CN113960798A - 一种大口径光学组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大口径光学组件，包括显示器、第一光学组件和第二光学组件，所述第一光学组件包括弯月形透镜和部分反射镜，且弯月形透镜包括第二右侧面和第一左侧面。本发明设置了显示器、第一光学组件和第二光学组件，可实现0‑10D或以上范围的自动变焦，方便大部分近视用户以及高度近视用户体验VR，且eye box范围大于8*8*8mm，使用户不需要繁琐的调整就可以在最佳位置看到好的显示效果，在增加了镜片直径的同时，增大了FOV，使FOV可以达到100°或以上，使其可应用于2.5inch或大于2.5inch的LCD显示屏，同时，通过串联n个液晶偏振透镜的方式，可实现2n个焦距选择，且屈光度调节范围0D‑10D或以上。

Description

一种大口径光学组件
技术领域
本发明涉及VR技术领域，具体为一种大口径光学组件。
背景技术
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中，虚拟现实眼镜又称VR眼镜，即VR头显，VR头显是利用头戴式显示设备将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉，其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感，为了实现虚拟现实设备的轻量化，通常使用折叠光路系统，利用光路折叠的方式实现。
但现有的VR折叠光路系统大多适配2.1inch的LCD屏，不能应用于2.5inch或以上的LCD显示屏，且VR用户受众广泛，近视用户的度数差异较大，需要设计调焦系统来实现，且调焦范围受限于光学结构，大部分设备仅能做到0-7D调焦范围，VR折叠光路系统调焦方式为机械调焦，设计复杂操作繁琐，小体积轻便化的VR折叠光路系统，大都存在Eyebox小，或FOV小的问题，而FOV大于100deg的VR折叠光路系统，在外观尺寸上会比较大，为了方便用户佩戴，必须采用切边的方式，但此方式不利于机械调焦，为此，我们提出一种大口径光学组件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大口径光学组件，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大口径光学组件，包括显示器、第一光学组件和第二光学组件，所述第一光学组件包括弯月形透镜和部分反射镜，且弯月形透镜包括第二右侧面和第一左侧面，所述第二光学组件包括平凸透镜、四分之一波片、液晶偏振透镜、偏振反射器以及平凸透镜，且平凸透镜包括第二右侧面和第二左侧面，同时，平凸透镜包括第三右侧面和第三左侧面。
优选的，所述第二右侧面位于第一左侧面的右侧，且第二右侧面和第一左侧面的面型均为球面或非球面，且弯月形透镜镜片直径大于50mm。
优选的，所述第二右侧面位于第二左侧面的右侧，且第二左侧面的左侧与四分之一波片贴合，第三右侧面位于第三左侧面的右侧，第三右侧面的右侧与偏振反射器贴合，偏振反射器和四分之一波片分别位于液晶偏振透镜的左右两侧，第二左侧面和第三右侧面的面型均为平面，第二右侧面和第三左侧面的面型均为球面或非球面，同时，液晶偏振透镜与四分之一波片之间的间距为d1，液晶偏振透镜与偏振反射器之间的间距为d2，且d1+d2＞0。
优选的，所述第二左侧面和第三右侧面的面型均为平面，且第二左侧面与四分之一波片贴合，第三右侧面与液晶偏振透镜贴合，第二右侧面和第三左侧面面型为球面或非球面，同时，偏振反射器位于四分之一波片与液晶偏振透镜之间，偏振反射器与四分之一波片之间的间距为d3，偏振反射器与液晶偏振透镜之间的间距为d4，且d3+d4＞0。
