本申請(qǐng)涉及頭戴式可視設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于頭戴式設(shè)備的具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中的頭戴式可視設(shè)備(Head Mount Display,HMD)的光學(xué)系統(tǒng)包括顯示器、準(zhǔn)直透鏡及反射面。顯示器，如LCD、OLED、LCOS等，根據(jù)顯示圖像的不同發(fā)出不同的光，通過準(zhǔn)直透鏡成像在無窮遠(yuǎn)處，然后通過反射面把顯示器發(fā)出的光反射進(jìn)入人的眼睛里。

但現(xiàn)有技術(shù)中的頭戴式可視設(shè)備功能單一，僅供個(gè)人觀看頭戴式可視設(shè)備內(nèi)顯示器播放內(nèi)容，不具有分享(投影)功能。鑒于頭戴式設(shè)備尺寸有限，增加新的光路實(shí)現(xiàn)投影功能存在一定困難，增加光路會(huì)增加多個(gè)光學(xué)部件，從而會(huì)增加設(shè)備的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中頭戴式可視設(shè)備不具有投影功能，用戶體驗(yàn)差的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)的一技術(shù)方案為提供一種具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置于頭戴式設(shè)備上，包括：顯示模塊、第二偏振分光棱鏡、第三偏振分光棱鏡、投影透鏡組、反射透鏡組及液晶盒；

所述液晶盒固定設(shè)置于所述顯示模塊及所述第三偏振分光棱鏡之間；

所述第二偏振分光棱鏡設(shè)置于所述第三偏振分光棱鏡遠(yuǎn)離所述液晶盒的一側(cè)；

所述反射透鏡組設(shè)置于所述第二偏振分光棱鏡遠(yuǎn)離所述第三偏振分光棱鏡的一側(cè)，所述投影透鏡組設(shè)置于所述第三偏振分光棱鏡遠(yuǎn)離人眼的一側(cè)；

液晶盒加壓時(shí)，所述顯示模塊發(fā)出的圖像偏振光依次經(jīng)過所述液晶盒的透射及所述第三偏振分光棱鏡的反射進(jìn)入所述投影透鏡組；

液晶盒斷壓時(shí)，所述顯示模塊發(fā)出的圖像偏振光依次經(jīng)過所述液晶盒改變偏振狀態(tài)、所述第三偏振分光棱鏡及第二偏振分光棱鏡的透射進(jìn)入所述反射透鏡組，經(jīng)過所述反射透鏡組的反射及改變偏振態(tài)、所述第二偏振分光棱鏡的反射進(jìn)入人眼。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，還包括第一偏振分光棱鏡，用于接收顯示模塊發(fā)出的圖像偏振光，并將其反射至液晶盒中；

所述液晶盒固定設(shè)置于所述第一偏振分光棱鏡及第三偏振分光棱鏡之間。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，所述頭戴式設(shè)備包括智能眼鏡及智能頭盔。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，還包括導(dǎo)光棒，設(shè)置于液晶盒與所述第三偏振分光棱鏡之間。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，所述導(dǎo)光棒的外側(cè)壁上設(shè)置有增透膜，用于降低進(jìn)入導(dǎo)光棒的雜光。

本申請(qǐng)另一技術(shù)方案為一種具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置于頭戴式設(shè)備上，包括：顯示模塊、第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡、第三偏振分光棱鏡、投影透鏡組及反射透鏡組；

所述第三偏振分光棱鏡設(shè)置于第一偏振分光棱鏡及第二偏振分光棱鏡之間，與第二偏振分光棱鏡固定連接，與第一偏振分光棱鏡可旋轉(zhuǎn)連接，所述第一偏振分光棱鏡以第三偏振分光棱鏡的中心軸為旋轉(zhuǎn)中心，所述第一偏振分光棱鏡與所述顯示模塊一起可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度和/或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度；

所述反射透鏡組設(shè)置于所述第二偏振分光棱鏡遠(yuǎn)離所述第三偏振分光棱鏡的一側(cè)，所述投影透鏡組設(shè)置于所述第三偏振分光棱鏡遠(yuǎn)離人眼的一側(cè)；

