本發明涉及計算機領域，尤其涉及一種虛擬現實設備的光學系統。
背景技術：
目前市場上的虛擬現實(vr)設備多采用折射式、反射式或折反射式光學設計,鏡片的幾何位置均在放在人眼和顯示屏之間，人眼和顯示屏在鏡片的兩側，且顯示屏不透明。
對于以上折射式光學系統，因為光線通過鏡片，同一鏡片對不同波長光線有不同的折射率，會導致色差，對于vr設備，目前有兩種方案：第一種增加鏡片數量，通過光學的方式來矯正色差，這樣會使得光學系統復雜，第二種通過軟件進行反色差矯正，這種矯正能力有限，且矯正復雜。
對于以上反射式光學系統，因為局限于顯示屏和人臉的限制，只能采用離軸或者傾斜反射鏡設計，同時為了更好的平衡像差，多采用自由曲面反射鏡設計，且垂直方向視場角做不大，目前市場上的vr設備的垂直視場角均小于60度，與人眼市場角相比還差很多，很難滿足目前市場沉浸感的需求，目前反射式大面積自由曲面反射鏡加工復雜難度大，且成本較高。
對于以上折反射式光學系統，因為光學系統采用了了偏振片和具有半反半透鍍膜的透鏡，半反半透表面只能利用一半的能量，同樣因為波片針對不同的入射角度相位延遲也會有很大的差異，會造成不同角度下偏振態轉換不完全，如此偏振片透過和反射能量不完全，能量利用率低，如要達到目前折射式虛擬現實設備同樣的亮度，顯示屏需要更高的發光度，這樣會造成整機功耗大。同時因為半反半透的透鏡表面，整個虛擬現實設備會有雜散光。另外因為用了折射式光學鏡片，同一材料對于不同波長有色差，需要光學或者軟件矯正色差。還有因為光學元件較多且組裝要求較高，總體成本較高。
技術實現要素：
本發明的一個目的是提供一種虛擬現實設備的光學系統，能夠解決現有的虛擬現實設備結構復雜、存在色差、視場角太小、能量利用率低和存在雜散光的問題。
根據本發明的一個方面，提供了一種虛擬現實設備的光學系統，該虛擬現實設備的光學系統包括光學單元，每個光學單元包括從人眼側開始依次包括吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡，其中，
所述吸收式偏振器件、顯示屏、1/8波片、1/4波片均為光學透明元件，所述顯示屏發出的光線為線性偏振光。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述人眼、吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡的光軸都在同一條直線上。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述吸收式偏振器件側發出的第一線性偏振光被所述吸收式偏振器件吸收。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/8波片側發出的第一線偏振光在第一次經過1/8所述波片時，第一線性偏振光被轉化為橢圓偏振光后，所述橢圓偏振光被所述反射鏡反射后，再次經過所述1/8波片時，再被轉化為圓偏振光，與所述吸收式偏振器件通光方向一致的圓偏振光的分量，通過所述吸收式偏振器件后，射入人眼；與述吸收式偏振器件通光方向不一致的圓偏振光的分量，被所述吸收式偏振器件吸收。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/4波片側發出的第一線性偏振光在第一次經過1/4波片時，第一線性偏振光被轉化為圓偏振光，所述圓偏振光被所述反射鏡反射后，再次經過所述1/4波片時，再被轉化為第二線性偏振光，所述第二線性偏振光與所述吸收式偏振器件通光方向一致，所述第二線性偏振光完全通過所述吸收式偏振器件后，射入人眼。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述1/8和/或1/4波片為復合波片或零級波片。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述1/8和/或1/4波片為消除色差的波片。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述吸收式偏振器件貼合于所述顯示屏的靠近人眼側表面，所述1/8或1/4波片貼合于所述顯示屏的遠離人眼側表面。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述反射鏡為球面鏡或非球面鏡。
進一步的，上述虛擬現實設備的光學系統中，所述光學系統包括對稱的左右眼兩個所述光學單元，每個光學單元的吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡的光軸重合，作為每個光學單元的光軸，所述左右眼光學單元的光軸分別向遠離對方的方向偏轉預設角度。
與現有技術相比，本發明通過將透明顯示屏設置在反射鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側分別設置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設置為透明，能使虛擬的內容經反射后成虛像被人眼所看到，顯示屏于人眼側的一面(顯示屏的正面)發出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于的遠離人眼側的一面(顯示屏的背面)發出的線性偏振光依次經過1/8或1/4波片透射、反射鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進入人眼，從而擴大了視場角度，包括擴大垂直和水平方向視場角。同時，因為反射式設計，不同波長的光線在反射鏡表面反射，光線在材料表面反射，光學系統的色差小，可以避免折射式光學系統中因為材料本身的色散帶來的整個系統的色差，同樣是由于采用了反射式結構，相比較于半反半透鏡只能利用能量的部份，本發明的能量利用率更高，也避免了半反半透鏡存在雜散光的問題。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：
