CN205982838U - 一种具有投影及目视功能的光学系统 - Google Patents
一种具有投影及目视功能的光学系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种具有投影及目视功能的光学系统，该光学系统设置于头戴式设备上，包括：显示模块、导光棒、第二偏振分光棱镜、投影透镜组、反射透镜组及液晶盒；液晶盒及导光棒固定设置于显示模块及第二偏振分光棱镜之间；投影透镜组设置于第二偏振分光棱镜远离导光棒的一侧，反射透镜组设置于第二偏振分光棱镜远离人眼的一侧。本申请通过增加液晶能够实现投影及目视功能的转换，具有结构简单、使用方便的特点，在头戴式光学系统集成了投影功能能够提高用户体验。
Description
技术领域
本申请涉及头戴式可视设备领域，特别涉及一种应用于头戴式设备的具有投影及目视功能的光学系统。
背景技术
现有技术中的头戴式可视设备(Head Mount Display,HMD)的光学系统包括显示器、准直透镜及反射面。显示器，如LCD、OLED、LCOS等，根据显示图像的不同发出不同的光，通过准直透镜成像在无穷远处，然后通过反射面把显示器发出的光反射进入人的眼睛里。
但现有技术中的头戴式可视设备功能单一，仅供个人观看头戴式可视设备内显示器播放内容，不具有分享(投影)功能。鉴于头戴式设备尺寸有限，增加新的光路实现投影功能存在一定困难，增加光路会增加多个光学部件，从而会增加设备的成本。
实用新型内容
本申请提供一种具有投影及目视功能的光学系统，用于解决现有技术中头戴式可视设备不具有投影功能，用户体验差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请的一技术方案为提供一种具有投影及目视功能的光学系统，设置于头戴式设备上，包括：显示模块、导光棒、第二偏振分光棱镜、投影透镜组、反射透镜组及液晶盒；
所述液晶盒及所述导光棒固定设置于所述显示模块及所述第二偏振分光棱镜之间；
所述投影透镜组设置于所述第二偏振分光棱镜远离导光棒的一侧，所述反射透镜组设置于所述第二偏振分光棱镜远离人眼的一侧；
液晶盒加压时，所述显示模块发出的图像偏振光依次经过所述导光棒的传导和所述液晶盒的透射、第二偏振分光棱镜的反射进入所述反射透镜组，经过所述反射透镜组的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜的透射进入人眼；
液晶盒断压时，所述显示模块发出的图像光依次经过所述导光棒的传导和所述液晶盒改变偏振状态、所述第二偏振分光棱镜的透射进入所述投影透镜组。
本申请进一步实施例中，还包括第一偏振分光棱镜，用于接收显示模块发出的图像偏振光，并将其反射至导光棒中；
所述液晶盒及所述导光棒固定设置于所述第一偏振分光棱镜及第二偏振分光棱镜之间。
本申请进一步实施例中，所述液晶盒固定设置于所述第二偏振分光棱镜及所述导光棒之间；或所述液晶盒固定设置于所述导光棒及所述第一偏振分光棱镜之间。
本申请进一步实施例中，所述导光棒的外侧壁上设置有增透膜，用于降低进入导光棒的杂光。
本申请另提供的一种具有投影及目视功能的光学系统，包括：显示模块、第一偏振分光棱镜、导光棒、第二偏振分光棱镜、投影透镜组及反射透镜组；
所述第一偏振分光棱镜可旋转的连接所述导光棒的一端，所述第一偏振分光棱镜以导光棒的中心轴为旋转中心，所述第一偏振分光棱镜与所述显示模块一起可顺时针旋转90度和/或逆时针旋转90度；
所述第二偏振分光棱镜固定连接所述导光棒的另一端，所述投影透镜组设置于所述第二偏振分光棱镜远离导光棒的一侧，所述反射透镜组设置于所述第二偏振分光棱镜远离人眼的一侧；
所述第一偏振分光棱镜未旋转时，所述显示模块发出的图像光依次经过所述第一偏振分光棱镜的反射、所述导光棒的传导、所述第二偏振分光棱镜的反射进入所述反射透镜组，经过所述反射透镜组的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜的透射进入人眼；
所述第一偏振分光棱镜与所述显示模块一起旋转90度时，所述显示模块发出的图像光依次经过第一偏振分光棱镜的反射、所述导光棒的传导及所述第二偏振分光棱镜的透射进入所述投影透镜组。
本申请进一步实施例中，所述导光棒的外侧壁上设置有增透膜，用于降低进入导光棒的杂光。
本申请进一步实施例中，所述头戴式设备包括智能眼镜及智能头盔。
本申请还提供一种具有投影及目视功能的光学系统，包括：显示模块、导光棒、第二偏振分光棱镜、投影透镜组及反射透镜组；
所述第二偏振分光棱镜可旋转的连接所述导光棒的一端，所述第二偏振分光棱镜以导光棒的中心轴为旋转中心，所述第二偏振分光棱镜可顺时针旋转90度和/或逆时针旋转90度；
所述投影透镜组设置于所述第二偏振分光棱镜远离导光棒的一侧，所述反射透镜组设置于所述第二偏振分光棱镜远离人眼的一侧；
所述第二偏振分光棱镜未旋转时，所述显示模块发出的图像偏振光依次经过所述导光棒的传导、所述第二偏振分光棱镜的反射进入所述反射透镜组，经过所述反射透镜组的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜的透射进入人眼；
所述第二偏振分光棱镜旋转90度时，所述显示模块发出的图像光依次经过所述导光棒的传导及所述第二偏振分光棱镜的透射进入所述投影透镜组。
本申请进一步实施例中，还包括第一偏振分光棱镜，用于接收显示模块发出的图像偏振光，并将其反射至导光棒中。
本申请进一步实施例中，所述导光棒的外侧壁上设置有增透膜，用于降低进入导光棒的杂光。
本申请通过增加液晶盒或设计旋转机构(旋转第一偏振分光棱镜或第二偏振分光棱镜)实现图像光偏振状态的改变，从而能够实现投影及目视功能的转换，具有结构简单、使用方便的特点，在头戴式光学系统集成了投影功能能够提高用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的光学系统目视功能光路结构图；
图2为本申请一实施例的光学系统投影功能光路结构图；
图3为本申请另一实施例的光学系统目视功能光路结构图；
图4为本申请另一实施例的光学系统投影功能光路结构图；
图5为本申请又一实施例的光学系统目视功能光路结构图；
图6为本申请又一实施例的光学系统投影功能光路结构图；
图7为本申请再一实施例的光学系统目视功能光路结构图；
图8为本申请再一实施例的光学系统投影功能光路结构图。
附图符号说明：
101：显示模块； 102：第一偏振分光棱镜；
103：导光棒； 104：第二偏振分光棱镜；
105：投影透镜组； 106：反射透镜组；
107：液晶盒； 20：人眼；
30：导光棒的中心轴。
具体实施方式
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本申请中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本申请中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本申请所述的具有投影及目视功能的光学系统设置于头戴式设备上，使得头戴式设备同时具有投影及目视功能，其中，头戴式设备包括但不限于智能眼镜及智能头盔。
如图1、图2所示，图1为本申请一实施例的光学系统目视功能光路结构图，图2为本申请一实施例的光学系统投影功能光路结构图。
具体的，具有投影及目视功能的光学系统包括：显示模块101、导光棒103、第二偏振分光棱镜104、投影透镜组105、反射透镜组106及液晶盒107。
所述液晶盒107及所述导光棒103固定设置于所述显示模块101及所述第二偏振分光棱镜104之间。本申请对液晶盒107与导光棒103的顺序不做限定，液晶盒107可设置于导光棒103的左侧，当然，液晶盒107也可设置于导光棒103的右侧。
所述投影透镜组105设置于所述第二偏振分光棱镜104远离导光棒103的一侧，所述反射透镜组106设置于所述第二偏振分光棱镜104远离人眼的一侧。
如图1所示，液晶盒加压时，所述显示模块101发出的图像光依次经过所述导光棒103的传导和所述液晶盒107的透射、第二偏振分光棱镜104的反射进入所述反射透镜组106，经过所述反射透镜组106的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜104的透射进入人眼20，从而实现目视功能。
如图2所示，液晶盒断压时，所述显示模块101发出的图像光依次经过所述导光棒103的传导和所述液晶盒107改变偏振状态、所述第二偏振分光棱镜106的透射进入所述投影透镜组105，从而实现投影功能。
液晶盒在加压时，通过液晶盒的光的偏振态不会发生改变，液晶盒断开电压时，液晶盒对通过的光的偏振态有个旋光性，改变光的偏振态，如由P偏振光变为了S偏振光。
详细的说，显示模块101发出的光具有偏振性，可以为LCOS显示芯片。
本实施例利用液晶盒的旋光性，巧妙的将其设计在具有投影及目视功能的光学系统中，从而通过给液晶盒加压断压，实现投影及目视功能的转换。
进一步的为了方便在头戴式设备上集成本申请所述的具有投影及目视功能的光学系统，如图3、图4所示，在图1、图2所示实施例的基础上还包括第一偏振分光棱镜102，用于接收显示模块101发出的图像光，并将其反射至导光棒103中。
所述液晶盒107及所述导光棒103固定设置于所述第一偏振分光棱镜102及第二偏振分光棱镜104之间。具体的，所述液晶盒107固定设置于所述第二偏振分光棱镜104及所述导光棒103之间；或所述液晶盒107固定设置于所述导光棒103及所述第一偏振分光棱镜102之间。
进一步的，为了降低进入导光棒的杂光，所述导光棒103的外侧壁上设置有增透膜。
如图5、图6所示，图5为本申请又一实施例的光学系统目视功能光路结构图，图6为本申请又一实施例的光学系统投影功能光路结构图。
具体的，具有投影及目视功能的光学系统包括：显示模块101、第一偏振分光棱镜102、导光棒103、第二偏振分光棱镜104、投影透镜组105及反射透镜组106。
所述第一偏振分光棱镜102可旋转的连接所述导光棒103的一端，所述第一偏振分光棱镜102以导光棒的中心轴30为旋转中心，所述第一偏振分光棱镜102与所述显示模块101一起可顺时针旋转90度和/或逆时针旋转90度(第一偏振分光棱镜的旋转方向如图5右侧旋转箭头方向所示)。
所述第二偏振分光棱镜104固定连接所述导光棒103的另一端，所述投影透镜组105设置于所述第二偏振分光棱镜104远离导光棒103的一侧，所述反射透镜组106设置于所述第二偏振分光棱镜104远离人眼的一侧。
如图5所示，所述第一偏振分光棱镜102未旋转时，所述显示模块101发出的图像光依次经过所述第一偏振分光棱镜102的反射、所述导光棒103的传导、所述第二偏振分光棱镜104的反射进入所述反射透镜组106，经过所述反射透镜组106的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜104的透射进入人眼20，此时，人眼能观看到显示模块播放的内容，从而实现目视功能。
如图6所示，第一偏振分光棱镜102与所述显示模块101一起旋转90度时，所述显示模块101发出的图像光依次经过第一偏振分光棱镜102的反射、所述导光棒103的传导及所述第二偏振分光棱镜104的透射进入所述投影透镜组105，此时，通过投影透镜组可实现投影功能。
详细的说，本申请所述显示模块为OLED(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示器、LCD(Liquid Crystal Display,LCD)显示器及LCOS(Liquid Crystal on Silicon,LCS)显示器中的任意一个，当为LCOS显示器时，光学系统还包括光源，该光源用于产生光以便激发LCOS发出图像光。
实施时，反射透镜组可包括1/4波片，该1/4波片用于改变光的偏振态，如光两次经过该1/4波片后由S偏振光变为P偏振光。
偏振分光棱镜包括第一直角棱镜、偏振分光膜及第二直角棱镜，偏振分光膜固定设置于第一直角棱镜的反射面及第二直角棱镜的反射面之间。
偏振分光棱镜具有调整光的偏振状态的特性，当一自然光入射到偏振分光棱镜上时，会透过P偏振光，反射S偏振光。
本实施例中的第一偏振分光棱镜未旋转时，由第一偏振分光棱镜反射的光对第二偏振分光棱镜而言，偏振态未发生变化，则第二偏振分光棱镜可反射第一偏振分光棱镜反射的光。本实施例中的第一偏振分光棱镜旋转90度后，由第一偏振分光棱镜反射的光对第二偏振分光棱镜而言，偏振态旋转了90度，则第二偏振分光棱镜可透过第一偏振分光棱镜反射光。
本实施例通过旋转第一偏振分光棱镜能够实现图像光偏振状态的改变，从而能够实现投影及目视功能的转换，具有结构简单、使用方便的特点，在头戴式设备的光学系统集成投影功能能够提高用户体验。
本申请一实施例中，为了减少加工工艺，所述第一偏振分光棱镜102与所述导光棒103一体成型。
本申请一实施例中，上述导光棒为玻璃方棒或塑料方棒，用于调整整个系统的焦距，导光棒的尺寸可根据实际需求进行设计，本申请对此不作限定。进一步的，为了降低进入导光棒的杂光，所述导光棒的外侧壁上设置有增透膜。
