CN105629472A - 短距离光学放大模组、放大方法及放大系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短距离光学放大模组、放大方法及放大系统，该模组包括第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，其中，第一相位延迟片设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，成像透镜设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，第二相位延迟片设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交。通过第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，使得光学图像在传输路径上经反射型偏振片反射后，在成像透镜上进行放大，不但使光学图像达到光学放大倍数的要求，而且将第二相位延迟片与反射型偏振片相贴合设置，进一步缩短了光学模组的尺寸和体积。

Description

短距离光学放大模组、放大方法及放大系统

技术领域

本发明涉及一种光学仪器，尤其涉及一种短距离的光学放大模组、放大方法及放大系统。

背景技术

现有技术中光学放大模组结构中，为满足光学放大模组内的成像质量，模组内通常包含多个光学器件，由于各个光学器件需要一定的安装空间，因此将多个光学器件组成的光学放大模组往往尺寸和体积都比较大，尤其不能满足智能VR(VirtualReality，虚拟现实)穿戴设备小空间高放大倍数的显示要求。

发明内容

本发明实施例中提供了一种短距离光学放大模组、放大方法及放大系统，以解决现有的光学放大模组结构尺寸较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种短距离光学放大模组，该模组包括第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，其中，

第一相位延迟片，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面，以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，所述成像透镜用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟片，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交；

反射型偏振片，贴合于所述第二相位延迟片，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向一致的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过所述第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片及反射型偏振片，所述反射型偏振片用于反射由所述第二相位延迟片传来的具有第二线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜用于将反射型偏振片反射回来的光学图像进行放大，所述第二相位延迟片还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以使得具有该非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

优选的，所述非第二线性偏振方向为第一线性偏振方向。

优选的，所述第二相位延迟片贴合于所述成像透镜的第二光学面。

优选的，所述模组还包括：吸收型偏振片，

所述吸收型偏振片贴合于所述反射型偏振片的远离成像透镜的一侧，并且所述吸收型偏振片具有与反射型偏振片一致的透射方向。

优选的，还包括光学显示屏，光学显示屏，用于产生第一线性偏振方向的光学图像，且所述光学显示屏与所述第一相位延迟片相贴合。

一种短距离光学放大模组，该模组包括第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，其中，

第一相位延迟片，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面，以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，所述成像透镜用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟片，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振片，贴合于所述第二相位延迟片，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过所述第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片及反射型偏振片，所述反射型偏振片用于反射由所述第二相位延迟片传来的具有第一线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜用于将反射型偏振片反射回来的光学图像进行放大，所述第二相位延迟片还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以使得具有该非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

一种短距离光学放大方法，所述方法包括以下步骤：

沿一传输路径输出具有第一线性偏振方向的光学图像，将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，并使得所述光学图像通过成像透镜进行透射放大；

将所述光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向，并且，所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交；

反射型偏振片反射所述具有所述第二线性偏振方向的光学图像，并将所述光学图像的偏振方向由第二线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，其中，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向一致的透射方向；

通过成像透镜将所述反射的具有椭圆或圆偏振方向的光学图像进行反射放大，并将放大后光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以及，将所述具有非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

一种短距离光学放大方法，所述方法包括以下步骤：

沿一传输路径输出具有第一线性偏振方向的光学图像，将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，并使得所述光学图像通过成像透镜进行透射放大；

将所述光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振片反射所述具有所述第一线性偏振方向的光学图像，并将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，其中，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

通过成像透镜将所述反射的具有椭圆或圆偏振方向的光学图像进行反射放大，并将放大后光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以及，将所述具有非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

一种短距离光学放大系统，所述系统包括用于产生第一线性偏振方向的光学图像的光学显示屏和短距离光学放大模组，其中，所述短距离光学放大模组包括：

第一相位延迟层，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜层，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面；所述成像透镜层用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟层，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交；

反射型偏振层，贴合于所述第二相位延迟层，所述反射型偏振层具有与第一线性偏振方向一致的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层及反射型偏振层，所述反射型偏振层用于反射由所述第二相位延迟层传来的具有第二线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜层用于将反射型偏振层反射回来的光学图像进行反射再次放大，所述第二相位延迟层还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以使得具有该非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振层。

