CN106226901B - 一种光学器件及头戴式显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学器件及头戴式显示装置，光学器件包括：第一棱镜和第二棱镜；第一棱镜包括第一反射面(S1)、入光面(S2)和第一斜面；第二棱镜包括第二反射面(S3)、出光面(S4)和第二斜面；第一棱镜和第二棱镜通过第一斜面、第二斜面胶合，由第一斜面、第二斜面的叠合面形成胶合面(S5)；其中，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)为凹面，光线经入光面(S2)入射，并经胶合面(S5)的透射、反射后分别经第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的反射，再经胶合面(S5)的二次透射、反射后从出光面(S4)出射。通过将第一反射面(S1)和第二反射面(S3)和胶合面(S5)集成在一个光学器件中，能够提高光学器件的光利用率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种光学器件及头戴式显示装置。
背景技术
头戴式虚拟现实显示设备利用头盔显示器将人跟外界的视觉听觉封闭，引导用户产生一种身临其境的感觉。其显示原理是人的左右眼分别观看各自的图像，然后在大脑中将具有视差的图像进行合成，产生立体感觉，如身在其中。现有头盔中包含普通的显示屏，在显示屏和人眼之间还包括光学成像系统，利用光学成像系统对显示屏显示的图像进行成像，将显示屏显示的图像进行拉远放大，这样带给用户的理想的效果是人眼前面全部是图像信息，环绕整个视野。
色差一直是光学成像系统设计的一个难题，目前光学消色差主要采用双胶合或者三胶合透镜。双胶合或者三胶合透镜通常与凹面镜一起组合使用，凹面镜作为一种光学器件，在成像方面具有天生的优势：
①聚焦能力强，相同曲率半径下，凹面镜的聚焦能力是常规凸透镜的4倍；
②因聚焦能力强，所以可以制作较大口径的短焦距透镜；
③不存在色差，这一点是其他透镜所不具备的。
但是同样由于其本身特性，凹面镜会将反射的光线向内偏折，朝向入射光源，导致在同轴光学成像系统中，凹面镜往往还需要与一面半反半透镜结合在一起使用，但是凹面镜与半反半透镜两者组合使用，存在的缺点也比较的明显：
①采用半反半透镜，在图像进入凹面镜之前光能量损失1/2，经过凹面反射镜反射之后进入下一个光学器件之前光能量再次损失1/2，也就是最后只有1/4之一的光可以使用。为了保证可以得到足够亮度的图像，只能增加屏幕亮度，不仅会缩短显示屏模组的寿命，而且增加电量损耗，带来发热等问题，增加散热成本；
②更多的光学器件组合在一起导致结构设计难度增加，如，将双胶合透镜组与一个半反半透镜、一个凹面反射镜组合在一起的结构设计较为复杂，尤其是半反半透镜角度定位不方便；
③光线经过半反半透镜会产生偏折，如果摆放位置不是45度会导致折射反射比例不一致。
综上，现有技术中将凹面反射镜和半反半透镜组合起来校正色差存在着光学器件结构复杂、光利用率低的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种光学器件及头戴式显示装置，用以解决将凹面反射镜和半反半透镜组合起来校正色差存在的光学器件结构复杂、光利用率低的技术问题。
本发明实施例提供一种光学器件包括：第一棱镜和第二棱镜；
所述第一棱镜包括第一反射面(S1)、入光面(S2)和第一斜面；所述第二棱镜包括第二反射面(S3)、出光面(S4)和第二斜面；所述第一棱镜和所述第二棱镜通过所述第一斜面、所述第二斜面胶合，由所述第一斜面、所述第二斜面的叠合面形成胶合面(S5)；
其中，所述入光面(S2)和所述出光面(S4)相邻设置，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)相邻设置；所述第一斜面和所述第二斜面中的至少一面上设置有功能膜，所述功能膜的透射率与反射率之比满足设定条件；