圖1示出本發明一實施例的一種虛擬現實設備的光學系統示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
如圖1所示，本發明提供一種虛擬現實設備的光學系統，包括光學單元，每個光學單元從人眼1側開始依次包括吸收式偏振器件2、顯示屏3、1/8或1/4波片4和反射鏡5，其中，
所述吸收式偏振器件2、顯示屏3、1/8波片、1/4波片4(相位延遲片)均為光學透明元件，所述顯示屏3發出的光線為線性偏振光。在此，本實施例通過將透明顯示屏設置在反射鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側分別設置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設置為透明，能使虛擬的內容經反射后成虛像被人眼所看到，顯示屏于人眼側的一面(顯示屏的正面)發出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于的遠離人眼側的一面(顯示屏的背面)發出的線性偏振光依次經過1/8或1/4波片透射、反射鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進入人眼，從而擴大了視場角度，包括擴大垂直和水平方向視場角。同時，因為反射式設計，不同波長的光線在反射鏡表面反射，光線在材料表面反射，光學系統的色差小，可以避免折射式光學系統中因為材料本身的色散帶來的整個系統的色差，同樣是由于采用了反射式結構，相比較于半反半透鏡只能利用能量的部份，本發明的能量利用率更高，也避免了半反半透鏡存在雜散光的問題。
具體來說，如圖1所示，從顯示屏3發出的光線不會直接傳播入人眼，但需要讓顯示屏3發出的并從反射鏡5反射回來的光可以透過顯示屏4，進入人眼1，即，需要把從顯示屏直接射向人眼的光吸收，因為這一部分為雜散光，另外，需要讓被反射鏡反射回來的光線透過，這樣人眼才可觀察到顯示屏上內容成的放大的虛像，而不會直接看到屏上的內容，為此在屏的前側加了吸收式偏振光2，這樣顯示屏3直接發出的朝人眼側的光線就會被吸收，而被反射回來的光線因為有波片4的緣故，偏振方向發生了改變，偏振方向發生改變的光可以透過該吸收式偏振片2，從而擴大了視場角。
本發明中，因為只考慮反射，故光線只在鏡面表反就被反射走了,所以對于反射鏡的基底不作要求,例如反射鏡5背面的面型,可以任意面型，如平面、曲面、異型都可以。對于反射鏡5的材料也比較寬松，只要是適合鍍膜和成型的都可以，可以是塑料也可以是金屬，但不能透光，總之要完全隔斷現實中的自然光，圖1中沒有畫基底，只畫了反射面。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述吸收式偏振器件2、顯示屏3、1/8波片4、1/4波片4的外形可為長方體或者立方體，在面型上可為對稱結構，但外形可以不是對稱結構。反射透射分光鏡5的面型可為旋轉對稱結構，旋轉對稱結構比較好加工，當然非旋轉的對稱結構也可以。。本實施例各元件在面型上都是對稱的結構，加工簡單、精度要求低，安裝要求低。另外，本發明的顯示屏的實際外形可以是任意形狀，如矩形、圓形、異形等。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述人眼、吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡的光軸都在同一條直線上，更加容易平衡光學像差，加工簡單、精度要求低，安裝要求低。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交。在此，當所述吸收式偏振器件的通光方向與所述第一線性偏振光的偏振方向正交，從顯示屏正面發出的第一線性偏振光可以被所述吸收式偏振器件全部吸收，從顯示屏正面發出的全部光線都不會射入人眼，這樣的吸收效果最好。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，如圖1所示，所述顯示屏3發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏3于所述吸收式偏振器件2側發出的第一線性偏振光被所述吸收式偏振器件3吸收。在此，為了不讓顯示屏發出的光直接進入人眼，這里利用不同入射角度帶來的相位延遲差而產生的與吸收式偏振器件通光方向不一致的光線，可以被顯示屏前側的吸收式偏振器件吸收的原理，讓所述吸收式偏振器件吸收由顯示屏正面發出的光線，大大降低了雜光的影響，以便后續讓顯示屏背面的光線經反射擴大角度后，再進入人眼，避免如果沒有所述吸收式偏振器件，人眼將直接看到顯示屏的圖像的問題，如果人眼直接看到顯示屏的圖像，首先由于人眼與顯示屏離得太近，人眼無法看清顯示屏的圖像，其次，顯示屏的圖像沒有進行放大，根本不會有擴大視場角的效果，所以本發明采用顯示屏背面的光線經反射擴大角度后的反射像，人眼可以看到由顯示屏被反射回來的放大的虛像。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，當采用1/8波片時，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/8波片側發出的第一線性偏振光在第一次經過1/8所述波片時，第一線性偏振光被轉化為橢圓偏振光后，所述橢圓偏振光被所述反射鏡反射后，再次經過所述1/8波片時，再被轉化為圓偏振光，與所述吸收式偏振器件通光方向一致的圓偏振光的分量通過所述吸收式偏振器件后，射入人眼，從而實現視場角的擴大；與所述吸收式偏振器件通光方向不一致的圓偏振光的分量被所述吸收式偏振器件吸收，消除人眼雜光。