CN217821103U

CN217821103U - 一种光学系统及可穿戴设备

Info

Publication number: CN217821103U
Application number: CN202221757880.3U
Authority: CN
Inventors: 陈益千; 卿启杰
Original assignee: Shenzhen Huynew Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Huynew Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-09
Filing date: 2022-07-09
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2032-07-09

Abstract

本实用新型提供一种光学系统及可穿戴设备，包括显示单元、第一光学结构、第二光学结构、第三光学结构及第四光学结构，第一光学结构设置于显示单元出光光路上；第二光学结构设置于第一光学结构透射光光路上且倾斜设置；第三光学结构设置于第二光学结构反射光路上；第四光学结构设置于第三光学结构透射光光路上；第四光学结构包括依次层叠设置的第一光学基材、第一四分之一波片层、第一吸收型线偏振膜层和第二光学基材，第一光学基材设置在第四光学结构靠近第三光学结构的一侧；其成像质量好，在解决显示漏光，保密性好的同时增加了可靠性，解决传统光学系统存在彩虹纹效应问题；该可穿戴设备穿戴方便，通用性好，保密性好，可靠性高，无彩虹纹。

Description

一种光学系统及可穿戴设备

技术领域

本实用新型属于光学成像技术领域，更具体地说，是涉及一种光学系统及可穿戴设备。

背景技术

增强现实(AR,Augmented Reality)领域核心技术之一是穿透式光学显示系统，是对人眼视觉的现实增强，用虚拟的影像和现实世界的叠加来增强现实场景。数字世界和真实世界的结合，将带给用户全新的体验。

目前，穿透式光学显示有全息光栅，反射波导，普通反射棱镜和自由曲面棱镜等方案。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。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，且常规遮光片通过注塑成型，容易存在不均匀应力，产生较强的色散现象，导致在白光下形成“彩虹纹效应”，另外，当遮光片存在不均匀应力时，也会导致通过AR眼镜观看外界实景如显示屏等具有偏振的图像时，也会存在明显的“彩虹纹效应”，严重影响了佩戴者的使用体验；这些缺点都降低了增强现实可穿戴设备的使用体验。

发明内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种光学系统及可穿戴设备，以解决现有的可穿戴设备存在显示内容泄露、外观及实景彩虹纹的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种光学系统，包括，显示单元、第一光学结构、第二光学结构、第三光学结构以及第四光学结构，其特征在于，所述第一光学结构设置于所述显示单元的出光光路上；所述第二光学结构设置于所述第一光学结构的透射光光路上且倾斜设置；所述第三光学结构设置于所述第二光学结构的反射光路上；所述第四光学结构设置于所述第三光学结构的透射光光路上；

所述第四光学结构包括依次层叠设置的第一光学基材、第一四分之一波片层、第一吸收型线偏振膜层和第二光学基材，所述第一光学基材设置在所述第四光学结构靠近所述第三光学结构的一侧。

可选地，所述显示单元包括图像显示单元以及偏振膜层，所述偏振膜层设置在所述图像显示单元靠近所述第一光学结构的一侧。

可选地，所述第二光学结构包括第三光学基材、第二吸收型线偏振膜层以及偏振反射膜层，其中在所述第三光学基材的远离所述第一光学结构的一侧设置有第二吸收型线偏振膜层，在所述第三光学基材的靠近所述第一光学结构的一侧设置有偏振反射膜层，或在所述第三光学基材的靠近所述第一光学结构的一侧设置有第二吸收型偏振膜层，在所述第二吸收型线偏振膜层靠近所述第一光学结构的一侧设置有偏振反射膜层。

可选地，所述第三光学结构包括依次层叠设置的第二四分之一波片层、部分透射部分反射膜层以及第四光学基材，所述第二四分之一波片层设置在所述第三光学结构靠近所述第二光学结构的一侧。

