CN110208951A - 头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统,包括有:一凸透镜及一凹透镜;其中,通过该凸透镜二次反射使整个光学系统的焦距缩短到16.5mm左右,令能把该显示器放置于该凸透镜前1mm处仍可以有放大6倍功能,以及该凸透镜、该凹透镜系由轻材质所制成之设计,缩小该头戴虚拟现实显示装置的体积和重量,使增加配戴之舒适感。
Description
技术领域
本发明系一种头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统,尤指一种头戴虚拟现实显示装置具有薄轻光学系统,而能缩小整体之体积令增加配戴之舒适感。
背景技术
按,近年来市面上已经有许多头戴显示器装置问世,藉由光学系统设计来产生虚拟的影像,让用户好像处在现实世界里的错觉。
一般市面上穿戴式眼镜需要将显示器置于镜片组前方一定的距离,以便于达到放大以及增加视野的功能。但这样设计会导致产品相当庞大、厚重及不美观并造成不舒适感。
例如某公司生产之虚拟现实(VR)眼镜光学系统,请参阅图1所示,该公司生产之头戴虚拟现实(VR)显示装置10总长度约63mm,镜片焦距约为45mm,如果将显示器放在镜片前1mm,放大率只有1.02倍。因此欲得到相当的放大及光学效果,则需将显示器放置镜片前一定的距离处才能达到。而该公司的设计系将光源放在凸透镜组(lens)前方约40mm,放大率约5-6倍,视野(FOV)约90度,如此一来,导致产品相当庞大、厚重及不美观并造成配戴者不舒适感。
由此可见,上述习用物品仍有诸多缺失,实非一良善之设计者,而亟待加以改良。
发明内容
有鉴于此,本案发明人本于多年从事相关产品之制造开发与设计经验,针对上述之目标,详加设计与审慎评估后,终得一确具实用性之本发明。
本发明之目的,在提供一种头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统,系头戴虚拟现实显示装置具有薄轻光学系统,而能缩小整体之体积令增加配戴之舒适感。
根据上述之目的,本发明之头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统,其主要系包括有:一凸透镜及一凹透镜;其中,该凸透镜系由轻材质所制成,该凸透镜为一正凹凸透镜,其设于一头戴虚拟现实显示装置之显示器前方1mm处,该凸透镜的中心厚度为9.5918mm,令该显示器之线偏光源,投射经过该凸透镜之含有穿反薄膜及双折射波片(半波片)的前方第一光学表面,接着进入到有反射线偏光片的后方第二光学表面被反射回去,反射的线偏光到达前方第一光学表面(含有穿反薄膜)再次被反射,因为双折射波片关系,线偏光线会被旋转一个角度,因此能通过有反射线偏光片的后方第二光学表面;该凹透镜系由轻材质所制成,该凹透镜设于该凸透镜后方9mm处,令该凸透镜与该凹透镜二者的距离为9mm,该凹透镜的厚度为2mm,该凹透镜到人眼的距离为9mm,令该头戴虚拟现实显示装置总长度为30.1mm,俾藉由该凸透镜二次反射使整个光学系统的焦距缩短到16.5mm左右,令能把该显示器放置于该凸透镜前1mm处仍可以有放大6倍功能;藉此,通过该凸透镜二次反射使整个光学系统的焦距缩短到16.5mm左右,令能把该显示器放置于该凸透镜前1mm处仍可以有放大6倍功能,以及通过该凸透镜、该凹透镜系由轻材质所制成之设计,来缩小该头戴虚拟现实显示装置的体积和重量,使增加配戴之舒适感。
为便贵审查委员能对本发明之目的、形状、构造装置特征及其功效,做更进一步之认识与了解,兹举实施例配合图式,详细说明如下:
附图说明
图1为习用头戴虚拟现实(VR)显示装置之外观示意图。
图2为本发明头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统之平面示意图。
图3为本发明头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统之调制转换函数(MTF)测试数据图。
图4为本发明头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统之色像差值测试数据图。
图5为本发明头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统之畸变图。
附图标记:
凸透镜 20
凹透镜 30
显示器 40
前方第一光学表面 S1
后方第二光学表面 S2
具体实施方式
本发明乃有关一种「头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统」,请参阅图2所示,本发明之头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统,其主要系包括有:一凸透镜20及一凹透镜30。
其中,该凸透镜20系由轻材质所制成,该凸透镜20为一正凹凸透镜,其设于一头戴虚拟现实显示装置(图中未示)之显示器40前方1mm处,该凸透镜20的中心厚度为9.5918mm,令该显示器40之线偏光源,投射经过该凸透镜20之含有穿反薄膜及双折射波片(半波片)的前方第一光学表面S1,接着进入到有反射线偏光片的后方第二光学表面S2被反射回去,反射的线偏光到达前方第一光学表面S1(含有穿反薄膜)再次被反射,因为双折射波片关系,线偏光线会被旋转一个角度,因此能通过有反射线偏光片的后方第二光学表面S2。
