CN115047629A - 一种vr光学***及vr装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种VR光学***及VR装置，用于解决现有的VR光学***成像质量较低的技术问题。本发明实施例包括显示屏以及从所述显示屏到人眼方向依次设置的第二偏振吸收片、第二四分之一波片、透镜组、第一四分之一波片、偏振反射片以及第一偏振吸收片；所述透镜组至少包括第一透镜，所述第一透镜朝向所述显示屏的表面设置有半透半反膜；所述第一偏振吸收片的透光轴方向与所述第二偏振吸收片的透光轴方向一致。

Description

一种VR光学***及VR装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种VR光学***及VR装置。

背景技术

VR(Virtual Reality，虚拟现实)是利用计算机制造一个三维的虚拟世界，给用户提供视觉、触觉、听觉的互动场景，让用户感觉身历其境，并沉浸在虚拟世界中，同时可以观察三维空间内的事物，并与之进行互动。

光学***是VR装置的重要组成部分，光学***可以提供沉浸式的虚拟画面，目前的VR装置的光学***一般都包括透镜组以及偏振组件，但由于现有VR装置的光学***中的偏振组件及透镜组搭配不合理，使得现有的VR装置的VR光学***成像质量较低，无法满足用户的需求。

因此，寻找一种能够提升成像质量的VR光学***及VR装置成为本领域技术人员所研究的重要课题。

发明内容

本发明实施例公开了一种VR光学***及VR装置，用于解决现有的VR 光学***成像质量较低的技术问题。

本发明实施例提供了一种VR光学***，包括显示屏以及从所述显示屏到人眼方向依次设置的第二偏振吸收片、第二四分之一波片、透镜组、第一四分之一波片、偏振反射片以及第一偏振吸收片；

所述透镜组至少包括第一透镜，所述第一透镜朝向所述显示屏的表面设置有半透半反膜；

所述第一偏振吸收片的透光轴方向与所述第二偏振吸收片的透光轴方向一致。

可选地，所述透镜组还包括第二透镜和第三透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜从所述显示屏到人眼方向依次设置。

可选地，所述VR光学***的焦距为F，其中，20mm≤F≤30mm；

所述第一透镜的焦距为f1，其中，1F≤|f1|≤1.5F；

所述第二透镜的焦距为f2，其中，4F≤|f2|≤6F；

所述第三透镜的焦距为f3，其中，5F≤|f3|≤8F。

可选地，所述第一透镜远离所述显示屏的表面设置有增透膜。

可选地，所述第三透镜朝向所述显示屏的表面设置有增透膜；

所述二透镜的相对两表面均设置有增透膜。

可选地，所述第一透镜朝向所述显示屏的表面为外凸面，所述第一透镜远离所述显示屏的表面为外凸面；

所述第二透镜朝向所述显示屏的表面为内凹面，所述第二透镜远离所述显示屏的表面为平面；

所述第三透镜朝向所述显示屏的表面为外凸面，所述第三透镜远离所述显示屏的表面为平面。

可选地，所述第一透镜厚度范围为5-10mm；所述第二透镜厚度范围为 2-6mm；所述第三透镜厚度范围为3-7mm；所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的边缘厚度均大于1.5mm。

可选地，所述第一偏振吸收片与人眼的距离为D，其中，13mm≤D≤ 20mm。

可选地，所述第二偏振吸收片的的透光轴方向与第二四分之一波片的光轴方向按预设角度贴合，所述预设角度为45°±0.5°。

本发明实施例提供了一种VR装置，其特征在于，所述VR装置包括上述的VR光学***。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本实施例中，VR光学***的显示屏发出图像光线，光线经过第二偏振吸收片后变成线偏振光，该线偏振光的透光轴方向为竖直方向，这里称该偏振方向的光为P光，经过第二四分之一波片，由于波片能够改变光的偏振态，线偏振光经过第二四分之一波片后会变成圆偏振光，然后经过第一透镜，由于第一透镜表面设置有半透半反膜，有一部分光线可以透过第一透镜，另外一部分光线会被反射，透过的光线则经过第一四分之一波片，圆偏振光又会变成线偏振光，但该线偏振光的透光轴方向为横向，称为S光，S光到达偏振反射片后会被反射，再次经过第一四分之一波片后被转换成圆偏振光，然后经过第一透镜，经过第一透镜时，由于第一透镜上设置有半反半透膜，有一部分光线被反射回来，反射回流的光线经过第一透镜后，再经过第一四分之一波片变成线偏振光，此时的线偏振光为P光，然后到达偏振反射片，并通过偏振反射片后到达第一偏振吸收片，因该光线偏振方向与第一偏振吸收片的透光轴方向一致，最后经过第一偏振吸收片到达人眼。上述的VR光学***中通过合理地搭配透镜组及偏振组件，有效地提升VR光学***的成像质量，给用户带来更好的视觉享受。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明中提供的一种VR光学***的结构示意图；

