ES3005757T3 - Short-distance optical amplification module, amplification method and amplification system - Google Patents
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Abstract
Un módulo de amplificación óptica de corta distancia, un método de amplificación y un sistema de amplificación. El módulo comprende una primera película de retardo de fase (2), una lente de imagen (4), una segunda película de retardo de fase (5) y una película polarizadora de reflexión (6). La primera película de retardo de fase (2) está dispuesta en la trayectoria de transmisión de una imagen óptica con una primera dirección de polarización lineal, la lente de imagen (4) está dispuesta en la trayectoria de transmisión de una imagen óptica con una dirección de polarización elíptica o circular, y la segunda película de retardo de fase (5) está dispuesta a un lado de una segunda cara óptica de la lente de imagen. La segunda dirección de polarización lineal es ortogonal a la primera. Mediante la primera película de retardo de fase (2), la lente de imagen (4), la segunda película de retardo de fase (5) y la película polarizadora de reflexión (6), la imagen óptica se refleja en la trayectoria de transmisión de la película polarizadora de reflexión (6) y, a continuación, se amplía en la lente de imagen (4). De este modo, no sólo la imagen óptica satisface el requisito de una ampliación óptica, sino que también la película de retardo de segunda fase (5) y la película polarizadora de tipo reflexión (6) están dispuestas para adherirse entre sí, reduciendo así aún más el tamaño y el volumen de un módulo óptico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo de amplificación óptica de corta distancia, método de amplificación y sistema de amplificación
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a aparatos ópticos y, en particular, a un módulo de amplificación óptica de corta distancia, un método de amplificación y un sistema de amplificación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la estructura de un módulo de amplificación óptica del estado de la técnica, para cumplir el requisito de calidad de imagen del módulo de amplificación óptica, el módulo incluye generalmente una pluralidad de dispositivos ópticos. Como cada dispositivo óptico requiere un cierto espacio de montaje, el módulo de amplificación óptica formado por la pluralidad de dispositivos ópticos a menudo tiene un gran tamaño y un gran volumen, lo que en particular no puede satisfacer los requisitos de visualización en poco espacio y alta amplificación de un dispositivo portátil inteligente de realidad virtual (VR).
El documento US 20020159150 A1 divulga un dispositivo óptico colimador que utiliza un divisor de haz reflectante en forma de divisor de haz polarizador lineal para lograr un campo de visión amplio. Una forma del dispositivo óptico colimador de gran angular incluye, en orden desde una fuente de imagen, un primer polarizador lineal absorbente; una primera placa de cuarto de onda; un doblete óptico que incluye un singlete plano-cóncavo, un singlete plano-convexo cuya superficie convexa tiene la misma curvatura que la curvatura de la superficie cóncava, y un primer divisor de haz reflectante que une la superficie cóncava del singlete plano-cóncavo con la superficie convexa del singlete plano-convexo; una segunda placa de cuarto de onda; y un segundo divisor de haz reflectante. Uno de los divisores de haz reflectante es un divisor de haz de polarización lineal, preferiblemente un polarizador de rejilla de alambre.
El documento US 2012/0147465 A1 divulga un aparato de formación de imágenes colimador que comprende un primer polarizador lineal. Una primera placa de cuarto de onda está dispuesta adyacente al primer polarizador y tiene sus ejes rápido y lento sustancialmente a 45° con respecto al plano de polarización del primer polarizador. El aparato comprende además un espejo curvado de división de haz que tiene una superficie convexa adyacente el primer polarizador y orientada hacia la primera placa de cuarto de onda, una segunda placa de cuarto de onda adyacente la lado cóncavo del espejo curvado, la segunda placa de cuarto de onda teniendo sus ejes rápido y lento orientados con respecto a los ejes correspondientes de la primera placa de cuarto de onda en ángulos sustancialmente iguales a un primer múltiplo integral de 90°, y un miembro de polarización reflectante-transmisivo adyacente a la segunda placa de cuarto de onda. Un segundo polarizador lineal es adyacente al miembro de polarización reflectantetransmisivo, el segundo polarizar lineal: teniendo su plano de polarización orientado con respecto al plano de polarización del primer polarizador lineal en un ángulo sustancialmente igual a un segundo múltiplo integral de 90°, ambos de los múltiplos siendo pares o ambos siendo impares.
El documento EP 1024388 A2 divulga un sistema de visualización multi-longitud de onda compacto y ligero que puede usarse como ocular de colimación. El sistema utiliza un elemento óptico selectivo de polarización, o elemento PS, que refleja un estado de polarización lineal mientras transmite radiación del estado de polarización lineal ortogonal. El elemento PS se usa en combinación con una placa de cuarto de onda y un elemento óptico, el elemento óptico incluyendo una superficie parcialmente reflectante. El elemento óptico puede ser un elemento único o un doblete óptico. En esta última configuración, la superficie parcialmente reflectante se encuentra en la interfaz entre los dos singletes que comprenden el doblete. El sistema también incluye una fuente de imagen que, sola o en combinación con otros elementos ópticos, produce luz polarizada circularmente del sentido rotatorio deseado.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Las realizaciones de la presente invención proporcionan un módulo de amplificación óptica de corta distancia y un método de amplificación como se expone en la reivindicación principal 1 y 6, resolviendo de este modo el problema del gran tamaño estructural del módulo de amplificación óptica existente.