该凹透镜30系由轻材质所制成,该凹透镜30设于该凸透镜20后方9mm处,令该凸透镜20与该凹透镜30之间的距离为9mm,该凹透镜30的厚度为2mm,该凹透镜30到人眼的距离为9mm,令该头戴虚拟现实显示装置总长度为30.1mm,俾藉由该凸透镜20二次反射使整个光学系统的焦距缩短到16.5mm左右,令能把该显示器40放置于该凸透镜20前1mm处仍可以有放大6倍功能。一般市面上的头戴虚拟现实(VR)显示装置其凸透镜组(lens)焦距都大概40-50mm,所以须放置lens前方约30-40mm处才能有放大功能。
藉上述构件之组成,通过该凸透镜20二次反射使整个光学系统的焦距缩短到16.5mm左右,令能把该显示器40放置于该凸透镜20前1mm处仍可以有放大6倍功能,以及通过该凸透镜20、该凹透镜30系由轻材质所制成之设计,来缩小该头戴虚拟现实显示装置的体积和重量,使增加配戴之舒适感。
复请参阅图2所示,该头戴虚拟现实显示装置总长度30.1mm,大幅度缩小整个头戴式装置的体积,而且该显示器40之光源放置镜组前方1mm可以达到放大6倍的能力。
复请参阅图2所示,该凸透镜20可为一塑料透镜,以能减轻重量。
复请参阅图2所示,该凹透镜30可为一塑料透镜,以能减轻重量。
请参阅图3所示,本发明之薄轻光学系统,经测试,该凸透镜20、该凹透镜30之透镜组合增加成像的对比度,中心视场的对比度约16cycle/mm(调制转换函数(MTF)=0.5)。
由于色散现象,不同波长在材料里的折射率也不同,造成各波长的成像点位置偏差。请参阅图4所示,本发明之薄轻光学系统,利用该凸透镜20、该凹透镜30组合使色像差小于0.5mm。
请参阅图5所示,本发明之薄轻光学系统,经测试,该凸透镜20、该凹透镜30成像的畸变为25%。
本发明之薄轻光学系统,该凸透镜20、该凹透镜30之光学系统设计的视野FOV=91°,足以让人沉浸在虚拟世界里。
综合上所述,本发明之头戴虚拟现实(VR)显示装置之薄轻光学系统,确实具有前所未有之创新构造,其既未见于任何刊物,且市面上亦未见有任何类似的产品,是以,其具有新颖性应无疑虑。另外,本发明所具有之独特特征以及功能远非习用所可比拟,所以其确实比习用更具有其进步性,而符合专利法有关发明专利之申请要件之规定,乃依法提起专利申请。
以上所述,仅为本发明最佳具体实施例,惟本发明之构造特征并不局限于此,任何熟悉该项技艺者在本发明领域内,可轻易思及之变化或修饰,皆可涵盖在以下本案之专利范围。
Claims (7)
1.一种头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其特征在于,包括:
一凸透镜,该凸透镜系由轻材质所制成,该凸透镜为一正凹凸透镜,其设于一头戴虚拟现实显示装置之显示器前方1mm处,该凸透镜的中心厚度为9.5918mm,令该显示器之线偏光源,投射经过该凸透镜之含有穿反薄膜及双折射波片的前方第一光学表面,接着进入到有反射线偏光片的后方第二光学表面被反射回去,反射的线偏光到达前方第一光学表面再次被反射,因为双折射波片关系,线偏光线会被旋转一个角度,因此能通过有反射线偏光片的后方第二光学表面;及
一凹透镜,该凹透镜系由轻材质所制成,该凹透镜设于该凸透镜后方9mm处,令该凸透镜与该凹透镜二者的距离为9mm,该凹透镜的厚度为2mm,该凹透镜到人眼的距离为9mm,令该头戴虚拟现实显示装置总长度为30.1mm,俾藉由该凸透镜二次反射使整个光学系统的焦距缩短到16.5mm左右,令能把该显示器放置于该凸透镜前1mm处仍可以有放大6倍的功能。
2.如权利要求1所述之头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其中该凸透镜系为一塑料透镜。
3.如权利要求1所述之头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其中该凹透镜系为一塑料透镜。
4.如权利要求1所述之头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其中该凸透镜、该凹透镜之透镜组合增加成像的对比度,中心视场的对比度为16cycle/mm。
5.如权利要求1所述之头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其中该凸透镜、该凹透镜组合使色像差小于0.5mm。
6.如权利要求1所述之头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其中该凸透镜、该凹透镜成像的畸变为25%。
7.如权利要求1所述之头戴虚拟现实显示装置之薄轻光学系统,其中该凸透镜、该凹透镜之视野为91度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190906 |
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |