CN211263953U - 一种光学显示系统及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光学显示系统及可穿戴设备，属于光学成像技术领域，该光学显示系统包括显示器和光学镜片组件，所述光学镜片组件包括第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片；所述第一光学镜片设置于所述显示器的出光光路上；所述第二光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上且倾斜设置；所述第三光学镜片设置于所述第二光学镜片的反射光路上。其体积小，重量较轻，视场角大，能够消除外界环境产生的杂散光，成像质量好，像差小，无显示漏光，保密性好。该可穿戴设备穿戴方便，通用性好，通过调焦或增加补偿镜就能够适应近视用户，无需佩戴近视眼镜就能够看清虚拟世界，大大提升了用户的佩戴体验。

Description

一种光学显示系统及可穿戴设备

技术领域

本实用新型属于光学成像技术领域，具体涉及一种光学显示系统及可穿戴设备。

背景技术

增强现实(AR,Augmented Reality)是通过穿透式光学显示系统将计算机等终端设备生成的数字图像呈现在用户眼前的一种技术，该技术将虚拟世界和现实世界相结合，可带给用户全新的交互体验。穿透式光学显示系统是增强现实领域的核心技术之一。目前使用增强显示技术的可穿戴设备已广泛应用在游戏、零售、教育、工业,医疗等领域。

目前，穿透式光学显示技术有普通反射棱镜、自由曲面棱镜、阵列光波导和衍射光波导等方案。这些方案普遍存在眼动范围小、像质较差或显示泄露的问题。眼动范围小导致用户进行微小的眼球移动时，显示画质劣化甚至无法显示图像；显示内容的泄露导致用户观看的信息容易被外界察觉，保密性较差；对于近视用户，还需额外添加近视镜片配合光学系统共同使用。这些缺点都降低了增强现实可穿戴设备的使用体验。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种光学显示系统，其体积小，重量轻，成像质量好。

本实用新型实施方式的另一个目的在于提供一种可穿戴设备，其体积小，重量轻，成像质量好，穿戴方便。

本实用新型的实施方式是这样实现的：

本实用新型的实施方式提供了一种光学显示系统，包括显示器和光学镜片组件，所述光学镜片组件包括第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片；

所述第一光学镜片的数量为至少一片且依次设置于所述显示器的出光光路上；

所述第二光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上且倾斜设置；

所述第三光学镜片设置于所述第二光学镜片的反射光路上；

所述第二光学镜片包括第二透镜、第二增透膜、吸收型线偏振膜、偏振反射膜和第二相位延迟膜；所述吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的靠近所述第一光学镜片的一侧，所述偏振反射膜设置于所述吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述偏振反射膜的一侧和所述第二透镜的远离所述吸收型线偏振膜的一侧均设有所述第二增透膜；或者，所述吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的远离所述第一光学镜片的一侧，所述偏振反射膜设置于所述第二透镜的远离所述吸收型线偏振膜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述偏振反射膜的一侧和所述吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧均设有所述第二增透膜。

进一步的，所述第一光学镜片包括第一透镜，所述第一透镜的两侧表面均设有第一增透膜。根据系统的使用需要可进行增加第一光学镜片的数量，从而进一步的控制像差，实现更大的眼动范围，更大的视场角以及更好的成像质量。

进一步的，所述第三光学镜片包括第三透镜、部分透射部分反射膜、补偿镜和第三增透膜，所述部分透射部分反射膜设置于所述第三透镜的靠近所述第二光学镜片的一侧，所述补偿镜设置于所述第三透镜的远离所述部分透射部分反射膜的一侧，所述第三增透膜设置于所述补偿镜的远离所述第三透镜的一侧；或者，所述部分透射部分反射膜设置于所述第三透镜的远离所述第二光学镜片的一侧，所述补偿镜设置于所述部分透射部分反射膜的远离所述第三透镜的一侧，所述第三增透膜设置于所述补偿镜的远离所述第三透镜的一侧和所述第三透镜靠近所述第二光学镜片的一侧。