所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)为凹面，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)上设置有反射膜；其中，光线经所述入光面(S2)入射，并经所述胶合面(S5)的透射、反射后分别经所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的反射，再经所述胶合面(S5)的二次透射、反射后从所述出光面(S4)出射。
进一步地，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的光轴分别与所述胶合面(S5)成45°夹角，且所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的曲率相同。
进一步地，所述第一棱镜和所述第二棱镜为形状相同的三棱镜，所述第一棱镜和所述第二棱镜关于所述胶合面(S5)对称设置。
进一步地，所述第一棱镜由第一三棱镜与第一平凸透镜胶合而成；所述第一三棱镜包括第一侧面、第二侧面和所述第一斜面，所述第一侧面和所述第二侧面位于所述第一三棱镜的顶角两侧；所述第一侧面与所述第一平凸透镜胶合，所述第一平凸透镜的凸面镀上反射材料以形成所述第一反射面(S1)；所述第二侧面为所述入光面(S2)；
所述第二棱镜由第二三棱镜与第二平凸透镜胶合而成；所述第二三棱镜包括第三侧面、第四侧面和所述第二斜面，所述第三侧面和所述第四侧面位于所述第二三棱镜的顶角两侧；所述第三侧面与所述第二平凸透镜胶合，所述第二平凸透镜的凸面镀上反射材料以形成所述第二反射面(S3)；所述第四侧面为所述出光面(S4)。
进一步地，所述第一三棱镜和所述第二三棱镜为形状相同的等腰直角棱镜。
进一步地，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)为球面、非球面，或者是自由曲面。
进一步地，所述功能膜为半反半透介质膜。
进一步地，所述出光面(S4)设置为凸面或凹面。
进一步地，所述入光面(S2)和所述出光面(S4)的表面设置有增透膜；所述增透膜由内至外包括三层；第一层为增透λ/4波长的氟化铈CeF3；第二层为增透λ/2波长的氧化锆ZrO2，第三层为增透λ/4波长的氟化镁MgF2，其中，λ为可见光范围内的特定光波长。
本发明实施例提供一种头戴式显示装置，包括接目透镜组、接屏透镜组和显示屏，还包括上述光学器件，所述光学器件设置在所述接目透镜组和所述接屏透镜组之间；其中，所述入光面(S2)与所述接屏透镜组相对设置，从所述接屏透镜组出射的光线入射至所述入光面(S2)，所述出光面(S4)与所述接目透镜组相对设置，从所述出光面(S4)出射的光线入射至所述接目透镜组的入光面。
上述光学器件由第一棱镜和第二棱镜胶合而成，第一棱镜除胶合面以外的其中两个面作为所述光学器件的第一反射面(S1)和入光面(S2)，第二棱镜除胶合面以外的其中两个面作为所述光学器件的第二反射面(S3)和出光面(S4)，并且光学器件的入光面(S2)和出光面(S4)相邻设置，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)相邻设置，因胶合面的光透过率和光反射率符合设定条件，使得入射至所述入光面(S2)的光线，经所述胶合面(S5)的透射、反射后，分别经所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的反射，再经所述胶合面(S5)的二次透射、反射后从所述出光面(S4)出射，最终使进入该光学器件的光的利用率可达到50％左右，与现有技术中将一个凹面反射镜和一个半反半透镜组合使用(即凹面反射镜和半反半透镜不在同一光学器件上)相比，光利用率提高了一倍；上述光学器件将两个凹面反射镜和一个透过率、反射率满足设定条件的平面镜集合在一个光学器件上，使得该光学器件同时具备校正图像像差、提高光利用率、结构紧凑、制备简单的特点，而且该光学器件也可以单独作为一个透镜使用，用于提高成像质量和改变光路。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1至图7为本发明实施例提供的一种光学器件的结构示意图；
