CN114839781A - 头戴式显示器 - Google Patents
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Abstract
一种头戴式显示器，包含：显示模组以及光学模组。光学模组设置在显示模组的出光侧。光学模组在沿着显示模组的出光方向依序包含：第一透镜单元、第一相位延迟片、第二透镜单元、和线性偏振器。其中第一透镜单元包含第一曲面透镜和第一半透半反射层，第一曲面透镜具有朝向显示模组的第一表面和背离显示模组的第二表面，第一半透半反射层设置在第一表面上。其中第二透镜单元包含第二曲面透镜和第二半透半反射层，第二曲面透镜具有朝向第一相位延迟片的第三表面和背离第一相位延迟片的第四表面，第二半透半反射层设置在第四表面上。本揭示内容的头戴式显示器可使来自显示模组的光在光学模组内多次反射并且缩小光学模组的整体厚度。
Description
技术领域
本揭示内容系关于头戴式显示器，特别是在头戴式显示器中的光学模组的设置。
背景技术
头戴式显示器是由三维的镜片光学模组以及显示模组搭配，再利用电脑类比产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉等感官的类比，让使用者感觉彷佛身历其境的虚拟实境。通过摄影机影像的位置及角度精算并加上图像分析技术，让萤幕上的虚拟世界能够与现实世界场景进行结合与互动技术的扩增实境。
习知的三维的镜片光学模组是利用多层透镜加上四分之一波片以及半透反射偏光片的迭构组合，让由显示器的面板所发出的光线在三维的镜片光学模组中进行两次反射，进而缩小系统模组的整体厚度。
但是由于镜片及半透反射偏光片的表面会有较大的波度(Waviness)，进而导致成像品质不佳。另外，因为半透反射偏光片只有少数公司(例如3M公司)可供应且价格昂贵，再加上透镜的凹面的贴合良率不高，所以目前极须能改善头戴式显示器的成像品质和制造成本的方案。
发明内容
有鉴于上述问题，本揭示内容的一些实施方式提供了一种头戴式显示器其光学模组可在无须设置半透反射偏光片的情况下，提升光学视效，并且降低制造成本。
本揭示内容的一些实施方式提供了一种头戴式显器，包含：显示模组以及光学模组。光学模组设置在该显示模组的出光侧，光学模组在显示模组的出光方向依序包含：第一透镜单元、第一相位延迟片、第二透镜单元和线性偏振器。其中第一透镜单元包含第一曲面透镜和第一半透半反射层，第一曲面透镜具有朝向显示模组的第一表面和背离显示模组的第二表面，第一半透半反射层设置在第一表面上。其中第二透镜单元包含第二曲面透镜和第二半透半反射层，第二曲面透镜具有朝向第一相位延迟片的第三表面和背离第一相位延迟片的第四表面，第二半透半反射层设置在第四表面上。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第一曲面透镜为一凸凹透镜，第一曲面透镜的朝向显示模组的第一表面为凸面，第一曲面透镜的背离显示模组的第二表面为凹面。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第二曲面透镜为一凸凹透镜，第二曲面透镜的朝向第一相位延迟片的第三表面为凸面，第二曲面透镜的背离第一相位延迟片的第四表面为凹面。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第一半透半反射膜的穿透率为50％±10％，反射率为50±10％。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第二半透半反射膜的穿透率为50％±10％，反射率为50±10％。
在一些实施方式中，头戴式显示器更包含第三透镜单元，在显示模组的出光方向设置在线性偏振器的相对于该第二透镜单元的一侧。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第二半透半反射层直接地接触第二透镜单元的第二曲面透镜。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，在介于该第二透镜单元和该线性偏振器之间不设置透反射偏光片。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第二透镜单元更包含一缓冲层，设置在介于第二曲面透镜和第二半透半反射层之间。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，缓冲层的波度为小于约50urad(微弧度)，或缓冲层的表面形状精度小于约10微米。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，缓冲层的材料为硬涂层、树脂、或其组合。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，缓冲层的厚度为小于约10微米。