一种短距离光学放大系统，所述系统包括用于产生第一线性偏振方向的光学图像的光学显示屏和短距离光学放大模组，其中，所述短距离光学放大模组包括：

第一相位延迟层，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜层，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面；所述成像透镜层用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟层，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振层，贴合于所述第二相位延迟层，所述反射型偏振层具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层及反射型偏振层，所述反射型偏振层用于反射由所述第二相位延迟层传来的具有第一线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜层用于将反射型偏振层反射回来的光学图像进行反射再次放大，所述第二相位延迟层还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以使得具有该非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振层。

由以上技术方案可见，本发明具有以下有益效果：

本发明实提供的短距离光学放大模组，通过第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，使得光学图像在传输路径上经反射型偏振片反射后，在成像透镜上进行放大，不但使光学图像达到光学放大倍数的要求，而且将第二相位延迟片与反射型偏振片相贴合设置，进一步缩短了光学模组的尺寸和体积。

本发明提供的短距离光学放大模组将第二相位延迟片与成像透镜贴合设置，在不影响光路的前提下，节省了第二相位延迟片与反射式偏振片的距离，进一步减小了短距离光学放大模组的尺寸和体积。

本发明提供的短距离光学放大模组中的成像透镜的一面为第二光学面，使得该第二光学面能够与第二相位延迟片相贴合，该第二相位延迟片又与反射式偏振片相贴合，进一步减小了短距离光学放大模组的尺寸和体积。此外，将所述成像透镜的一面设置为第二光学面，能够减小如果成像透镜为第一光学面时偏振光发生色散的程度，进而提高光学图像的清晰度，并且相比于第一光学面加工，第二光学面的镜面加工工艺加工难度低，加工成本少。

本发明提供的短距离光学放大模组还在反射式偏振片的外侧增设了吸收型偏振片，该吸收型偏振片能够吸收外界来的光，防止看到外界的反射像，进而防止外界光对光学图像的干扰；此外，将吸收型偏振片、反射偏振片与第二相位延迟片贴合设置，将光学显示屏与第一相位延迟片贴合设置，可进一步减小光学放大模组的体积和尺寸，简化装配。

本发明提供的一种短距离光学放大方法中，光学图像通过成像透镜进行透射放大，然后在反射型偏振片上反射，再经过成像透镜时在其第一光学面进行二次放大，并且偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第二线性偏振方向，最后通过所述反射型偏振片进入人眼视线。利用光学图像在光学放大模组内完成两次反射，不但扩大了视场角，而且缩短了光学放大模组的尺寸和体积。

本发明提供的一种短距离光学放大系统，其中，短距离光学放大模组由第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层和反射型偏振层组合成的多层光学结构体，并且在不影响光学成像质量的前提下，极大程度地缩短了光学放大模组的尺寸和体积，减轻了重量，增加了使用该光学放大组件的VR眼镜佩戴时的舒适感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图2为本实施例提供的另一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图3为光学图像分别在成像透镜中第一光学面和第二光学面中传播的示意图；

图4为本实施例提供的又一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图5为本实施例提供的又一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图6为本实施例提供的一种短距离光学放大方法的流程图；

图7为本实施例提供的另一种短距离光学放大方法的流程图；

图8为本实施例提供的一种短距离光学放大系统的结构示意图；

图9为本实施例提供的另一种短距离光学放大系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种短距离光学放大模组，如图1所示，该模组包括依次排列布置的第一相位延迟片2、成像透镜4、第二相位延迟片5和反射型偏振片6，其中，第一相位延迟片2，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向。所述光学图像是指从光源侧发出的光线或者偏振光。

成像透镜2，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜2具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，并且，所述成像透镜用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大，此次放大为第一次放大。

其中，本实施例中，所述第一光学面为曲面，所述第二光学面为平面，且所述第一光学面的曲率中心、第二光学面位于所述第一光学面的同侧。

第二相位延迟片5，设置于成像透镜4的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向；并且，所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交。

