CN113448101A

CN113448101A - 光学模组和头戴显示设备

Info

Publication number: CN113448101A
Application number: CN202110731313.4A
Authority: CN
Inventors: 宋文宝; 赵同磊; 关姝
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2021-09-28
Also published as: WO2023273175A1

Abstract

本发明公开了一种光学模组和头戴显示设备。光学模组包括：显示屏、第一相位延迟器、和第一线偏器和成像镜组，所述显示屏用于发射光线，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器沿光线的传播方向依次设置，所述第一线偏器具有光线透射的透过轴，所述第一线偏器的透过轴与所述第一相位延迟器的快轴之间的夹角为45°；所述成像镜组设于所述第一线偏器背离所述显示屏的一侧。本发明的技术方案能够减少杂散光进入到用户人眼，从而保证用户获得较高清晰度的成像画面。

Description

光学模组和头戴显示设备

技术领域

本发明涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种光学模组和头戴显示设备。

背景技术

显示屏用来发射光线，显示屏发射的光线进入到人眼后，用户获得成像画面。显示屏发射的光线在传递过程中，需要经过各种透镜等光学器件，光学器件会反射光线，反射的光线会照射在显示屏上。显示屏中设置有多个光学面，这些光学面均能够反射光线，被反射的光线形成杂散光，杂散光射入到人眼，导致用户获得的成像画面不清晰，甚至存在鬼影。

发明内容

基于此，针对现有显示屏会光线形成杂散光，导致用户获得的成像画面不清晰，甚至存在鬼影的问题，有必要提供一种光学模组和头戴显示设备，旨在能够减少杂散光进入到用户人眼，保证用户获得较高清晰度的成像画面。

为实现上述目的，本发明提出的一种光学模组，所述光学模组包括：

显示屏，所述显示屏用于发射光线；

第一相位延迟器和第一线偏器，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器沿光线的传播方向依次设置，所述第一线偏器具有光线透射的透过轴，所述第一线偏器的透过轴与所述第一相位延迟器的快轴之间的夹角为45°；以及

成像镜组，所述成像镜组设于所述第一线偏器背离所述显示屏的一侧。

可选地，所述第一相位延迟器为四分之一波片。

可选地，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器设于所述显示屏的出光面；

或者，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器沿光线的传播方向间隔设置。

可选地，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器为膜层结构，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器设于所述显示屏；

或者，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器为膜层结构，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器设于所述成像镜组。

可选地，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器的安装位置为安装面，所述安装面为平面、球面、非球面、自由曲面或柱面其中一种。

可选地，所述成像镜组包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片设于所述第一线偏器背离所述显示屏的一侧，所述第二镜片设于所述第一镜片背离所述显示屏的一侧；

所述光学模组还包括沿光线传播方向依次设置的第二相位延迟器、第三相位延迟器、偏振反射器和第二线偏器，所述第一镜片设于所述第二相位延迟器和所述第三相位延迟器之间，所述第二镜片设于所述第二线偏器背离所述显示屏的一侧，所述第二相位延迟器和所述第一镜片之间设置分光件，所述偏振反射器的透过轴与所述第一线偏器的透过轴正交，所述偏振反射器的透过轴与所述第二线偏器的透过轴平行。

可选地，所述分光件为半反半透膜，所述半反半透膜设于所述第一镜片的入光面。

可选地，所述第一镜片的入光面和出光面为凸起面，所述第二镜片的入光面为平面，所述第二镜片的出光面为凸起面。

可选地，所述第三相位延迟器、所述偏振反射器和所述第二线偏器为膜层结构，所述第三相位延迟器、所述偏振反射器和所述第二线偏器设于所述第二镜片的入光面。

此外，为了解决上述问题，本发明还提供一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括壳体和如上文所述光学模组，所述光学模组设于所述壳体。

