CN116027551A - 一种短焦折叠光学系统以及虚拟现实显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种短焦折叠光学系统以及虚拟现实显示设备，短焦折叠光学系统包括：显示单元和光线折叠单元；所述显示单元用于朝所述光线折叠单元发出圆偏振状态的图像光线；所述光线折叠单元用于将所述图像光线折叠传播至人眼。本发明实施例的短焦折叠光学系统，通过设置所述光线折叠单元，所述光线折叠单元包括第一透镜、第二透镜、第一四分之一波片和反射型偏振片，其利用光的偏振特性，使得图像光线在光线折叠单元中进行多次反射和折射，通过增加图像光线的折返次数来缩短光学系统的长度(厚度)，同时还可以减少使用的光学镜片的数量，实现体积小、重量轻以及高解析力的优点。

Description

一种短焦折叠光学系统以及虚拟现实显示设备

技术领域

本发明涉及虚拟现实显示设备技术领域，特别是涉及一种短焦折叠光学系统以及虚拟现实显示设备。

背景技术

市面上现有虚拟现实显示设备的体积、重量，以及显示分辨率(清晰度)都不够令人满意，主要是受制于虚拟现实光学系统的设计方案，虚拟现实光学系统决定了虚拟现实显示设备的最终形态，目前虚拟现实的光学系统设计不够合理，图像光线在光学系统中折返不足，使得光学系统的长度(厚度)无法降低，此类光学系统的体积较大，重量较大，不利于减少虚拟现实显示设备的体积和重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短焦折叠光学系统，以解决现有技术中的缺点与不足。

本发明的一种短焦折叠光学系统，包括：显示单元和光线折叠单元；

所述显示单元用于朝所述光线折叠单元发出圆偏振状态的图像光线；所述光线折叠单元用于将所述图像光线折叠传播至人眼；

所述光线折叠单元包括第一透镜、第二透镜、第一四分之一波片和反射型偏振片；所述第一透镜和第二透镜沿所述图像光线发出方向依次布置，所述第一透镜和第二透镜均具有朝向所述显示单元的入光面以及背向所述显示单元的出光面，所述第一透镜的入光面或出光面上设置有半透半反膜；所述第一四分之一波片和反射型偏振片均位于所述第一透镜背向所述显示单元的一侧，且两者沿所述图像光线发出方向依次布置；所述圆偏振状态的图像光线首次经过所述第一四分之一波片时，被透射变换为第一线偏振状态的图像光线；所述反射型偏振片用于反射第一线偏振状态的光和透射第二线偏振状态的光。

本发明实施例的短焦折叠光学系统，通过设置所述光线折叠单元，所述光线折叠单元包括第一透镜、第二透镜、第一四分之一波片和反射型偏振片，其利用光的偏振特性，使得图像光线在光线折叠单元中进行多次反射和折射，通过增加图像光线的折返次数来缩短光学系统的长度(厚度)，同时还可以减少使用的光学镜片的数量，实现体积小、重量轻以及高解析力的优点。

在一优选或可选实施例中，所述半透半反膜设置于所述第一透镜的入光面上，所述第一四分之一波片设置于所述第一透镜的出光面上，所述反射型偏振片设置于所述第二透镜的入光面上。

在一优选或可选实施例中，所述第一透镜的入光面为凸面，出光面为平面；

所述第二透镜的入光面为凸面，出光面为凹面。

在一优选或可选实施例中，所述半透半反膜设置于所述第一透镜的出光面上，所述反射型偏振片设置于所述第二透镜的入光面上，所述第一四分之一波片设置于所述反射型偏振片背向所述第二透镜的一面上。

在一优选或可选实施例中，所述第一透镜和第二透镜的入光面均为凸面，出光面均为凹面。

在一优选或可选实施例中，所述半透半反膜设置于所述第一透镜的入光面上，所述第一四分之一波片设置于所述第二透镜的出光面上，所述反射型偏振片设置于所述第一四分之一波片背向所述第二透镜的一面上。

在一优选或可选实施例中，所述第一透镜和第二透镜的入光面均为凸面，出光面均为平面。

在一优选或可选实施例中，所述光线折叠单元还包括吸收型偏振片，所述吸收型偏振片用于吸收第一线偏振状态的光和透射第二线偏振状态的光，所述第一四分之一波片、反射型偏振片和吸收型偏振片沿所述图像光线发出方向依次布置。

