形眼镜式光学系统，偏振过滤器是偏振片。对于上述隐形眼镜式光学系统，透镜是单透镜或者多个透镜胶合而成的透镜组。对于上述隐形眼镜式光学系统，透镜两侧面型分别为平面、球面、扩展双二次曲面或自由曲面中的任意一种。本专利技术还提供一种头戴显示器。该头戴显示器包括上述隐形眼镜式光学系统和与其在同一光轴上的图像生成单元。对于上述头戴显示器，该头戴显示器整体形状为框架眼镜形状。对于上述头戴显示器，图像生成单元为一体式显示器并包括左右两部分，或者包括左右两个显示器。对于上述头戴显示器，图像生成单元的左右两部分或左右两个显示器显示的图像之间有视差。与现有技术相比，本专利技术技术方案主要的优点如下：1、利用隐形眼镜式光学系统将图像生成单元发出的光线进行折射和反射后导入观察者的眼部，由于光线在透镜内部进行了两次折射和反射，因此等效为两个透镜的像差校正效果，因此在获得足够的像质时减小了系统的尺寸。2、本专利技术的隐形眼镜式光学系统更为简洁，只需一片透镜，系统总长小，体积小，重量轻，便于用户携带和使用。3、本专利技术的隐形眼镜式光学系统视场角大，用户佩戴舒适且沉浸感强，适合作为虚拟现实的头戴显示器目镜。4、本专利技术中光学系统出瞳直径大，便于与佩戴者眼睛的光瞳匹配。5、整个头戴显示器类似于眼镜的结构，故而结构紧凑、体积小且重量轻，并且具有视场角大、出瞳直径大、并且成像质量好的特点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术一个实施例所述的隐形眼镜式光学系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例1所述的隐形眼镜式光学系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例2所述的隐形眼镜式光学系统的结构示意图；图4是图1所示的隐形眼镜式光学系统的点列图；图5是图1所示的隐形眼镜式光学系统的畸变图；图6是本专利技术一个实施例所述的头戴显示器的整体结构图；图7是本专利技术另一实施例所述的头戴显示器的整体结构图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。图1示出了本专利技术一个实施例所述的隐形眼镜式光学系统的结构示意图。如图1所示，本专利技术的隐形眼镜式光学系统2位于图像生成单元1和人眼3之间。该隐形眼镜式光学系统2包括透镜21，透镜21用于对图像生成单元生成的图像光信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隐形眼镜式光学系统，位于图像生成单元和人眼之间，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种隐形眼镜式光学系统，位于图像生成单元和人眼之间，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的隐形眼镜式光学系统，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的隐形眼镜式光学系统，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的隐形眼镜式光学系统，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的隐形眼镜式光学系统，其特征在于，第二分光器是分光镜。6.根据权利要求1所述的隐形眼镜式光学系统，其特征在于，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。7.根据权利要求6所述的隐形眼镜式光学系统，其特征在于，偏振形成器是偏振片。8.根据权利要求7所述的隐形眼镜式光...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞世铭，
申请(专利权)人：浙江舜通智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33