反射型偏振片6，贴合于所述第二相位延迟片5，反射型偏振片6具有与第一线性偏振方向一致的透射方向。

其中，所述光学图像依次通过所述第一相位延迟片2、成像透镜4、第二相位延迟片5及反射型偏振片6。并且反射型偏振片6还用于反射由所述第二相位延迟片5传来的具有第二线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜4用于将反射型偏振片6反射回来的光学图像进行放大，此次放大为第二次放大。所述第二相位延迟片5还用于将第二次放大后光学图像的偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以使得具有该非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片6。

其中，所述非第二线性偏振方向优选为第一线性偏振方向。

本实施例中的第一相位延迟片2、第二相位延迟片5和反射式偏振片6均为现有技术，光学图像每次经过相位延迟片能够增加一定角度的相位延迟，反射式偏振片能实现对偏振方向与其透射方向一致的线偏光通过，而对于偏振方向与其透射方向正交的线偏光完全反射，而对于有一定相位延迟的圆偏振光或者椭圆偏振光部分透射通过。所述成像透镜4的两个侧面中靠近第一相位延迟片2的面为第一光学面，靠近第二相位延迟片5的面为第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，通过所述第一光学面可以实现一定比例的光产生反射，剩余比例的光产生透射。

下面介绍一下本发明中的短距离光学放大模组的工作原理：

在靠近光源的一侧(图1中最右侧)，具有第一线性偏振方向(本实施例中为平行于纸面的方向)的光学图像经过第一相位延迟片2后该光学图像的偏振方向变为相位延迟了的椭圆偏振方向或圆偏振方向，特别地，当第一相位延迟片2为1/4波片时，该透过的光学图像的偏振方向经过第一相位延迟片2后变为圆偏振方向，然后再经过成像透镜的第一光学面发生透射，使光学图像完成透射放大，此次放大是小倍数的放大，透射后的光学图像的偏振方向经过第二相位延迟片5后其偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向(本实施例中为垂直于纸面的方向)；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交。本实施例中，所述第一相位延迟片2与第二相位延迟片5对偏振光旋转方向一致(即所述第一相位延迟片2与第二相位延迟片5均为左旋或右旋方向)。

具有第二线性偏振方向的光学图像到达反射型偏振片6后被全发射，反射后的光学图像再次经过第二相位延迟片5后，偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；特别地，当第二相位延迟片5为1/4波片时，反射后的光学图像的偏振方向经过第二相位延迟片5后变为圆偏振方向。

该光学图像再次经过成像透镜4的第一光学面发生反射实现一定比例能量的光的反射放大，这次是大倍数的放大。经过大倍数放大的光学图像再次经过第二相位延迟片5，其偏振方向变为非第二线性偏振方向(优选为第一线性偏振方向)，特别地，当第一相位延迟片2为1/4波片时，该光学图像的偏振方向再经过第一相位延迟片2后变为第一线性偏振方向，由于所述反射型偏振片6具有与第一线性偏振方向一致的透射方向，因此，该具有第一线性偏振方向的光学图像通过反射式偏振片6后进入观察者视线，从而在短距离(小于5cm)内实现光线的大倍数放大。

本发明实提供的短距离光学放大模组，通过第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，使得光学图像在传输路径上经反射型偏振片反射后，在成像透镜上进行放大，不但使光学图像达到光学放大倍数的要求，而且将第二相位延迟片与反射型偏振片相贴合设置，进一步缩短了光学模组的尺寸和体积。

在一个优选的实施例中，所述非第二线性偏振方向为第一线性偏振方向，使得光学图像经过第二相位延迟片后偏振方向又变为所述第一线性的偏振方向，以保证光学图像第一次到达反射型偏振片时被全发射，即此时光学图像的偏振方向变为与第一线性偏振方向正交的第二线性偏振方向，光学图像经过所述第一相位延迟片2和第二相位延迟片4后光程差为其中，n为整数。

此外，第二相位延迟片5与反射式偏振片6相贴合设置，缩短了偏振光在第二相位延迟片5与反射式偏振片6的传播路径，在不影响光路的前提下，节省了第二相位延迟片与反射式偏振片的距离，能够进一步减小短距离光学放大模组的尺寸和体积。