进一步的，所述光学镜片组件还包括第四光学镜片，所述第四光学镜片设置于所述显示器与所述第一光学镜片之间的光路上，或者所述第四光学镜片设置于所述第一光学镜片与所述第二光学镜片之间的光路上；

所述第四光学镜片包括第四透镜、第四相位延迟膜和第四线性偏振膜；所述第四相位延迟膜设置于所述第四透镜的远离所述显示器的一侧，所述第四线性偏振膜设置于所述第四透镜的靠近所述显示器的一侧；或者所述第四相位延迟膜设置于所述第四透镜的靠近所述显示器的一侧，所述第四线性偏振膜设置于所述第四相位延迟膜的远离第四透镜的一侧；或者所述第四线性偏振膜设置于所述第四透镜的远离所述显示器的一侧，所述第四相位延迟膜设置于所述第四线性偏振膜的远离第四透镜的一侧。

进一步的，所述光学镜片组件还包括第五光学镜片，所述第五光学镜片设置于所述第三光学镜片的透射光光路上；

所述第五光学镜片包括第五透镜、第五相位延迟膜和第五线性偏振膜；所述第五线性偏振膜设置于所述第五透镜的靠近所述第三光学镜片一侧，所述第五相位延迟膜设置于所述第五线性偏振膜的远离所述第五光学镜片的一侧；或者所述第五线性偏振膜设置于所述第五透镜的远离所述第三光学镜片一侧，所述第五相位延迟膜设置于所述第五透镜的靠近所述第三光学镜片一侧；或者所述第五相位延迟膜设置于所述第五透镜的远离所述第三光学镜片一侧，所述第五线性偏振膜设置于所述第五相位延迟膜的远离所述第三光学镜片一侧。

进一步的，所述光学显示系统的视场角为FOV，30°<FOV<60°；所述光学显示系统的焦距为f，10mm<f<40mm。

进一步的，所述第一光学镜片的焦距为fF，最厚厚度为MaxT，最薄厚度为 MinT，其满足下列条件：fF<100mm，且MaxT/MinT<10；所述第三光学镜片的焦距为f5，曲率半径为R5，其满足1<f5/f<2，-70<R5<-40。

进一步的，制成各光学镜片的材料折射率为N，色散系数为V，其满足1.3 ＜N＜1.8，20＜V＜70。

进一步的，该光学显示系统能够形成观察者可看到的虚像，该光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义所述第二光学镜片的反射光光路方向为Z 轴正方向，则人眼相对该光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB，其满足5mm<EB<25mm；人眼距离所述第二光学镜片的距离为ER，其满足 1<ER/EB<2；该光学显示系统形成的虚像距离人眼的距离为OB，0.1m<OB<10m。

进一步的，所述第二光学镜片的光轴与Z轴形成的锐角为α，其满足35° <α<55°；所述第三光学镜片与Z轴形成的夹角为β，其满足70°<β<110°。

进一步的，所述第二光学镜片的中心点与所述第三光学镜片的中心点之间的间距为T1，其满足T1＜20mm；所述第二光学镜片的中心点与所述显示器之间的间距为T2，其满足T2＜25mm。

本实用新型的实施方式还提供了一种可穿戴设备，包括穿戴部件和上述所述的光学显示系统，所述光学显示系统设置于所述穿戴部件上。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型实施方式提供的光学显示系统，其体积小，重量较轻，视场角大，能够消除外界环境产生的杂散光，成像质量好，像差小，无显示漏光，保密性好。

本实用新型实施方式提供的可穿戴设备，其体积小，重量较轻，视场角大，成像质量好，像差小，穿戴方便，通用性好，通过调焦或增加补偿镜就能够适应近视用户，无需佩戴近视眼镜就能够看清虚拟世界，大大提升了用户的佩戴体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例一的光学显示系统的光学架构示意图；

