CN209656995U - 镜头模组及具有其的光学系统和虚拟现实设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种镜头模组及具有其的光学系统和虚拟现实设备,镜头模组沿入射光线的传输方向顺序包括第一透镜、第一相位延迟器以及反射式偏振片,第一透镜为菲涅尔透镜,第一透镜包括第一表面以及第二表面,第一表面为菲涅尔结构,入射光线在经过第一透镜后,第一相位延迟器以及反射式偏振片后发生反射,反射后再依次经过第一相位延迟器及第一透镜后,在第一表面发生反射后偏振方向发生改变,在经过第一相位延迟器后,光线的方向与反射式偏振片的透射轴方向相同,光线最终从镜头模组穿出。本实用新型提供一种镜头模组及具有其的光学系统和虚拟现实设备,解决了现有技术中VR眼镜的光学系统具有较大的体积与重量,影响用户佩戴VR眼镜舒适性的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学成像技术领域,尤其涉及一种镜头模组及具有其的光学系统和虚拟现实设备。
背景技术
虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中的技术,其中,虚拟现实(Virtual Reality,VR)眼镜的光学系统正在逐步向着大视场,小型化与轻量化的路线发展,现有的VR眼镜光学系统,通常采用两片平凸式镜片的方式进行光学设计,而随着VR眼镜视场的逐渐变大,较厚的透镜组合会使VR眼镜的体积与重量增加,从而影响用户佩戴VR眼镜的舒适性。
实用新型内容
本实用新型提供一种镜头模组及具有其的光学系统和虚拟现实设备,旨在解决现有技术中VR眼镜的光学系统具有较大的体积与重量,影响用户佩戴VR眼镜舒适性的问题。
为实现上述目的,本实用新型提出了一种镜头模组,所述镜头模组沿入射光线的传输方向顺序包括第一透镜、第一相位延迟器以及反射式偏振片,其中,
所述第一透镜为菲涅尔透镜,所述第一透镜包括靠近物方的第一表面以及靠近像方的第二表面,所述第一表面包括若干个依次连接的锯齿形同心环;
所述第一表面设置有分光膜;
所述入射光线从所述第一表面进入所述第一透镜,并从所述第二表面射出所述第一透镜进入所述第一相位延迟器,所述入射光线经过第一相位延迟器变为第一线偏振光,所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的反射轴方向相同;所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片的反射后,再次经过所述第一相位延迟器,并变为第一圆偏振光或第一椭圆偏振光,所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第二表面进入所述第一透镜后,在所述第一表面反射并变为第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述第一相位延迟器后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片射出所述镜头模组。
可选地,所述第二表面为平面。
可选地,所述镜头模组还包括第二透镜,所述第二透镜包括靠近物方的第三表面以及靠近像方的第四表面,所述第二透镜设于所述第一透镜与所述第一相位延迟器之间或设于所述第一相位延迟器与所述反射式偏振片之间或设于所述第一透镜远离所述第一相位延迟器的一侧。
可选地,所述第二透镜为菲涅尔透镜,所述第三表面包括若干个依次连接的锯齿形同心环。
可选地,所述第一相位延迟器为1/4波片。
可选地,所述第一相位延迟器为相位延迟膜。
为实现上述目的,本申请提出一种光学系统,所述光学系统包括如上述任一种实施方式所述的镜头模组;所述光学系统还包括显示单元,所述显示单元设于所述第一透镜远离所述第一相位延迟器的一侧。
可选地,所述光学系统还包括第二相位延迟器,所述第二相位延迟器设于所述显示单元与所述第一透镜之间。
可选地,所述显示单元发出的光线的偏振方向与第二相位延迟器的延迟轴夹角为45度。
为实现上述目的,本申请提出一种虚拟现实设备,所述虚拟现实设备包括如上述任一种实施方式所述的光学系统。
本实用新型提出的技术方案中,所述镜头模组沿入射光线的传输方向顺序包括第一透镜、第一相位延迟器以及反射式偏振片,在所述镜头模组实际工作过程中,入射光线照在第一次经过所述第一相位延迟器时变为第一线偏振光,由于所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的反射轴方向相同,所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片的反射后,再次经过所述第一相位延迟器,并变为第一圆偏振光或第一椭圆偏振光,所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第一表面反射并变为第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述第一相位延迟器后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片射出所述镜头模组。在所述镜头模组中,所述第一透镜为菲涅尔透镜,由于菲涅尔透镜在提供聚焦功能的前提下,菲涅尔透镜的厚度小于平凸式透镜,从而减小了所述镜头模组沿光轴方向的尺寸,并且降低了所述镜头模组的整体重量,解决了现有技术中VR眼镜的光学系统具有较大的体积与重量,影响用户佩戴VR眼镜舒适性的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例,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示出的结构获得其他的附图。