本发明提出的技术方案中，显示屏发射的光线依次经过第一相位延迟器和第一线偏器，光线在经过成像镜组时，光线被反射，这部分光线为杂散光。杂散光沿着光线初始传播路径逆向传播。杂散光首先经过第一线偏器，杂散光转化为线偏振光线。杂散光继续传播经过第一相位延迟器，在第一相位延迟器的作用下，线偏振状态的杂散光转化为圆偏振状态。杂散光传播照射在显示屏上，在显示屏的作用下，杂散光再次被反射，此时，圆偏振状态的光线旋转方向发生改变。圆偏振状态的光线再次经过第一相位延迟器后，由圆偏振状态转化为线偏振状态，此时，线偏振状态的杂散光的振动方向与第一线偏振器的透过轴方向正交，杂散光无法穿过第一线偏振器。由此可知，杂散光无法进入到成像镜组，同样地，杂散光也无法进入到用户人眼，从而保证用户获得较高清晰度的成像画面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明光学模组一实施例的结构示意图；

图2为本发明光学模组另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	显示屏	420	第二镜片
110	光线	430	杂散光
				20	第一相位延迟器	50	第二相位延迟器
30	第一线偏器	60	第三相位延迟器
				40	成像镜组	70	偏振反射器
410	第一镜片	80	第二线偏器

本发明目的的实现、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

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明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，在本发明中如涉及“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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

另外，本发明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，也不在本发明要求的保护范围之内。

显示屏发射的光线在传递过程中，需要经过各种透镜等光学器件，光学器件会反射光线，反射的光线会照射在显示屏上。显示屏中设置有多个光学面，例如每个光学面的反射比例在4％～5％，这些光学面累积的反射光线数量较多，被反射的光线形成杂散光，杂散光射入到人眼，导致用户获得的成像画面不清晰，甚至存在鬼影。

为了解决上述问题，参阅图1所示，本发明提供一种光学模组，光学模组包括：显示屏10、第一相位延迟器20、第一线偏器30和成像镜组40。显示屏10用于发射光线110，在光线110的传播方向中依次设置有第一相位延迟器20、第一线偏器30和成像镜组40。相位延迟器用于改变光线110的偏振状态，例如将线偏振光转化为圆偏振光，或者将圆偏振光转化为线偏振光。第一线偏振器可以理解为起偏器，经过第一线偏振器的光线110转化为线偏振状态的光线110。成像镜组40用于解析光线110，即将光线110放大传递。其中，显示屏10的显示原理包括有多种。例如，显示屏10的原理包括LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器，或者是LED(LightEmitting Diode)发光二极管，OLED(Organic Light-Emitting Diode)有机发光二极管，Micro-OLED(Micro-Organic Light-Emitting Diode)微型有机发光二极管、ULED(UltraLightEmitting Diode)极致发光二极管，或者DMD(Digital MicromirrorDevice)数字微镜芯片。

显示屏10发射的光线110可以是线偏振光，也可以是圆偏振光，还可以是自然光，为了保护显示屏10，显示屏10的出光面设置保护玻璃。光线110在经过第一线偏振器时，均会转化为线偏振光。

第一相位延迟器20和第一线偏器30沿光线110的传播方向依次设置，第一线偏器30具有透过轴，第一线偏器30的透过轴与第一相位延迟器20的快轴之间的夹角为45°；夹角可以是正45°，也可以是负45°。第一相位延迟器20具有快轴和慢轴。其中，与第一线偏器30的透过轴方向相同的可以透过第一线偏振器，与第一线偏振器的透过轴方向正交的，无法透过第一线偏振器。

成像镜组40设于第一线偏器30背离显示屏10的一侧。成像镜组40可以包括单一镜片，也可以包括两个以上的镜片。成像镜组40具有多个光学面，光线110在经过成像镜组40时，光线110会被反射。