在一些实施方式中，头戴式显示器更包含第二相位延迟片，设置在介于第二透镜单元和线性偏振器之间。
在一些实施方式中，在头戴式显示器中，第一相位延迟片具有第一快轴，第二相位延迟片具有第二快轴，第一快轴与第二快轴的方向相同或互相垂直。
附图说明
为让本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：
图1A绘示根据本揭示内容的一些实施方式的头戴式显示器的显示模组和光学模组的分解示意图。
图1B绘示图1A的头戴式显示器的显示模组和光学模组的光路示意图。
图2绘示根据本揭示内容的一些实施方式的头戴式显示器的显示模组和光学模组的分解示意图。
图3A绘示根据本揭示内容的一些实施方式的头戴式显示器的显示模组和光学模组的分解示意图。
图3B绘示根据本揭示内容的一些实施方式的头戴式显示器的显示模组和光学模组的分解示意图。
图3C绘示根据本揭示内容的一些实施方式的头戴式显示器的显示模组和光学模组的分解示意图。
图3D绘示图3A、图3B、和图3C的头戴式显示器的进入光学模组的环境光的光路示意图。
附图标记为：
10:头戴式显示器
12:使用者的眼睛
20:头戴式显示器
30:头戴式显示器
40:头戴式显示器
50:头戴式显示器
100:显示模组
110:显示面板
200:光学模组
210:第一透镜单元
212:第一半透半反射层
214:第一曲面透镜
220:第一相位延迟片
222:快轴
230:第二透镜单元
232:第二曲面透镜
234:第二半透半反射层
236:缓冲层
240:线性偏振器
250:第三透镜单元
252:第三曲面透镜
260:第二相位延迟片
260’:第二相位延迟片
262:快轴
262’:快轴
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本揭示内容的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本揭示内容具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本揭示内容的实施方式。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
另外，本揭示内容在各实施例中可重复元件符号及/或字母。此重复是为了简化及清楚的目的，且本身不指示所论述各实施方式及/或配置之间的关系。此外，在后续的本揭示内容中，一个特征形成于另一特征上、连接至及/或耦合至另一特征，可包括这些特征直接接触的实施方式，亦可包括有另一特征可形成并中介于这些特征之间，使得这些特征可不直接接触的实施方式。
此外，本文中使用空间性相对用词，例如「上」、「下」、「上方」、「下方」及其类似用语，系利于叙述附图中一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。这些空间性相对用词本意上涵盖除了图中所绘示的位向之外，也涵盖使用或操作中的装置的不同位向。装置也可被转换成其他位向(旋转90度或其他位向)，因此本文中使用的空间性相对描述以应做类似的解释。
参看图1A，头戴式显示器10包含显示模组100和光学模组200。显示模组100包含显示面板110。光学模组200位于显示模组100的出光侧。在从显示模组100的出光方向或是朝向使用者的眼睛12的方向，光学模组200依序地包含第一透镜单元210、第一相位延迟片220、第二透镜单元230、线性偏振器240、和第三透镜单元250。
在一些实施方式中，显示模组100的显示面板110可以是发光二极体面板(例如有机发光二极体面板)或是液晶显示萤幕。