图2为本实用新型实施例一的光学设计光路图；

图3为图2的MTF曲线图；

图4为本实用新型实施例二的光学显示系统的光学架构示意图；

图5为本实用新型实施例二的光学设计光路图；

图6为图5的MTF曲线图；

图中：10-显示器；20-第四光学镜片；201-第四透镜；202-第四相位延迟膜；203-第四线性偏振膜；30-第一光学镜片；301-第一透镜；302-第一增透膜； 40-第二光学镜片；401-第二透镜；402-第二增透膜；403-吸收型线偏振膜；404- 偏振反射膜；405-第二相位延迟膜；50-第三光学镜片；501-第三透镜；502- 补偿镜；503-部分透射部分反射膜；504-第三增透膜；60-第五光学镜片；601- 第五透镜；602-第五线性偏振膜；603-第五相位延迟膜；604-第五增透膜；70- 人眼。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型提供了一种光学显示系统，包括显示器和光学镜片组件。

显示器主要起到发出光线的作用，显示器可显示2D或3D的图像或视频，显示器可以采用OLED显示器、LCOS显示器、LCD显示器、micro-LED显示器或 mini-LED显示器等，根据需要进行选择即可。

光学镜片组件包括第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片。

第一光学镜片设置在显示器的出光光路上，第一光学镜片的作用是用来降低场曲、畸变和色散。第一光学镜片的数量为一片、两片或两片以上，当第一光学镜片的数量为两片或两片以上时，多片第一光学镜片在显示器的出光光路上并排间隔设置。

第一光学镜片包括第一透镜，第一透镜的两侧表面均可以设有第一增透膜，第一增透膜可以提高第一光学镜片的透射率。

第一透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

第二光学镜片设置于第一光学镜片的透射光光路上。

第二光学镜片包括第二透镜、第二增透膜、吸收型线偏振膜、偏振反射膜和第二相位延迟膜。

吸收型线偏振膜设置于第二透镜的靠近第一光学镜片的一侧，偏振反射膜设置于吸收型线偏振膜的远离第二透镜的一侧，第二相位延迟膜设置于偏振反射膜的远离第二透镜的一侧，第二相位延迟膜的远离偏振反射膜的一侧和第二透镜的远离吸收型线偏振膜的一侧均设有第二增透膜。当然，在另一种实施例中，吸收型线偏振膜设置于第二透镜的远离第一光学镜片的一侧，偏振反射膜设置于第二透镜的远离吸收型线偏振膜的一侧，第二相位延迟膜设置于偏振反射膜的远离第二透镜的一侧，第二相位延迟膜的远离偏振反射膜的一侧和吸收型线偏振膜的远离第二透镜的一侧均设有第二增透膜。

第二透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

第三光学镜片设置于第二光学镜片的反射光路上。

第三光学镜片包括第三透镜、部分透射部分反射膜、补偿镜和第三增透膜。

部分透射部分反射膜设置于第三透镜的靠近第二光学镜片的一侧，补偿镜设置于第三透镜的远离部分透射部分反射膜的一侧，第三增透膜设置于补偿镜的远离第三透镜的一侧。在另一种实施例中，部分透射部分反射膜设置于第三透镜的远离第二光学镜片的一侧，补偿镜设置于部分透射部分反射膜的远离第三透镜的一侧，第三增透膜设置于补偿镜的远离第三透镜的一侧和第三透镜靠近第二光学镜片的一侧。

第三透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

光学镜片组件还包括第四光学镜片，第四光学镜片可以设置于显示器与第一光学镜片之间的光路上；也可以设置在第一光学镜片与第二光学镜片之间的光路上,该种设置方式可以降低对第一光学镜片注塑应力的要求，可以用更简单更低成本的工艺手段实现光学性能。

第四光学镜片包括第四透镜、第四相位延迟膜和第四线性偏振膜。

第四相位延迟膜设置于第四透镜的远离显示器的一侧，第四线性偏振膜设置于第四透镜的靠近显示器的一侧，第四相位延迟膜的远离第四透镜的一侧和第四线性偏振膜的远离第四透镜的一侧均可以设有第四增透膜。在另一种实施例中，第四相位延迟膜设置于第四透镜的靠近显示器的一侧，第四线性偏振膜设置于第四相位延迟膜的远离第四透镜的一侧，第四线性偏振膜的远离第四透镜的一侧和第四透镜的远离第四相位延迟膜的一侧均可以设有第四增透膜。在又一种实施例中，第四线性偏振膜设置于第四透镜的远离显示器的一侧，第四相位延迟膜设置于第四线性偏振膜的远离第四透镜的一侧，第四相位延迟膜的远离第四透镜的一侧和第四透镜的远离第四线性偏振膜的一侧均可以设有第四增透膜。