La invención tiene los siguientes efectos beneficiosos:
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con la invención, mediante la primera placa de retardo de fase, la lente de formación de imágenes, la segunda placa de retardo de fase y la placa de polarización de tipo reflectante, puede amplificarse una imagen óptica en la lente de formación de imágenes después de que sea reflejada por la placa de polarización de tipo reflectante en la trayectoria de transmisión. No sólo la imagen óptica puede cumplir el requisito de ampliación óptica, sino que también la segunda placa de retardo de fase y la placa de polarización de tipo reflectante pueden disponerse para que se adhieran entre sí, reduciendo de este modo aún más el tamaño y el volumen de un módulo óptico.
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con la invención, la segunda placa de retardo de fase y la lente de formación de imágenes están dispuestas para que se adhieran entre sí. La distancia entre la segunda placa de retardo de fase y la placa de polarización reflectante puede reducirse sin afectar a la trayectoria óptica, y el tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica de corta distancia pueden reducirse aún más.
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con la invención, un lado de la lente de formación de imágenes es la segunda superficie óptica, de modo que la segunda superficie óptica puede adherirse a la segunda placa de retardo de fase, y la segunda placa de retardo de fase está a su vez adherida a la placa de polarización reflectante, por lo que el tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica de corta distancia pueden reducirse aún más. Además, un lado de la lente de formación de imágenes está dispuesto como la segunda superficie óptica, de tal manera que disminuye el grado de dispersión cromática de una luz polarizada cuando la lente de formación de imágenes es la primera superficie óptica, mejorando de este modo la definición de la imagen óptica. En comparación con la primera superficie óptica, el proceso de acabado del espejo y la dificultad del proceso de la segunda superficie óptica serán menores, y el coste de fabricación será pequeño.
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con la invención, se añade además una placa de polarización de tipo absorbente en el lado exterior de la placa de polarización reflectante. La placa de polarización de tipo absorbente puede absorber la luz del exterior y evitar que se vea una imagen de reflexión del exterior, evitando de este modo que la luz ambiental interfiera en la imagen óptica. Además, la placa de polarización de tipo absorbente, la placa de polarización de reflexión y la segunda placa de retardo de fase están dispuestas para que se adhieran entre sí, y la pantalla de visualización óptica y la primera placa de retardo de fase están dispuestas para que se adhieran entre sí, por lo que el volumen y el tamaño del módulo de amplificación óptica pueden reducirse aún más, y puede simplificarse el montaje.
En el método de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con la invención, una imagen óptica se amplifica transmisivamente a través de la lente de formación de imágenes y luego se refleja en la placa de polarización de tipo reflectante. Cuando la imagen óptica reflejada pasa de nuevo a través de la lente de formación de imágenes, se amplifica en la primera superficie óptica por segunda vez, y la dirección de polarización se convierte de una dirección de polarización elíptica o circular en una dirección de polarización lineal no secundaria. Finalmente, se introduce en los ojos humanos a través de la placa de polarización de tipo reflectante. Mediante la doble reflexión de la imagen óptica en el módulo de amplificación óptica, no sólo puede ampliarse el ángulo visual, sino también reducirse el tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica.
En un sistema de amplificación óptica de corta distancia no de acuerdo con la invención, el módulo de amplificación óptica de corta distancia es una estructura óptica multicapa formada por una primera capa de retardo de fase, una capa de lente de formación de imágenes, una segunda capa de retardo de fase y una capa de polarización de tipo reflectante. El tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica se reducen considerablemente sin afectar a la calidad de la formación de imagen óptica, se reduce el peso y se mejora la comodidad de llevar gafas VR que emplean el componente de amplificación óptica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para ilustrar con más claridad las soluciones técnicas de las realizaciones de la invención o del estado de la técnica, se presentarán brevemente a continuación los dibujos necesarios en la descripción de las realizaciones o del estado de la técnica. Aparentemente, los dibujos en la descripción siguiente son sólo algunas realizaciones de la invención, y también pueden obtenerse otros dibujos por los expertos en la técnica de acuerdo con estos dibujos sin trabajo creativo.
La Fig. 1 es una representación estructural de un módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con un ejemplo, que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones;
La Fig. 2 es una representación estructural de otro módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con un ejemplo, que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones;
La Fig. 3 es un diagrama esquemático que muestra la transmisión de una imagen óptica en una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica de una lente de formación de imágenes, respectivamente;
La Fig. 4 es una representación estructural de otro módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con un ejemplo, que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones;
La Fig. 5 es una representación estructural de otro módulo de amplificación óptica de corta distancia más de acuerdo con una realización de la invención, en donde no se muestran la pantalla (1) ni el dispositivo óptico (3); La Fig. 6 es un diagrama de flujo de un método de amplificación óptica a corta distancia de acuerdo con un ejemplo, que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones;
La Fig. 7 es un diagrama de flujo de otro método de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con una realización de la invención;
La Fig. 8 es una representación estructural de un sistema de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con una realización de la invención, en donde no se muestra el dispositivo óptico (3); y
La Fig. 9 es una representación estructural de otro sistema de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con una realización de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
Para que un experto en la técnica comprenda mejor las soluciones técnicas de la invención, se describirán a continuación las soluciones técnicas en las realizaciones de la invención clara y completamente junto con los dibujos en los ejemplos, que no entran dentro del alcance de las reivindicaciones, así como las realizaciones de la invención.
