光学系统与头戴装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种光学系统，包含影像面、光圈、第一四分之一波板、部分反射元件、第二四分之一波板、反射式偏光元件、第一光学透镜及第二光学透镜。影像面位于光学系统的前侧，且光圈位于光学系统的后侧。第一四分之一波板位于影像面与光圈之间。部分反射元件具有至少35％平均光反射率且位于第一四分之一波板及光圈之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与光圈之间。反射式偏光元件位于第二四分之一波板与光圈之间。第一光学透镜位于影像面与光圈之间，且其前侧表面为凸面。第二光学透镜位于第一光学透镜与光圈之间，且其后侧表面为凹面。本实用新型专利技术还公开具有上述光学系统的头戴装置。头戴装置。头戴装置。

【技术实现步骤摘要】
光学系统与头戴装置


[0001]本技术涉及一种光学系统与头戴装置，特别是一种适用于头戴装置的光学系统。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺技术更加精进，各种电子元件皆已微小化，使得微型电子元件效能相较于以往大幅提升，感光元件像素可达到更微小的尺寸，可携式装置的发展也更加蓬勃，并带动镜头元件的快速进步，使过去只存在于科幻电影的头戴式装置也开始兴起。同时，高效能微型处理器与微型显示器的普及，使得智能头戴装置的相关科技于近年来快速提升。而随着人工智能的崛起，配备光学镜头的电子装置的应用范围更加广泛，其中对于电脑视觉的需求大幅成长，对于光学镜头的要求也是更加多样化。
[0003]现今的头戴装置除了较过去大幅轻量化之外，也开始具备多种智能功能，如虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)与混合现实(Mixed Reality，MR)等领域的应用快速成长。其中，虚拟现实被广泛利用于医疗照护、工程、房地产、教育、电玩游戏及影音娱乐等。然而，目前的头戴式装置仍在发展中阶段，仍有许多须大幅改进的地方，例如头戴式装置的重量及体积、影像的成像品质。早期的虚拟现实头戴装置使用菲涅尔透镜，然菲涅尔透镜虽可拥有相对较短的焦距，但菲涅尔透镜无法产生优良的成像品质，故而现今的研究或开发者皆在寻找兼具小体积与优良成像方式的镜片组合。

