[发明专利]降低鬼影的显示光学系统及头戴显示装置

说明书

本发明公开一种降低鬼影的显示光学系统及头戴显示装置，其中，降低鬼影的显示光学系统，包括依序设置的显示屏、偏振分光元件、第一偏振转换元件、部分透射部分反射元件、第二偏振转换元件和偏振件；显示光学系统还包括设置于部分透射部分反射元件朝向显示屏的一侧的透镜；透镜与第一偏振转换元件贴合设置，和/或，透镜与偏振分光元件贴合设置；第一偏振转换元件与偏振分光元件之间间隔设置，第一偏振转换元件暴露于空气中的表面设置有基片，且基片上设置有增透膜。本发明技术方案能够降低折叠光路中不同元件的界面暴露在空气中产生菲涅尔反射造成的鬼影，以提高显示光学系统的图像质量，并具有轻量化的特点。

技术领域

本发明涉及光学显示技术领域，特别涉及一种降低鬼影的显示光学系统及头戴显示装置。

背景技术

在近眼显示NED(Near eye display)或头戴显示HMD(Head mounted display)光学系统中，光学膜材(optical film)因为其功能性和高性价比，应用越来越广泛，比如偏振控制元件偏光片、补偿片等，在折叠光路(pancake)中发挥重要的作用。但是，这些元件暴露在空气中会产生菲涅尔反射(指当光入射到折射率不同的两个媒质分界面时，一部分光会被反射的现象)，进而产生鬼影，影响图像质量。

现主要有三种思路来解决该问题。第一种是在偏振控制元件的表面涂布AR(Anti-Reflection)层或者复合一层具有AR功能的光学薄膜，但是这些材料仅能在589nm附近具有较低的反射率(比如0.7％，DNP LR Film)，无法做到在整个可见光范围内保持较好的一致性能。第二种是将四分之一波片(QWP)与偏振光分束器(PBS)复合，然后贴合在一基片上，该方案减少了一个光学反射面，但是剩余光学面的反射仍然明显，并且相应的鬼影在成像中占据主要作用。第三种则是把QWP与PBS复合后，同时贴合在透镜后表面，或者贴合在两个透镜之间，虽然可以降低相应反射，但该方案为了满足屈光度和像质的要求，存在透镜较厚、重量上升等不利因素，限制了其在产品中的应用。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种降低鬼影的显示光学系统，旨在降低折叠光路中不同元件的界面暴露在空气中产生菲涅尔反射造成的鬼影，提高显示光学系统的图像质量，并具有轻量化的特点。

为实现上述目的，本发明提出一种降低鬼影的显示光学系统，包括依序设置的显示屏、偏振分光元件、第一偏振转换元件、部分透射部分反射元件、第二偏振转换元件和偏振件；显示光学系统还包括设置于部分透射部分反射元件朝向显示屏的一侧的透镜；透镜与第一偏振转换元件贴合设置，和/或，透镜与偏振分光元件贴合设置；第一偏振转换元件与偏振分光元件之间间隔设置，第一偏振转换元件暴露于空气中的表面设置有基片，且基片上设置有增透膜。

可选地，透镜设置于部分透射部分反射元件与第一偏振转换元件之间，透镜同时与部分透射部分反射元件和第一偏振转换元件与贴合设置，第一偏振转换元件与偏振分光元件之间存在空气间隔，第一偏振转换元件朝向偏振分光元件的表面、偏振分光元件朝向第一偏振转换元件的表面上均设置有基片和增透膜。

可选地，基片朝向第一偏振转换元件的表面的曲率和基片朝向偏振分光元件的表面的曲率相同。

可选地，基片朝向第一偏振转换元件的表面的曲率与透镜朝向第一偏振转换元件的表面的曲率相同。

可选地，基片朝向第一偏振转换元件的表面为平面。

可选地，基片具有与透镜相反的色散特性。

可选地，透镜和第一偏振转换元件之间填充有光学胶。

可选地，第一偏振转换元件和基片之间填充有光学胶。

可选地，光学胶采用折射率匹配材料。

为实现上述目的，本发明还提出一种降低鬼影的头戴显示装置，包括：头戴主体；及上述的降低鬼影的显示光学系统，降低鬼影的显示光学系统设于头戴主体内。