[发明专利]光学系统

说明书

一种光学系统，包括可发出光线之显示屏及光学模组，其中光学模组包括沿光线路径同轴设置的第一透镜、第一相位延迟片、线性偏振片、半反射层、第二相位延迟片、反射式偏振片和第二透镜，并由显示屏往人眼方向依照线性偏振片、第一相位延迟片及半反射层的排列方式，将第一相位延迟片、线性偏振片及半反射层贴合于第一透镜，使第一相位延迟片和线性偏振片依循第一透镜的曲面形状弯曲，以产生弯曲显示的效果，从而解决习知平面显示器边缘在光学镜头中的大视角对准误差所产生的漏光现象，并可减少杂散光所造成的鬼影问题。

技术领域

本发明系有关光学技术领域，特别是指一种可改善大视角漏光与减少鬼影之光学系统。

背景技术

随着扩增实境(Augmented Reality，AR)与虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术的发展逐渐成熟，使得以往出现在科幻小说和电影中由虚拟与现实混合而成的数字世界，愈来愈有机会实现。以虚拟现实技术而言，其中一种AR/VR头戴显示设备的光学系统包括显示器1以及光学模组2，如图1所示，显示器1包括显示屏10以及依次贴合于显示屏10表面的线性偏振片(linear polarizer)11和相位延迟片12，使显示屏10所输出的光线呈现圆偏振状态。光学模组2包括设置于显示器1前方的半反射层(half-mirror coating)21、第一透镜22、相位延迟片23、反射式偏振片(reflective polarizer)24、第二透镜25及线性偏振片26等光学元件，让显示器1输出的光线经过光学模组2的多次反射和相位调整之后来导出至人眼5，以藉由将原本较长的光线路径大幅缩短，使得光学系统的整体体积可以达到最小化。

然而，AR/VR头戴显示设备中平面显示器边缘在光学镜头中容易发生大视角漏光的问题。如图2A所示，理想的偏振角度对准情况是假设相位延迟片12和相位延迟片23的外型皆为平面。但是，显示器通常是平面的，而光学镜头是曲面的。因此，真实的偏振角度对准情况则如图2B所示。相位延迟片12设置在显示器里而呈现平面，相位延迟片23设置在光学模组里而呈现弯曲。由于两者的外型具有曲率差异，将会造成偏振角度无法有效对准，而导致漏光。此外，首次经过半反射层反射回到显示器的部分光线，容易再与AR/VR头戴显示设备的机构件产生杂散光后，再投射进入光学模组而产生鬼影，而外界杂散光也容易直接进入光学模组，同样会造成鬼影的问题。

发明内容

本发明之主要目的在于提供一种光学系统，第一透镜表面贴附线性偏振片与相位延迟片，而能依循第一透镜的曲面形状呈现弯曲，藉以避免习知平面显示器边缘在光学镜头中的大视角对准误差所产生的漏光现象，而且可以进一步减少杂散光所导致的鬼影问题。

为达上述目的，本发明提供一种光学系统，包括有一显示屏与一光学模组。其中，显示屏用以输出影像并发出光线。光学模组包括沿光线的路径同轴设置的下列元件：一第一透镜，相对显示屏设置，第一透镜包含面向显示屏的外曲面以及背向显示屏的内曲面；一第一相位延迟片，贴合于第一透镜的外曲面；一线性偏振片，贴合于第一相位延迟片面向显示屏的一面；一半反射层，设置于第一透镜的内曲面或第一相位延迟片和第一透镜的外曲面之间；一第二相位延迟片，相对半反射层和第一透镜设置；一反射式偏振片，相对第二相位延迟片设置；以及一第二透镜，相对反射式偏振片设置。

根据本发明之实施例，前述第一透镜的外曲面和内曲面具有相同或相近的曲率。

根据本发明之实施例，前述线性偏振片接收显示屏发出之光线并形成第一线偏振光，第一线偏振光经过第一相位延迟片转换为第一圆偏振光，第一圆偏振光部分穿透半反射层后，部分则反射回显示屏。

根据本发明之实施例，前述第二相位延迟片接收第一圆偏振光并转换为第二线偏振光，第二线偏振光经过反射式偏振片反射，使第二线偏振光经过第二相位延迟片转换为第二圆偏振光，第二圆偏振光部分穿透半反射层，部分则转换为第三圆偏振光并反射回第二相位延迟片，以将第三圆偏振光转换为第三线偏振光，再穿透反射式偏振片，接着经由第二透镜导入人眼中。