第四透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

光学镜片组件还包括第五光学镜片，第五光学镜片设置于第三光学镜片的透射光光路上。

第五光学镜片包括第五透镜、第五相位延迟膜和第五线性偏振膜。

第五线性偏振膜设置于第五透镜的靠近第三光学镜片一侧，第五相位延迟膜设置于第五线性偏振膜的远离第五光学镜片的一侧，第五相位延迟膜的远离第五光学镜片的一侧和第五光学镜片的远离第五线性偏振膜的一侧均可以设有第五增透膜。在另一种实施例中，第五线性偏振膜设置于第五透镜的远离第三光学镜片一侧，第五相位延迟膜设置于第五透镜的靠近第三光学镜片一侧，第五相位延迟膜的远离第五透镜的一侧和第五线性偏振膜的远离第五透镜的一侧均可以设有第五增透膜。在又一种实施例中，第五相位延迟膜设置于第五透镜的远离第三光学镜片一侧，第五线性偏振膜设置于第五相位延迟膜的远离第三光学镜片一侧，第五线性偏振膜的远离第五透镜的一侧和第五透镜的远离第五相位延迟膜的一侧均可以设有第五增透膜。

第五透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

本实用新型中，所有的相位延迟膜均为四分之一波片，其作用是将圆偏振光转为线偏振光或将线偏振光转为圆偏振光；所有的偏振反射膜的作用是反射某一方向的线偏振光，透射另一方向的线偏振光；所有的线偏振膜的作用是吸收某一方向的线偏振光，透射另一方向的线偏振光。

本实用新型揭露的光学显示系统能够形成观察者可看到的虚像，该光学显示系统的视场角为FOV，30°<FOV<60°；该光学显示系统的焦距为f， 10mm<f<40mm。

本实用新型揭露的第一光学镜片的焦距为fF，最厚厚度为MaxT，最薄厚度为MinT，其满足下列条件：fF<100mm，且MaxT/MinT<10。

本实用新型揭露的第三光学镜片的焦距为f5，曲率半径为R5，其满足 1<f5/f<2，-70<R5<-40。

该光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义第二光学镜片的反射光光路方向为Z轴正方向，则人眼相对该光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB(EyeBox)，其满足5mm<EB<25mm；人眼距离第二光学镜片的距离为 ER(Eye Relief)，其满足1<ER/EB<2；该光学显示系统形成的虚像距离人眼的距离为OB，0.1m<OB<10m。EB和ER越大，可以保证人眼在更大范围内移动时，都可以看到显示完整且清晰的画面。

第二光学镜片的光轴与Z轴形成的锐角为α，其满足35°<α<55°。

第三光学镜片与Z轴形成的夹角为β，其满足70°<β<110°。

第二光学镜片的中心点与第三光学镜片的中心点之间的间距为T1，其满足 T1＜20mm；第二光学镜片的中心点与显示器之间的间距为T2，其满足T2＜25mm。这样就能够大大减小光学模组的体积，进而使得光学显示系统的体积也减小。

本实用新型揭露的光学镜片组件中，制成各光学镜片的材料可以为塑料或玻璃，所选材料的折射率为N，色散系数为V，其满足1.3＜N＜1.8，20＜V＜ 70。

需要说明的是，本实用新型揭露的光学镜片组件中，所有的线偏振膜、偏振反射膜和相位延迟膜厚度均小于0.2mm。

上述各透镜的非球面(ASP)曲线方程式如下：

公式中r为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面定点的距离矢高，c为非球面的曲率，即c＝1/R(R为曲率半径),k为圆锥系数，Ai是非球面第i阶的系数。