Un módulo de amplificación óptica de corta distancia, como se muestra en la Fig. 1, incluye una primera placa de retardo de fase 2, una lente de formación de imágenes 4, una segunda placa de retardo de fase 5 y una placa de polarización de tipo reflectante 6 que están dispuestas sucesivamente, en donde, la primera placa de retardo de fase 2 está dispuesta en una trayectoria de transmisión de una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal y está configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica desde la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular. La imagen óptica se refiere a la luz o luz polarizada emitida desde el lado de la fuente de luz.
La lente de formación de imágenes 2 está dispuesta en una trayectoria de transmisión de una imagen óptica que tiene una dirección de polarización elíptica o circular. La lente de formación de imágenes 2 tiene una primera superficie óptica adyacente a la primera placa de retardo de fase y una segunda superficie óptica opuesta a la primera superficie óptica, la primera superficie óptica siendo una superficie óptica transflectiva, y la lente de formación de imágenes está configurada para amplificar una imagen óptica que pasa a través de la primera superficie óptica, dicha amplificación se denomina amplificación de la primera vez.
En donde, en este ejemplo, la primera superficie óptica es una superficie curvada, la segunda superficie óptica es una superficie plana, y el centro de curvatura de la primera superficie óptica y la segunda superficie óptica están situados en el mismo lado de la primera superficie óptica.
La segunda placa de retardo de fase 5 está dispuesta en un lado de la segunda superficie óptica de la lente de formación de imágenes 4 y está configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la dirección de polarización elíptica o circular en una segunda dirección de polarización lineal. Además, la segunda dirección de polarización lineal es ortogonal a la primera dirección de polarización lineal.
La placa de polarización de tipo reflectante 6 está adherida a la segunda placa de retardo de fase 5, y la placa de polarización de tipo reflectante 6 tiene una dirección de transmisión consistente con la primera dirección de polarización lineal.
En donde, la imagen óptica pasa sucesivamente a través de la primera placa de retardo de fase 2, la lente de formación de imágenes 4, la segunda placa de retardo de fase 5 y la placa de polarización de tipo reflectante 6. Además, la placa de polarización de tipo reflectante 6 está configurada además para reflejar una imagen óptica que tiene una segunda dirección de polarización lineal que se transmite desde la segunda placa de retardo de fase 5, y la lente de formación de imágenes 4 está configurada para amplificar la imagen óptica reflejada por la placa de polarización de tipo reflectante 6, en donde dicha amplificación se denomina amplificación de segunda vez. La segunda placa de retardo de fase 5 está configurada además para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica amplificada por segunda vez en una dirección de polarización lineal no secundaria, haciendo pasar de este modo una imagen óptica que tiene la dirección de polarización lineal no secundaria a través de la placa de polarización de tipo reflectante 6.
En donde, la dirección de polarización lineal no secundaria es preferiblemente la primera dirección de polarización lineal.
La primera placa de retardo de fase 2, la segunda placa de retardo de fase 5 y la placa de polarización reflectora 6 de este ejemplo pertenecen todas al estado de la técnica. Cada vez que una imagen óptica pasa a través de una placa de retardo de fase, puede añadirse un cierto grado de retardo de fase. Una placa de polarización reflectante puede transmitir una luz polarizada linealmente con una dirección de polarización consistente con la dirección de transmisión de la misma, pero reflejar totalmente una luz polarizada linealmente con una dirección de polarización ortogonal a la dirección de transmisión de la misma, y transmitir parcialmente una luz polarizada circularmente o una luz polarizada elípticamente con un cierto retardo de fase. En los dos lados de la lente de formación de imágenes 4, el lado adyacente a la primera placa de retardo de fase 2 es la primera superficie óptica, y el lado adyacente a la segunda placa de retardo de fase 5 es la segunda superficie óptica, en donde la primera superficie óptica es una superficie óptica transflectiva, por la que puede reflejarse cierta proporción de luz, y puede transmitirse la proporción restante de luz.
A continuación se presenta el principio operativo del módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con este ejemplo.
En el lado adyacente a la fuente de luz (el lado más a la derecha en la Fig. 1), después de que una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal (en este ejemplo, la dirección paralela a la dirección del papel) pasa a través de la primera placa de retardo de fase 2, la dirección de polarización de la imagen óptica se cambia en una dirección de polarización elíptica con retardo de fase o en una dirección de polarización circular. Especialmente, cuando la primera placa de retardo de fase 2 es una placa de 1/4 de onda, la dirección de polarización de la imagen óptica transmitida cambiará en una dirección de polarización circular después de pasar a través de la primera placa de retardo de fase 2, y luego se transmitirá al pasar a través de la primera superficie óptica de la lente de formación de imágenes, de tal manera que la imagen óptica se amplificará transmisivamente. Esta amplificación es una amplificación pequeña. La dirección de polarización de la imagen óptica transmitida se convertirá de la dirección de polarización elíptica o circular en una segunda dirección de polarización lineal (en este ejemplo, vertical a la dirección del papel) después de pasar a través de la segunda placa de retardo de fase 5. La segunda dirección de polarización lineal es ortogonal a la primera dirección de polarización lineal. En este ejemplo, la dirección de una luz polarizada rotada por la primera placa de retardo de fase 2 es consistente con la rotada por la segunda placa de retardo de fase 5 (es decir, la primera placa de retardo de fase 2 y la segunda placa de retardo de fase 5 son ambas placas de retardo del lado izquierdo o del lado derecho).