如图2所示，为进一步减小放大光学组件的尺寸和体积，将第二相位延迟片贴合于所述成像透镜的第二光学面。将成像透镜4(部分透射部分反射曲面镜片4)靠近所述第二相位延迟片5的一侧面设置为第二光学面，且该平面能与第二相位延迟片5相贴合。通常地，成像透镜4的镜面均是圆弧曲面，本实施例将靠近第二相位延迟片5的成像透镜4的一侧设置为平面，一方面实现了将第二相位延迟片5与成像透镜4相贴合，进一步地缩短两个光学组件间的距离，减小了光学放大模组的尺寸；另一方面，如图3所示，如果成像透镜4的两个面都是曲面，则曲面较大会导致光线发生色散，影响视觉成像效果；或者如果曲面的曲率较小会缩短光路路程，影响放大效果，所以本实施例提供的成像透镜4的一侧设置为平面能够减小曲面发生色散的程度，或者曲率较小导致对光路的放大率降低的问题，有利于使光线在光学模组中发生的折射或反射更稳定，并且不影响光路的成像效果。

此外，就工艺生产而言，本实施例提供的部分透射部分反射曲面镜片的一侧面为平面，相比于现有的两面均是曲面的成像透镜而言，工艺加工平面比加工曲面难度较低，相应地，加工成本也减少，进而能够了生产效率。

如图2所示，本方案提供的短距离光学放大模组还包括吸收型偏振片7，其中，该吸收型偏振片7设在反射式偏振片6的远离成像透镜4的一侧。此外，该吸收型偏振片7可与反射式偏振片6贴合设置，并且该吸收型偏振片7与反射式偏振片6的透射方向一致(平行设置)。

本发明提供的短距离光学放大模通过在反射式偏振片的外侧增设了吸收型偏振片，该吸收型偏振片与反射偏振片的透射方向平行设置，即从反射偏振片出射的偏振光可直接通过该吸收型偏振片。外界的光线被该吸收型偏振片吸收，这样，就防止看到外界的反射像，进而防止外界光对显示的干扰；此外，将吸收型偏振片、反射偏振片与第二相位延迟片贴合设置可以降低光损失，进一步减小体积和尺寸，简化装配。

本发明中的使用上述短距离光学放大模组的应用于虚拟现实设备，例如VR眼镜时：

如图4所示，该短距离光学放大模组还包括光学显示屏1，所述光学显示屏1设置在第一相位延迟片2的远离部分透射部分反射曲面镜片4的一侧，用于产生第一线性偏振方向的光学图像，且所述光学显示屏与所述第一相位延迟片2相贴合。

其中，该实施例中的短距离光学放大模组由于光学显示屏1与第一度相位延迟片2相贴合，第二相位延迟片5与反射式偏振片6相贴合，分别缩短了两组距离，在不影响光路传播的前提下，将光学模组中的部分组件相贴合，能够极大地减小光学模组的尺寸，将短距离光学放大模组应用于VR(虚拟现实)眼镜中，能够缩短VR眼镜的尺寸厚度，减轻了体积，更接近于普通的眼镜尺寸，增加了使用者佩戴的舒适度。

其中，上述成像透镜4的第一光学面为半透射半反射的光学面，即50％比例透视，50％比例反射光学面。所述光学显示屏1选择为微型高清显示屏，在选择微型高清显示屏的情况下还可以在小体积的情况下看到大视野高清晰度的显示效果。

本发明中的短距离光学放大模组，将第二相位延迟片5、反射式偏振片6和吸收型偏振片依次贴合设置，并且将光学显示屏1与第一相位延迟片2也贴合设置，使得贴合后的短距离光学放大模组较贴合前相比，大大减小了模组尺寸和体积，此外，增设的吸收型偏振片能够吸收外界来的光，防止看到外界的反射像，进而防止外界光对显示的干扰。