在一优选或可选实施例中，所述显示单元包括显示装置和第二四分之一波片，所述显示装置用于发出第二线偏振状态的图像光线至所述第二四分之一波片，所述第二线偏振状态的图像光线经过所述第二四分之一波片时，被透射变换为所述圆偏振状态的图像光线。

本发明还提供一种虚拟现实显示设备，其包括眼镜架和上述的短焦折叠光学系统；所述眼镜架形成一光学系统容腔，所述短焦折叠光学系统设置于所述光学系统容腔内。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明短焦折叠光学系统的其中一种结构示意图；

图2为本发明显示单元的结构示意图；

图3为本发明实施例1的短焦折叠光学系统的结构示意图；

图4为本发明实施例1的短焦折叠光学系统的另一个结构示意图；

图5为本发明显示装置的其中一种结构示意图；

图6为本发明实施例1的短焦折叠光学系统对应的调制传递函数MTF曲线图；

图7为本发明实施例2的短焦折叠光学系统的结构示意图；

图8为本发明实施例2的短焦折叠光学系统的另一个结构示意图；

图9为本发明实施例2的短焦折叠光学系统对应的调制传递函数MTF曲线图；

图10为本发明实施例3的短焦折叠光学系统的结构示意图；

图11为本发明实施例3的短焦折叠光学系统的另一个结构示意图；

图12为本发明实施例3的短焦折叠光学系统对应的调制传递函数MTF曲线图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”、“空心”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供一种短焦折叠光学系统，包括显示单元10和光线折叠单元20。

所述显示单元10用于朝所述光线折叠单元20发出圆偏振状态的图像光线101，所述光线折叠单元20用于将所述图像光线101折叠传播至人眼30。

所述光线折叠单元20包括第一透镜21、第二透镜22、第一四分之一波片23和反射型偏振片24；所述第一透镜21和第二透镜22沿所述图像光线101发出方向依次布置，所述第一透镜21和第二透镜22均具有朝向所述显示单元10的入光面(第一透镜21的入光面211、第二透镜22的入光面221)以及背向所述显示单元10的出光面(第一透镜21的出光面212、第二透镜22的出光面222)，所述第一透镜21的入光面211或出光面212上设置有半透半反膜25，所述半透半反膜25对入射光具有反射和透过的功能，也即入射光穿过半透半反膜时部分光穿透过来，部分光被反射回去，半透半反膜的透反比可以根据需求进行设计，在本发明实施例中半透半反膜25的透反比优选为1：1，此时光学系统的光能利用率最高。

所述第一四分之一波片23和反射型偏振片24均位于所述第一透镜21背向所述显示单元10的一侧，且两者沿所述图像光线发出方向依次布置。

所述反射型偏振片24用于反射第一线偏振状态的光和透射第二线偏振状态的光，其中，第一线偏振状态的光即第一偏振方向的线偏振光，第二线偏振状态的光即第二偏振方向的线偏振光，第一偏振方向和第二偏振方向正交，在本发明中定义第一偏振方向为S方向，第二偏振方向为P方向，S方向与P方向正交，因此，第一线偏振状态的光也可以称之为S偏振光，第二线偏振状态的光同理可以称为P偏振光。

所述第一四分之一波片23能够将线偏振光变换为圆偏振光，或者将圆偏振光变换为线偏振光，本领域技术人员应该理解四分之一波片的特性，即：当S偏振光以一定角度穿过四分之一波片时，会被变换为圆偏振光，而该圆偏振光再次以一定角度经过四分之一波片时，会被变换为P偏振光；同理，当P偏振光以一定角度穿过四分之一波片时，会被变换为圆偏振光，而该圆偏振光再次以一定角度经过四分之一波片时，会被变换为S偏振光。

如图2所示，具体地，所述显示单元10包括显示装置11和第二四分之一波片12，所述显示装置11用于发出第二线偏振状态的图像光线101’至所述第二四分之一波片12，所述第二线偏振状态的图像光线101’经过所述第二四分之一波片12时，被透射变换为所述圆偏振状态的图像光线101。当所述圆偏振状态的图像光线101首次经过所述第一四分之一波片23时，被透射变换为第一线偏振状态的图像光线。

本发明的短焦折叠光学系统，通过设置所述光线折叠单元20，所述光线折叠单元20包括第一透镜21、第二透镜22、第一四分之一波片23和反射型偏振片24，其利用光的偏振特性，使得图像光线在光线折叠单元20中进行多次反射和折射，通过增加图像光线的折返次数来缩短光学系统的长度(厚度)，同时还可以减少使用的光学镜片的数量，实现体积小、重量轻以及高解析力的优点。该短焦折叠光学系统采用高分辨率的显示单元10，经过光线折叠单元20放大后，由于所述光线折叠单元20具有高解析力，因此仍然可以显示出原有图像的显示细节，不会损失原有图像的分辨率。