Después de alcanzar la placa de polarización de tipo reflectante 6, la imagen óptica que tiene una segunda dirección de polarización lineal se reflejará por completo. Después de que la imagen óptica reflejada pase de nuevo a través de la segunda placa de retardo de fase 5, la dirección de polarización se convertirá de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular. Especialmente, cuando la segunda placa de retardo de fase 5 es una placa de 1/4 de onda, después de pasar a través de la segunda placa de retardo de fase 5, la dirección de polarización de la imagen óptica reflejada se cambiará en una dirección de polarización circular.
La luz se reflejará y amplificará con una cierta relación de energía cuando la imagen óptica pase de nuevo a través de la primera superficie óptica de la lente de formación de imágenes 4 y se refleje, y esta amplificación es una amplificación grande. La imagen óptica amplificada considerablemente pasa de nuevo a través de la segunda placa de retardo de fase 5, y la dirección de polarización de la misma se cambia en una dirección de polarización lineal no secundaria (preferiblemente, la primera dirección de polarización lineal). Especialmente, cuando la primera placa de retardo de fase 2 es una placa de 1/4 de onda, la dirección de polarización de la imagen óptica se cambia a la primera dirección de polarización lineal después de pasar de nuevo a través de la primera placa de retardo de fase 2. Como la placa de polarización de tipo reflectante 6 tiene una dirección de transmisión consistente con la primera dirección de polarización lineal, la imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal entrará en la vista de un espectador a través de la placa de polarización reflectante 6, de tal manera que puede realizarse una gran amplificación de la luz en una distancia corta (menos de 5 cm).
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con una realización de la invención, mediante la primera placa de retardo de fase, la lente de formación de imágenes, la segunda placa de retardo de fase y la placa de polarización de tipo reflectante, se puede amplificar una imagen óptica en la lente de formación de imágenes después de ser reflejada por la placa de polarización de tipo reflectante en la trayectoria de transmisión. No sólo la imagen óptica puede cumplir el requisito de ampliación óptica, sino que también la segunda placa de retardo de fase y la placa de polarización de tipo reflectante pueden disponerse para que se adhieran entre sí, reduciendo de este modo aún más el tamaño y el volumen de un módulo óptico.
En un ejemplo preferido, que no entra en el alcance de las reivindicaciones, la dirección de polarización lineal no secundaria es la primera dirección de polarización lineal, de tal manera que la dirección de polarización de la imagen óptica se cambia de nuevo a la primera dirección de polarización lineal después de pasar a través de la segunda placa de retardo de fase con el fin de garantizar que la imagen óptica se refleje totalmente al llegar a la placa de polarización de tipo reflectante por primera vez. Es decir, en este momento, la dirección de polarización de la imagen óptica se cambia a una segunda dirección de polarización lineal que es ortogonal a la primera dirección de polarización lineal, y la diferencia de trayectoria óptica de la imagen óptica después de pasar a través de la primera placa de retardo de fase 2 y la segunda placa de retardo de fase 4 es
donde n es un número entero.
Además, la segunda placa de retardo de fase 5 y la placa de polarización reflectante 6 pueden disponerse para que se adhieran entre sí, por lo que puede reducirse la trayectoria de transmisión de la luz polarizada en la segunda placa de retardo de fase 5 y la placa de polarización reflectante 6. La distancia entre la segunda placa de retardo de fase y la placa de polarización reflectante puede reducirse sin afectar a la trayectoria óptica y, por lo tanto, pueden reducirse aún más el tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica de corta distancia.
Como se muestra en la Fig. 2, para reducir aún más el tamaño y el volumen del componente de amplificación óptica, la segunda placa de retardo de fase se adhiere a la segunda superficie óptica de la lente de formación de imágenes. El lado de la lente de formación de imágenes 4 (lente curvada transflectiva 4) que es adyacente a la segunda placa de retardo de fase 5 se proporciona como la segunda superficie óptica, y la superficie plana puede adherirse a la segunda placa de retardo de fase 5. En general, la superficie de espejo de la lente de formación de imágenes 4 es una curvatura de arco circular. En este ejemplo, que no entra en el alcance de las reivindicaciones, el lado de la lente de formación de imágenes 4 adyacente a la segunda placa de retardo de fase 5 se proporciona como superficie plana. Por un lado, puede observarse que la segunda placa de retardo de fase 5 y la lente de formación de imágenes 4 están adheridas entre sí, la distancia entre los dos componentes ópticos se acorta aún más y se reduce el tamaño del módulo de amplificación óptica. Por otro lado, como se muestra en la Fig. 3, si los dos lados de la lente de formación de imágenes 4 son superficies curvadas, una superficie curvada demasiado grande provocará dispersión cromática a la luz, y por lo tanto se verá afectado el efecto visual de formación de imágenes; o, si la curvatura de la superficie curvada es pequeña, se reducirá la trayectoria óptico, y se verá afectad el efecto de amplificación o. Por lo tanto, al proporcionar un lado de la lente de formación de imágenes 4 de acuerdo con este ejemplo como una superficie plana, puede reducirse el grado de dispersión cromática en la superficie curvada, o puede aliviarse el problema de la pequeña amplificación en la trayectoria óptica provocado por una pequeña curvatura, por lo que la refracción o reflexión de la luz en el módulo óptico puede hacerse más estable, y no se verá afectado el efecto de formación de imágenes de la trayectoria óptica.
Además, para el proceso de producción, un lado de la lente curvada transflectiva de acuerdo con este ejemplo es una superficie plana, y en comparación con la lente de formación de imágenes existente en la que ambos lados son superficies curvadas, la dificultad de fabricación de una superficie plana es menor que la de una superficie curvada, y en consecuencia, también se reduce el coste de fabricación, y por lo tanto puede mejorarse la eficiencia de la producción.
Como se muestra en la Fig. 2, el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con esta solución incluye además una placa de polarización de tipo absorbente 7, en donde la placa de polarización de tipo absorbente 7 está dispuesta en un lado de la placa de polarización reflectante 6 que está orientada en dirección opuesta a la lente de formación de imágenes 4. Además, la placa de polarización de tipo absorbente 7 puede estar adherida a la placa de polarización reflectante 6, y la dirección de transmisión de la placa de polarización de tipo absorbente 7 es consistente con (paralela a) la de la placa de polarización de tipo absorbente 7.
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con la invención, puede añadirse una placa de polarización de tipo absorbente en el lado exterior de la placa de polarización reflectante, y la dirección de transmisión de la placa de polarización de tipo absorbente está dispuesta en paralelo a la de la placa de polarización reflectante. Es decir, una luz polarizada emitida desde la placa de polarización reflectante puede pasar directamente a través de la placa de polarización de tipo absorbente. La luz ambiente es absorbida por la placa de polarización de tipo absorbente. Por lo tanto, puede evitarse que se vea una imagen de reflexión del exterior y se evita la interferencia de la luz exterior en la pantalla. Además, al adherir la placa de polarización de reflexión y la segunda placa de retardo de fase entre sí, puede reducirse la pérdida de luz, puede reducirse aún más el volumen y el tamaño y puede simplificarse el ensamblaje.
Cuando el módulo de amplificación óptica de corta distancia anterior de acuerdo con el ejemplo anterior se aplica a un dispositivo de VR, por ejemplo, unas gafas de VR:
Como se muestra en la Fig. 4, el módulo de amplificación óptica de corta distancia incluye además una pantalla de visualización óptica 1. La pantalla de visualización óptica 1 está dispuesta en un lado de la primera placa de retardo de fase 2 que está orientada opuesta a la lente curvada transflectiva 4 y está configurada para generar una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal. Además, la pantalla de visualización óptica está adherida a la primera placa de retardo de fase 2.
Para el módulo de amplificación óptica de corta distancia de este ejemplo, que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones, debido a que la pantalla de visualización óptica 1 está adherida a la primera placa de retardo de fase 2 y la segunda placa de retardo de fase 5 está adherida a la placa de polarización reflectante 6, se reducen respectivamente dos conjuntos de distancias. Cuando una parte de los componentes del módulo óptico se adhieren entre sí sin afectar a la transmisión de la trayectoria óptica, puede reducirse considerablemente el tamaño del módulo óptico. Cuando se aplica a las gafas VR el módulo de amplificación óptica de corta distancia, pueden reducirse el tamaño y el grosor de las gafas VR, y el volumen puede disminuir, por lo que puede aproximarse al tamaño de las gafas ordinarias, y puede mejorarse la comodidad de un usuario que lleva las gafas VR.
La primera superficie óptica de la lente de formación de imágenes 4 anterior es una superficie óptica transflectiva, es decir, una superficie óptica 50% transmisiva y 50% reflectante. La pantalla de visualización óptica 1 puede ser una pantalla de visualización de alta resolución de tipo mínimo. En el caso de que se seleccione una pantalla de visualización de alta resolución de tipo mínimo, puede obtenerse un efecto de visualización de gran campo visual y alta resolución con un volumen pequeño.
En el módulo de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con este ejemplo, la segunda placa de retardo de fase 5, la placa de polarización reflectante 6 y la placa de polarización de tipo absorbente están dispuestas para que se adhieran entre sí sucesivamente, y la pantalla de visualización óptica 1 y la primera placa de retardo de fase 2 también están dispuestas para que se adhieran entre sí. Como resultado, en comparación con un módulo de amplificación óptica de corta distancia antes de la adhesión, pueden reducirse considerablemente el tamaño y el volumen de un módulo de amplificación óptica de corta distancia después de la adhesión. Además, la placa de polarización de tipo absorbente añadida puede absorber la luz del exterior e impedir que se vea una imagen reflejada del exterior, evitando de este modo la interferencia de la luz ambiente en la pantalla.