本实施例中，显示屏10发射的光线110依次经过第一相位延迟器20和第一线偏器30，光线110在经过成像镜组40时，光线110被反射，这部分光线110为杂散光430。杂散光430沿着光线110初始传播路径逆向传播。杂散光430首先经过第一线偏器30，杂散光430转化为线偏振光线110。杂散光430继续传播经过第一相位延迟器20，在第一相位延迟器20的作用下，线偏振状态的杂散光430转化为圆偏振状态，圆偏振状态可以为左旋偏振光，也可以为右旋偏振光。杂散光430传播照射在显示屏10上，在显示屏10的作用下，杂散光430再次被反射，此时，圆偏振状态的光线110旋转方向发生改变，左旋偏振光转化为右旋偏振光，右旋偏振光转化为左旋偏振光。圆偏振状态的光线110再次经过第一相位延迟器20后，由圆偏振状态转化为线偏振状态，此时，线偏振状态的杂散光430的振动方向与第一线偏振器的透过轴方向正交，杂散光430无法穿过第一线偏振器。由此可知，杂散光430无法进入到成像镜组40，同样地，杂散光430也无法进入到用户人眼，从而保证用户获得较高清晰度的成像画面。

在其中一个实施例中，为了减少杂散光430进入到人眼，需要改变杂散光430的偏振状态。为了有效完成杂散光430的偏振状态切换，将第一相位延迟器20设置为四分之一波片。由此光线110在经过四分之一波片时，光线110可以由圆偏振态转化为线偏振态。其中，第一相位延迟器20可以为独立的光学器件，也可以是膜层结构。第一相位延迟器20为独立的光学器件时，通过其它部件固定在显示屏10和成像镜组40之间，例如镜筒，镜筒内壁设置有卡槽，第一相位延迟器20卡接于卡槽内。

在其中一个实施例中，第一相位延迟器20和第一线偏器30的安装位置可以由多种选择，比如第一相位延迟器20和第一线偏器30设于显示屏10的出光面；也就是说第一相位延迟器20和第一线偏器30依附于显示屏10设置。如此可以减小显示屏10和成像镜组40之间的光学器件，结构更加简洁。另外，显示屏10好成像镜组40之间的光学器件减少，光路压缩，从而利于光学模组减少整体体积。

再比如，第一相位延迟器20和第一线偏器30沿光线110的传播方向间隔设置。如此第一相位延迟器20和第一线偏器30可以为独立的光学器件。光学模组设置有镜筒，镜筒内壁设置有卡槽，第一相位延迟器20和第一线偏器30卡接于卡槽内。

在其中一个实施例中，为了便于第一相位延迟器20和第一线偏器30的安装，第一相位延迟器20和第一线偏器30为膜层结构，第一相位延迟器20和第一线偏器30设于显示屏10；如此，可以采用贴附的方式，也可以采用镀膜的方式，贴附的方式作业简单，利于生产。镀膜的方式能够使第一相位延迟器20和第一线偏器30设置的更加牢固，提高膜层的致密性。

再者，除了第一相位延迟器20和第一线偏器30设置在显示屏10上，第一相位延迟器20和第一线偏器30为膜层结构，第一相位延迟器20和第一线偏器30设于成像镜组40。同样地，在成像镜组40位置也可以采用贴附的方式，还可以采用镀膜的方式，贴附的方式作业简单，利于生产。镀膜的方式能够使第一相位延迟器20和第一线偏器30设置的更加牢固，提高膜层的致密性。

在其中一个实施例中，第一相位延迟器20和第一线偏器30的安装位置为安装面，安装面为平面、球面、非球面、自由曲面或柱面其中一种。可以理解的是，第一相位延迟器20和第一线偏器30可以安装在多种面型的光学表面。从而使第一相位延迟器20和第一线偏器30可以有效适应安装面的位置。