本光学显示系统的成像原理如下：

显示器发出的光为自然光，显示器发出的自然光首先进入第四光学镜片，经过第四光学镜片处理后形成圆偏振光透射出去，然后进入第一光学镜片，经过第一光学镜片校正像差后透射出去，并进入第二光学镜片，圆偏振光在经过第二光学镜片中的第二相位延迟膜后变为第一偏振光，第一偏振光在第二光学镜片中的偏振反射膜层处被反射，然后再次经过第二光学镜片中的第二相位延迟膜后变为圆偏振光，并进入第三光学镜片中，部分光线在第三光学镜片中被反射进入第二光学镜片，在经过第二光学镜片的第二相位延迟膜后变为第二偏振光，第二偏振光在依次经过偏振反射膜、吸收型线偏振膜、第二透镜和第二增透膜后到达人眼形成特定成像位置和特定放大倍数的虚像，在第三光学镜片中，部分光线透射出去进去第五光学镜片，并被第五光学镜片吸收，避免了显示光线泄露。

需要说明的是，若第一偏振光为S偏振光，则第二偏振光为P偏振光；若第一偏振光为P偏振光，则第二偏振光为S偏振光。

还需要说明的是，通过对膜层之间轴位匹配的特殊设置还可以使第四光学镜片消除第二光学镜片泄露的下方环境光线产生的杂散光。

通过合理的设置光学显示系统中个光学透镜表面的面型参数可以大大的减小光学显示系统的像差，提高系统分辨率，提升画质。在合理设置面型参数的同时，也可以通过增加场镜数量为光学显示系统提供更多的自由度，满足更为苛刻的光学指标要求，同时也可以控制虚像距离，保证观看舒适性。第三光学镜片中，合理的设置第三透镜和补偿镜的表面面型，可以实现近视用户无需额外近视镜片就同时可看清楚数字世界和真实世界。结合光学显示系统微调，可以进一步提高适配近视范围，保证近视用户长期佩戴使用。例如，对于近视200 度的用户来说，其可看清的距离为0.25-0.5m，当把光学显示系统的虚像设置在0.5m时，就可以保证近视200度的用户能够看清画面。在此基础上，通过加入机械或电动结构调整光学显示系统与其他光学结构之间的距离，也可调节虚像距离，适配不同的近视人群。

本实用新型还提供一种可穿戴设备，包括穿戴部件和上述所述的光学显示系统，光学显示系统设置于穿戴部件上。穿戴部件可以是头盔或眼镜架等，这样方便人们戴在头上。当然，可穿戴设备还可以包括控制单元、储存单元等，控制单元便于控制设备，储存单元便于存储图像、视频等。

根据上述实施方式，以下提出具体实施例进行详细说明。

实施例1

参考图1和2所示，本实用新型实施例一提供了一种光学显示系统，包括显示器10和光学镜片组件。

显示器10可以采用OLED显示器，显示器10可显示2D或3D的图像或视频。

光学镜片组件包括第一光学镜片30、第二光学镜片40、第三光学镜片50、第四光学镜片20和第五光学镜片60。

第四光学镜片20设置在显示器10的出光光路上。

第四光学镜片20包括第四透镜201、第四相位延迟膜202和第四线性偏振膜203。第四透镜201的两侧表面为平面。

第四相位延迟膜202设置于第四透镜201的远离显示器10的一侧，第四线性偏振膜203设置于第四透镜201的靠近显示器10的一侧，第四相位延迟膜 202的远离第四透镜201的一侧和第四线性偏振膜203的远离第四透镜201的一侧均设有第四增透膜(图中未示出)。

显示器10发出的光线进入第四光学镜片20处理后形成圆偏振光透射出去。

第一光学镜片30设置在第四光学镜片20的透射光光路上。

第一光学镜片30包括第一透镜301，第一透镜301的两侧表面为非球面，第一透镜301的两侧表面均设有第一增透膜302，第一增透膜302可以提高第一光学镜片30的透射率。

