CN209728302U - 镜头组件及具有其的光学系统和头戴设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种镜头组件及具有其的光学系统和头戴设备，镜头组件沿入射光线的传输方向顺序包括偏振器、相位延迟器以及第一镜组，偏振器包括第一表面以及第二表面；相位延迟器包括第三表面以及第四表面；第一镜组包括第五表面以及第六表面；入射光线从第一表面进入偏振器，从第二表面射出后，通过第三表面进入相位延迟器，入射光线从第四表面出射后，在第五表面同时发生透射与反射，透射部分的光线从第六表面射出第一镜组，反射部分的光线经过相位延迟器后，被偏振器拦截。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，旨在解决现有技术中经过VR眼镜的光学系统的光线容易产生鬼影，影响用户对VR眼镜使用的问题。

Description

镜头组件及具有其的光学系统和头戴设备
技术领域
本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头组件及具有其的光学系统和头戴设备。
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技术，其中，虚拟现实(Virtual Reality，VR)眼镜的光学系统通常采用单片透镜或多片透镜组合的方式实现，入射光线在经过光学系统时，会由于透镜表面产生反射光线，反射光线经过光学系统并进入人眼后形成鬼影，从而影响用户对VR眼镜的使用。
实用新型内容
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，旨在解决现有技术中经过VR眼镜的光学系统的光线容易产生鬼影，影响用户对VR眼镜使用的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种镜头组件，所述镜头组件沿入射光线的传输方向顺序包括偏振器、相位延迟器以及第一镜组，
所述偏振器包括靠近物方的第一表面以及靠近像方的第二表面；
所述相位延迟器包括靠近物方的第三表面以及靠近像方的第四表面，所述相位延迟器的相位延迟量为所述入射光线波长的四分之一；
所述第一镜组包括靠近物方的第五表面以及靠近像方的第六表面；
所述第五表面设有分光膜；
所述入射光线从所述第一表面进入所述偏振器变为第一线偏振光，从所述第二表面射出后，通过所述第三表面进入所述相位延迟器，所述第一线偏振光通过所述相位延迟器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第四表面出射后，在所述第五表面同时发生透射与反射，从所述第五表面透射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第六表面射出所述第一镜组，从所述第五表面反射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面反射后变为第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光，所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述相位延迟器后，被所述偏振器拦截。
可选地，所述相位延迟器的延迟轴与所述偏振器的透射方向夹角为45度。
可选地，所述延迟轴为快轴或慢轴。
可选地，所述相位延迟器为1/4波片，所述相位延迟器的中心波长与所述入射光线的波长相等。
可选地，所述相位延迟器为1/4波片，所述1/4波片的快轴或慢轴与所述偏振器的透射方向夹角为45度；所述1/4波片的中心波长与所述入射光线的波长相等。
可选地，所述相位延迟器为相位延迟膜，所述相位延迟膜的延迟轴与所述偏振器的透射方向夹角为45度。
可选地，所述偏振器为偏振片。
为实现上述目的，本实用新型提出一种光学系统，所述光学系统包括如上述任一项实施方式所述的镜头组件；所述光学系统还包括显示单元，所述显示单元设于所述偏振器远离所述第一镜组的一侧。
为实现上述目的，本实用新型提出一种头戴设备，所述头戴设备包括上述任一项实施方式所述的光学系统。
本实用新型提出的技术方案中，所述镜头组件从物方到像方顺序包括偏振器、相位延迟器以及第一镜组；入射光线在经过所述偏振器后变为第一线偏振光，所述线偏振光从第二表面设置后，从第三表面进入所述相位延迟器，由于所述相位延迟器的相位延迟量为入射光线波长的四分之一，所述第一线偏振光在经过相位延迟器后，从所述第四表面射出，并且所述第一线偏振光变更为第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光，所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面发生透射与反射，从所述第五表面透射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第六表面射出所述第一镜组，从所述第五表面反射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面发生反射，并从所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光变更为第二圆偏振光所述第二椭圆偏振光，其中，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第一线偏振光的偏振方向成90度夹角，所述第二线偏振光在经过所述偏振器时，由于所述第二线偏振光的偏振方向与所述偏振器的透射方向成90度夹角，因此所述第二线偏振光被所述偏振器拦截，从而使光学系统的反射光线无法重新回到所述第一镜组并从所述第六表面射出，减少所述镜头组件中由于反射光线产生的鬼影现象，解决了现有技术中经过VR眼镜的光学系统的光线容易产生鬼影，影响用户对VR眼镜使用的问题。