在一些实施方式中，第一透镜单元210包含第一半透半反射层212和第一曲面透镜214。在一些实施方式中，第一曲面透镜214为凸凹透镜，其中朝向显示模组100的一侧为凸面，朝向第一相位延迟片220的一侧为凹面。第一半透半反射层212设置在第一曲面透镜214的朝向显示模组100的一侧，也就是设置在第一曲面透镜214的凸面上。第一半透半反射层212用以将部分的光穿透和部分的光反射。第一半透半反射层212的穿透率为50±10％，反射率为50±10％。第一半透半反射层212的穿透率和反射率可以视光学模组200的整体迭构以及材料特性做适当的调整，使光学模组200得到最佳的光学视效。第一曲面透镜214用以透射、滤光处理、调整光线的焦距、或放大影像。在一些实施方式中，第一曲面透镜214的材料可为玻璃或塑料。塑料透镜的材料可例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate,PMMA)、环烯烃共聚合物(cyclic olefin copolymer,COC)、或类似者。
在一些实施方式中，第一半透半反射层212的材料可为非金属、金属、或是金属与非金属的复合多层。非金属材料可例如是二氧化硅(SiO2)。金属材料可例如是五氧化三钛(Ti3O5)。金属与非金属的复合多层的材料可例如是Si3N4、Nb2O5、TiO2、ZrO2、ZnSnO3、SiO2、Ti3O5、或类似者、或其组合，利用不同的高低折射率的材料的多个层以形成多层迭构。在一些实施方式中，将第一半透半反射层212设置在第一曲面透镜214的凸面上可使用镀覆的方式。
在一些实施方式中，第一相位延迟片220为1/4波片。第一相位延迟片220用以改变光的偏极化状态，例如将圆偏振光转化为线性偏振光，或是将线性偏振光转化为圆偏振光。在一些实施方式中，第一相位延迟片220的快轴222的方向与之后的线性偏振器240的透光轴的方向的夹角为+45度。在替代性的实施方式中，第一相位延迟片220的快轴222的方向与之后的线性偏振器240的透光轴的方向的夹角为-45度(图未示)。
在一些实施方式中，第二透镜单元230包含第二曲面透镜232和第二半透半反射层234。第二曲面透镜232为一凸凹透镜，其中朝向第一相位延迟片220的一侧为凸面，朝向线性偏振器240的一侧为凹面。第二曲面透镜232用以透射、滤光处理、调整光线的焦距、或放大影像。第二曲面透镜232的材料可为玻璃或塑料。塑料透镜的材料可例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚合物(COC)、或类似者。
第二半透半反射层234设置于第二曲面透镜232的朝向线性偏振器240的一侧，也就是设置在第二曲面透镜232的凹面上。第二半透半反射层234用以将部分的光穿透和部分的光反射。第二半透半反射层234的穿透率为50±10％，反射率为50±10％。第二半透半反射层234的穿透率和反射率可以视光学模组200的整体迭构以及材料特性做适当的调整，使光学模组200得到最佳的光学视效，例如可提升影像的对比度。
在一些实施方式中，第二半透半反射层234的材料可为非金属、金属、或是金属与非金属的复合多层。非金属材料可例如是二氧化硅(SiO2)。金属材料可例如是五氧化三钛(Ti3O5)。金属与非金属的复合多层的材料可例如是Si3N4、Nb2O5、TiO2、ZrO2、ZnSnO3、SiO2、Ti3O5、或类似者、或其组合，利用不同的高低折射率的材料的多个层以形成多层迭构。在一些实施方式中，将第二半透半反射层234设置在第二曲面透镜232的凹面上可使用镀覆的方式。在一些实施方式中，第一半透半反射层212和第二半透半反射层234为相同的材料所形成，因此光学模组200的制造工艺较一致。在其他的实施方式中，第一半透半反射层212和第二半透半反射层234可由不同的材料所形成。
在一些实施方式中，线性偏振器240具有透光轴，线性偏振器240用以使具有偏振方向与透光轴方向相同的偏振光穿透，而偏振方向与线性偏振器240的透光轴正交的偏振光则无法穿透线性偏振器240，因此可提升影像的对比度以及减少鬼影的产生。
在一些实施方式中，第三透镜单元250包含第三曲面透镜252。第三曲面透镜252为一凸凹透镜，其中朝向线性偏振器240的一侧为凸面，朝向使用者的眼睛12的一侧为凹面。第三曲面透镜252可为选择性地设置于光学模组200中。第三曲面透镜252可用以修正像差、改变放大率、或补偿光学视效。第三曲面透镜252的材料可为玻璃或塑料。塑料透镜的材料可例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚合物(COC)、或类似者。