图2为本发明中提供的一种VR光学***的光路走势图；

图3为本发明中提供的一种VR光学***根据实际设计参数设计时的结构示意图；

图4为本发明中提供的一种VR光学***根据实际设计参数设计时的仿真光路示意图；

图5为本发明中提供的一种VR光学***对应的光斑图；

图6为本发明中提供的一种VR光学***对应的MTF曲线图；

图7为本发明提供的一种VR光学***对应的畸变曲线图；

图8为本发明提供的一种VR光学***对应的场曲曲线图；

图示说明：显示屏1；第二偏振吸收片2；第二四分之一波片3、第一透镜4；第二透镜5；第三透镜6；第一四分之一波片7；偏振反射片8；第一偏振吸收片9。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种VR光学***及VR装置，用于解决现有的VR 光学***成像质量较低的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。

实施例一

请参阅图1至图8，本发明实施例中提供的一种VR光学***，包括：

显示屏1以及从所述显示屏1到人眼方向依次设置的第二偏振吸收片2、第二四分之一波片3、透镜组、第一四分之一波片7、偏振反射片8以及第一偏振吸收片9；

所述透镜组至少包括第一透镜4，所述第一透镜4朝向所述显示屏1的表面设置有半透半反膜；

所述第一偏振吸收片9的透光轴方向与所述第二偏振吸收片2的透光轴方向一致。

需要说明的是，本实施例中的显示屏1作用是作为图像源并发出图像光线；第一偏振吸收片9和第二偏振吸收片2的作用是通过符合该偏振吸收片偏振方向的线偏振光，其他偏振类型的光会被吸收；透镜组作用主要是将光线折射；第一四分之一波片7和第二四分之一波片3的作用是将光的偏振态进行转换，将线偏振光转换成圆偏振光，也能将圆偏振光转换成线偏振光；偏振反射片8的作用是选择性地透射线偏振光，本实施例中的偏振反射片8透射P光、反射S光。

进一步地，本实施例中的半透半反膜的厚度范围需要由设计人员根据需求进行设定，本实施例并不对半透半反膜的具体厚度进行限制。

进一步地，本实施例中的透镜组除了包括第一透镜4外，还包括第二透镜5和第三透镜6；

其中，所述第一透镜4、所述第二透镜5和所述第三透镜6从所述显示屏1到人眼方向依次设置。

本实施例中，VR光学***的显示屏1发出图像光线，光线经过第二偏振吸收片2后变成线偏振光，该线偏振光的透光轴方向为竖直方向，这里称该偏振方向的光为P光，经过第二四分之一波片3，由于波片能够改变光的偏振态，线偏振光经过第二四分之一波片3后会变成圆偏振光，然后经过第一透镜4，由于第一透镜4表面设置有半透半反膜，有一部分光线可以透过第一透镜4，另外一部分光线会被反射，透过的光线依次经过第二透镜5和第三透镜 6后再经过第一四分之一波片7，圆偏振光又会变成线偏振光，但该线偏振光的透光轴方向为横向，称为S光，S光到达偏振反射片8后会被反射，再次经过第一四分之一波片7后被转换成圆偏振光，然后依次经过第三透镜6、第二透镜5、第一透镜4，经过第一透镜4时，由于第一透镜4上设置有半反半透膜，有一部分光线被反射回来，反射回来的光线依次经过第一透镜4、第二透镜5及第三透镜6后，再次经过第一四分之一波片7变成线偏振光，此时的线偏振光为P光，然后到达偏振反射片8，并通过偏振反射片8后到达第一偏振吸收片9，因该光线偏振方向与第一偏振吸收片9的透光轴方向一致，最后经过第一偏振吸收片9到达人眼。上述的VR光学***中通过合理地搭配透镜组及偏振组件，有效地提升VR光学***的成像质量，给用户带来更好的视觉享受。