可选地，所述第三光学结构还包括在所述第二四分之一波片层靠近所述第二光学结构的一侧设置的增透膜层。

可选地，所述第一光学基材以及所述第二光学基材包括的光学元件的数量为至少一个。

可选地，所述第一光学基材以及所述第二光学基材为透明光学基材或有色光学基材，所述第一光学基材以及所述第二光学基材两面面型为平面、球面、非球面或自由曲面。

可选地，所述第一光学基材相位延迟量小于30nm。

可选地，所述第一四分之一波片层相位延迟量为R1，所述第二四分之一波片层相位延迟量为R2，在400-700nm范围内相同波段下，R1与R2的差值的绝对值不超过50nm。

本实用新型的另一目的在于一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括穿戴部件以及如上所述的光学系统，所述光学系统设置于所述穿戴部件上。

本实用新型提供的光学系统的有益效果在于：包括显示单元、第一光学结构、第二光学结构、第三光学结构以及第四光学结构，其特征在于，所述第一光学结构设置于所述显示单元的出光光路上；所述第二光学结构设置于所述第一光学结构的透射光光路上且倾斜设置；所述第三光学结构设置于所述第二光学结构的反射光路上；所述第四光学结构设置于所述第三光学结构的透射光光路上；所述第四光学结构包括依次层叠设置的第一光学基材、第一四分之一波片层、第一吸收型线偏振膜层和第二光学基材，所述第一光学基材设置在所述第四光学结构靠近所述第三光学结构的一侧；与现有技术相比，入射图像光束部分光线被第二光学结构、第三光学结构反射后射出，其余部分光线透过第三光学结构后到达第四光学结构并被第四光学结构阻挡，外部光线依次透过第四光学结构的第二光学基材、第一吸收型线偏振膜层、第一四分之一波片层和第一光学基材，第三光学结构，第二光学结构后入射至人眼，且人眼在观看外部电子设备时，因第四光学结构不存在因注塑成型产生的不均匀应力，不会产生色散效应以及在白光下经过遮光片反射时，出现的彩虹纹现象，使得成像质量好，在解决显示漏光问题，保密性好、可靠性高的同时, 解决传统光学系统中存在的彩虹纹效应问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的光学系统的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例提供的光学系统的结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-显示单元；11-图像显示单元；12-偏振膜层；2-第一光学结构；3-第二光学结构；31-第三光学基材；32-第二吸收型线偏振膜层；33-偏振反射膜层； 4第三光学结构；41-第四光学基材；42-第二四分之一波片层；43-部分透射部分反射膜层；44-增透膜层； 5-第四光学结构；51-第一光学基材层；52-第二光学基材层；53-第一四分之一波片层；54-第一吸收型线偏振膜层。

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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要理解的是术语“一侧”、“靠近”、“远离”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

实施例一

请参阅图1，图1为本实用新型第一实施例提供的光学系统的结构示意图，本实用新型第一实施例提供一种光学系统，包括，显示单元1、第一光学结构2、第二光学结构3、第三光学结构4以及第四光学结构5，其特征在于，所述第一光学结构2设置于所述显示单元1的出光光路上；所述第二光学结构3设置于所述第一光学结构2的透射光光路上且倾斜设置；所述第三光学结构4设置于所述第二光学结构3的反射光路上；所述第四光学结构5设置于所述第三光学结构4的透射光光路上；

所述第四光学结构5包括依次层叠设置的第一光学基材51、第一四分之一波片层53、第一吸收型线偏振膜层54和第二光学基材52，所述第一光学基材51设置在所述第四光学结构5靠近所述第三光学结构4的一侧。

本实用新型第一实施例的光学显示系统的具体工作过程为：入射图像光束部分光线入射图像光束部分光线被第二光学结构3、第三光学结构4反射后射出，其余部分光线透过第三光学结构4后到达第四光学结构5并被第四光学结构5阻挡，外部光线依次透过第四光学结构5的第二光学基材52、第一吸收型线偏振膜层54、第一四分之一波片层53和第一光学基材51，第三光学结构4，第二光学结构3后入射至人眼，使得人眼能看见外界的光线。且当外界光线为偏振光线，如LCD显示屏发出的光线时，由于第四光学结构5不存在因注塑成型产生的不均匀应力，而不会导致色散效应引起的“彩虹纹现象”以及在白光下经过遮光片反射时，出现的彩虹纹现象。由此可见，本实用新型的光学系统可以使人眼同时看到增光学系统内部的光线以及外界的光线，既能使得成像质量好；又能达到防止显示漏光，保密性好，可靠性高，解决传统光学系统中存在的彩虹纹效应问题，提升了用户的使用体验。