Además, en el módulo de amplificación óptica, puede añadirse un dispositivo óptico 3 que no afecte al retardo de fase de la luz, según sea necesario, entre dos adyacentes cualesquiera de la pantalla de visualización óptica 1, la primera placa de retardo de fase 2, la lente de formación de imágenes 4, la segunda placa de retardo de fase 5 y la placa de polarización reflectante 6. Preferiblemente, como se muestra en la Fig. 4, puede añadirse un módulo óptico 3 para corregir el cambio de tono entre la primera placa de retardo de fase 2 y la lente de formación de imágenes 4 para reforzar la utilidad del módulo de amplificación óptica de corta distancia.
Para hacer que los ojos humanos vean una imagen en el centro axial de la placa de polarización reflectante 6, la pantalla de visualización óptica 1, la primera placa de retardo de fase 2, la lente de formación de imágenes 4, la segunda placa de retardo de fase 5, la placa de polarización reflectante 6 y la placa de polarización de tipo absorbente 7 están dispuestas coaxialmente.
El lado axial del módulo de amplificación óptica de corta distancia puede estar envuelto con un material absorbente de luz, que puede absorber la luz que finalmente no se transmite a través de la placa de polarización reflectante y se introduce en los ojos humanos y puede evitar que dicha luz afecte al resultado final de la visualización.
En referencia a la Fig. 5, en comparación con los ejemplos anteriores, esta realización difiere en que: en esta realización, la dirección de una luz polarizada rotada por la primera placa de retardo de fase 2 es opuesta a la rotada por la segunda placa de retardo de fase 5; es decir, si la primera placa de retardo de fase 2 tiene una dirección de rotación hacia la izquierda, la segunda placa de retardo de fase 5 tendrá una dirección de rotación hacia la derecha; o, si la primera placa de retardo de fase 2 tiene una dirección de rotación hacia la derecha, la segunda placa de retardo de fase 5 tendrá una dirección de rotación hacia la izquierda. Correspondientemente, en esta realización, la placa de polarización de tipo reflectante 5 tiene una dirección de transmisión ortogonal a la primera dirección de polarización lineal; la segunda placa de retardo de fase 2 está dispuesta en un lado de la segunda superficie óptica de la lente de formación de imágenes 4 y configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la dirección de polarización elíptica o circular a la primera dirección de polarización lineal.
La imagen óptica pasa sucesivamente a través de la primera placa de retardo de fase 2, la lente de formación de imágenes 4, la segunda placa de retardo de fase 5 y la placa de polarización de tipo reflectante 6. Además, la placa de polarización de tipo reflectante 6 está configurada además para reflejar la imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal que se transmite desde la segunda placa de retardo de fase 5, y la lente de formación de imágenes 4 está configurada para amplificar la imagen óptica reflejada por la placa de polarización de tipo reflectante 6, dicha amplificación se denomina amplificación de segunda vez. La segunda placa de retardo de fase 5 está configurada además para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica amplificada por segunda vez en una no primera dirección de polarización lineal, pasando de este modo la imagen óptica que tiene la no primera dirección de polarización lineal a través de la placa de polarización de tipo reflectante 6.
La no primera dirección de polarización lineal es preferiblemente una dirección ortogonal a la primera dirección de polarización lineal.
Como se muestra en la Fig. 6, correspondiente al módulo de amplificación óptica de corta distancia anterior, la divulgación proporciona además un método de amplificación óptica de corta distancia, que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones, y el método incluye los siguientes pasos
Paso S110: una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal se emite a lo largo de una trayectoria de transmisión, la dirección de polarización de la imagen óptica se convierte de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular, y la imagen óptica se amplifica transmisivamente a través de una lente de formación de imágenes.
Paso S120: la dirección de polarización de la imagen óptica se convierte de la dirección de polarización elíptica o circular en una segunda dirección de polarización lineal, la segunda dirección de polarización lineal siendo ortogonal a la primera dirección de polarización lineal.
Paso S130: la imagen óptica que tiene la segunda dirección de polarización lineal es reflejada por una placa de polarización de tipo reflectante, y la dirección de polarización de la imagen óptica es convertida de la segunda dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular, en donde, la placa de polarización de tipo reflectante tiene una dirección de transmisión consistente con la primera dirección de polarización lineal.
Paso S140: la imagen óptica reflejada que tiene una dirección de polarización elíptica o circular se amplifica reflectantemente a través de la lente de formación de imágenes, la dirección de polarización de la imagen óptica amplificada se convierte de la dirección de polarización elíptica o circular en una dirección de polarización lineal no secundaria, y la imagen óptica que tiene la dirección de polarización lineal no secundaria se hace pasar a través de la placa de polarización de tipo reflectante.