图8a至图8b为本发明实施例提供的一种光学器件的光学成像光路示意图；
图9为本发明实施例提供的一种图像显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有效果更加清楚明白，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供的一种光学器件的结构，如图1和如图2所示，包括：第一棱镜和第二棱镜；
第一棱镜包括第一反射面(S1)、入光面(S2)和第一斜面(与S5重合)；第二棱镜包括第二反射面(S3)、出光面(S4)和第二斜面(与S5重合)；第一棱镜和第二棱镜通过第一斜面、第二斜面胶合，由第一斜面、第二斜面的叠合面形成胶合面(S5)；
其中，入光面(S2)和出光面(S4)相邻设置，且入光面(S2)和出光面(S4)关于胶合面(S5)对称设置，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)相邻设置，且第一反射面(S1)和第二反射面(S3)关于胶合面(S5)对称设置；第一反射面(S1)与出光面(S4)相对设置，入光面(S2)与第二反射面(S3)相对设置。第一斜面和第二斜面中的至少一面上设置有功能膜，功能膜的透射率与反射率之比，满足设定条件；
第一反射面(S1)和第二反射面(S3)为凹面，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)上设置有反射膜；其中，光线经入光面(S2)入射，并经胶合面(S5)的透射、反射后分别经第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的反射后，再经所述胶合面(S5)的二次透射、反射后从出光面(S4)出射。
上述光学器件由第一棱镜和第二棱镜胶合而成，第一棱镜除胶合面以外的其中两个面作为所述光学器件的第一反射面(S1)和入光面(S2)，第二棱镜除胶合面以外的其中两个面作为所述光学器件的第二反射面(S3)和出光面(S4)，并且光学器件的入光面(S2)和出光面(S4)相邻设置，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)相邻设置，因胶合面的光透过率和光反射率符合设定条件，使得入射至所述入光面(S2)的光线，经所述胶合面(S5)的透射、反射后，分别经所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的反射，再经所述胶合面(S5)的二次透射、反射后从所述出光面(S4)出射，最终使进入该光学器件的光的利用率可达到50％左右，与现有技术中将一个凹面反射镜和一个半反半透镜组合使用(即凹面反射镜和半反半透镜不在同一光学器件上)相比，光利用率提高了一倍；上述光学器件将两个凹面反射镜和一个透过率、反射率满足设定条件的平面镜集合在一个光学器件上，使得该光学器件同时具备校正图像像差、提高光利用率、结构紧凑、制备简单的特点，而且该光学器件也可以单独作为一个透镜使用，用于提高成像质量和改变光路。
值得说明的是，本发明实施例中，为了方便描述第一棱镜和第二棱镜的相关棱面，用“第一”和“第二”描述具有相同功能或相同特征的棱面，并不包含第一棱镜和第二棱镜中具有多个这些棱面的含义。
上述光学器件中，为了保证从光学器件的入光面(S2)入射的光在两个棱镜中的光程相一致，以及入射光在第一棱镜所成的像与在第二棱镜所成的像重合，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的曲率相等，并且第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的光轴分别与胶合面(S5)成45°夹角。