参看图1A和图1B，分别地绘示了头戴式显示器10的组件配置和光路路径。首先，显示模组100的显示面板110所发出的光携带影像信息并且为线性光，经过在显示模组100中的相位延迟片(未绘示)之后，从显示模组100发出的光为圆偏振光。
来自显示模组100发出的圆偏振光之后进入光学模组200。首先，圆偏振光经过光学模组200的第一透镜单元210，经过第一透镜单元210的第一半透半反射层212的光的光线性偏极化不变。之后，圆偏振光经过第一相位延迟片220，第一相位延迟片220为1/4波片，将圆偏振光旋转45度(π/4)，以产生垂直的线性偏振光。垂直的线性偏振光之后经过第二透镜单元230的第二半透半反射层234，光线的偏极化现象不变。之后，部分穿透的垂直的线性偏振光与线性偏振器240正交，所以无法穿透线性偏振器240。另外，部分反射的垂直的偏振光的偏振方向不变，之后再经过第一相位延迟片220，将线性偏振光旋转45度(π/4)，以产生右旋的圆偏振光。之后，右旋的圆偏振光再经过第一透镜单元210的第一半透半反射层212，其中部分穿透的右旋的圆偏振光的偏极化现象不变，而部分反射的右旋的圆偏振光的偏振方向改变，变为左旋的圆偏振光。左旋的圆偏振光再经过第一相位延迟片220，将左旋的圆偏振光旋转45度(π/4)，以产生线性偏振光，此线性偏振光的偏振方向变为水平方向。水平方向的线性偏振光之后再经过第二透镜单元230的第二半透半反射层234，光线性偏极化的现象不变，之后因为部分穿透的水平方向的线性偏振光与线性偏振器240的透光轴的方向一致，所以可穿透线性偏振器240。之后，水平方向的线性偏振光穿透第三透镜单元250，接着抵达使用者的眼睛12。
也就是说，经由在第二透镜单元230的第二曲面透镜232的凹面设置第二半透半反射层234，可以将经过第一透镜单元210、第一相位延迟片220、和第二透镜单元230的第二曲面透镜232的光部分地反射，此被部分反射的光再穿过回第一相位延迟片220、第一曲面透镜214、再经第一半透半反射层212的部分反射，之后再穿过第一相位延迟片220、再穿过第二透镜单元230的第二曲面透镜232和第二半透半反射层234，此时光的线性偏振的方向与线性偏振器240的透光轴一致，因此能穿透线性偏振器240。亦即，经由显示模组100所发出的光进入光学模组200之后，经历了两次反射和三次通过第一相位延迟片220(1/4波片)，抵达使用者的眼睛12。而显示模组100所发出的光若未经光路的折迭，并无法穿透线性偏振器240。
习知的头戴式显示器的光学模组中须设置半透反射偏光片，例如设置在透镜单元与线性偏振器之间。相对而言，根据本揭示内容所提供的实施方式，经由在第二透镜单元230的曲面透镜的凹面上设置半透半反射层，使得光能够在光学模组中进行两次反射并改变偏振方向。因此可在无须设置半透反射偏光片的情况下，缩小头戴式显示器的整体厚度。
参见图2，绘示根据一些替代性实施方式的头戴式显示器20。图2的头戴式显示器20与图1A的头戴式显示器10基本上相似，不同之处在于在第二透镜单元230的介于第二曲面透镜232和第二半透半反射层234之间设置了缓冲层236。
在一些实施方式中，因为透镜是由射出成形工艺所制造，所以表面较容易不平整。由于透镜的材料的表面的波度较大，这会导致光学模组的成像品质不佳；并且透镜的凹面与半透半反射层的贴合良率较差；所以，在第二曲面透镜232上设置缓冲层236，可降低表面波度，使表面较为平滑，并且可改善介于第二曲面透镜232与第二半透半反射层234之间的贴合性。在一些实施方式中，第二曲面透镜232的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，表面较不耐刮，缓冲层236的设置亦可提供保护的功能。
在一些实施方式中，缓冲层236的材料可例如是硬涂层或树脂，例如：无机涂料、有机硅涂料、氟碳漆、多官能基团丙烯酸酯、热固性树酯、类似者、或其组合。在一些实施方式中，热固性树酯可例如为含C、O、Si的混合物树酯材料。在一些实施方式中，缓冲层236的厚度为小于约10微米，例如约2微米至约10微米之间。缓冲层236的厚度如果太薄，例如小于约2微米，则可能没有填补第二曲面透镜232的不平整的作用。缓冲层236的厚度如果太厚，例如大于约10微米，则可能在工艺中较不好控控，或是容易碎裂。在一些实施方式中，缓冲层236的波度小于约50urad，或是缓冲层236的表面形状精度(maximum profile valleydepth,PV)小于约10微米。
