[发明专利]校正色差的显示光学系统及头戴显示装置

说明书

本发明公开一种校正色差的显示光学系统及头戴显示装置，其中，校正色差的显示光学系统，包括：显示屏；透镜，透镜设于显示屏的一侧；校正元件，校正元件朝向显示屏的表面的曲率和校正元件背离显示屏的表面的曲率相同，且校正元件具有与透镜相反的色散特性；其中，校正元件设于透镜背离显示屏的一侧，或，校正元件设于透镜朝向显示屏的一侧。本发明技术方案通过具有与透镜相反的色散特性的校正元件对透镜的色差进行补偿，有效消除色差，提高显示光学系统的图像质量。

技术领域

本发明涉及光学显示技术领域，特别涉及一种校正色差的显示光学系统及头戴显示装置。

背景技术

近眼显示NED(Near eye display)或头戴显示HMD(Head mounted display)光学系统中，经常选用树脂透镜，以实现轻量化的要求。例如在虚拟现实VR(Virtual reality)中，光学系统有直透式方案和基于偏振的折叠光路(folded optics)方案(也被称为pancake方案)，在前一种方案中，常见的光路结构由菲涅尔透镜或者非球面透镜构成；在后一种方案中，常见的光路结构由一片透镜或者两片透镜构成。

对于单片式透镜方案，材料固有的色散导致主像存在较明显的色差，其中以位置色差尤为明显。对于两片式透镜方案，虽然可以通过选用不同色散性能的材料来降低色差，但树脂材料的选择范围较小；并且，两片透镜需要具备较好的双折射性能，否则会在偏振光路中造成严重的鬼影；同时，两片透镜也意味着更重的模组重量，因而成为产品推向市场的阻碍。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种校正色差的显示光学系统，旨在通过具有与透镜相反的色散特性的校正元件对透镜的色差进行补偿，有效消除色差，提高显示光学系统的图像质量。

为实现上述目的，本发明提出一种校正色差的显示光学系统，包括：显示屏；透镜，透镜设于显示屏的一侧；校正元件，校正元件朝向显示屏的表面的曲率和校正元件背离显示屏的表面的曲率相同，且校正元件具有与透镜相反的色散特性；其中，校正元件设于透镜背离显示屏的一侧，或，校正元件设于透镜朝向显示屏的一侧。

可选地，校正色差的显示光学系统还包括依序设置的偏振件、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分光元件；其中，透镜设于部分透射部分反射元件和第二偏振转换元件之间；校正元件设于透镜和第二偏振转换元件之间，或，校正元件设于第二偏振转换元件和偏振分光元件之间，或，校正元件设于偏振分光元件背离第二偏振转换元件的一侧。

可选地，校正元件朝向显示屏的表面的曲率与透镜背离显示屏的表面的曲率相同，透镜、第二偏振转换元件、偏振分光元件和校正元件四者中，每相邻两个元件贴合设置。

可选地，透镜、第二偏振转换元件、偏振分光元件和校正元件四者中，每相邻两个元件之间填充有光学胶。

可选地，校正元件设于透镜和第二偏振转换元件之间，或，校正元件设于第二偏振转换元件和偏振分光元件之间；其中，校正色差的的显示光学系统还包括保护元件，保护元件贴合设置在偏振分光元件背离显示屏的表面上。

可选地，校正元件设于偏振分光元件背离第二偏振转换元件的一侧，校正元件背离偏振分光元件的表面设有增透膜。

可选地，校正元件设于第二偏振转换元件和偏振分光元件之间，且透镜、第二偏振转换元件和校正元件依次贴合设置，偏振分光元件与校正元件之间设有空气间距，校正元件朝向偏振分光元件的表面设有增透膜。

可选地，校正元件设于透镜朝向显示屏的一侧，且校正元件背离显示屏的表面的曲率与透镜朝向显示屏的表面的曲率相同，校正元件与透镜贴合设置，且校正元件朝向显示器的表面设有增透膜。