优选的实施例中，第一棱镜和第二棱镜为形状相同的三棱镜，第一棱镜和第二棱镜关于胶合面(S5)对称设置，即第一棱镜的第一反射面(S1)，相当于第二棱镜的第二反射面(S2)，第一棱镜的入光面(S2)，相当于第二棱镜的出光面(S4)，第一棱镜的第一斜面，相当于第二棱镜的第二斜面。
上述光学器件中，第一棱镜的第一斜面上镀有功能膜，或者第二棱镜的第二斜面上镀有功能膜，或者第一棱镜的第一斜面和第二棱镜的第二斜面上均镀有功能膜。
优选的，第一棱镜是一体成型的透镜结构。第二棱镜是一体成型的透镜结构。在制作上述光学器件时，只需在第一棱镜的第一斜面上设置功能膜，在第一棱镜的第一反射面(S1)上设置反射膜，在第二棱镜的第二斜面上设置功能膜，在第二棱镜的第二反射面(S3)上设置反射膜，然后用光学胶将第一棱镜的第一斜面与第二棱镜的第二斜面胶合起来即可。
上述功能膜的透射率与反射率之比满足设定条件，如透射率为60％，反射率为40％，或者透射率为40％，反射率为60％。功能膜的透射率与反射率之比满足的设定条件也可以是其他值，使得在功能膜表面发生反射的反射光和在功能膜表面发生透射的透射光的比例相当。
优选的，功能膜为半反半透介质膜，半反半透介质膜为氧化锆和/或氧化硅。半透半反射介质膜的反射率和透过率为1:1，用于将入射到第一凹面的光线一半发生反射，一半发生透射。
可选的，第二棱镜是一体成型的透镜结构时，根据出射光的光路需要，可以将出光面(S4)也可以设置为凸面，如图6所示。当然，根据出射光的光路需要，也可以将出光面(S4)设置为凹面。
若第一棱镜是一体成型的透镜结构，第二棱镜是一体成型的透镜结构，则第一反射面(S1)的光轴与胶合面(S5)的夹角，等于第一反射面(S1)的凹面中心的切面与胶合面(S5)的夹角，第二反射面(S3)的光轴与胶合面(S5)的夹角，等于第二反射面(S3)的凹面中心的切面与胶合面(S5)的夹角，如图7所示，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的光轴分别与胶合面(S5)成45°夹角。优选的，若第一棱镜是一体成型的透镜结构，第二棱镜是一体成型的透镜结构，第一棱镜的入光面(S2)与第一斜面的夹角为45°，第二棱镜的出光面(S4)与第二斜面的夹角为45°。
可选的，上述第一棱镜是一个三棱镜与一个平凸透镜组合起来的透镜组。如图3和图4所示，第一棱镜由第一三棱镜12与第一平凸透镜11胶合而成；第一三棱镜12包括第一侧面、第二侧面和第一斜面，第一侧面和第二侧面位于第一三棱镜12的顶角两侧，第一斜面为与第一三棱镜12的顶角相对的底面；第一侧面与第一平凸透镜11胶合，第一平凸透镜11的凸面镀上反射材料以形成第一反射面(S1)；第二侧面为入光面(S2)。若第一三棱镜为普通的三棱镜，则第一侧面和第二侧面为平行四边形的平面，若第一三棱镜为直角棱镜，则第一侧面和第二侧面为矩形直角面。除了第一侧面和第二侧面之外，第一三棱镜还包括相对设置的两个三角形的平面。
同样的，第二棱镜是另一个三棱镜与另一个平凸透镜组合起来的透镜组，第二棱镜由第二三棱镜22与第二平凸透镜21胶合而成；第二三棱镜22包括第三侧面、第四侧面和第二斜面，第三侧面和第四侧面位于第二三棱镜22的顶角两侧，第二斜面为与第二三棱镜22的顶角相对的底面；第三侧面与第二平凸透镜21胶合，第二平凸透镜21的凸面镀上反射材料以形成第二反射面(S3)；第四侧面为出光面(S4)。若第二三棱镜为普通的三棱镜，则第三侧面和第四侧面为平行四边形的平面，若第二三棱镜为直角棱镜，则第三侧面和第四侧面为矩形直角面。如上所述，将第一三棱镜12、第一平凸透镜11、第二三棱镜22、第二平凸透镜21胶合形成的光学器件参见图4。第一平凸透镜11和第二平凸透镜21的凸面的曲率相同，优选的，第一平凸透镜和第二平凸透镜为完全相同的平凸透镜。第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的光轴分别与胶合面(S5)成45°夹角，即第一棱镜的第一侧面与胶合面(S5)成45°夹角，第二棱镜的第三侧面与胶合面(S5)成45°夹角。优选的，第一棱镜和第二棱镜为等腰的直角棱镜。