头戴式显示器20的其他元件的设置以及光路走向与图1A和图1B中的头戴式显示器10基本上相同，因此在此不重复描述。
参看图3A，绘示根据一些替代性实施方式的头戴式显示器30。图3A的头戴式显示器30与图1A的头戴式显示器10基本上相似，不同之处在于第二相位延迟片260设置在介于第二透镜单元230和线性偏振器240之间。
在一些实施方式中，第二相位延迟片260为1/4波片。第二相位延迟片260用以将圆偏振光转化为线性偏振光，或是将线性偏振光转化为圆偏振光。在一些实施方式中，第二相位延迟片260的快轴262的方向与线性偏振器240的透光轴的方向的夹角为+45度。在替代性的实施方式中，第二相位延迟片260的快轴262的方向与线性偏振器240的透光轴的方向的夹角为-45度(可参见图3C的260’和262’)。第二相位延迟片260的快轴262的方向与线性偏振器240的透光轴的方向的夹角如果不是+45度或-45度，对于环境的杂散光遮蔽效果将不是最佳的。在一些实施方式中，第一相位延迟片220的第一快轴222与第二相位延迟片260的第二快轴262的方向相同(见图3A和图3B)或是互相垂直(见图3C的260’和262’)；如果第一快轴222与第二快轴262的方向不是相同或互相垂直，会造成线性偏振光通过第二相位延迟片260之后的圆偏振光有偏差，导致经过线性偏振器240后，影像的亮度会下降。
参见图3A在头戴式显示器30的光学模组200中，第一相位延迟片220的一第一快轴222与第二相位延迟片260的第二快轴262的方向为相同。再者，在显示器50的光学模组200中，当线性光经过第二相位延迟片260’后，会变为右旋的圆偏振光，之后经过线性偏振器240之后，会变为水平的线性偏振光。
由于头戴式显示器在使用过程中会受到周围环境的影响，当环境的杂散光进入光学模组200后，可能会让使用者看到不必要的影像信息，例如产生鬼影。并且，由于在第二透镜单元230设置了第二半透半反射层234，环境的杂散光可能经由第二半透半反射层234而产生干扰的影像信息，因而影响视觉效果。
头戴式显示器30的其他元件的设置与图1A中的头戴式显示器10基本上相同，因此在此不重复描述。
请参看图3A和图3D，显示了环境光中的与线性偏振器240的透光轴平行的光可穿透线性偏振器240，之后通过第二相位延迟片260，转化为圆偏振光。圆偏振光之后经由第二半透半反射层234的反射，圆偏振光的旋转方向改变，再经过第二相位延迟片260，转化为线性偏振光，由于此线性偏振光的偏振方向为垂直方向，与线性偏振器240的透光轴方向正交，因此无法通过线性偏振器240。
因此，经由将第二相位延迟片260设置在介于第二透镜单元230和线性偏振器240之间，可降低环境的杂散光的干扰。
参看图3B，绘示根据一些替代性实施方式的头戴式显示器40。图3B的头戴式显示器40与图3A的头戴式显示器30基本上相似，不同之处在于，在第二透镜单元230的介于第二曲面透镜232和第二半透半反射层234之间设置了缓冲层236。因此，可降低表面波度，并且可改善介于第二曲面透镜232与第二半透半反射层234之间的贴合性。图3B的缓冲层236类似于图2的头戴式显示器20的缓冲层236，因此在此不重复描述。
参看图3C，绘示根据一些替代性实施方式的头戴式显示器50。图3C的头戴式显示器50与图3B的头戴式显示器40基本上相似，不同之处在于，在第二相位延迟片260’中的第二快轴262’的角度。在显示器50的光学模组200中，第二相位延迟片260’的快轴262’的方向与线性偏振器240的透光轴的方向的夹角为-45度。再者，第一相位延迟片220的一第一快轴222与第二相位延迟片260’的第二快轴262’的方向为互相垂直。此外，在显示器50的光学模组200中，当线性光经过第二相位延迟片260’后，会变为左旋的圆偏振光，之后经过线性偏振器240之后，会变为水平的线性偏振光。
本揭示内容所提供的头戴式显示器可应用于虚拟现实的装置，例如虚拟实镜头盔、虚拟实镜眼镜、或类似者。经由在第二透镜单元的曲面透镜的凹面设置半透半反射层，可在无须设置半透反射偏光片的情况下，提升光学视效，并且降低制造成本。也可实现来自显示器的影像光束在光学模组内进行光路折迭与影像放大，因此缩小头戴式显示器的厚度，方便使用者穿戴。并且进一步地，经由在曲面透镜与半透半反射层之间设置缓冲层，可提升成像品质并且提升半透半反射层与曲面透镜的凹面的贴合率。另外，可经由在介于第二透镜单元和线性偏振器之间增加相位延迟片的设置，以降低外界环境光的干扰并再提升成像品质。