其中，半透半反膜25、第一四分之一波片23和反射型偏振片24的具体设置位置可以有多种选择，不同的设置位置会使得图像光线的具体传播路径略有不同，下面结合附图对本发明的各个实施例进行详细说明。

实施例1

如图3所示，图3中包含了图像光线的传播路线，在本实施例中，所述半透半反膜25设置于所述第一透镜21的入光面211上，所述第一四分之一波片23设置于所述第一透镜21的出光面212上，所述反射型偏振片24设置于所述第二透镜22的入光面221上。

本实施例短焦折叠光学系统进入人眼30的图像光线，其在光线折叠单元20中传播以及偏振方向变化过程如下：

如图3所示，显示单元10朝所述光线折叠单元20发出圆偏振状态的图像光线101，所述圆偏振状态的图像光线101依次经过半透半反膜25被部分透射，经过所述第一透镜21被透射，经过所述第一四分之一波片23被透射变换为第一线偏振状态的图像光线101A，该第一线偏振状态的图像光线101A依次经过所述反射型偏振片24被反射，经过所述第一四分之一波片23被透射变换为圆偏振状态的图像光线，经过所述第一透镜21被透射，经过所述半透半反膜25被部分反射，再次经过所述第一透镜21被透射，再次经过所述第一四分之一波片23被透射变换为第二线偏振状态的图像光线101B，经过所述反射型偏振片24被透射，最后经过所述第二透镜22被透射后进入人眼30。从而使人眼30看到显示单元10所显示的虚拟图像，达到虚拟现实的效果。

由上可知，图像光线在光线折叠单元20中进行了多次反射和透射，光线折叠单元20使得图像光线不断地折叠传播，以此缩短光学系统的长度(厚度)。

由于实际使用中，反射型偏振片24对S偏振光的反射率并不是100％，因此在图像光线传播过程中，仍然会有少量的第一线偏振状态的图像光线会透过反射型偏振片24后进入人眼30，此部分图像光线为杂散光，会降低整个显示画面的对比度。因此，如图4所示，优选地，所述光线折叠单元20还包括吸收型偏振片26，所述吸收型偏振片26用于吸收第一线偏振状态的光和透射第二线偏振状态的光，所述第一四分之一波片23、反射型偏振片24和吸收型偏振片26沿所述图像光线发出方向依次布置。吸收型偏振片26刚好可以吸收透过反射型偏振片24的第一线偏振状态的图像光线，通过此种设置可以减少光学装置的杂散光，提高整个显示画面的对比度。

具体地，本实施例所述吸收型偏振片26可以设置在所述反射型偏振片24和第二透镜22之间，也可以设置在第二透镜22的出光面222的一侧，优选地，如图4所示，本实施例吸收型偏振片26设置在所述反射型偏振片24和第二透镜22之间，以便贴合。

具体地，在本实施例中，所述第一透镜21的入光面211为凸面，出光面212为平面，所述第二透镜22的入光面221为凸面，出光面222为凹面，以使得图像光线可以在光线折叠单元20内以合理的路线传播。所述第一透镜21的入光面211、第二透镜22的入光面221和第二透镜22的出光面222均可以是球面、自由曲面或其他面型的曲面，优选地，在本实施例中，所述第一透镜21的入光面211、第二透镜22的入光面221和第二透镜22的出光面222均为非球面面型，可以显著提高光学系统的分辨率。所述非球面面型表达式为：

上式中，z为非球面面型的矢高，r为非球面的半径，即r＝sqrt(x²+y²)，k为二次曲面系数，c为曲率，A₄～A₁₆为非球面的高次项系数。

第一透镜21和第二透镜22的材质可以采用光学塑料，也可以采用光学玻璃。优选地，第一透镜21采用光学玻璃，第二透镜22采用光学塑料。

所述显示单元10包括显示装置11和第二四分之一波片12，所述显示装置11用于发出第二线偏振状态的图像光线至所述第二四分之一波片12，作为一种可选地实施方式，所述显示装置11为LCoS和TFT-LCD，其出射的图像光线是线偏振光，该线偏振光可以被设置为第二线偏振状态的图像光线。如图5所示，作为另一种可选地实施方式，所述显示装置11包括Micro-OLED或LED111、和一吸收型偏振膜112，吸收型偏振膜112用于吸收第一线偏振状态的光，透射第二线偏振状态的光，由于Micro-OLED或LED111发出的光线是非偏振光，当Micro-OLED或LED111发出的图像光线101”经过所述吸收型偏振膜112时，则会被透射为第二线偏振状态的图像光线101’，以满足使用要求。