其中，第一平凸透镜11和第二平凸透镜21的曲率半径为R，第一平凸透镜和第二平凸透镜的焦距为1/2R。透过第一平凸透镜11和第二平凸透镜21的光所成的像为正立放大的虚像。
优选的，为了使出光面(S4)出射的光进一步成放大的像，上述光学器件中，出光面(S4)也可以设置为凸面，具体是指出光面(S4)的外表面为凸面，参见图5所示的结构。本发明实施例的上述光学器件的组装方式，包括：
首先，组装第一棱镜；
在第一三棱镜12的第一斜面上设置一层半反半透介质膜，然后将第一平凸透镜11与第一三棱镜12的第一侧面胶合在一起，形成第一棱镜。具体是将第一平凸透镜11的平面与第一侧面用UV胶胶合在一起。优选的，第一平凸透镜11的凸面(S1)上预先设置一层反射率较高的反射膜，如铝箔金属膜。可选的，第一侧面(S1)和第二侧面(S2)的表面上都可以预先设置一层增透膜，用来增加光的透过率。
其次，组装第二棱镜；
在第二三棱镜22的斜面上设置一层半反半透介质膜，然后将第二平凸透镜21与第二三棱镜22的第三侧面胶合在一起，形成第二棱镜。具体是将第二平凸透镜21的平面与第三侧面用UV胶胶合在一起。优选的，第二平凸透镜21的表面预先设置一层反射率较高的反射膜，如铝箔金属膜。可选的，第三侧面和第四侧面的表面上可以预先设置一层增透膜，用来增加光的透过率。
再次，通过UV胶，将第一棱镜的第一斜面与第二棱镜的第二斜面胶合在一起，为了满足光学器件的成像条件，需要保证第一平凸透镜11和第二平凸透镜21所在的胶合面为相邻面，而不是相对的面。
其中，第一三棱镜和第二三棱镜可以是形状完全相同的正三棱镜。优选的，为了得到更好的成像效果，第一三棱镜和第二三棱镜为形状相同的等腰直角棱镜。
上述几种光学器件中，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)的曲率相同。
上述几种光学器件中，第一反射面(S1)和第二反射面(S3)为球面、非球面，或者是自由曲面。
进一步地，入光面(S2)和出光面(S4)的表面设置有增透膜；增透膜由内至外包括三层；第一层为增透λ/4波长的氟化铈CeF3；第二层为增透λ/2波长的氧化锆ZrO2，第三层为增透λ/4波长的氟化镁MgF2，其中，λ为可见光范围内的特定光波长。其中，第一层增透膜涂覆在入光面(S2)、出光面(S4)的表面。特定波长为可见光范围内的波长，可选的，特定光波长λ＝550nm。
本发明实施例中，第一平凸透镜和第二平凸透镜的凸面为球面、非球面，或者是自由曲面。
本发明实施例中，第二矩形直角面(S2)和第四矩形直角面(S4)的表面设置有增透膜。
增透膜由内至外包括三层；第一层为增透λ/4波长的氟化铈CeF3；第二层为增透λ/2波长的氧化锆ZrO2，第三层为增透λ/4波长的氟化镁MgF2、紧靠玻璃基板的是λ/4CeF3，其中，λ为可见光范围内的特定光波长，比如λ＝550nm，可根据设备的使用环境灵活选择λ值，以提高光的利用率。减反膜也可以是其他现成设计好的减反膜。
本发明实施例中，上述光学器件能够将光的利用率提高一倍，也能起到放大图像的作用。
下面以图8a中的光路为例，说明上述光学器件的成像原理。图8a中，上述光学器件的入光面(S2)与作为光源的显示屏相对设置。显示屏发出的图像光首先从入光面(S2)的表面透射进来，透射进入入光面(S2)的光线，在胶合面(S5)的功能膜(如半反半透介质膜)处发生反射、透射后，由反射而来的一部分图像光传播至第一反射面(S1)，经第一反射面(S1)放大与反射后，返回到胶合面(S5)的功能膜(如半反半透介质膜)处后发生透射，最后反射光从出光面(S4)透射出；
透射进入入光面(S2)的光线，在胶合面(S5)的功能膜(如半反半透介质膜)处发生反射、透射后，由透射而来的一部分图像光传播至第二反射面(S3)，经第二反射面(S3)放大与反射后，返回到胶合面(S5)的功能膜(如半反半透介质膜)处后发生反射，最后反射光从出光面(S4)透射出。