此外，在所述光学方法模组中，在光学显示屏1、第一相位延迟片2、成像透镜4、第二相位延迟片5和反射式偏振片6中的任意相邻的两个之间都可以根据需要来加入不影响光线相位延时的光学器件3。优选的，如图4所示，在第一相位延迟片2与成像透镜4之间加入校正色相变化的光学模组3，以增强该短距离光学放大模组的实用性。

为了使人眼能够在反射式偏振片6的轴线中心处看到图像，所述光学显示屏1、第一相位延迟片2、成像透镜4、第二相位延迟片5、反射式偏振片6和吸收型偏振片7同轴设置。

本发明中的短距离光学放大模组的轴向侧面包裹有吸光材料，能够使最终未透过反射式偏振片进入人眼的光线被吸收，防止这些光对最终显示结果造成影响。

请参阅图5，相比于上述实施例，本实施例的区别在于：本实施例中，所述第一相位延迟片2与第二相位延迟片5对偏振光旋转方向相反；即如果所述第一相位延迟片2为左旋方向，则所述第二相位延迟片5为右旋方向；或者如果所述第一相位延迟片2为右旋方向，则所述第二相位延迟片5为左旋方向。相应的，本实施例中，所述反射型偏振片5具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；所述第二相位延迟片2设置于所述成像透镜4的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向。

其中，所述光学图像依次通过所述第一相位延迟片2、成像透镜4、第二相位延迟片5及反射型偏振片6。并且反射型偏振片6还用于反射由所述第二相位延迟片5传来的具有第一线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜4用于将反射型偏振片6反射回来的光学图像进行放大，此次放大为第二次放大。所述第二相位延迟片5还用于将第二次放大后光学图像的偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以使得具有该非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片6。

其中，所述非第一线性偏振方向优选为与第一线性偏振方向正交的方向。

如图6所示，对应于前述的短距离光学放大模组，本发明还提供一种短距离光学放大方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S110：沿一传输路径输出具有第一线性偏振方向的光学图像，将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，并使得所述光学图像通过成像透镜进行透射放大。

步骤S120：将所述光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向，并且，所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交。

步骤S130：反射型偏振片反射所述具有所述第二线性偏振方向的光学图像，并将所述光学图像的偏振方向由第二线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，其中，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向一致的透射方向。

步骤S140：通过成像透镜将所述反射的具有椭圆或圆偏振方向的光学图像进行反射放大，并将放大后光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以及，将所述具有非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

本发明提供的一种短距离光学放大方法，基于前述短距离光学放大模组的放大原理，充分借助反射功能光学模组的大角度(相对于透射的小角度变化)调整特性来组合出在较小的总的光学通道内实现非常大的放大倍数，从而实现微型屏幕同样看到大视场角的效果。考虑到近眼光学对整体亮度损失的敏感度较低，因此在本发明中的光学的整体设计中使用了成像透镜的丢弃部分能量的方式，而不会对最终的显示效果产生明显的影响。因此，本发明是一种实现了高的放大倍数、整体厚度较小且几乎无相差的近眼显示光学模组。

本发明提供的一种短距离光学放大方法中，光学图像通过成像透镜进行透射放大，然后在反射型偏振片上反射，再经过成像透镜时在其第一光学面进行二次放大，并且偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第二线性偏振方向，最后通过所述反射型偏振片进入人眼视线。利用光学图像在光学放大模组内完成两次反射，不但扩大了视场角，而且缩短了光学放大模组的尺寸和体积。

如图7所示，本发明还提供一种短距离光学放大方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S210：沿一传输路径输出具有第一线性偏振方向的光学图像，将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，并使得所述光学图像通过成像透镜进行透射放大。

步骤S220：将所述光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向。

步骤S230：反射型偏振片反射所述具有所述第一线性偏振方向的光学图像，并将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，其中，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向正交的透射方向。

步骤S240：通过成像透镜将所述反射的具有椭圆或圆偏振方向的光学图像进行反射放大，并将放大后光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以及，将所述具有非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

本发明还提供一种短距离光学放大系统，如图8所示，该系统包括用于产生第一线性偏振方向的光学图像的光学显示屏1，和短距离光学放大模组10，其中，该短距离光学放大模组10包括：第一相位延迟层2、成像透镜层4、第二相位延迟层5和反射型偏振层6，其中，