请参阅图6，图6为实施例1的短焦折叠光学系统对应的调制传递函数MTF曲线图，调制传递函数MTF用来表征光学系统对不同空间频率信息的传递能力，即解析力。光学系统的解析力越高，其对应的空间频率也越高，就可以匹配相应像素密度的显示装置11。

本实施例对应的光学系统的视场角为70度，焦距为21.5mm，图像高度为12.7mm，出瞳距(Eye Relief)为17mm，眼盒(Eye box)为10mm。所有视场角在空间频率50lp/mm下的MTF值最小为0.28。空间频率50lp/mm对应显示装置11的像素尺寸为10um，像素密度PPI为2540，属于高分辨率显示装置。因此，本实施例的短焦折叠光学系统的解析力至少可以匹配像素密度PPI为2540的高分辨率显示装置。

另外，为了满足近视用户在不佩戴近视镜的情况下，能够看清采用上述短焦折叠光学系统所显示的虚拟图像，可以对短焦折叠光学系统进行变焦设计，即可以改变显示图像的距离。当近视用户使用时，可以通过调节显示图像的远近来看清图像细节。

上述短焦折叠光学系统的变焦设计方案的实施方式有以下三种：

第一种，显示单元10被设置为可相对于第一透镜21移动，通过采用机械方式移动显示单元10，其他光学器件固定不动，这种方式改变了光学系统的物距(显示单元10到第一透镜21的间距)，这样就可以相应地改变光学系统的像距，即经过光线折叠单元20放大后的图像光线到人眼30的距离。

第二种，第一透镜21可移动地设置于所述显示单元10和第二透镜22之间，通过采用机械方式移动第一透镜21，其他光学器件固定不动。这种方案改变了光学系统的焦距，同时也改变了物距，如此相应地改变了光学系统的像距。

第三种，第一透镜21设置为液晶透镜或液体透镜，通过改变液晶透镜或液体透镜的焦距来改变光学系统的整体焦距。这种方案通过采用施加电压的方式来改变液晶透镜或液体透镜的焦距，与上述两种采用机械式移动光学器件的方案相比，该方案的变焦速度更快，可以根据人眼30的聚焦远近来实时调整焦距，实现虚像距离的动态调整。

实施例2

本实施例与实施例1的主要区别在于半透半反膜25、第一四分之一波片23和反射型偏振片24的具体设置位置，如图7所示，图7中包含了图像光线的传播路线，本实施例所述半透半反膜25设置于所述第一透镜21的出光面212上，所述反射型偏振片24设置于所述第二透镜22的入光面221上，所述第一四分之一波片23设置于所述反射型偏振片24背向所述第二透镜22的一面上。

本实施例短焦折叠光学系统进入人眼30的图像光线，其在光线折叠单元20中传播以及偏振方向变化过程如下：

如图7所示，显示单元10朝所述光线折叠单元20发出圆偏振状态的图像光线101，所述圆偏振状态的图像光线101依次经过第一透镜21被透射，经过半透半反膜25被部分透射，经过所述第一四分之一波片23被透射变换为第一线偏振状态的图像光线，该第一线偏振状态的图像光线依次经过所述反射型偏振片24被反射，经过所述第一四分之一波片23被透射变换为圆偏振状态的图像光线101C，经过所述半透半反膜25被部分反射，再次经过所述第一四分之一波片23被透射变换为第二线偏振状态的图像光线101B，经过所述反射型偏振片24被透射，最后经过所述第二透镜22被透射后进入人眼30。从而使人眼30看到显示单元10所显示的虚拟图像，达到虚拟现实的效果。

由上可知，图像光线在光线折叠单元20中进行了多次反射和透射，光线折叠单元20使得图像光线不断地折叠传播，以此缩短光学系统的长度(厚度)。

与实施例1类似地，本实施例所述吸收型偏振片26可以设置在所述反射型偏振片24和第二透镜22之间，也可以设置在第二透镜22的出光面的一侧，优选地，如图8所示，本实施例吸收型偏振片26设置在所述反射型偏振片24和第二透镜22之间，以便贴合。