如图7、图8所示，本申请还提供一种投影及目视功能的光学系统，包括显示模块101、导光棒103、第二偏振分光棱镜104、投影透镜组105及反射透镜组106。
所述第二偏振分光棱镜104可旋转的连接所述导光棒103的一端，所述第二偏振分光棱镜102以导光棒的中心轴30为旋转中心，所述第二偏振分光棱镜102可顺时针旋转90度和/或逆时针旋转90度。
所述投影透镜组105设置于所述第二偏振分光棱镜104远离导光棒103的一侧，所述反射透镜组106设置于所述第二偏振分光棱镜104远离人眼的一侧。显示模块101发出的光具有偏振性。
如图7所示，所述第二偏振分光棱镜102未旋转时，所述显示模块101发出的图像光依次经过所述导光棒103的传导、所述第二偏振分光棱镜104的反射进入所述反射透镜组106，经过所述反射透镜组106的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜104的透射进入人眼20。
如图8所示，所述第二偏振分光棱镜102旋转90度时，所述显示模块101发出的图像光依次经过所述导光棒103的传导及所述第二偏振分光棱镜104的透射进入所述投影透镜组105。
本实施例中，第二偏振分光棱镜未旋转时，第二偏振分光棱镜可反射显示模块发出的偏振光。在第二偏振分光棱镜旋转90度后，显示模块发出的偏振光对第二偏振分光棱镜而言，偏振态旋转了90度，则第二偏振分光棱镜可透过显示模块发出的偏振光。
进一步的，为了方便将上述具有投影及目视功能的光学系统集成在头戴式设备上，在图7、图8所示实施例的基础上还包括第一偏振分光棱镜102，用于接收显示模块101发出的图像光，并将其反射至导光棒(103)中。以头戴式设备为眼镜为例，显示模块可置于眼镜腿内，第一偏振分光棱镜、导光棒、第二偏振分光棱镜、投影透镜组及反射透镜组按上述描述固定好后设置于眼镜前方，使得反射投影组与人眼相对。
本实施例通过旋转第二偏振分光棱镜实现图像光偏振状态的改变，从而能够实现投影及目视功能的转换，具有结构简单、使用方便的特点，在头戴式光学系统集成了投影功能能够提高用户体验。
以上所述仅用于说明本申请的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本申请的权利保护范围应视权利要求范围为准。
Claims (10)
1.一种具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，设置于头戴式设备上，包括：显示模块(101)、导光棒(103)、第二偏振分光棱镜(104)、投影透镜组(105)、反射透镜组(106)及液晶盒(107)；
所述液晶盒(107)及所述导光棒(103)固定设置于所述显示模块(101)及所述第二偏振分光棱镜(104)之间；
所述投影透镜组(105)设置于所述第二偏振分光棱镜(104)远离导光棒(103)的一侧，所述反射透镜组(106)设置于所述第二偏振分光棱镜(104)远离人眼的一侧；
液晶盒(107)加压时，所述显示模块(101)发出的图像偏振光依次经过所述导光棒(103)的传导和所述液晶盒(107)的透射、第二偏振分光棱镜(104)的反射进入所述反射透镜组(106)，经过所述反射透镜组(106)的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜(104)的透射进入人眼(20)；
液晶盒(107)断压时，所述显示模块(101)发出的图像偏振光依次经过所述导光棒(103)的传导和所述液晶盒(107)改变偏振状态、所述第二偏振分光棱镜(104)的透射进入所述投影透镜组(105)。
2.如权利要求1所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，还包括第一偏振分光棱镜(102)，用于接收显示模块(101)发出的图像偏振光，并将其反射至导光棒(103)中；
所述液晶盒(107)及所述导光棒(103)固定设置于所述第一偏振分光棱镜(102)及第二偏振分光棱镜(104)之间。
3.如权利要求2所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，所述液晶盒(107)固定设置于所述第二偏振分光棱镜(104)及所述导光棒(103)之间；或所述液晶盒(107)固定设置于所述导光棒(103)及所述第一偏振分光棱镜(102)之间。