为了方便描述上述光学器件的光利用率，下面以胶合面(S5)处设置的功能膜为半反半透介质膜为例，结合如图8b所示的示意光路，来说明本发明实施例的光学器件的光利用率。假设100％光从入光面(S2)透过，在胶合面(S5)的半反半透介质膜处有50％的光发生透射，50％的光发生反射，50％发生反射的光传播至第一反射面(S1)，经第一反射面(S1)放大与反射，假如全部发生反射，这50％的光返回到胶合面(S5)的半反半透介质膜处后，会有25％的光发生透射，并从出光面(S4)透射出，另外25％的光从胶合面(S5)的半反半透介质膜反射后从入光面(S2)的表面透射出去。同时，50％发生透射的光传播至第二反射面(S3)，经第二反射面(S3)放大与反射，假如全部发生反射，则返回到胶合面(S5)的半反半透介质膜处后有25％的光发生透射，25％的光发生反射，25％的反射光从出光面(S4)透射出，25％的透射光从入光面(S2)的表面透射出去。因此，对于整个光学器件来说，进入光学器件的光，经半反半透介质膜、第一反射面(S1)或第一平凸透镜的凸面，再经半反半透介质膜的作用后，或者进入光学器件的光，经半反半透介质膜、第二反射面(S3)或第二平凸透镜的凸面、再经半反半透介质膜的作用后，一共有50％的光从S4输出，相比现有技术的光学器件，光利用率提高了一倍。将上述光学器件应用在光学成像系统中，能够将进入光学器件的光能量利用率提高一倍。
此外，因第一平凸透镜、第二平凸透镜具有放大镜的作用，第一平凸透镜、第二平凸透镜分别与胶合面的半反半透介质膜相对设置，使得整个光学器件的像差得到进一步校正。
对于第一平凸透镜、第二平凸透镜的曲率半径，可按照光学器件在实际应用场景中的成像位置，焦点位置等要求，依据反射镜成像公式进行计算。由于是反射成像，故实际上是没有色差的，即使在入光面(S2)的入射光产生的色差，经整个光学器件的光路转化，从出光面(S4)出射之后色差便会消除。
优选的实施例中，第一棱镜和第二棱镜的斜面上镀一层半反半透膜相当于一个半反半透镜，第一平凸透镜的凸面上镀一层反射膜相当于第一个凹面反射镜，第二平凸透镜的凸面上镀上一层反射膜相当于第二个凹面反射镜，因此，上述光学器件将半反半透镜与两个凹面反射镜集合到一个器件上，简化了结构设计，使得该光学器件可以作为一个小体积透镜使用，该小体积透镜同时具有极低的色差，图像成像质量高，可以直接作为放大镜或者其他光路使用，该光学器件因结构紧凑，便于量产及实验开发初期装配，可应用在各种光学成像系统中，如应用在不同的透镜组之间，用于改变光路，但是该光学器件的应用场景不局限于成像光路，还可结合其他的透镜用于头戴式显示设备中，例如VR/AR设备中，可对普遍大视场图像边缘出现的彩边等色差具有很好的校正作用。
基于本发明实施例的上述光学结构，本发明实施例还提供一种头戴式显示装置，如图9所示，包括接目透镜组、上述光学器件、接屏透镜组和显示屏，上述光学器件设置在接目透镜组和接屏透镜组之间；其中，入光面(S2)与接屏透镜组相对设置，从接屏透镜组出射的光线入射至入光面(S2)，入光面(S2)作为上述光学器件的光路入射面，出光面(S4)与接目透镜组相对设置，出光面(S4)作为上述光学器件的光路输出面，从出光面(S4)出射的光线入射至接目透镜组的入光面。
将上述光学器件应用在上述头戴式显示装置中，使得从接屏透镜组透射出的光进入该光学器件后，进入上述光学器件的光的利用率可达到50％左右，从屏透镜组透射出的光的方向，与从上述光学器件的出光面(S4)射出的光的方向不同，因此，将上述光学器件应用在接目透镜组和接屏透镜组之间，上述光学器件还起到了调整光路方向的作用；因上述光学器件将两个凹面反射镜和一个透过率、反射率满足设定条件的平面镜集合在一个光学器件上，使得该光学器件同时具备校正图像像差、提高光利用率、结构紧凑、制备简单的特点，因此，将上述光学器件应用在接目透镜组和接屏透镜组之间，还可提高整个头戴式显示装置的成像质量，以及有利于头戴式显示装置的小型化，使得整个头戴式显示装置具有结构紧凑、成像质量高的特点。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种光学器件，其特征在于，包括：第一棱镜和第二棱镜；