虽然本揭示内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1.一种头戴式显示器，其特征在于，包含：
显示模组；以及
光学模组，设置在所述显示模组的出光侧，所述光学模组在沿着所述显示模组的出光方向依序包含：
第一透镜单元，其中所述第一透镜单元包含第一曲面透镜和第一半透半反射层，所述第一曲面透镜具有朝向所述显示模组的第一表面和背离所述显示模组的第二表面，所述第一半透半反射层设置在所述第一表面上；
第一相位延迟片；
第二透镜单元，其中所述第二透镜单元包含第二曲面透镜和第二半透半反射层，所述第二曲面透镜具有朝向所述第一相位延迟片的第三表面和背离所述第一相位延迟片的第四表面，所述第二半透半反射层设置在所述第四表面上；和
线性偏振器。
2.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述第二半透半反射层的穿透率为50％±10％，反射率为50±10％。
3.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，更包含第三透镜单元，在所述显示模组的出光方向设置在所述线性偏振器的相对于所述第二透镜单元的一侧。
4.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述第二半透半反射层直接地接触所述第二透镜单元的所述第二曲面透镜。
5.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，在介于所述第二透镜单元和所述线性偏振器之间不设置半透反射偏光片。
6.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述第二透镜单元更包含缓冲层，设置在介于所述第二曲面透镜和所述第二半透半反射层之间。
7.如权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于，所述缓冲层的波度为小于50urad，或所述缓冲层的表面形状精度小于10微米。
8.如权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于，所述缓冲层的材料为硬涂层、树脂、或其组合。
9.如权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为小于10微米。
10.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，更包含第二相位延迟片，设置在介于所述第二透镜单元和所述线性偏振器之间。
11.如权利要求10所述的头戴式显示器，其特征在于，所述第一相位延迟片具有第一快轴，所述第二相位延迟片具有第二快轴，所述第一快轴与所述第二快轴的方向相同或互相垂直。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
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| CN110383112A (zh) * | 2017-03-01 | 2019-10-25 | 日本电产株式会社 | 透镜和透镜的制造方法 |
| CN208156319U (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-27 | 深圳创维新世界科技有限公司 | 短距离放大光学模组及系统 |
| CN111766706A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-13 | 江西微瑞光学有限公司 | 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组 |
| CN114326108A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 未来（北京）黑科技有限公司 | 基于像源的防眩光组件、抬头显示装置及机动车 |
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