第一相位延迟层2，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向。

成像透镜层4，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜4具有靠近所述第一相位延迟片2的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，所述成像透镜4用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大。

第二相位延迟层5，设置于所述成像透镜4的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交。

反射型偏振层6，贴合于所述第二相位延迟层5，所述反射型偏振层6具有与第一线性偏振方向一致的透射方向。

所述光学显示屏1设置在靠近所述短距离光学放大模组10的第一相位延迟层2一侧。

其中，所述光学图像依次通过第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层及反射型偏振层，所述反射型偏振层用于反射由所述第二相位延迟层传来的具有第二线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜层用于将反射型偏振层反射回来的光学图像进行反射再次放大，所述第二相位延迟层还用于将放大后光学图像的的偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以使得具有该非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

本实施例提供的短距离光学放大系统中的第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层及反射型偏振层分别与前述实例所述的第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片及反射型偏振片的结构位置和功能相同，光学图像在短距离光学放大模组10的传播过程也与前述的短距离光学放大模组也相同。区别在于，本实施例中的短距离光学放大模组由第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层和反射型偏振层组合成的多层光学结构体，并且在不影响光学成像质量的前提下，极大程度地缩短了光学放大模组的尺寸和体积，减轻了重量，增加了使用该光学放大组件的VR眼镜佩戴时的舒适感。

此外，如图8或9所示，本光学放大系统中的短距离光学放大模组10中还包括吸收型偏振层7，其中，所述吸收型偏振层7布置在靠近所述反射式偏振层6并且远离所述第二相位延迟层5一侧，该吸收型偏振层能够吸收外界来的光，防止看到外界的反射像，进而防止外界光对显示的干扰。

在一个优选的实施例中，所述系统还包括不影响相位延时的光学器件3，其中，所述光学器件3布置在所述光学显示屏、第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层和反射式偏振层中的任意两者之间。

如图9所示，所述不影响相位延时的光学器件3设置在第一相位延迟层2和光学显示屏1之间，且与所述短距离光学放大模组10组成为一体。优选的，所述光学器件包括近视镜片、远视镜片，或者散光镜片等。以增加了该短距离光学放大模组的适用性。

在上述本实施例中所述光学显示屏1的两个侧面均为平面，为减小模组尺寸和体积该第一相位延迟片2与光学显示屏1相贴合。并且，所述第一相位延迟片和第二相位延迟片均为1/4波片。

此外，本发明还提供一种短距离光学放大系统，所述系统包括用于产生第一线性偏振方向的光学图像的光学显示屏1和短距离光学放大模组10，其中，所述短距离光学放大模组10包括：

第一相位延迟层2，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜层4，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面；所述成像透镜层用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟层5，设置于所述成像透镜层4的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振层6，贴合于所述第二相位延迟层5，所述反射型偏振层5具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过第一相位延迟层2、成像透镜层4、第二相位延迟层5及反射型偏振层6，所述反射型偏振层6用于反射由所述第二相位延迟层5传来的具有第一线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜层4用于将反射型偏振层6反射回来的光学图像进行反射再次放大，所述第二相位延迟层5还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以使得具有该非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振层6。

其中，在上述本实施例中，所述第一光学面为曲面，所述第二光学面为平面，且所述第一光学面的曲率中心、第二光学面位于所述第一光学面的同侧。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种短距离光学放大模组，其特征在于，该模组包括第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，其中，

第一相位延迟片，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面，以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，所述成像透镜用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟片，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交；

反射型偏振片，贴合于所述第二相位延迟片，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向一致的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过所述第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片及反射型偏振片，所述反射型偏振片用于反射由所述第二相位延迟片传来的具有第二线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜用于将反射型偏振片反射回来的光学图像进行放大，所述第二相位延迟片还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以使得具有该非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