4.如权利要求1所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，所述导光棒(103)的外侧壁上设置有增透膜，用于降低进入导光棒的杂光。
5.一种具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，设置于头戴式设备上，包括：显示模块(101)、第一偏振分光棱镜(102)、导光棒(103)、第二偏振分光棱镜(104)、投影透镜组(105)及反射透镜组(106)；
所述第一偏振分光棱镜(102)可旋转的连接所述导光棒(103)的一端，所述第一偏振分光棱镜(102)以导光棒的中心轴(30)为旋转中心，所述第一偏振分光棱镜(102)与所述显示模块(101)一起可顺时针旋转90度和/或逆时针旋转90度；
所述第二偏振分光棱镜(104)固定连接所述导光棒(103)的另一端，所述投影透镜组(105)设置于所述第二偏振分光棱镜(104)远离导光棒(103)的一侧，所述反射透镜组(106)设置于所述第二偏振分光棱镜(104)远离人眼的一侧；
所述第一偏振分光棱镜(102)未旋转时，所述显示模块(101)发出的图像光依次经过所述第一偏振分光棱镜(102)的反射、所述导光棒(103)的传导、所述第二偏振分光棱镜(104)的反射进入所述反射透镜组(106)，经过所述反射透镜组(106)的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜(104)的透射进入人眼(20)；
所述第一偏振分光棱镜(102)与所述显示模块(101)一起旋转90度时，所述显示模块(101)发出的图像光依次经过第一偏振分光棱镜(102)的反射、所述导光棒(103)的传导及所述第二偏振分光棱镜(104)的透射进入所述投影透镜组(105)。
6.如权利要求5所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，所述导光棒(103)的外侧壁上设置有增透膜，用于降低进入导光棒的杂光。
7.如权利要求5所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，所述头戴式设备包括智能眼镜及智能头盔。
8.一种具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，设置于头戴式设备上，包括：显示模块(101)、导光棒(103)、第二偏振分光棱镜(104)、投影透镜组(105)及反射透镜组(106)；
所述第二偏振分光棱镜(104)可旋转的连接所述导光棒(103)的一端，所述第二偏振分光棱镜(102)以导光棒的中心轴(30)为旋转中心，所述第二偏振分光棱镜(102)可顺时针旋转90度和/或逆时针旋转90度；
所述投影透镜组(105)设置于所述第二偏振分光棱镜(104)远离导光棒(103)的一侧，所述反射透镜组(106)设置于所述第二偏振分光棱镜(104)远离人眼的一侧；
所述第二偏振分光棱镜(102)未旋转时，所述显示模块(101)发出的图像偏振光依次经过所述导光棒(103)的传导、所述第二偏振分光棱镜(104)的反射进入所述反射透镜组(106)，经过所述反射透镜组(106)的反射及改变偏振态、所述第二偏振分光棱镜(104)的透射进入人眼(20)；
所述第二偏振分光棱镜(102)旋转90度时，所述显示模块(101)发出的图像光依次经过所述导光棒(103)的传导及所述第二偏振分光棱镜(104)的透射进入所述投影透镜组(105)。
9.如权利要求8所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，还包括第一偏振分光棱镜(102)，用于接收显示模块(101)发出的图像偏振光，并将其反射至导光棒(103)中。
10.如权利要求8所述的具有投影及目视功能的光学系统，其特征在于，所述导光棒(103)的外侧壁上设置有增透膜，用于降低进入导光棒的杂光。
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2016
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