En el método de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con el ejemplo, basado en el principio de amplificación del módulo de amplificación óptica de corta distancia anterior, se combina una amplificación muy grande en un canal óptico global pequeño haciendo pleno uso de la característica de ajuste de ángulo grande (con respecto a la variación de ángulo pequeño de transmisión) de un módulo óptico reflectante, con lo que puede realizarse un efecto de ángulo visual grande para una pantalla de tipo mínimo. Considerando la baja sensibilidad a la pérdida de brillo global en la óptica de visión cercana, en el diseño óptico global de la divulgación se emplea un modo de descartar una parte de la energía de una lente de formación de imágenes, sin que afecte aparentemente al efecto de visualización final. Por lo tanto, se consigue un módulo óptico de visualización de cerca de los ojos con una amplificación alta, un grosor total pequeño y una diferencia de fase casi nula.
En el método de amplificación óptica a corta distancia de acuerdo con el ejemplo, una imagen óptica se amplifica transmisivamente a través de la lente de formación de imágenes y luego se refleja en la placa de polarización de tipo reflectante. Cuando la imagen óptica reflejada pasa de nuevo a través de la lente de formación de imágenes, se amplifica en la primera superficie óptica por segunda vez, y la dirección de polarización se convierte de una dirección de polarización elíptica o circular en una dirección de polarización lineal no secundaria, y, finalmente, se introduce en los ojos humanos a través de la placa de polarización de tipo reflectante. Mediante la doble reflexión de la imagen óptica en el módulo de amplificación óptica, no sólo puede ampliarse el ángulo visual, sino que también puede reducirse el tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica.
Como se muestra en la Fig. 7, la invención proporciona además un método de amplificación óptica de corta distancia, y el método incluye los siguientes pasos.
Paso S210: una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal se emite a lo largo de una trayectoria de transmisión, la dirección de polarización de la imagen óptica se convierte de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular, y la imagen óptica se amplifica transmisivamente a través de una lente de formación de imágenes.
Paso S220: la dirección de polarización de la imagen óptica se convierte de la dirección de polarización elíptica o circular en una primera dirección de polarización lineal.
Paso S230: la imagen óptica que tiene la primera dirección de polarización lineal se refleja a través de una placa de polarización de tipo reflectante, y la dirección de polarización de la imagen óptica se convierte de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular, en donde la placa de polarización de tipo reflectante tiene una dirección de transmisión ortogonal a la primera dirección de polarización lineal.
Paso S240: la imagen óptica reflejada que tiene una dirección de polarización elíptica o circular se amplifica reflectantemente a través de la lente de formación de imágenes, la dirección de polarización de la imagen óptica amplificada se convierte de la dirección de polarización elíptica o circular en una no primera dirección de polarización lineal, y la imagen óptica que tiene la no primera dirección de polarización lineal se hace pasar a través de la placa de polarización de tipo reflectante.
La invención proporciona además un sistema de amplificación óptica de corta distancia. Como se muestra en la Fig. 8, el sistema incluye una pantalla de visualización óptica 1 configurada para generar una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal, y un módulo de amplificación óptica de corta distancia 10, en donde, el módulo de amplificación óptica de corta distancia 10 incluye: una primera capa de retardo de fase 2, una capa de lente de formación de imágenes 4, una segunda capa de retardo de fase 5 y una capa de polarización de tipo reflectante 6, en donde:
la primera capa de retardo de fase 2 está dispuesta en una trayectoria de transmisión de una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal y está configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular;
la capa de lente de formación de imágenes 4 está dispuesta en una trayectoria de transmisión de una imagen óptica que tiene una dirección de polarización elíptica o circular y tiene una primera superficie óptica adyacente a la primera placa de retardo de fase 2 y una segunda superficie óptica opuesta a la primera superficie óptica, la primera superficie óptica siendo una superficie óptica transflectiva, y la lente de formación de imágenes 4 está configurada para amplificar una imagen óptica que pasa a través de la primera superficie óptica;
la segunda capa de retardo de fase 5 está dispuesta en un lado de la segunda superficie óptica de la lente de formación de imágenes 4 y está configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la dirección de polarización elíptica o circular en una segunda dirección de polarización lineal, en donde la segunda dirección de polarización lineal es ortogonal a la primera dirección de polarización lineal;
la capa de polarización de tipo reflectante 6 está adherida a la segunda capa de retardo de fase 5, y la capa de polarización de tipo reflectante 6 tiene una dirección de transmisión consistente con la primera dirección de polarización lineal.
La pantalla de visualización óptica 1 está dispuesta en un lado de la primera capa de retardo de fase 2 que es adyacente al módulo de amplificación óptica de corta distancia 10.
La imagen óptica pasa sucesivamente a través de la primera capa de retardo de fase, la capa de lente de formación de imágenes, la segunda capa de retardo de fase y la capa de polarización de tipo reflectante. La capa de polarización de tipo reflectante está configurada para reflejar una imagen óptica que tiene una segunda dirección de polarización lineal que se transmite desde la segunda capa de retardo de fase. La capa de lente de formación de imágenes está configurada para reflejar y amplificar de nuevo la imagen óptica reflejada por la capa de polarización de tipo reflectante. La segunda capa de retardo de fase está configurada además para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica amplificada en una dirección de polarización lineal no secundaria, pasando de este modo una imagen óptica que tiene la dirección de polarización lineal no secundaria a través de la placa de polarización de tipo reflectante.