优选的，所述第二左侧面和第三右侧面的面型均为平面，且第二左侧面与液晶偏振透镜贴合，第三右侧面与偏振反射器贴合，四分之一波片位于偏振反射器与液晶偏振透镜之间，同时，四分之一波片与偏振反射器之间的间距为d5，四分之一波片与液晶偏振透镜之间的间距为d6，且d5+d6＞0。
优选的，所述第二左侧面和第三右侧面的面型均为平面，且第二左侧面与四分之一波片P2贴合，第三右侧面与偏振反射器P4贴合，同时，液晶偏振透镜P3位于第二右侧面与第一左侧面之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明设置了显示器、第一光学组件和第二光学组件，可实现0-10D或以上范围的自动变焦，方便大部分近视用户以及高度近视用户体验VR，且eye box范围大于8*8*8mm，使用户不需要繁琐的调整就可以在最佳位置看到好的显示效果，在增加了镜片直径的同时，增大了FOV，使FOV可以达到100°或以上，使其可应用于2.5inch或大于2.5inch的LCD显示屏，同时，通过串联n个液晶偏振透镜的方式，可实现2n个焦距选择，且屈光度调节范围0D-10D或以上。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例一示意图；
图3为本发明实施例二示意图；
图4为本发明实施例三示意图；
图5为本发明实施例四示意图；
图6为本发明液晶偏振透镜工作原理图。
图中：弯月形透镜S1、第二右侧面S11、第一左侧面S12、平凸透镜S2、第二右侧面S21、第二左侧面S22、平凸透镜S3、第三右侧面S31、第三左侧面S32、显示器P0、部分反射镜P1、四分之一波片P2、液晶偏振透镜P3、偏振反射器P4。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图6，一种大口径光学组件，包括显示器P0、第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括弯月形透镜S1和部分反射镜P1，在降低部分反射镜曲率的同时，可以减少第二光学元件组的焦距，且弯月形透镜S1包括第二右侧面S11和第一左侧面S12，第二光学组件包括平凸透镜S2、四分之一波片P2、液晶偏振透镜P3、偏振反射器P4以及平凸透镜S3，且平凸透镜S2包括第二右侧面S21和第二左侧面S22，同时，平凸透镜S3包括第三右侧面S31和第三左侧面S32，达到自动变焦的目的，可实现近视0-10D或以上的调焦范围，调焦范围更广，方便大部分近视用户以及高度近视用户体验VR，可以起到折叠光路的作用，同时减小光线在四分之一波片P2和偏振反射器P4上的入射角，第二右侧面S11位于第一左侧面S12的右侧，且第二右侧面S11和第一左侧面S12的面型均为球面或非球面，且弯月形透镜S1镜片直径大于50mm，FOV在0-10D可以达到100°或以上，VR用户沉浸感更好，使用液晶偏振透镜P3实现自动调焦，通过改变入射光偏振态即可实现变焦，单个液晶偏振透镜P3可以有2个焦距选择，串联n个液晶偏振透镜P3可以实现2n个焦距选择，省去了手动调焦的繁琐操作，可实现0-10D或以上范围的自动变焦，方便大部分近视用户以及高度近视用户体验VR，且eye box范围大于8*8*8mm，使用户不需要繁琐的调整就可以在最佳位置看到好的显示效果，在增加了镜片直径的同时，增大了FOV，使FOV可以达到100°或以上，使其可应用于2.5inch或大于2.5inch的LCD显示屏，同时，通过串联n个液晶偏振透镜的方式，可实现2n个焦距选择，且屈光度调节范围0D-10D或以上。
实施例一：