所述第一偏振分光棱鏡未旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述顯示模塊發(fā)出的圖像光經(jīng)過所述第一偏振分光棱鏡的反射及所述第三偏振分光棱鏡的反射進(jìn)入所述投影透鏡組；

所述第一偏振分光棱鏡與所述顯示模塊一起旋轉(zhuǎn)90度時(shí)，所述顯示模塊發(fā)出的圖像光依次經(jīng)過所述第一偏振分光棱鏡的反射、所述第三偏振分光棱鏡的透射、所述第二偏振分光棱鏡的透射進(jìn)入所述反射透鏡組，經(jīng)過所述反射透鏡組的反射及改變偏振態(tài)、所述第二偏振分光棱鏡的反射進(jìn)入人眼。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，所述頭戴式設(shè)備包括智能眼鏡及智能頭盔。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，還包括導(dǎo)光棒，設(shè)置于第一偏振分光棱鏡與所述第三偏振分光棱鏡之間。

本實(shí)施例的進(jìn)一步方面，所述導(dǎo)光棒的外側(cè)壁上設(shè)置有增透膜，用于降低進(jìn)入導(dǎo)光棒的雜光。

本申請(qǐng)通過增加液晶盒或設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)第一偏振分光棱鏡)實(shí)現(xiàn)圖像光偏振狀態(tài)的改變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)投影及目視功能的轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠使用戶看清外界圖像。具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)，在頭戴式光學(xué)系統(tǒng)集成了投影功能能夠提高用戶體驗(yàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)目視功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)目視功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)目視功能光路結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖。

附圖符號(hào)說明：

101：顯示模塊； 102：第一偏振分光棱鏡；

104：第二偏振分光棱鏡； 105：投影透鏡組；

106：反射透鏡組； 107：第三偏振分光棱鏡；

108：液晶盒； 109：導(dǎo)光棒；

20：人眼； 40：第三偏振分光棱鏡的中心軸。

具體實(shí)施方式

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一個(gè)具體實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“例如”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)包含于本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。各實(shí)施例中涉及的步驟順序用于示意性說明本申請(qǐng)的實(shí)施，其中的步驟順序不作限定，可根據(jù)需要作適當(dāng)調(diào)整。

本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，但并不作為對(duì)本申請(qǐng)的限定。另外，在附圖及實(shí)施方式中所使用相同或類似標(biāo)號(hào)的元件/構(gòu)件是用來代表相同或類似部分。

關(guān)于本申請(qǐng)中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特別指稱次序或順位的意思，也非用以限定本申請(qǐng)，其僅為了區(qū)別以相同技術(shù)用語描述的元件或操作。

關(guān)于本申請(qǐng)中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限于。

本申請(qǐng)所述的具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于頭戴式設(shè)備上，使得頭戴式設(shè)備同時(shí)具有投影及目視功能，同時(shí)能夠保證用戶看清外界圖像，其中，頭戴式設(shè)備包括但不限于智能眼鏡及智能頭盔。

如圖1、圖2所示，圖1為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖，圖2為本申請(qǐng)一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)目視功能光路結(jié)構(gòu)圖。

具體的，具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)包括：顯示模塊101、第二偏振分光棱鏡104、第三偏振分光棱鏡107、投影透鏡組105、反射透鏡組106及液晶盒108。

液晶盒108固定設(shè)置于顯示模塊101及第三偏振分光棱鏡107之間。

第二偏振分光棱鏡104設(shè)置于第三偏振分光棱鏡107遠(yuǎn)離所述液晶盒108的一側(cè)。

反射透鏡組106設(shè)置于第二偏振分光棱鏡104遠(yuǎn)離第三偏振分光棱鏡107的一側(cè)，投影透鏡組105設(shè)置于第三偏振分光棱鏡107遠(yuǎn)離人眼的一側(cè)。

如圖1所示，液晶盒加壓時(shí)，所述顯示模塊101發(fā)出的圖像偏振光依次經(jīng)過所述液晶盒108的透射及所述第三偏振分光棱鏡107的反射進(jìn)入所述投影透鏡組105，從而實(shí)現(xiàn)投影功能。