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，當采用1/4波片時，所述顯示屏發出的光線為第一線性偏振光，所述顯示屏于所述1/4波片側發出的第一線性偏振光在第一次經過1/4波片時，第一線性偏振光被轉化為圓偏振光，所述圓偏振光被所述反射鏡反射后，再次經過所述1/4波片時，再被轉化為第二線性偏振光，所述第二線性偏振光與所述吸收式偏振器件通光方向一致，所述第二線性偏振光完全通過所述吸收式偏振器件后，射入人眼，從而實現視場角的擴大。在此，為了區分不同的線性偏振光的偏振方向，將兩種不同的偏振方向的線性偏振光分別稱為第一線性偏振光和第二線性偏振光，第一線性偏振光的偏振方向與第二線性偏振光的偏振方向正交，所述第二線性偏振光與所述吸收式偏振器件的通光方向一致，所述第二線性偏振光完全通過所述吸收式偏振器件，不會有部分被吸收式偏振器件吸收的情況，所以相比于上一實施例的1/8波片，本實例采用1/4波片，能量利用率會更高。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述1/8波片可為復合波片或零級波片，所述1/4波片可為復合波片或零級波片，從而滿足各種應用需求。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述1/8和/或1/4波片為消除色差的波片，從而能夠在擴大視場角的同時，更好地消除色差。所述消除色差的波片可以是復合波片或零級波片。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，如圖1所示，所述吸收式偏振器件2貼合于所述顯示屏3的靠近人眼側表面，所述1/8或1/4波片4貼合于所述顯示屏3的遠離人眼側表面，因為，所述吸收式偏振器件和所述1/8或1/4波片很薄，采用貼合的方式，可以方便安裝。當然，所述吸收式偏振器件也可不貼合而是緊鄰于所述顯示屏的靠近人眼側表面，所述1/8或1/4波片也可不貼合而是緊鄰于所述顯示屏的遠離人眼側表面。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述反射鏡的作用是將從顯示屏上發出的光線反射，同時使現實中的光可以透射進入人眼，如圖1所示，所述反射鏡為可為曲面反射鏡，例如，可以是球面鏡或非球面鏡。其中，非球面鏡像差矯正效果更好，采用哪種面型的反射鏡可取決于具體光學設計要求。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述光學系統包括對稱的左右眼兩個所述光學單元，每個光學單元的吸收式偏振器件、顯示屏、1/8或1/4波片和反射鏡的光軸重合即都在同一條直線上，作為每個光學單元的光軸，所述左右眼光學單元的光軸分別向遠離對方的方向偏轉預設角度。本實施例中，使用兩塊分離的光學單元，而且光學單元之間成一定的角度，顯光學單元分別向兩側傾斜，由于所述左右眼光學單元的光軸分別向遠離對方的方向偏轉預設角度，可以讓光學系統的整體視場角變大，左眼左側可以看到更寬的角度，右眼右側同樣可以看到更寬的角度，同時會避免鏡片與人鼻子的干涉，實現比現有的虛擬現實設備具有更寬的整體視場角，用戶使用時，左右眼可以感覺到余光視覺的存在，提升了用戶使用虛擬現實設備時的沉浸感，另外，所述左右眼光學單元的光軸分別向遠離對方的方向偏轉預設角度時，需要對圖像作分塊處理。
本發明一實施例的虛擬現實設備的光學系統中，所述預設角度小于等于30度，在此，將所述左右眼光學單元的光軸由原來的與人眼正視方向平行的方向分別向遠離對方的方向偏轉小于等于30度，即左眼視場中心即左眼光軸由人眼正視方向向左側偏轉小于等于30度，右眼視場中心即右眼光軸由人眼正視方向向右側偏轉小于等于30度，從而能夠滿足用戶左右眼感覺到余光視覺的存在的需求。
綜上所述，本發明通過將透明顯示屏設置在反射鏡和人眼之間，并且在顯示屏的兩側分別設置偏振器件和1/8或1/4波片，顯示屏設置為透明，能使虛擬的內容經反射后成虛像被人眼所看到，顯示屏于人眼側的一面(顯示屏的正面)發出的線性偏振光可以被吸收式偏振器件吸收，不進入人眼，有效的隔斷了雜散光，顯示屏于的遠離人眼側的一面(顯示屏的背面)發出的線性偏振光依次經過1/8或1/4波片透射、反射鏡反射、1/8或1/4波片透射、顯示屏透射、吸收式偏振器件透射后，進入人眼，從而擴大了視場角度，包括擴大垂直和水平方向視場角。同時，因為反射式設計，不同波長的光線在反射鏡表面反射，光線在材料表面反射，光學系統的色差小，可以避免折射式光學系統中因為材料本身的色散帶來的整個系統的色差，同樣是由于采用了反射式結構，相比較于半反半透鏡只能利用能量的部份，本發明的能量利用率更高，也避免了半反半透鏡存在雜散光的問題。
顯然，本領域的技術人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權利要求及其等同技術的范圍之內，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內。
對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化涵括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除復數。裝置權利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。