在其中一个实施例中，光线110可以在成像镜组40内折反射。具体地，成像镜组40包括第一镜片410和第二镜片420，第一镜片410设于第一线偏器30背离显示屏10的一侧，第二镜片420设于第一镜片410背离显示屏10的一侧；光学模组还包括沿光线110传播方向依次设置的第二相位延迟器50、第三相位延迟器60、偏振反射器70和第二线偏器80，第一镜片410设于第二相位延迟器50和第三相位延迟器60之间，第二镜片420设于第二线偏器80背离显示屏10的一侧，第二相位延迟器50和第一镜片410之间设置分光件，偏振反射器70的透过轴与第一线偏器30的透过轴正交，偏振反射器70的透过轴与第二线偏器80的透过轴平行。其中，第二相位延迟器50的快轴与第一线偏器30的透过轴的方向呈45°夹角，第二相位延迟器50的快轴和第三相位延迟器60的快轴方向正交。显示屏10发射光线110后，光线110在经过第一线偏器30后，转化为线偏振状态。线偏振状态的光线110在经过第二相位延迟器50后，线偏振状态转化为圆偏振状态光线110。圆偏振状态的光线110在射向分光件后，至少部分光线110穿过分光件。光线110继续传递后，在第三相位延迟器60的作用下转化为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振反射器70的透过轴方向正交，线偏振光线110被偏振反射器70反射。光线110被反射经过第三相位延迟器60，光线110再次转化为圆偏振光，圆偏振光在经过分光件后，光线110再次被反射，至少部分光线110再次射向第三相位延迟器60，此时，圆偏振光的旋转方向发生改变，例如，左旋偏振光转化为右旋偏振光，右旋偏振光转化为左旋偏振光。光线110再次经过第三相位延迟器60后转化为线偏振光，此时线偏振光的振动方向与偏振反射器70的透过轴的方向相同，线偏振光透射偏振反射器70。偏振反射器70的透过轴与第二线偏器80的透过轴平行，光线110在经过偏振反射器70，通过第二线偏器80进一步保证光线110的线偏振状态。由此可知光线110可以有效的在成像镜组40中折反射。

在其中一个实施例中，分光件为半反半透膜，半反半透膜设于第一镜片410的入光面。半反半透膜保证部分光线110穿过，部分光线110反射。另外，半反半透膜可以为独立的光学器件，或者是为膜层结构。

在其中一个实施例中，第一镜片410的入光面和出光面为凸起面，第二镜片420的入光面为平面，第二镜片420的出光面为凸起面。可知第一镜片410为双凸透镜，第二透镜为平凸透镜。第一镜片410结合第二镜片420可以保证光线110有效的会聚成像。另外，第二镜片420的入光面为平面，平面更加平整便于第三相位延迟器60、偏振反射器70和第二线偏器80的贴合设置。

在其中一个实施例中，第三相位延迟器60、偏振反射器70和第二线偏器80为膜层结构，第三相位延迟器60、偏振反射器70和第二线偏器80设于第二镜片420的入光面。可知膜层结构的第三相位延迟器60、偏振反射器70和第二线偏器80可以采用贴附的方式，还可以采用镀膜的方式，贴附的方式作业简单，利于生产。镀膜的方式能够使膜层更加牢固，提高膜层的致密性。

本发明还提供一种头戴显示设备，头戴显示设备包括壳体和如上文光学模组，光学模组设于壳体。壳体能够提供一个支撑光学模组的安装空间，光学模组设置在壳体内，如此能够避免外部环境的水汽或者灰尘落入到光学模组的内部。

本发明的头戴显示器的实施方式可以参照上述光学模组各实施例，在此不再赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明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发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括：

显示屏，所述显示屏用于发射光线；

2.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一相位延迟器为四分之一波片。

3.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器设于所述显示屏的出光面；

4.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器为膜层结构，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器设于所述显示屏；

5.如权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述第一相位延迟器和所述第一线偏器的安装位置为安装面，所述安装面为平面、球面、非球面、自由曲面或柱面其中一种。

6.如权利要求1至5中任一项所述的光学模组，其特征在于，所述成像镜组包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片设于所述第一线偏器背离所述显示屏的一侧，所述第二镜片设于所述第一镜片背离所述显示屏的一侧；

7.如权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述分光件为半反半透膜，所述半反半透膜设于所述第一镜片的入光面。

8.如权利要求1至5中任一项所述的光学模组，其特征在于，所述第一镜片的入光面和出光面为凸起面，所述第二镜片的入光面为平面，所述第二镜片的出光面为凸起面。

9.如权利要求1至5中任一项所述的光学模组，其特征在于，所述第三相位延迟器、所述偏振反射器和所述第二线偏器为膜层结构，所述第三相位延迟器、所述偏振反射器和所述第二线偏器设于所述第二镜片的入光面。

10.一种头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备包括壳体和如权利要求1至9中任一项所述光学模组，所述光学模组设于所述壳体。