如圖2所示，液晶盒斷壓時(shí)，所述顯示模塊101發(fā)出的圖像偏振光依次經(jīng)過所述液晶盒108改變偏振狀態(tài)、所述第三偏振分光棱鏡107及第二偏振分光棱鏡104的透射進(jìn)入所述反射透鏡組106，經(jīng)過所述反射透鏡組106的反射及改變偏振態(tài)、所述第二偏振分光棱鏡104的反射進(jìn)入人眼20，從而實(shí)現(xiàn)目視功能。鑒于第二分光棱鏡遠(yuǎn)離人眼的一側(cè)未設(shè)置任何透鏡，所以本實(shí)施例能夠保證目視功能時(shí)使用戶看清外界圖像。

詳細(xì)的說，顯示模塊101發(fā)出的光具有偏振性，可以為LCOS顯示芯片。液晶盒在加壓時(shí)，通過液晶盒的光的偏振態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，液晶盒斷開電壓時(shí)，液晶盒對(duì)通過的光的偏振態(tài)有個(gè)旋光性，改變光的偏振態(tài)，如由P偏振光變?yōu)榱薙偏振光。

進(jìn)一步的，為了方便在頭戴式設(shè)備上集成本申請(qǐng)所述的具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)，如圖3、圖4所示，在圖1、圖2所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上還包括第一偏振分光棱鏡102，用于接收顯示模塊101發(fā)出的圖像光，并將其反射至液晶盒108中。所述液晶盒108固定設(shè)置于所述第一偏振分光棱鏡102及第三偏振分光棱鏡107之間。

更進(jìn)一步的，為了便于在頭戴式設(shè)備上集成本申請(qǐng)所述的具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)，如圖5所示，在圖1、圖2所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上還包括導(dǎo)光棒109，設(shè)置于液晶盒108與所述第三偏振分光棱鏡107之間。

進(jìn)一步的，為了降低進(jìn)入導(dǎo)光棒的雜光，所述導(dǎo)光棒109的外側(cè)壁上設(shè)置有增透膜。

如圖6、圖7所示，圖6本申請(qǐng)另一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)投影功能光路結(jié)構(gòu)圖，圖7為本申請(qǐng)另一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)目視功能光路結(jié)構(gòu)圖。

具體的，具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)包括：顯示模塊101、第一偏振分光棱鏡102、第二偏振分光棱鏡104、第三偏振分光棱鏡107、投影透鏡組105及反射透鏡組106。

所述第三偏振分光棱鏡107設(shè)置于第一偏振分光棱鏡102及第二偏振分光棱鏡104之間，與第二偏振分光棱鏡104固定連接，與第一偏振分光棱鏡102可旋轉(zhuǎn)連接，所述第一偏振分光棱鏡102以第三偏振分光棱鏡的中心軸40為旋轉(zhuǎn)中心，所述第一偏振分光棱鏡102與所述顯示模塊101一起可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度和/或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度(第一偏振分光棱鏡的旋轉(zhuǎn)方向如圖6右側(cè)旋轉(zhuǎn)箭頭方向所示)。

所述反射透鏡組106設(shè)置于所述第二偏振分光棱鏡104遠(yuǎn)離所述第三偏振分光棱鏡107的一側(cè)，所述投影透鏡組105設(shè)置于所述第三偏振分光棱鏡107遠(yuǎn)離人眼的一側(cè)。

本申請(qǐng)通過增加液晶盒，實(shí)現(xiàn)圖像光偏振狀態(tài)的改變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)投影及目視功能的轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠使用戶看清外界圖像。具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)，在頭戴式光學(xué)系統(tǒng)集成了投影功能能夠提高用戶體驗(yàn)。

如圖6所示，所述第一偏振分光棱鏡102未旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述顯示模塊101發(fā)出的圖像光經(jīng)過所述第一偏振分光棱鏡102的反射及所述第三偏振分光棱鏡107的反射進(jìn)入所述投影透鏡組105，從而實(shí)現(xiàn)投影功能。