所述第一棱镜包括第一反射面(S1)、入光面(S2)和第一斜面；所述第二棱镜包括第二反射面(S3)、出光面(S4)和第二斜面；所述第一棱镜和所述第二棱镜通过所述第一斜面、所述第二斜面胶合，由所述第一斜面、所述第二斜面的叠合面形成胶合面(S5)；
其中，所述入光面(S2)和所述出光面(S4)相邻设置，且所述入光面(S2)和所述出光面(S4)关于所述胶合面(S5)对称设置；所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)相邻设置；所述第一斜面和所述第二斜面中的至少一面上设置有功能膜，所述功能膜的透射率与反射率之比满足设定条件；
所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)为凹面，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)上设置有反射膜；其中，光线经所述入光面(S2)入射，并经所述胶合面(S5)的透射、反射后分别经所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的反射，再经所述胶合面(S5)的二次透射、反射后从所述出光面(S4)出射。
2.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的光轴分别与所述胶合面(S5)成45°夹角，且所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)的曲率相同。
3.如权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述第一棱镜和所述第二棱镜为形状相同的三棱镜，且所述第一棱镜和所述第二棱镜关于所述胶合面(S5)对称设置。
4.如权利要求3所述的光学器件，其特征在于，所述第一棱镜由第一三棱镜与第一平凸透镜胶合而成；所述第一三棱镜包括第一侧面、第二侧面和所述第一斜面，所述第一侧面和所述第二侧面位于所述第一三棱镜的顶角两侧；所述第一侧面与所述第一平凸透镜胶合，所述第一平凸透镜的凸面镀上反射材料以形成所述第一反射面(S1)；所述第二侧面为所述入光面(S2)；
所述第二棱镜由第二三棱镜与第二平凸透镜胶合而成；所述第二三棱镜包括第三侧面、第四侧面和所述第二斜面，所述第三侧面和所述第四侧面位于所述第二三棱镜的顶角两侧；所述第三侧面与所述第二平凸透镜胶合，所述第二平凸透镜的凸面镀上反射材料以形成所述第二反射面(S3)；所述第四侧面为所述出光面(S4)。
5.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述第一反射面(S1)和所述第二反射面(S3)为球面、非球面，或者是自由曲面。
6.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述功能膜为半反半透介质膜。
7.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述出光面(S4)设置为凸面或凹面。
8.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述入光面(S2)和所述出光面(S4)的表面设置有增透膜；所述增透膜由内至外包括三层；第一层为增透λ/4波长的氟化铈CeF3；第二层为增透λ/2波长的氧化锆ZrO2，第三层为增透λ/4波长的氟化镁MgF2，其中，λ为可见光范围内的特定光波长。
9.一种头戴式显示装置，包括接目透镜组、接屏透镜组和显示屏，其特征在于，还包括如权利要求1至8中任一项所述的光学器件，所述光学器件设置在所述接目透镜组和所述接屏透镜组之间；
其中，所述入光面(S2)与所述接屏透镜组相对设置，从所述接屏透镜组出射的光线入射至所述入光面(S2)，所述出光面(S4)与所述接目透镜组相对设置，从所述出光面(S4)出射的光线入射至所述接目透镜组的入光面。
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