图1是本实用新型光学系统一实施例的光路结构示意图;
图2是本实用新型光学系统又一实施例的光路结构示意图;
图3是本实用新型光学系统又一实施例的光路结构示意图;
图4是本实用新型光学系统又一实施例的光路结构示意图;
图5是本实用新型光学系统又一实施例的光路结构示意图。
附图标号说明:
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
需要说明,本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外,本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提供一种镜头组件及具有其的光学系统和头戴设备。
请参照图1,所述镜头模组沿入射光线的传输方向顺序包括第一透镜10、第一相位延迟器20以及反射式偏振片30,其中,
所述第一透镜10为菲涅尔透镜,所述第一透镜10包括靠近物方的第一表面11以及靠近像方的第二表面12,所述第一表面11包括若干个依次连接的锯齿形同心环;
所述第一表面11镀制或贴有分光膜;
所述第一相位延迟器20设于所述第一透镜10靠近像方的一侧;
所述反射式偏振片30设于所述第一相位延迟器20远离所述第一透镜10的一侧;
所述入射光线从所述第一表面11进入所述第一透镜10,并从所述第二表面12射出所述第一透镜10进入所述第一相位延迟器20,入射光线在经过第一相位延迟器20变为第一线偏振光,所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的反射轴方向相同;所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片30的反射后,再次经过所述第一相位延迟器20,并变为第一圆偏振光或第一椭圆偏振光,所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第二表面12进入所述第一透镜10后,在所述第二表面12反射并变为第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述第一相位延迟器20后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片30射出所述镜头模组。
本实用新型提出的技术方案中,所述镜头模组沿入射光线的传输方向顺序包括第一透镜10、第一相位延迟器20以及反射式偏振片30,在所述镜头模组实际工作过程中,入射光线照在第一次经过所述第一相位延迟器20时变为第一线偏振光,由于所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的反射轴方向相同,所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片30的反射后,再次经过所述第一相位延迟器20,并变为第一圆偏振光或第一椭圆偏振光,所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第一表面11反射并变为第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述第一相位延迟器20后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片30射出所述镜头模组。在所述镜头模组中,所述第一透镜10为菲涅尔透镜,由于菲涅尔透镜在提供聚焦功能的前提下,菲涅尔透镜的厚度小于平凸式透镜,从而减小了所述镜头模组沿光轴方向的尺寸,并且降低了所述镜头模组的整体重量,解决了现有技术中VR眼镜的光学系统具有较大的体积与重量,影响用户佩戴VR眼镜舒适性的问题。优选实施方式中,所述分光膜为半反半透膜,所述半反半透膜的透射率与反射率的比例为1:1,可以理解的是,所述分光膜分光比例不限于此,于其他实施方式中,所述分光膜的透射率与反射率的比例还可以为4:6或3:7。
在一些可选的实施方式中,所述第二表面12为平面,所述第一透镜10在所述镜头模组中起到聚焦作用,当所述第二表面12为凸面时,所述第一透镜10的所述第一表面11与所述第二表面12均能起到聚焦作用,但是由于所述第二表面12为凸面时所产生的聚焦效果可以通过调节所述第一表面11的同心环曲率半径进行补偿,而所述第二表面12为凸面时会增大所述镜头模组的尺寸与重量,优选的,将所述第二表面12设置为平面,在减小所述镜头模组的尺寸与重量的同时,方便组装人员对所述第一透镜10进行区分,降低所述第一透镜10的组装难度。
在一些可选的实施方式中,所述镜头模组还包括第二透镜40,所述第一透镜10与所述第二透镜40组合使用时,通过光路的折叠能够增大所述镜头模组所在的光学系统的时长。所述第二透镜40包括靠近物方的第三表面41以及靠近像方的第四表面42。