请参阅图1-2，一种大口径光学组件，包括显示器P0、第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括弯月形透镜S1和部分反射镜P1，且弯月形透镜S1包括第二右侧面S11和第一左侧面S12，第二光学组件包括平凸透镜S2、四分之一波片P2、液晶偏振透镜P3、偏振反射器P4以及平凸透镜S3，且平凸透镜S2包括第二右侧面S21和第二左侧面S22，同时，平凸透镜S3包括第三右侧面S31和第三左侧面S32，第二右侧面S11位于第一左侧面S12的右侧，且第二右侧面S11和第一左侧面S12的面型均为球面或非球面，且弯月形透镜S1镜片直径大于50mm，第二右侧面S21位于第二左侧面S22的右侧，且第二左侧面S22的左侧与四分之一波片P2贴合，第三右侧面S31位于第三左侧面S32的右侧，第三右侧面S31的右侧与偏振反射器P4贴合，偏振反射器P4和四分之一波片P2分别位于液晶偏振透镜P3的左右两侧，第二左侧面S22和第三右侧面S31的面型均为平面，第二右侧面S21和第三左侧面S32的面型均为球面或非球面，同时，液晶偏振透镜P3与四分之一波片P2之间的间距为d1，液晶偏振透镜P3与偏振反射器P4之间的间距为d2，且d1+d2＞0。
实施例二：
请参阅图1和图3，一种大口径光学组件，包括显示器P0、第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括弯月形透镜S1和部分反射镜P1，且弯月形透镜S1包括第二右侧面S11和第一左侧面S12，第二光学组件包括平凸透镜S2、四分之一波片P2、液晶偏振透镜P3、偏振反射器P4以及平凸透镜S3，且平凸透镜S2包括第二右侧面S21和第二左侧面S22，同时，平凸透镜S3包括第三右侧面S31和第三左侧面S32，第二右侧面S11位于第一左侧面S12的右侧，且第二右侧面S11和第一左侧面S12的面型均为球面或非球面，同时，且弯月形透镜S1镜片直径大于50mm，第二左侧面S22和第三右侧面S31的面型均为平面，且第二左侧面S22与四分之一波片P2贴合，第三右侧面S31与液晶偏振透镜P3贴合，第二右侧面S21和第三左侧面S32面型为球面或非球面，同时，偏振反射器P4位于四分之一波片P2与液晶偏振透镜P3之间，偏振反射器P4与四分之一波片P2之间的间距为d3，偏振反射器P4与液晶偏振透镜P3之间的间距为d4，且d3+d4＞0。
实施例三：
请参阅图1和图4，一种大口径光学组件，包括显示器P0、第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括弯月形透镜S1和部分反射镜P1，且弯月形透镜S1包括第二右侧面S11和第一左侧面S12，第二光学组件包括平凸透镜S2、四分之一波片P2、液晶偏振透镜P3、偏振反射器P4以及平凸透镜S3，且平凸透镜S2包括第二右侧面S21和第二左侧面S22，同时，平凸透镜S3包括第三右侧面S31和第三左侧面S32，第二右侧面S11位于第一左侧面S12的右侧，且第二右侧面S11和第一左侧面S12的面型均为球面或非球面，同时，且弯月形透镜S1镜片直径大于50mm，第二左侧面S22和第三右侧面S31的面型均为平面，且第二左侧面S22与液晶偏振透镜P3贴合，第三右侧面S31与偏振反射器P4贴合，四分之一波片P2位于偏振反射器P4与液晶偏振透镜P3之间，同时，四分之一波片P2与偏振反射器P4之间的间距为d5，四分之一波片P2与液晶偏振透镜P3之间的间距为d6，且d5+d6＞0。
实施例四：
请参阅图1和图5，一种大口径光学组件，包括显示器P0、第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括弯月形透镜S1和部分反射镜P1，且弯月形透镜S1包括第二右侧面S11和第一左侧面S12，第二光学组件包括平凸透镜S2、四分之一波片P2、液晶偏振透镜P3、偏振反射器P4以及平凸透镜S3，且平凸透镜S2包括第二右侧面S21和第二左侧面S22，同时，平凸透镜S3包括第三右侧面S31和第三左侧面S32，第二右侧面S11位于第一左侧面S12的右侧，且第二右侧面S11和第一左侧面S12的面型均为球面或非球面，同时，且弯月形透镜S1镜片直径大于50mm，第二左侧面S22和第三右侧面S31的面型均为平面，且第二左侧面S22与四分之一波片P2贴合，第三右侧面S31与偏振反射器P4贴合，同时，液晶偏振透镜P3位于第二右侧面S21与第一左侧面S12之间。