第一光学镜片30的作用是用来降低场曲、畸变和色散。第一光学镜片30 的数量为一片。

第二光学镜片40设置于第一光学镜片30的透射光光路上。

第二光学镜片40包括第二透镜401、第二增透膜402、吸收型线偏振膜403、偏振反射膜404和第二相位延迟膜405。第二透镜401的两侧表面为平面。

吸收型线偏振膜403设置于第二透镜401的靠近第一光学镜片30的一侧，偏振反射膜404设置于吸收型线偏振膜403的远离第二透镜401的一侧，第二相位延迟膜405设置于偏振反射膜404的远离第二透镜401的一侧，第二相位延迟膜405的远离偏振反射膜404的一侧和第二透镜401的远离吸收型线偏振膜403的一侧均设有第二增透膜402。

第三光学镜片50设置于第二光学镜片40的反射光路上。

第三光学镜片50包括第三透镜501，第三透镜501的两侧表面为非球面，第三透镜501的靠近第二光学镜片40的一侧表面设有部分透射部分反射膜503，第三透镜501的远离所述第二光学镜片40的一侧表面依次设有补偿镜502和第三增透膜504。

第五光学镜片60设置于第三光学镜片50的透射光光路上。

第五光学镜片60包括第五透镜601、第五相位延迟膜603和第五线性偏振膜602。

第五线性偏振膜602设置于第五透镜601的靠近第三光学镜片50一侧，第五相位延迟膜603设置于第五线性偏振膜602的远离第五光学镜片60的一侧，第五相位延迟膜603的远离第五光学镜片60的一侧和第五光学镜片60的远离第五线性偏振膜602的一侧均设有第五增透膜604。

本实施例中，光学显示系统的视场角为FOV＝42°，光学显示系统的焦距为 f＝23mm。

本实施例中的各光学参数参照表一和表二。

表一

表二

表一为实施例一的相关光学结构数据，因为在光学设计软件中，光路是反向设计，因此表面S0到S25依序表示光线由虚像位置至显示器依次经过的表面。其中厚度表示光线从该表面到达下一表面的距离，0表示两个表面紧贴，负值表示光线在该表面发生反射。

表二为实施例一中相关光学结构的非球面数据，其中k为上述曲线方程式中的圆锥系数，A4到A20表示各表面第4到第20阶非球面系数。

图3为图2的MTF曲线图，MTF是Modulation Transfer Function的缩写，是描述光学系统性能的一种方式，可以评判光学系统还原对比度的能力。横轴代表空间频率，纵轴代表对比度，实线表示子午方向，虚线表示弧矢方向。从图中可以看出，该光学系统在不同视场不同方向都有较好的解析力。

实施例2

参考图4和5所示，本实用新型实施例二提供了一种光学显示系统，包括显示器10和光学镜片组件。

显示器10可以采用OLED显示器10，显示器10可显示2D或3D的图像或视频。

光学镜片组件包括第一光学镜片30、第二光学镜片40、第三光学镜片50、第四光学镜片20和第五光学镜片60。

第四光学镜片20设置在显示器10的出光光路上。

第四光学镜片20包括第四透镜201、第四相位延迟膜202和第四线性偏振膜203。第四透镜201的两侧表面为平面。

第四相位延迟膜202设置于第四透镜201的远离显示器10的一侧，第四线性偏振膜203设置于第四透镜201的靠近显示器10的一侧，第四相位延迟膜 202的远离第四透镜201的一侧和第四线性偏振膜203的远离第四透镜201的一侧均设有第四增透膜(图中未示出)。

显示器10发出的光线进入第四光学镜片20处理后形成圆偏振光透射出去。

第一光学镜片30设置在第四光学镜片20的透射光光路上。

第一光学镜片30包括第一透镜301，第一透镜301的两侧表面为非球面，第一透镜301的两侧表面均设有第一增透膜302，第一增透膜302可以提高第一光学镜片30的透射率。