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的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 偏振器 22 第四表面
20 相位延迟器 31 第五表面
30 第一镜组 32 第六表面
11 第一表面 13 偏振片
12 第二表面 23 1/4波片
21 第三表面 40 显示单元
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，所述镜头组件沿入射光线的传输方向顺序包括偏振器10、相位延迟器20以及第一镜组30，
所述偏振器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；
所述相位延迟器20包括靠近物方的第三表面21以及靠近像方的第四表面22，所述相位延迟器20的相位延迟量为所述入射光线波长的四分之一；
所述第一镜组30包括靠近物方的第五表面31以及靠近像方的第六表面32；所述第五表面31设有分光膜，如分光膜可通过镀膜的形式或者贴膜的形式设置在第五表面31；
所述入射光线从所述第一表面11进入所述偏振器10变为第一线偏振光，从所述第二表面12射出后，通过所述第三表面21进入所述相位延迟器20，所述第一线偏振光通过所述相位延迟器20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第四表面22出射后，在所述第五表面31同时发生透射与反射，从所述第五表面31透射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第六表面32射出所述第一镜组30，从所述第五表面31反射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面31反射后变为第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光，所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述相位延迟器20后，被所述偏振器10拦截。
本实用新型提出的技术方案中，所述镜头组件从物方到像方顺序包括偏振器10、相位延迟器20以及第一镜组30；入射光线在经过所述偏振器10后变为第一线偏振光，所述线偏振光从第二表面12设置后，从第三表面21进入所述相位延迟器20，由于所述相位延迟器20的相位延迟量为入射光线波长的四分之一，所述第一线偏振光在经过相位延迟器20后，从所述第四表面22射出，并且所述第一线偏振光变更为第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光，所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面31发生透射与反射，从所述第五表面31透射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第六表面32射出所述第一镜组30，从所述第五表面31反射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面31发生反射，并从所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光变更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第一线偏振光的偏振方向成90度夹角，所述第二线偏振光在经过所述偏振器10时，由于所述第二线偏振光的偏振方向与所述偏振器10的透射方向成90度夹角，因此所述第二线偏振光被所述偏振器10拦截，从而使光学系统的反射光线无法重新回到所述第一镜组30并从所述第六表面32射出，减少所述镜头组件中由于反射光线产生的鬼影现象，解决了现有技术中经过VR眼镜的光学系统的光线容易产生鬼影，影响用户对VR眼镜使用的问题。
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，所述相位延迟器20的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角为45度。具体的，当所述相位延迟器20的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角不为45度时，通过所述偏振器10的线偏振光在经过所述相位延迟器20后，从线偏振光变为椭圆偏振光，所述椭圆偏振光中的振动方向互相垂直的电矢量存在固定的相位差。所述椭圆偏振光在反射后再次经过所述偏振器10，由于所述椭圆偏振光的部分电矢量的偏振方向与所述偏振器10的方向不为45度，因此所述偏振器10无法对所述椭圆偏振光进行全部过滤，从而仍会产生部分反射光线并经过所述第一镜组30，形成鬼影，影响用户对VR眼镜的使用。
在一些可选的实施方式中，所述相位延迟器20的中心波长与所述入射光线的波长相等。具体的，所述相位延迟器20的中心波长与所述入射光线的波长相等时，所述相位延迟器20能为所述入射光线产生所述入射光线波长的四分之一的相位延迟，从而能够使所述线偏振光变为所述圆偏振光，当所述相位延迟器20的中心波长与所述入射光线的波长不相等时，所述相位延迟器20所述入射光线产生的相位延迟大于或小于所述入射光线波长的四分之一，从而使经过所述相位延迟器20的线偏振光变为椭圆偏振光。