具体地，在本实施例中，所述第一透镜21和第二透镜22的入光面均为凸面，出光面均为凹面，即第一透镜21和第二透镜22都是弯月透镜，以使得图像光线可以在光线折叠单元20内以合理的路线传播。所述第一透镜21的入光面211和出光面212、第二透镜22的入光面221和出光面222均可以是球面、自由曲面或其他面型的曲面，优选地，本实施例所述第一透镜21的入光面211和出光面212、第二透镜22的入光面221和出光面222均为非球面面型，可以显著提高光学系统的分辨率。所述非球面面型表达式与实施例1相同，故不赘述。

优选地，本实施例第一透镜21和第二透镜22均采用双折射系数较低的光学塑料。可选地，第一透镜21和第二透镜22也可以采用光学玻璃。

请参阅图9，图9为实施例2的短焦折叠光学系统对应的调制传递函数MTF曲线图，本实施例对应的光学系统的视场角为90度，焦距为19.1mm，图像高度为14mm，出瞳距(EyeRelief)为14mm，眼盒(Eye box)为8mm。所有视场角在空间频率70lp/mm下的MTF值最小为0.16。空间频率70lp/mm对应显示装置11的像素尺寸为7.14um，像素密度PPI为3556，属于高分辨率显示装置。因此，本实施例的短焦折叠光学系统的解析力至少可以匹配像素密度PPI为3556的高分辨率显示装置。

实施例3

本实施例与实施例1的主要区别在于半透半反膜25、第一四分之一波片23和反射型偏振片24的具体设置位置，如图10所示，图10中包含了图像光线的传播路线，本实施例所述半透半反膜25设置于所述第一透镜21的入光面211上，所述第一四分之一波片23设置于所述第二透镜22的出光面222上，所述反射型偏振片24设置于所述第一四分之一波片23背向所述第二透镜22的一面上。

本实施例短焦折叠光学系统进入人眼30的图像光线，其在光线折叠单元20中传播以及偏振方向变化过程如下：

如图10所示，显示单元10朝所述光线折叠单元20发出圆偏振状态的图像光线101，所述圆偏振状态的图像光线101依次经过半透半反膜25被部分透射，经过第一透镜21被透射，经过第二透镜22被透射，经过所述第一四分之一波片23被透射变换为第一线偏振状态的图像光线，该第一线偏振状态的图像光线依次经过所述反射型偏振片24被反射，经过所述第一四分之一波片23被透射变换为圆偏振状态的图像光线101C，经过第二透镜22被透射，经过第一透镜21被透射，经过所述半透半反膜25被部分反射，再次经过第一透镜21被透射，再次经过第二透镜22被透射，再次经过所述第一四分之一波片23被透射变换为第二线偏振状态的图像光线101B，最后经过所述反射型偏振片24被透射后进入人眼30。从而使人眼30看到显示单元10所显示的虚拟图像，达到虚拟现实的效果。

由上可知，图像光线在光线折叠单元20中进行了多次反射和透射，光线折叠单元20使得图像光线不断地折叠传播，以此缩短光学系统的长度(厚度)。

上述设置方式为本实施例较佳的设置方式，当然，作为一种可选地设置方式(图未示出)，本实施例所述第一四分之一波片23可以设置在第二透镜22的入光面上，此时反射型偏振片24则设置在第二透镜22的出光面上，作为另一种可选地设置方式(图未示出)，本实施例所述第一四分之一波片23还可以设置在第一透镜21的入光面上，此时反射型偏振片24则设置在第二透镜22的出光面上，此两种设置方式均为可选方案，其图像光线在光线折叠单元20中传播以及偏振方向变化过程可以参照上述过程进行推理得出，此处不作赘述。

与实施例1不同的是，如图11所示，本实施例所述吸收型偏振片26只可设置于所述反射型偏振片24背向所述第二透镜22的一侧。

具体地，在本实施例中，所述第一透镜21和第二透镜22的入光面均为凸面，出光面均为平面，即第一透镜21和第二透镜22都是平凸透镜，以使得图像光线可以在光线折叠单元20内以合理的路线传播。所述第一透镜21的入光面211和第二透镜22的入光面221均可以是球面、自由曲面或其他面型的曲面，优选地，本实施例所述第一透镜21的入光面211和第二透镜22的入光面221均为非球面面型，可以显著提高光学系统的分辨率。所述非球面面型表达式与实施例1相同，故不赘述。