2.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述非第二线性偏振方向为第一线性偏振方向。

3.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述第二相位延迟片贴合于所述成像透镜的第二光学面。

4.根据权利要求2所述的模组，其特征在于，所述模组还包括：吸收型偏振片，

所述吸收型偏振片贴合于所述反射型偏振片的远离成像透镜的一侧，并且所述吸收型偏振片具有与反射型偏振片一致的透射方向。

5.根据权利要求1至4任一项所述的模组，其特征在于，还包括光学显示屏，光学显示屏，用于产生第一线性偏振方向的光学图像，且所述光学显示屏与所述第一相位延迟片相贴合。

6.一种短距离光学放大模组，其特征在于，该模组包括第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片和反射型偏振片，其中，

第一相位延迟片，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面，以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面，所述成像透镜用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟片，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振片，贴合于所述第二相位延迟片，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过所述第一相位延迟片、成像透镜、第二相位延迟片及反射型偏振片，所述反射型偏振片用于反射由所述第二相位延迟片传来的具有第一线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜用于将反射型偏振片反射回来的光学图像进行放大，所述第二相位延迟片还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以使得具有该非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

7.一种短距离光学放大方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

沿一传输路径输出具有第一线性偏振方向的光学图像，将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，并使得所述光学图像通过成像透镜进行透射放大；

将所述光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向，并且，所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交；

反射型偏振片反射所述具有所述第二线性偏振方向的光学图像，并将所述光学图像的偏振方向由第二线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，其中，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向一致的透射方向；

通过成像透镜将所述反射的具有椭圆或圆偏振方向的光学图像进行反射放大，并将放大后光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以及，将所述具有非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

8.一种短距离光学放大方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

沿一传输路径输出具有第一线性偏振方向的光学图像，将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，并使得所述光学图像通过成像透镜进行透射放大；

将所述光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振片反射所述具有所述第一线性偏振方向的光学图像，并将所述光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向，其中，所述反射型偏振片具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

通过成像透镜将所述反射的具有椭圆或圆偏振方向的光学图像进行反射放大，并将放大后光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以及，将所述具有非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振片。

9.一种短距离光学放大系统，其特征在于，所述系统包括用于产生第一线性偏振方向的光学图像的光学显示屏和短距离光学放大模组，其中，所述短距离光学放大模组包括：

第一相位延迟层，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜层，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面；所述成像透镜层用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟层，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第二线性偏振方向；所述第二线性偏振方向与第一线性偏振方向正交；

反射型偏振层，贴合于所述第二相位延迟层，所述反射型偏振层具有与第一线性偏振方向一致的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层及反射型偏振层，所述反射型偏振层用于反射由所述第二相位延迟层传来的具有第二线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜层用于将反射型偏振层反射回来的光学图像进行反射再次放大，所述第二相位延迟层还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第二线性偏振方向，以使得具有该非第二线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振层。

10.一种短距离光学放大系统，其特征在于，所述系统包括用于产生第一线性偏振方向的光学图像的光学显示屏和短距离光学放大模组，其中，所述短距离光学放大模组包括：

第一相位延迟层，设置于具有第一线性偏振方向的光学图像的传输路径上，用于将该光学图像的偏振方向由第一线性偏振方向转换为椭圆或圆偏振方向；

成像透镜层，设置于该具有椭圆或圆偏振方向的光学图像的传输路径上，所述成像透镜具有靠近所述第一相位延迟片的第一光学面以及与所述第一光学面相对的第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学面；所述成像透镜层用于对透过所述第一光学面的光学图像进行放大；

第二相位延迟层，设置于所述成像透镜的第二光学面的一侧，用于将该光学图像的偏振方向由椭圆或圆偏振方向转换为第一线性偏振方向；

反射型偏振层，贴合于所述第二相位延迟层，所述反射型偏振层具有与第一线性偏振方向正交的透射方向；

其中，所述光学图像依次通过第一相位延迟层、成像透镜层、第二相位延迟层及反射型偏振层，所述反射型偏振层用于反射由所述第二相位延迟层传来的具有第一线性偏振方向的光学图像，所述成像透镜层用于将反射型偏振层反射回来的光学图像进行反射再次放大，所述第二相位延迟层还用于将放大后光学图像的偏振方向转换为非第一线性偏振方向，以使得具有该非第一线性偏振方向的光学图像通过所述反射型偏振层。