在一些可选的实施方式中，所述相位延迟器20为1/4波片23，具体的，所述镜头组件沿所述入射光线的传输方向顺序包括偏振器10、1/4波片23以及第一镜组30，其中所述1/4波片23的中心波长与所述入射光线的波长相等，所述1/4波片23的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角为45度。当所述1/4波片23的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角大于或小于45度时，所述线偏振光经过所述1/4波片23后变更为椭圆偏振光。当所述1/4波片23的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角为45度时，经过所述偏振器10与所述1/4波片23后的光为圆偏振光，该圆偏振光在经过所述第一镜组30的所述第五表面31反射后，该圆偏振光的旋性反向，并且在经过所述1/4波片23后变为与入射光线偏振方向夹角成90度的线偏振光，由于线偏振光的偏振方向与所述偏振器10的透射方向相反，因此线偏振光均被阻挡，避免透过所述偏振器10后再次反射形成鬼影。
优选实施方式中，所述1/4波片23的延迟轴为快轴或慢轴。具体的，波片中传播速度快的光矢量方向为快轴，波片中传播速度慢的光矢量方向为慢轴。当所述线偏振光的偏振方向与所述1/4波片23的快轴或慢轴夹角成45度时，所述线偏振光在经过所述1/4波片23后变更为圆偏振光。
优选实施方式中，所述相位延迟器20为相位延迟膜，所述相位延迟膜的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角为45度。具体的，所述相位延迟膜能够用于调整入射光线的偏振态，当所述相位延迟膜的厚度为所述入射光线的四分之一波长的整数倍，并且所述相位延迟膜的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角为45度时，经过所述相位延迟膜的线偏振光变更为圆偏振光；当所述相位延迟膜的厚度不为所述入射光线的四分之一波长的整数倍，或所述相位延迟膜的延迟轴与所述偏振器10的透射方向夹角不为45度时，经过所述相位延迟膜的线偏振光变更为椭圆偏振光。
在一些可选的实施方式中，所述偏振器10为偏振片13，所述偏振片13用于过滤所述偏振片13非透射方向的光，只保留所述偏振片13透射方向的光的光学器件。可以理解的是，为了实现所述偏振器10的功能，所述偏振器10不限于偏振片13，于另一实施例中，所述偏振器10可以为光偏振控制器。
为实现上述上述目的，本实用新型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组件。另外，所述投影镜头还包括显示单元40，所述显示单元40设于所述偏振器10远离所述第一镜组30的一侧。
本实用新型还提出一种头戴设备，所述头戴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 (9)

1.一种镜头组件，其特征在于，所述镜头组件沿入射光线的传输方向顺序包括偏振器、相位延迟器以及第一镜组，
所述偏振器包括靠近物方的第一表面以及靠近像方的第二表面；
所述相位延迟器包括靠近物方的第三表面以及靠近像方的第四表面，所述相位延迟器的相位延迟量为所述入射光线波长的四分之一；
所述第一镜组包括靠近物方的第五表面以及靠近像方的第六表面；
所述第五表面设有分光膜；
所述入射光线从所述第一表面进入所述偏振器变为第一线偏振光，从所述第二表面射出后，通过所述第三表面进入所述相位延迟器，所述第一线偏振光通过所述相位延迟器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第四表面出射后，在所述第五表面同时发生透射与反射，从所述第五表面透射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光从所述第六表面射出所述第一镜组，从所述第五表面反射的所述第一圆偏振光或所述第一椭圆偏振光在所述第五表面反射后变为第二圆偏振光或第二椭圆偏振光，所述第二圆偏振光或所述第二椭圆偏振光经过所述相位延迟器后，被所述偏振器拦截。
2.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述相位延迟器的延迟轴与所述偏振器的透射方向夹角为45度。
3.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述相位延迟器的中心波长与所述入射光线的波长相等。
4.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述相位延迟器为1/4波片，所述1/4波片的延迟轴与所述偏振器的透射方向夹角为45度；所述1/4波片的中心波长与所述入射光线的波长相等。
5.如权利要求4所述的镜头组件，其特征在于，所述延迟轴为所述1/4 波片的快轴或慢轴。
6.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述相位延迟器为相位延迟膜，所述相位延迟膜的延迟轴与所述偏振器的透射方向夹角为45度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的镜头组件，其特征在于，所述偏振器为偏振片。
8.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统包括如权利要求1-7任一项所述的镜头组件；所述光学系统还包括显示单元，所述显示单元设于所述偏振器远离所述第一镜组的一侧。
9.一种头戴设备，其特征在于，所述头戴设备包括如权利要求8所述的光学系统。
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