第一光学镜片30的作用是用来降低场曲、畸变和色散。本实施例中，第一光学镜片30的数量为两片，两片第一光学镜片30依次设置在第四光学镜片20 的透射光光路上。

第二光学镜片40设置于第一光学镜片30的透射光光路上。

第二光学镜片40包括第二透镜401、第二增透膜402、吸收型线偏振膜403、偏振反射膜404和第二相位延迟膜405。第二透镜401的两侧表面为平面。

吸收型线偏振膜403设置于第二透镜401的靠近第一光学镜片30的一侧，偏振反射膜404设置于吸收型线偏振膜403的远离第二透镜401的一侧，第二相位延迟膜405设置于偏振反射膜404的远离第二透镜401的一侧，第二相位延迟膜405的远离偏振反射膜404的一侧和第二透镜401的远离吸收型线偏振膜403的一侧均设有第二增透膜402。

第三光学镜片50设置于第二光学镜片40的反射光路上。

第三光学镜片50包括第三透镜501，第三透镜501的两侧表面为非球面，第三透镜501的靠近第二光学镜片40的一侧表面设有部分透射部分反射膜503，第三透镜501的远离所述第二光学镜片40的一侧表面依次设有补偿镜502和第三增透膜504。

第五光学镜片60设置于第三光学镜片50的透射光光路上。

第五光学镜片60包括第五透镜601、第五相位延迟膜603和第五线性偏振膜602。

第五线性偏振膜602设置于第五透镜601的靠近第三光学镜片50一侧，第五相位延迟膜603设置于第五线性偏振膜602的远离第五光学镜片60的一侧，第五相位延迟膜603的远离第五光学镜片60的一侧和第五光学镜片60的远离第五线性偏振膜602的一侧均设有第五增透膜604。

本实施例中，光学显示系统的视场角为FOV＝50°，光学显示系统的焦距为 f＝18mm。

本实施例中的各光学参数参照表三和表四。

表三

表四

表三为实施例二的相关光学结构数据，因为在光学设计软件中，光路是反向设计，因此表面S0到S28依序表示光线由虚像位置至显示器依次经过的表面。其中厚度表示光线从该表面到达下一表面的距离，0表示两个表面紧贴，负值表示光线在该表面发生反射。

表四为实施例二中相关光学结构的非球面数据，其中k为上述曲线方程式中的圆锥系数，A4到A20表示各表面第4到第20阶非球面系数。

图6为图5的MTF曲线图，MTF是Modulation Transfer Function的缩写，是描述光学系统性能的一种方式，可以评判光学系统还原对比度的能力。横轴代表空间频率，纵轴代表对比度，实线表示子午方向，虚线表示弧矢方向。从图中可以看出，该光学系统在不同视场不同方向都有较好的解析力

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (12)

1.一种光学显示系统，其特征在于：包括显示器和光学镜片组件，所述光学镜片组件包括第一光学镜片、第二光学镜片和第三光学镜片；

所述第一光学镜片的数量为至少一片且依次设置于所述显示器的出光光路上；

所述第二光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上且倾斜设置；

所述第三光学镜片设置于所述第二光学镜片的反射光路上；

所述第二光学镜片包括第二透镜、第二增透膜、吸收型线偏振膜、偏振反射膜和第二相位延迟膜；所述吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的靠近所述第一光学镜片的一侧，所述偏振反射膜设置于所述吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述偏振反射膜的一侧和所述第二透镜的远离所述吸收型线偏振膜的一侧均设有所述第二增透膜；或者，所述吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的远离所述第一光学镜片的一侧，所述偏振反射膜设置于所述第二透镜的远离所述吸收型线偏振膜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述偏振反射膜的一侧和所述吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧均设有所述第二增透膜。

2.根据权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于：所述第一光学镜片包括第一透镜，所述第一透镜的两侧表面均设有第一增透膜。