进一步地，本实施例中的第一透镜4、第二透镜5及第三透镜6均为玻璃材质制作而成。

需要说明的是，本实施例采用玻璃材质的透镜组代替塑料材质的透镜组，可以降低因为塑料应力产生的双折射导致的鬼影，能进一步提升用户的体验感受，并且同时降低制造成本。

另外，上述的第一透镜4、第二透镜5及第三透镜6均参与光路折叠，可大大降低VR光学***的总长。

进一步地，所述VR光学***的焦距为F，其中，20mm≤F≤30mm；

需要说明的是，将VR光学***的光焦度分配在第一透镜4、第二透镜5 和第三透镜6，第一透镜4为承担大部分的光焦度，第二透镜5和第三透镜6 承担部分光焦度，所述第一透镜4的焦距为f1，其中，1F≤|f1|≤1.5F；所述第二透镜5的焦距为f2，其中，4F≤|f2|≤6F；所述第三透镜6的焦距为f3，其中，5F≤|f3|≤8F。

进一步地，本实施例中的第一透镜4远离所述显示屏1的表面设置有增透膜；所述第三透镜6朝向所述显示屏1的表面均设置有增透膜；所述二透镜5的相对两表面均设置有增透膜。

需要说明的是，通过上述的设计，能够有效增强光线经过第一透镜4、第二透镜5以及第三透镜6时的光透过率。另外，本实施例中的增透膜的厚度范围可根据需求由设计人员进行设定，例如，设计人员可设计多层的增透膜以使得增透膜的厚度处于10μm至30μm之间，本实施例并不对增透膜的厚度范围进行限制。

进一步地，本实施例中的第一透镜4朝向所述显示屏1的表面为外凸面，第一透镜4远离所述显示屏1的表面为外凸面；

本实施例中的第二透镜5朝向所述显示屏1的表面为内凹面，所述第二透镜5远离所述显示屏1的表面为平面；

本实施例中的第三透镜6朝向所述显示屏1的表面为外凸面，所述第三透镜6远离所述显示屏1的表面为平面。

需要说明的是，采用三种不同结构的透镜可以有效地消除球差、色差、慧差等像差，进一步提升VR光学***的成像质量。

进一步地，本实施例中，第一偏振吸收片9与人眼的距离为D，其中， 13mm≤D≤20mm。

需要说明的是，上述第一偏振吸收片9与人眼的距离D实质为接目距，为了提高用户在观看VR图像时的舒适性，本实施例将接目距D的范围限制在：13mm≤D≤20mm，其中，越大的接目距有利于减少眼睛的压迫感，使用户在观看VR图像时更加舒适。

另外，本实施例中的第一偏振吸收片9位于人眼的前方，由于第一偏振吸收片9的作用是通过符合该偏振吸收片偏振方向的线偏振光，其他偏振类型的光会被吸收，通过该设计，可以减少杂散光进入到人眼。

进一步地，本实施例中的第二偏振吸收片2的的透光轴方向与第二四分之一波片3的光轴方向按预设角度贴合，所述预设角度为45°±0.5°。

需要说明的是，显示屏1发出的光经过偏振吸收片变成线偏振光后，为了准确地将线偏振光转换成圆偏振光，需要将第二偏振吸收片2的的透光轴方向与第二四分之一波片3的光轴方向按一定角度贴合，该角度为45°，公差需要控制在0.5°以内。

下面将通过具体的实际设计参数对本实施例中的VR光学***进行进一步说明，如下表1所示，表1为VR光学***中的各设计指标项以及各设计指标项所对应的设计值。

设计指标项	设计值
		显示屏尺寸(英寸)	2.1
显示屏分辨率(像素数)	2560*2560
		VR光学***焦距(毫米)	26.69
视场角(度)	90
		眼动范围(毫米)	7
接目距离(毫米)	15
		最大光学畸变(百分比)	29
第三透镜焦距(毫米)	169
		第二透镜焦距(毫米)	-144
第一透镜焦距(毫米)	28.83
		VR光学***总长(毫米)	21.54