请参照图2,在一实施例中,所述第二透镜40设于所述第一透镜10与所述第一相位延迟器20之间,具体的,所述入射光线从所述第一表面11进入所述第一透镜10,并从所述第二表面12射出所述第一透镜10,所述入射光线从所述第三表面41进入所述第二透镜40,并从所述第四表面42射出所述第二透镜40,所述入射光线在经过第一相位延迟器20变为第一线偏振光,所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的反射轴方向相同;所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片30的反射后,再次经过所述第一相位延迟器20,并变为第一圆偏振光,所述第一圆偏振光从所述第四表面42进入所述第二透镜40,并从所述第三表面41射出所述第二透镜40,所述第一圆偏振光在从第二表面12进入所述第一透镜10后,由于所述第一表面11镀制分光膜,因此在所述第一表面11发生反射,变为所述第二圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光在穿过所述第二透镜40后经过所述第一相位延迟器20后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片30射出所述镜头模组。
在另一实施例中,所述第二透镜40设于所述第一相位延迟器20与所述反射式偏振片30之间。具体的,所述入射光线从所述第一表面11进入所述第一透镜10,并从所述第二表面12射出所述第一透镜10,所述入射光线在经过第一相位延迟器20变为第一线偏振光,所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的反射轴方向相同;所述第一线偏振光从所述第三表面41进入所述第二透镜40,并从所述第四表面42射出所述第二透镜40,所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片30的反射后,再次经过所述第一相位延迟器20,并变为第一圆偏振光,所述第一圆偏振光从所述第四表面42进入所述第二透镜40,并从所述第三表面41射出所述第二透镜40,所述第一圆偏振光在从第二表面12进入所述第一透镜10后,由于所述第一表面11镀制分光膜,因此在所述第一表面11发生反射,变为所述第二圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光在经过所述第一相位延迟器20后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的透射轴方向相同,所述第二线偏振光在穿过所述第二透镜40后,由于所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片30射出所述镜头模组。
请参照图3,在另一实施例中,所述第二透镜40设于所述第一透镜10远离所述第一相位延迟器20的一侧。具体的,所述第二透镜40用于对所述入射光线进行准直,所述入射光线在所述反射式偏振片30发生反射后变为所述第一圆偏振光,从所述第一透镜10的所述第一表面11再次发生反射变为第二圆偏振光,少量光线透过所述第一表面11传输至所述第二透镜40,由于传输至所述第二透镜40的光线较少,因此传输至所述第二透镜40的光线无法被所述镜头模组利用。
请参照图4,在一些可选的实施方式中,所述第二透镜40为菲涅尔透镜,所述第三表面41包括若干个依次连接的锯齿形同心环。具体的,所述第二透镜40为菲涅尔透镜时,能够有效的减小所述镜头模组的尺寸,使镜头模组的透镜分布更紧凑,并减小所述镜头模组的重量。
在一些可选的实施方式中,所述第一相位延迟器20为1/4波片21,具体的,所述1/4波片21的中心波长与所述入射光线的波长相等。当所述入射光线为左旋圆偏振光,所述入射光线经过所述1/4波片21后为第一线偏振光,所述第一线偏振光偏振方向与所述1/4波片21的延迟轴夹角为45度,所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片30的反射轴方向相同,因此所述第一线偏振光被所述反射式偏振片30反射,所述第一线偏振光的偏振方向不变,所述第一线偏振光再次经过所述1/4波片21后,所述第一线偏振光变为所述第一圆偏振光,所述第一圆偏振光为左旋圆偏振光,与所述入射光线的旋性相同,所述第一圆偏振光在所述第一表面11反射变为第二圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光为右旋偏振光,所述第二圆偏振光第三次经过所述1/4波片21后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述第一线偏振光的偏振方向相互垂直,由于所述反射式偏振片30的反射轴与透射轴相互垂直,因此,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片30后射出所述镜头模组。
在一些可选的实施方式中,所述第一相位延迟器20为相位延迟膜,具体的,当所述镜头模组不包括第二透镜40时,所述相位延迟膜贴附于所述第二表面12,当所述镜头模组包括第二透镜40时,所述相位延迟膜贴附于所述第四表面42。
为实现上述目的,本申请还提出一种光学系统,所述光学系统包括如上述任一项实施方式所述的镜头模组;所述光学系统还包括显示单元50,所述显示单元50设于所述第一透镜10远离所述第一相位延迟器20的一侧。具体的,所述显示单元50发出的所述入射光线为圆偏振光或椭圆偏振光。