具体地，所述显示单元1包括图像显示单元11以及偏振膜层12，所述偏振膜层12设置在所述图像显示单元11靠近所述第一光学结构2的一侧，所述图像显示单元11发出的入射图像光束通过偏振膜12，矫正为偏振入射光线。

在具体实施过程中，所述图像显示单元11可为OLED型、DLP型、microLED微型显示器件中的一种。

需要说明的是，当图像显示单元11为LCD型以及LCOS型微型显示器件中的一种时，所述图像显示单元11靠近所述第一光学结构2的一侧不需要贴合所述偏振膜12。

具体地，所述第二光学结构3包括第三光学基材31、第二吸收型线偏振膜层32以及偏振反射膜层33。

需要说明的是本实施例中第三光学基材31、第二吸收型线偏振膜层32以及偏振反射膜层33设置如下：在所述第三光学基材31的靠近所述第一光学结构2的一侧设置有第二吸收型线偏振膜层32，在所述第二线吸收型偏振膜层32靠近所述第一光学结构2的一侧设置有偏振反射膜层33。

具体地，所述第三光学结构4包括依次层叠设置的第二四分之一波片层42、部分透射部分反射膜层43以及第四光学基材41，所述第二四分之一波片层42设置在所述第三光学结构4靠近所述第二光学结构3的一侧。

具体地，所述第三光学结构4还包括在所述第二四分之一波片层42靠近所述第二光学结构3的一侧设置的增透膜层44，在具体实施过程中，所述增透膜44可以通过涂覆或其他贴合方式设置在所述第二四分之一波片层42靠近所述第二光学结构3的一侧。

需要说明的是，图像光线被偏振反射膜层33反射，被反射的S偏振光经过经过增透膜层44、第二四分之一波片层42后变为左旋圆偏振光，经过部分透射部分反射膜43时，部分光被反射形成右旋圆偏振反射光，其余部分从第三光学结构4透射出去，右旋圆偏振反射光经过第二四分之一波片层后变为P偏振光入射进入第二光学结构3，依次经过偏振反射膜层33、第二吸收型线偏振膜32、第三光学基材31透射出去到达人眼，从而人们就能看到从显示单元1发出的光构成的特定放大倍数和特定位置的虚像，从第三光学结构4透射出去的图像光线经过第一光学基材51后，光的偏振状态不发生变化，仍为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光经过第一四分之一波片层53后变为S偏振光，被第一吸收型线偏振膜54吸收，使图像无法泄露。

具体地，所述第一光学基材51以及所述第二光学基材52包括的光学元件的数量为至少一个。

在具体实施过程中，所述第一光学基材51以及所述第二光学52基材可为一个光学元件，也可以为多个。

具体地，所述第一光学基材51以及所述第二光学基材52为透明光学基材或有色光学基材，所述第一光学基材51以及所述第二光学基材52两面面型为平面、球面、非球面或自由曲面。

在具体实施过程中，所述第一光学基材51以及所述第二光学基材52可以根据需要选择不同的透过率，也可以根据需要在不同区域实施不同的透过率。材料为树脂材料，也可以为玻璃材料，优选树脂材料，具有更轻的重量和更高的跌落可靠性。

具体地，所述第一光学基材51相位延迟量小于30nm。

需要说明的是，第一光学基材51相位延迟量小于30nm时，当从第三光学结构4投射出去的左旋圆偏振光经过第一光学基材51时，其偏振状态不会发生显著改变，使经过第一光学基材51的偏振光再透过第一四分之一波片层53后可以完全转化为S偏振光而被第一吸收型线偏振膜54吸收，使图像不会产生泄露。