表1

根据使用的显示屏的分辨率大小，可以计算出奈奎斯特频率，2.1英寸的显示屏的半像高大约为19.2mm，像素大小＝19.2*2*1000/2560＝15um，奈奎斯特频率＝1000/(2*15)＝33lp/mm。

设计的VR光学***具体参数如下表2所示，0面是物面，也就是VR光学***中的虚像，此面的厚度设置为-1500mm，也就是虚像距离人眼的长度为 1500mm。

表2

在表2中，面1是光阑，孔径大小为7mm，也就是入瞳大小，其厚度设置为15mm，也就是接目距D为15mm，大的接目距D有利于减少眼睛的压迫感，大的孔径可以提高用户的体验感受；面2是偏振吸收片，其厚度为 0.12mm，其他的面的具体参数可参阅上述表2，此处不再一一进行阐述。

另外，本实施例中的VR光学***通过合理搭配透镜组及偏振组件，能够有效地提升VR光学***的成像质量，VR光学***的成像质量具体可以表现为图5光斑图、图6MTF曲线图、图7畸变曲线图及图8场曲曲线图。

实施例二

请参阅图1至图8，本发明实施例中提供的一种VR装置，所述VR装置包括如实施例一所述的VR光学***。

进一步地，本实施例中的VR光学***所设计的出瞳距离达到15mm，相比市面上现有VR光学***的出瞳距离11-13mm，增加了2-4mm，留有足够的空间适配近视镜片，在VR装置的镜筒上采用磁吸的方式(例如设置磁铁)，可以将近视镜片吸附在VR装置镜筒上，达到近视度匹配，以适应近视用户使用本实施中的VR装置。

本实施例中的VR装置中的光学***通过合理地搭配透镜组及偏振组件，有效地提升VR光学***的成像质量，给用户带来更好的视觉享受。

以上对本发明所提供的一种VR光学***及VR装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种VR光学***，其特征在于，包括显示屏以及从所述显示屏到人眼方向依次设置的第二偏振吸收片、第二四分之一波片、透镜组、第一四分之一波片、偏振反射片以及第一偏振吸收片；

所述透镜组至少包括第一透镜，所述第一透镜朝向所述显示屏的表面设置有半透半反膜；

所述第一偏振吸收片的透光轴方向与所述第二偏振吸收片的透光轴方向一致。

2.根据权利要求1所述的VR光学***，其特征在于，所述透镜组还包括第二透镜和第三透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜从所述显示屏到人眼方向依次设置。

3.根据权利要求2所述的VR光学***，其特征在于，所述VR光学***的焦距为F，其中，20mm≤F≤30mm；

所述第一透镜的焦距为f1，其中，1F≤|f1|≤1.5F；

所述第二透镜的焦距为f2，其中，4F≤|f2|≤6F；

所述第三透镜的焦距为f3，其中，5F≤|f3|≤8F。

4.根据权利要求1所述的VR光学***，其特征在于，所述第一透镜远离所述显示屏的表面设置有增透膜。

5.根据权利要求2所述的VR光学***，其特征在于，所述第三透镜朝向所述显示屏的表面设置有增透膜；

所述二透镜的相对两表面均设置有增透膜。

6.根据权利要求2所述的VR光学***，其特征在于，所述第一透镜朝向所述显示屏的表面为外凸面，所述第一透镜远离所述显示屏的表面为外凸面；

所述第二透镜朝向所述显示屏的表面为内凹面，所述第二透镜远离所述显示屏的表面为平面；

所述第三透镜朝向所述显示屏的表面为外凸面，所述第三透镜远离所述显示屏的表面为平面。

7.根据权利要求2所述的VR光学***，其特征在于，所述第一透镜厚度范围为5-10mm；所述第二透镜厚度范围为2-6mm；所述第三透镜厚度范围为3-7mm；所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的边缘厚度均大于1.5mm。

8.根据权利要求1所述的VR光学***，其特征在于，所述第一偏振吸收片与人眼的距离为D，其中，13mm≤D≤20mm。

9.根据权利要求1所述的VR光学***，其特征在于，所述第二偏振吸收片的的透光轴方向与第二四分之一波片的光轴方向按预设角度贴合，所述预设角度为45°±0.5°。

10.一种VR装置，其特征在于，所述VR装置包括如权利要求1至9任一项所述的VR光学***。

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