使用时，设置了显示器P0、第一光学组件和第二光学组件，可实现0-10D或以上范围的自动变焦，方便大部分近视用户以及高度近视用户体验VR，且eye box范围大于8*8*8mm，使用户不需要繁琐的调整就可以在最佳位置看到好的显示效果，在增加了镜片直径的同时，增大了FOV，使FOV可以达到100°或以上，使其可应用于2.5inch或大于2.5inch的LCD显示屏，同时，通过串联n个液晶偏振透镜的方式，可实现2n个焦距选择，且屈光度调节范围0D-10D或以上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种大口径光学组件，包括显示器（P0）、第一光学组件和第二光学组件，其特征在于：所述第一光学组件包括弯月形透镜（S1）和部分反射镜（P1），且弯月形透镜（S1）包括第二右侧面（S11）和第一左侧面（S12），所述第二光学组件包括平凸透镜（S2）、四分之一波片（P2）、液晶偏振透镜（P3）、偏振反射器（P4）以及平凸透镜（S3），且平凸透镜（S2）包括第二右侧面（S21）和第二左侧面（S22），同时，平凸透镜（S3）包括第三右侧面（S31）和第三左侧面（S32）。
2.根据权利要求1所述的一种大口径光学组件，其特征在于：所述第二右侧面（S11）位于第一左侧面（S12）的右侧，且第二右侧面（S11）和第一左侧面（S12）的面型均为球面或非球面，同时，弯月形透镜（S1）和平凸透镜（S2）的尺寸相同，且弯月形透镜（S1）镜片直径大于50mm。
3.根据权利要求1所述的一种大口径光学组件，其特征在于：所述第二右侧面（S21）位于第二左侧面（S22）的右侧，且第二左侧面（S22）的左侧与四分之一波片（P2）贴合，第三右侧面（S31）位于第三左侧面（S32）的右侧，第三右侧面（S31）的右侧与偏振反射器（P4）贴合，偏振反射器（P4）和四分之一波片（P2）分别位于液晶偏振透镜（P3）的左右两侧，第二左侧面（S22）和第三右侧面（S31）的面型均为平面，第二右侧面（S21）和第三左侧面（S32）的面型均为球面或非球面，同时，液晶偏振透镜（P3）与四分之一波片（P2）之间的间距为d1，液晶偏振透镜（P3）与偏振反射器（P4）之间的间距为d2，且d1+d2＞0。
4.根据权利要求1所述的一种大口径光学组件，其特征在于：所述第二左侧面（S22）和第三右侧面（S31）的面型均为平面，且第二左侧面（S22）与四分之一波片（P2）贴合，第三右侧面（S31）与液晶偏振透镜（P3）贴合，第二右侧面（S21）和第三左侧面（S32）面型为球面或非球面，同时，偏振反射器（P4）位于四分之一波片（P2）与液晶偏振透镜（P3）之间，偏振反射器（P4）与四分之一波片（P2）之间的间距为d3，偏振反射器（P4）与液晶偏振透镜（P3）之间的间距为d4，且d3+d4＞0。
5.根据权利要求1所述的一种大口径光学组件，其特征在于：所述第二左侧面（S22）和第三右侧面（S31）的面型均为平面，且第二左侧面（S22）与液晶偏振透镜（P3）贴合，第三右侧面（S31）与偏振反射器（P4）贴合，四分之一波片（P2）位于偏振反射器（P4）与液晶偏振透镜（P3）之间，同时，四分之一波片（P2）与偏振反射器（P4）之间的间距为d5，四分之一波片（P2）与液晶偏振透镜（P3）之间的间距为d6，且d5+d6＞0。
6.根据权利要求1所述的一种大口径光学组件，其特征在于：所述第二左侧面（S22）和第三右侧面（S31）的面型均为平面，且第二左侧面（S22）与四分之一波片P2贴合，第三右侧面（S31）与偏振反射器P4贴合，同时，液晶偏振透镜P3位于第二右侧面（S21）与第一左侧面（S12）之间。
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