如圖7所示，所述第一偏振分光棱鏡102與所述顯示模塊101一起旋轉(zhuǎn)90度時(shí)，所述顯示模塊101發(fā)出的圖像光依次經(jīng)過所述第一偏振分光棱鏡102的反射、所述第三偏振分光棱鏡107的透射、所述第二偏振分光棱鏡104的透射進(jìn)入所述反射透鏡組106，經(jīng)過所述反射透鏡組106的反射及改變偏振態(tài)、所述第二偏振分光棱鏡104的反射進(jìn)入人眼20，從而實(shí)現(xiàn)目視功能。鑒于第二分光棱鏡遠(yuǎn)離人眼的一側(cè)未設(shè)置任何透鏡，所以本實(shí)施例能夠保證目視功能時(shí)使用戶看清外界圖像。

詳細(xì)的說，本實(shí)施例所述顯示模塊為OLED(Organic Light-Emitting Diode,OLED)顯示器、LCD(Liquid Crystal Display,LCD)顯示器及LCOS(Liquid Crystal on Silicon,LCS)顯示器中的任意一個(gè)，當(dāng)為LCOS顯示器時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)還包括光源，該光源用于產(chǎn)生光以便激發(fā)LCOS發(fā)出圖像光。

實(shí)施時(shí)，反射透鏡組可包括1/4波片，該1/4波片用于改變光的偏振態(tài)，如光兩次經(jīng)過該1/4波片后由S偏振光變?yōu)镻偏振光。

偏振分光棱鏡包括第一直角棱鏡、偏振分光膜及第二直角棱鏡，偏振分光膜固定設(shè)置于第一直角棱鏡的反射面及第二直角棱鏡的反射面之間。

偏振分光棱鏡具有調(diào)整光的偏振狀態(tài)的特性，當(dāng)一自然光入射到偏振分光棱鏡上時(shí)，會(huì)透過P偏振光，反射S偏振光。

本實(shí)施例中的第一偏振分光棱鏡未旋轉(zhuǎn)時(shí)，由第一偏振分光棱鏡反射的光對(duì)第三偏振分光棱鏡而言，偏振態(tài)未發(fā)生變化，則第三偏振分光棱鏡可反射第一偏振分光棱鏡反射的光。本實(shí)施例中的第一偏振分光棱鏡旋轉(zhuǎn)90度后，由第一偏振分光棱鏡反射的光對(duì)第三、第二偏振分光棱鏡而言，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)了90度，則第三、第二偏振分光棱鏡可透過第一偏振分光棱鏡反射光。

本實(shí)施例通過旋轉(zhuǎn)第一偏振分光棱鏡能夠?qū)崿F(xiàn)圖像光偏振狀態(tài)的改變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)投影及目視功能的轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠保證人眼看清外界圖像，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)，在頭戴式設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)集成投影功能能夠提高用戶體驗(yàn)。

進(jìn)一步的，為了便于在頭戴式設(shè)備上集成本申請(qǐng)所述的具有投影及目視功能的光學(xué)系統(tǒng)，如圖8所示，在圖6、圖7所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上還包括導(dǎo)光棒109，設(shè)置于第一偏振分光棱鏡102與所述第三偏振分光棱鏡107之間。

進(jìn)一步的，為了降低進(jìn)入導(dǎo)光棒的雜光，所述導(dǎo)光棒109的外側(cè)壁上設(shè)置有增透膜。

進(jìn)一步的，為了減少加工工藝，所述第一偏振分光棱鏡102與所述導(dǎo)光棒109一體成型。

本申請(qǐng)所述的導(dǎo)光棒為玻璃方棒或塑料方棒，用于調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的焦距，導(dǎo)光棒的尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，本申請(qǐng)對(duì)此不作限定。

本申請(qǐng)通過設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)第一偏振分光棱鏡)，實(shí)現(xiàn)了圖像光偏振狀態(tài)的改變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)投影及目視功能的轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠使用戶看清外界圖像。具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)，在頭戴式光學(xué)系統(tǒng)集成了投影功能能夠提高用戶體驗(yàn)。

以上所述僅用于說明本申請(qǐng)的技術(shù)方案，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員均可在不違背本申請(qǐng)的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本申請(qǐng)的權(quán)利保護(hù)范圍應(yīng)視權(quán)利要求范圍為準(zhǔn)。