优选地，本实施例第一透镜21和第二透镜22均采用双折射系数较低的光学塑料。可选地，第一透镜21和第二透镜22也可以采用光学玻璃。

请参阅图12，图12为实施例3的短焦折叠光学系统对应的调制传递函数MTF曲线图，本实施例对应的光学系统的视场角为70度，焦距为22.9mm，图像高度为15.5mm，出瞳距(Eye Relief)为15mm，眼盒(Eye box)为8mm。所有视场角在空间频率40lp/mm下的MTF值最小为0.18。空间频率40lp/mm对应显示装置11的像素尺寸为12.5um，像素密度PPI为2032，属于高分辨率显示装置11。因此，本实施例的短焦折叠光学系统的解析力至少可以匹配像素密度PPI为2032的高分辨率显示装置11。

本发明以上各个实施例对应的光学系统，其图像光线在光线折叠单元中的传播路径均有所不同，但是均可以使得图像光线得到多次反射和透射，增加图像光线的折返次数，以此缩短光学系统的长度(厚度)，从而可以减少使用的光学镜片的数量，具有体积小、重量轻以及高解析力的优点。

本发明还提供一种虚拟现实显示设备，其包括眼镜架和上述的短焦折叠光学系统；所述眼镜架形成一光学系统容腔，所述短焦折叠光学系统设置于所述光学系统容腔内。该虚拟现实显示设备可以是头戴式显示设备、穿戴式显示设备等等，其包含上述短焦折叠光学系统的所有技术效果，在此不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种短焦折叠光学系统，其特征在于，包括：

显示单元和光线折叠单元；

所述显示单元用于朝所述光线折叠单元发出圆偏振状态的图像光线；所述光线折叠单元用于将所述图像光线折叠传播至人眼；

所述光线折叠单元包括第一透镜、第二透镜、第一四分之一波片和反射型偏振片；所述第一透镜和第二透镜沿所述图像光线发出方向依次布置，所述第一透镜和第二透镜均具有朝向所述显示单元的入光面以及背向所述显示单元的出光面，所述第一透镜的入光面或出光面上设置有半透半反膜；所述第一四分之一波片和反射型偏振片均位于所述第一透镜背向所述显示单元的一侧，且两者沿所述图像光线发出方向依次布置；所述圆偏振状态的图像光线首次经过所述第一四分之一波片时，被透射变换为第一线偏振状态的图像光线；所述反射型偏振片用于反射第一线偏振状态的光和透射第二线偏振状态的光。

2.根据权利要求1所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述半透半反膜设置于所述第一透镜的入光面上，所述第一四分之一波片设置于所述第一透镜的出光面上，所述反射型偏振片设置于所述第二透镜的入光面上。

3.根据权利要求2所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述第一透镜的入光面为凸面，出光面为平面；

所述第二透镜的入光面为凸面，出光面为凹面。

4.根据权利要求1所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述半透半反膜设置于所述第一透镜的出光面上，所述反射型偏振片设置于所述第二透镜的入光面上，所述第一四分之一波片设置于所述反射型偏振片背向所述第二透镜的一面上。

5.根据权利要求4所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述第一透镜和第二透镜的入光面均为凸面，出光面均为凹面。

6.根据权利要求1所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述半透半反膜设置于所述第一透镜的入光面上，所述第一四分之一波片设置于所述第二透镜的出光面上，所述反射型偏振片设置于所述第一四分之一波片背向所述第二透镜的一面上。

7.根据权利要求6所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述第一透镜和第二透镜的入光面均为凸面，出光面均为平面。

8.根据权利要求1-7任一项所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述光线折叠单元还包括吸收型偏振片，所述吸收型偏振片用于吸收第一线偏振状态的光和透射第二线偏振状态的光，所述第一四分之一波片、反射型偏振片和吸收型偏振片沿所述图像光线发出方向依次布置。

9.根据权利要求1-7任一项所述的短焦折叠光学系统，其特征在于：

所述显示单元包括显示装置和第二四分之一波片，所述显示装置用于发出第二线偏振状态的图像光线至所述第二四分之一波片，所述第二线偏振状态的图像光线经过所述第二四分之一波片时，被透射变换为所述圆偏振状态的图像光线。

10.一种虚拟现实显示设备，其特征在于，包括：

眼镜架和如权利要求1-9任一项所述的短焦折叠光学系统；所述眼镜架形成一光学系统容腔，所述短焦折叠光学系统设置于所述光学系统容腔内。

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