具体地，所述第一四分之一波片层53相位延迟量为R1，所述第二四分之一波片层42相位延迟量为R2，在400-700nm范围内相同波段下，R1与R2的差值的绝对值不超过50nm。

需要说明的是，R1与R2的差值的绝对值不超过50nm时，这样可以使经过第一四分之一波片层53的左旋圆偏振光完全转化为S线偏振光而被第一吸收型线偏振膜54吸收，不会因为R1和R2相位延迟量差异过大而导致第一四分之一波片层53无法完全的把左旋圆偏振光转化为S线偏振光而出现漏光现象。

实施例二

请参阅图2，图2为本实用新型第二实施例提供的光学系统的结构示意图，本实用新型第二实施例提供光学系统，其与第一实施例的区别仅在于：所述第二光学结构3包括第三光学基材31，在所述第三光学基材31的远离所述第一光学结构2的一侧设置有第二吸收型线偏振膜层32，在所述第三光学基材31的靠近所述第一光学结构2的一侧设置有偏振反射膜层32。

需要说明的是，图像光线被偏振反射膜层32反射，被反射的S偏振光经过经过增透膜44、第二四分之一波片层42后变为左旋圆偏振光，经过部分透射部分反射膜43时，部分光被反射形成右旋圆偏振反射光，其余部分从第三光学结构4透射出去，右旋圆偏振反射光经过第二四分之一波片层42后变为P偏振光入射进入第二光学结构3，依次经过偏振反射膜层33、第三光学基材31、第二吸收型线偏振膜32透射出去到达人眼，从而人们就能看到从显示单元1发出的光构成的特定放大倍数和特定位置的虚像，从第三光学结构4透射出去的图像光线经过第一光学基材51后，光的偏振状态不发生变化，仍为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光经过第一四分之一波片层53后变为S偏振光，被第一吸收型线偏振膜54吸收，使图像无法泄露。

实施例三

本实用新型第三实施例提供一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括穿戴部件以及如上所述的光学系统，所述光学系统设置于所述穿戴部件上。

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

1.一种光学系统，包括，显示单元、第一光学结构、第二光学结构、第三光学结构以及第四光学结构，其特征在于，所述第一光学结构设置于所述显示单元的出光光路上；所述第二光学结构设置于所述第一光学结构的透射光光路上且倾斜设置；所述第三光学结构设置于所述第二光学结构的反射光路上；所述第四光学结构设置于所述第三光学结构的透射光光路上；

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述显示单元包括图像显示单元以及偏振膜层，所述偏振膜层设置在所述图像显示单元靠近所述第一光学结构的一侧。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二光学结构包括第三光学基材、第二吸收型线偏振膜层以及偏振反射膜层，其中在所述第三光学基材的远离所述第一光学结构的一侧设置有第二吸收型线偏振膜层，在所述第三光学基材的靠近所述第一光学结构的一侧设置有偏振反射膜层，或在所述第三光学基材的靠近所述第一光学结构的一侧设置有第二吸收型线偏振膜层，在所述第二吸收型线偏振膜层靠近所述第一光学结构的一侧设置有偏振反射膜层。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三光学结构包括依次层叠设置的第二四分之一波片层、部分透射部分反射膜层以及第四光学基材，所述第二四分之一波片层设置在所述第三光学结构靠近所述第二光学结构的一侧。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第三光学结构还包括在所述第二四分之一波片层靠近所述第二光学结构的一侧设置的增透膜层。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学基材以及所述第二光学基材包括的光学元件的数量为至少一个。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学基材以及所述第二光学基材为透明光学基材或有色光学基材，所述第一光学基材以及所述第二光学基材两面面型为平面、球面、非球面或自由曲面。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学基材相位延迟量小于30nm。

9.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第一四分之一波片层相位延迟量为R1，所述第二四分之一波片层相位延迟量为R2，在400-700nm范围内相同波段下，R1与R2的差值的绝对值不超过50nm。

10.一种可穿戴设备，其特征在于：包括穿戴部件和权利要求1-9中任意一项所述的光学系统，所述光学系统设置于所述穿戴部件上。