在一些可选的实施方式中,当所述显示单元50发出的光线为线偏振光时,线偏振光在经过所述镜头模组后,无法实现折叠光路的功能,为了保证入射光线能够被所述反射式偏振片30反射,在所述显示单元50与所述第一透镜10之间设置第二相位延迟器60,所述第二相位延迟器60用于将所述显示单元50发出的光线转变为椭圆偏振光或圆偏振光,从而使所述显示单元50发出的光线在经过所述镜头模组时能被所述反射式偏振片30反射。
优选实施方式中,所述显示单元50发出的入射光线的偏振方向与所述第二相位延迟器60的夹角为45度,具体的,当所述显示单元50发出的入射光线的偏振方向与所述第二相位延迟器60的夹角不为45度时,所述显示单元50发出的入射光线经过所述第二相位延迟器60的光线为椭圆偏振光。优选的,当所述显示单元50发出的入射光线的偏振方向与所述第二相位延迟器60的夹角为45度时,所述显示单元50发出的入射光线经过所述第二相位延迟器60的光线为圆偏振光。
本实用新型还提出一种虚拟现实设备,所述虚拟现实设备包括如上述任一实施方式所述的光学系统,该光学系统的具体结构参照上述实施例,由于该光学系统采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是在本实用新型的发明构思下,利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种镜头模组,其特征在于,所述镜头模组沿入射光线的传输方向顺序包括第一透镜、第一相位延迟器以及反射式偏振片,其中,
所述第一透镜为菲涅尔透镜,所述第一透镜包括靠近物方的第一表面以及靠近像方的第二表面,所述第一表面包括若干个依次连接的锯齿形同心环;
所述第一表面设置有分光膜;
所述入射光线从所述第一表面进入所述第一透镜,并从所述第二表面射出所述第一透镜进入所述第一相位延迟器,所述入射光线经过第一相位延迟器变为第一线偏振光,所述第一线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的反射轴方向相同;所述第一线偏振光经过所述反射式偏振片的反射后,再次经过所述第一相位延迟器,并变为第一圆偏振光或第一椭圆偏振光,所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第二表面进入所述第一透镜后,在所述第一表面反射并变为第二圆偏振光或第二椭圆偏振光,所述第二圆偏振光的旋性与所述第一圆偏振光的旋性相反,所述第二椭圆偏振光的旋性与所述第一椭圆偏振光的旋性相反,所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述第一相位延迟器后变为第二线偏振光,所述第二线偏振光的偏振方向与所述反射式偏振片的透射轴方向相同,所述第二线偏振光穿过所述反射式偏振片射出所述镜头模组。
2.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述第二表面为平面。
3.如权利要求1所述的镜头模组,其特征在于,所述镜头模组还包括第二透镜,所述第二透镜包括靠近物方的第三表面以及靠近像方的第四表面,所述第二透镜设于所述第一透镜与所述第一相位延迟器之间或设于所述第一相位延迟器与所述反射式偏振片之间或设于所述第一透镜远离所述第一相位延迟器的一侧。
4.如权利要求3所述的镜头模组,其特征在于,所述第二透镜为菲涅尔透镜,所述第三表面包括若干个依次连接的锯齿形同心环。
5.如权利要求1-4任一项所述的镜头模组,其特征在于,所述第一相位延迟器为1/4波片。
6.如权利要求1-4任一项所述的镜头模组,其特征在于,所述第一相位延迟器为相位延迟膜。
7.一种光学系统,其特征在于,所述光学系统包括如权利要求1-6任一项所述的镜头模组;所述光学系统还包括显示单元,所述显示单元设于所述第一透镜远离所述第一相位延迟器的一侧。
8.如权利要求7所述的光学系统,其特征在于,所述光学系统还包括第二相位延迟器,所述第二相位延迟器设于所述显示单元与所述第一透镜之间。
9.如权利要求8所述的光学系统,其特征在于,所述显示单元发出的光线的偏振方向与第二相位延迟器的延迟轴夹角为45度。
10.一种虚拟现实设备,其特征在于,所述虚拟现实设备包括如权利要求7-9任一项所述的光学系统。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114236865A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-25 | 青岛歌尔声学科技有限公司 | 光学模组及头戴显示设备 |
CN114442326A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-05-06 | 惠州Tcl移动通信有限公司 | 一种光学成像系统 |
CN115185086A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-14 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示装置 |
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2019
- 2019-04-24 CN CN201920573162.2U patent/CN209656995U/zh active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
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