3.根据权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于：所述第三光学镜片包括第三透镜、部分透射部分反射膜、补偿镜和第三增透膜，所述部分透射部分反射膜设置于所述第三透镜的靠近所述第二光学镜片的一侧，所述补偿镜设置于所述第三透镜的远离所述部分透射部分反射膜的一侧，所述第三增透膜设置于所述补偿镜的远离所述第三透镜的一侧；或者，所述部分透射部分反射膜设置于所述第三透镜的远离所述第二光学镜片的一侧，所述补偿镜设置于所述部分透射部分反射膜的远离所述第三透镜的一侧，所述第三增透膜设置于所述补偿镜的远离所述第三透镜的一侧和所述第三透镜靠近所述第二光学镜片的一侧。

4.根据权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于：所述光学镜片组件还包括第四光学镜片，所述第四光学镜片设置于所述显示器与所述第一光学镜片之间的光路上，或者所述第四光学镜片设置于所述第一光学镜片与所述第二光学镜片之间的光路上；

所述第四光学镜片包括第四透镜、第四相位延迟膜和第四线性偏振膜；所述第四相位延迟膜设置于所述第四透镜的远离所述显示器的一侧，所述第四线性偏振膜设置于所述第四透镜的靠近所述显示器的一侧；或者所述第四相位延迟膜设置于所述第四透镜的靠近所述显示器的一侧，所述第四线性偏振膜设置于所述第四相位延迟膜的远离第四透镜的一侧；或者所述第四线性偏振膜设置于所述第四透镜的远离所述显示器的一侧，所述第四相位延迟膜设置于所述第四线性偏振膜的远离第四透镜的一侧。

5.根据权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于：所述光学镜片组件还包括第五光学镜片，所述第五光学镜片设置于所述第三光学镜片的透射光光路上；

所述第五光学镜片包括第五透镜、第五相位延迟膜和第五线性偏振膜；所述第五线性偏振膜设置于所述第五透镜的靠近所述第三光学镜片一侧，所述第五相位延迟膜设置于所述第五线性偏振膜的远离所述第五光学镜片的一侧；或者所述第五线性偏振膜设置于所述第五透镜的远离所述第三光学镜片一侧，所述第五相位延迟膜设置于所述第五透镜的靠近所述第三光学镜片一侧；或者所述第五相位延迟膜设置于所述第五透镜的远离所述第三光学镜片一侧，所述第五线性偏振膜设置于所述第五相位延迟膜的远离所述第三光学镜片一侧。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的光学显示系统，其特征在于：所述光学显示系统的视场角为FOV，30°<FOV<60°；所述光学显示系统的焦距为f，10mm<f<40mm。

7.根据权利要求6所述的光学显示系统，其特征在于：所述第一光学镜片的焦距为fF，最厚厚度为MaxT，最薄厚度为MinT，其满足下列条件：fF<100mm，且MaxT/MinT<10；所述第三光学镜片的焦距为f5，曲率半径为R5，其满足1<f5/f<2，-70<R5<-40。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的光学显示系统，其特征在于：制成各光学镜片的材料折射率为N，色散系数为V，其满足1.3＜N＜1.8，20＜V＜70。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的光学显示系统，其特征在于：该光学显示系统能够形成观察者可看到的虚像，该光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义所述第二光学镜片的反射光光路方向为Z轴正方向，则人眼相对该光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB，其满足5mm<EB<25mm；人眼距离所述第二光学镜片的距离为ER，其满足1<ER/EB<2；该光学显示系统形成的虚像距离人眼的距离为OB，0.1m<OB<10m。

10.根据权利要求9所述的光学显示系统，其特征在于：所述第二光学镜片的光轴与Z轴形成的夹角为α，其满足35°<α<55°；所述第三光学镜片与Z轴形成的夹角为β，其满足70°<β<110°。

11.根据权利要求1-5中任意一项所述的光学显示系统，其特征在于：所述第二光学镜片的中心点与所述第三光学镜片的中心点之间的间距为T1，其满足T1＜20mm；所述第二光学镜片的中心点与所述显示器之间的间距为T2，其满足T2＜25mm。

12.一种可穿戴设备，其特征在于：包括穿戴部件和权利要求1-11中任意一项所述的光学显示系统，所述光学显示系统设置于所述穿戴部件上。

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