技术实现思路

[0004]鉴于以上提到的问题，本技术揭露一种光学系统与头戴装置，可兼具较小的重量及体积以及较佳的成像品质。
[0005]本技术提供一种光学系统，其包含一影像面、一光圈、一第一四分之一波板、一部分反射元件、一第二四分之一波板、一反射式偏光元件、一第一光学透镜以及一第二光学透镜。影像面位于光学系统的前侧，且光圈位于光学系统的后侧。第一四分之一波板位于影像面与光圈之间。部分反射元件具有至少35％平均光反射率，且部分反射元件位于第一四分之一波板及光圈之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与光圈之间。反射式偏光元件位于第二四分之一波板与光圈之间。第一光学透镜位于影像面与光圈之间，且第一光学透镜前侧表面为凸面。第二光学透镜位于第一光学透镜与光圈之间，且第二光学透镜后侧表面为凹面。其中，第二光学透镜前侧表面的曲率半径为R3，第二光学透镜后侧表面的曲率半径为R4，其满足下列条件：|R3|/|R4|>1.2。
[0006]本技术另提供一种头戴装置，其包含一显示器、一数字信号处理器、一惯性测量单元、一支撑结构以及两个光学系统。显示器用以面向使用者的眼睛以显示影像。数字信号处理器通讯连接显示器。惯性测量单元通讯连接数字信号处理器。支撑结构用以佩戴于使用者的头部。光学系统位于显示器的一侧，且光学系统各包含一影像面、一光圈、一第一四分之一波板、一部分反射元件、一第二四分之一波板、一反射式偏光元件、一第一光学透
镜以及一第二光学透镜。影像面位于光学系统的前侧并位于显示器上，且光圈位于光学系统的后侧。第一四分之一波板位于影像面与光圈之间。部分反射元件具有至少35％平均光反射率，且部分反射元件位于第一四分之一波板及光圈之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与光圈之间。反射式偏光元件位于第二四分之一波板与光圈之间。第一光学透镜位于影像面与光圈之间，且第一光学透镜前侧表面为凸面。第二光学透镜位于第一光学透镜与光圈之间，且第二光学透镜后侧表面为凹面。其中，第二光学透镜前侧表面的曲率半径为R3，第二光学透镜后侧表面的曲率半径为R4，其满足下列条件：|R3|/|R4|>1.2。
[0007]根据本技术所揭露的光学系统与头戴装置，通过波板、反射式偏光元件、部分反射元件以及透镜的组合配置，利用光反射的方式，在不影响成像品质的前提下压缩透镜成像所需的镜组长度。
[0008]当|R3|/|R4|满足上述条件时，有助于调整成像品质。
[0009]以上的关于本揭露内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本技术的精神与原理，并且提供本技术的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
[0010]图1绘示依照本技术第一实施例的光学系统和显示器的示意图。
[0011]图2绘示依照本技术第二实施例的光学系统和显示器的示意图。
[0012]图3绘示依照本技术第三实施例的光学系统的示意图。
[0013]图4绘示依照本技术第四实施例的光学系统的示意图。
[0014]图5绘示依照本技术第五实施例的光学系统和显示器的示意图。
[0015]图6绘示依照本技术第六实施例的头戴装置的示意图。
[0016]图7绘示图6的头戴装置的上视示意图。
[0017]图8绘示依照本技术第二实施例中参数ImgH、CT1、CT2、T12、ER、EPD、BL、TD、SL以及第一光学透镜的反曲点和临界点的示意图。
[0018]【符号说明】
[0019]1,2,3,4,5:光学系统
[0020]9:头戴装置
[0021]91:显示器
[0022]92:数字信号处理器
[0023]93:惯性测量单元
[0024]94:支撑结构
[0025]95:眼球追踪装置
[0026]96:光学系统
[0027]97:自动对焦装置
[0028]98:相机
[0029]99:收纳机构
[0030]ARL:抗反射层
[0031]BS:部分反射元件
[0032]BL:第一光学透镜前侧表面至影像面在光轴上的距离
[0033]C:临界点
[0034]CF:色彩滤片
[0035]CT1:第一光学透镜于光轴上的中心厚度
[0036]CT2:第二光学透镜于光轴上的中心厚度
[0037]E1:第一光学透镜
[0038]E2:第二光学透镜
[0039]E3:第三光学透镜
[0040]ER:光圈至第二光学透镜后侧表面在光轴上的距离
[0041]EPD:光圈的大小
[0042]ImgH:影像面所呈现的像高
[0043]IMG:影像面
[0044]P:反曲点
[0045]PM:偏光元件
[0046]QWP1:第一四分之一波板
[0047]QWP2:第二四分之一波板
[0048]RP:反射式偏光元件
[0049]ST:光圈
[0050]SC:显示器
[0051]SL:光圈至影像面在光轴上距离
[0052]T12:第一光学透镜后侧表面至第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离
[0053]TD:第一光学透镜前侧表面至第二光学透镜后侧表面在光轴上的距离
具体实施方式
[0054]以下在实施方式中详细叙述本技术的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本技术的
技术实现思路
并据以实施，且根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包含：一影像面，位于所述光学系统的前侧；一光圈，位于所述光学系统的后侧；一第一四分之一波板，位于所述影像面与所述光圈之间；一部分反射元件，具有至少35％平均光反射率，且所述部分反射元件位于所述第一四分之一波板及所述光圈之间；一第二四分之一波板，位于所述部分反射元件与所述光圈之间；一反射式偏光元件，位于所述第二四分之一波板与所述光圈之间；一第一光学透镜，位于所述影像面与所述光圈之间，且所述第一光学透镜前侧表面为凸面；以及一第二光学透镜，位于所述第一光学透镜与所述光圈之间，且所述第二光学透镜后侧表面为凹面；其中，所述第二光学透镜前侧表面的曲率半径为R3，所述第二光学透镜后侧表面的曲率半径为R4，其满足下列条件：|R3|/|R4|>1.2。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜后侧表面具有至少一反曲点。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜后侧表面具有至少一临界点。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜具有正屈折力。5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二光学透镜具有负屈折力。6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二光学透镜前侧表面的曲率半径为R3，所述第二光学透镜后侧表面的曲率半径为R4，其满足下列条件：|R3|/|R4|>1.5。7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜与所述第二光学透镜至少其中一者的至少一表面为非球面。8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜的阿贝数为V1，所述第一光学透镜的折射率为N1，其满足下列条件：33<V1/N1<38。9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜的阿贝数为V1，所述第二光学透镜的阿贝数为V2，其满足下列条件：110<V1+V2<115。10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜的折射率为N1，所述第二光学透镜的折射率为N2，其满足下列条件：2.8<N1+N2<3.2。11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的焦距为f，所述第一光学透镜前侧表面至所述影像面在光轴上的距离为BL，其满足下列条件：11<f/BL<22。12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光圈至所述影像面在光轴上距
离为SL，所述光学系统的焦距为f，其满足下列条件：0<SL/f<2。13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光圈至所述第二光学透镜后侧表面在光轴上的距离为ER，所述光圈至所述影像面在光轴上的距离为SL，其满足下列条件：0<ER/SL<0.5。14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的焦距为f，所述影像面所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：0.8<f/ImgH<1.2。15.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，所述第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠铭，洪于杰，杨富翔，
申请(专利权)人：大立光电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：