[实用新型]超短距目镜系统

说明书

一种超短距目镜系统，其包括一显示屏、一光学模块及多个透镜，光学模块包含在显示屏前依序设置的反射式偏振片、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，多个透镜包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，并分别设置在光学模块中至少一者的任一侧。本实用新型利用对于光线进行多次的相位延迟和反射，实现超短距的光学架构，同时，通过在此架构上搭配三透镜进行焦距调节，可在大视场达到良好的像差性能与影像质量。

技术领域

本实用新型有关光学技术领域，特别是指一种可应用于头戴显示器的超短距目镜系统。

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目镜系统示意图，显示屏10投射出影像，经过一段光程为d的光路后入射至透镜40，此透镜40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，则头戴显示器的长度为光程d加上透镜的厚度、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，且对使用者的鼻梁、头顶、颈部都会造成负担而无法久戴。因此，目前技术人员致力于将头戴显示器中目镜系统的长度缩短，以使头戴显示器的厚度缩小，便于使用者佩戴。

此外，为了让头戴显示器所提供的虚拟图像能够重现视觉效果，目镜系统还必须提供高规格的影像质量，以满足消费者对于体验虚拟现实的视觉需求。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种超短距目镜系统，其在光学架构上采用三透镜设计，以达到良好的像差平衡，提高影像质量，同时也可保持目镜系统的超短距以及大视角。此目镜系统可应用于头戴显示器、游戏机等产品上设置的广角镜头或广角目镜，给用户更为完美的视觉体验。

本实用新型的另一目的在于提供一种超短距目镜系统，其在显示屏后、人眼之前依序设置反射式偏振片、第一相位延迟片、部分穿透部分反射元件、第二相位延迟片和线偏振片等光学元件，利用光线的多次相位延迟及反射而达到缩短目镜系统的整体长度，可用以将头戴显示器微型化。

为达上述目的，本实用新型提供一种超短距目镜系统，包括有一显示屏、一光学模块与多个透镜。其中，显示屏用以输出影像并发出光线。光学模块包括：一反射式偏振片，对应显示屏设置，使光线中垂直偏振光穿透、水平偏振光反射；一第一相位延迟片，对应反射式偏振片设置，接收穿透反射式偏振片的光线，并进行第一次相位延迟；一部分穿透部分反射元件，对应第一相位延迟片设置，使经第一次相位延迟的光线部分穿透于前述部分穿透部分反射元件，部分则反射回第一相位延迟片进行第二次相位延迟及第三次相位延迟；一第二相位延迟片，对应部分穿透部分反射元件设置，接收部分穿透的前述部分穿透部分反射元件且经过第二次相位延迟、第三次相位延迟的光线，并进行第四次相位延迟；以及一线偏振片，对应第二相位延迟片设置，用以让只经过两次相位延迟的光线不要通过并只让经过四次相位延迟的光线通过。多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，分别设置于光学模块中至少一者的任一侧，将显示屏所输出的该影像导入至少一人眼中，且第三透镜为最靠近显示屏的透镜，第一透镜为最靠近人眼的透镜；同时，超短距目镜系统必须满足下列条件(1)和(2)：

(1)及

(2)

其中，f₁为该第一透镜的有效焦距；

f₂为该第二透镜的有效焦距；

f₃为该第三透镜的有效焦距；

F为该超短距目镜系统的有效焦距；

R₁为该第一透镜靠近该人眼的一侧的曲率半径；