Las posiciones estructurales y las funciones de la primera capa de retardo de fase, la capa de lente de formación de imágenes, la segunda capa de retardo de fase y la capa de polarización de tipo reflectante en el sistema de amplificación óptica de corta distancia de acuerdo con esta realización son respectivamente las mismas que las posiciones estructurales y las funciones de la primera capa de retardo de fase, la capa de lente de formación de imágenes, la segunda capa de retardo de fase y la capa de polarización de tipo reflectante en la realización anterior, y el proceso de transmisión de la imagen óptica en el módulo de amplificación óptica de corta distancia 10 es también el mismo que en el módulo de amplificación óptica de corta distancia anterior. La diferencia radica en que: en esta realización, el módulo de amplificación óptica de corta distancia es una estructura óptica multicapa que consiste en una primera capa de retardo de fase, una capa de lente de formación de imágenes, una segunda capa de retardo de fase y una capa de polarización de tipo reflectante, y el tamaño y el volumen del módulo de amplificación óptica se reducen considerablemente sin afectar a la calidad óptica de formación de imágenes, se reduce el peso y se mejora la comodidad de uso de las gafas VR que emplean el componente de amplificación óptica.
Además, como se muestra en la Fig. 8 o 9, el módulo de amplificación óptica de corta distancia 10 en el sistema de amplificación óptica incluye además una capa de polarización de tipo absorbente 7, en donde, la capa de polarización de tipo absorbente 7 está dispuesta en un lado que es adyacente a la capa de polarización reflectante 6 y está orientada opuesta a la segunda capa de retardo de fase 5, y la capa de polarización de tipo absorbente puede absorber la luz del exterior y evitar que se vea una imagen de reflexión del exterior, evitando de este modo la interferencia de la luz ambiente en la pantalla.
De acuerdo con la invención reivindicada, el sistema incluye además un dispositivo óptico 3 que no afectará al retardo de fase, en donde, el dispositivo óptico 3 está dispuesto entre dos cualesquiera de la pantalla de visualización óptica, la primera capa de retardo de fase, la capa de lente de formación de imágenes, la segunda capa de retardo de fase y la capa de polarización reflectante.
Como se muestra en la Fig. 9, el dispositivo óptico 3 que no afectará al retardo de fase está dispuesto entre la primera capa de retardo de fase 2 y la pantalla de visualización óptica 1 y está integrado con el módulo de amplificación óptica de corta distancia 10. El dispositivo óptico incluye una lente para miopía, una lente para hipermetropía o, en un ejemplo que no entra dentro del alcance de las reivindicaciones, una lente astigmática, mejorando de este modo la aplicabilidad del módulo de amplificación óptica de corta distancia.
En la realización anterior, los dos lados de la pantalla de visualización óptica 1 son superficies planas. Para reducir el tamaño y el volumen del módulo, la primera placa de retardo de fase 2 se adhiere a la pantalla de visualización óptica 1. Además, la primera placa de retardo de fase y la segunda placa de retardo de fase son ambas placas de 1/4 de onda.
Debe tenerse en cuenta que, términos relacionales como "primero" y "segundo" empleados en la presente se usan solamente para distinguir una entidad u operación de otra entidad u operación, en lugar de requerir o implicar que estas entidades u operaciones tengan tal relación o secuencia práctica.
Claims (6)
1. Un sistema de amplificación óptica de corta distancia, que comprende: una pantalla de visualización óptica (1), una primera placa de retardo de fase (2), una lente convexa de formación de imágenes (4), una segunda placa de retardo de fase (5) y una placa de polarización de tipo reflectante (6) dispuestas sucesivamente, en donde:
la primera placa de retardo de fase (2) está dispuesta en una trayectoria de transmisión de una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal y está configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular; la lente convexa de formación de imágenes (4) está dispuesta en una trayectoria de transmisión de una imagen óptica que tiene una dirección de polarización elíptica o circular, y la lente convexa de formación de imágenes (4) tiene una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica opuesta a la primera superficie óptica, la primera superficie óptica es una superficie óptica transflectiva, en donde la primera superficie óptica es una superficie curvada, la segunda superficie óptica es una superficie plana, y el centro de curvatura de la primera superficie óptica y de la segunda superficie óptica están situados en el mismo lado de la primera superficie óptica, y la lente convexa de formación de imágenes (4) está configurada para amplificar transmisivamente una imagen óptica que pasa por primera vez a través de la primera superficie óptica;
la segunda placa de retardo de fase (5) está dispuesta en un lado de la segunda superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes y está configurada para convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la dirección de polarización elíptica o circular en la primera dirección de polarización lineal;
la placa de polarización de tipo reflectante (6) está adherida a la segunda placa de retardo de fase, y la placa de polarización de tipo reflectante (6) tiene una dirección de transmisión ortogonal a la primera dirección de polarización lineal;
en donde la dirección de una luz polarizada rotada por la primera placa de retardo de fase (2) es opuesta a la rotada por la segunda placa de retardo de fase (5);
en donde la imagen óptica atraviesa sucesivamente la primera placa de retardo de fase (2), la lente convexa de formación de imágenes (4), la segunda placa de retardo de fase (5) para llegar a la placa de polarización de tipo reflectante (6), una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal que se transmite desde la segunda placa de retardo de fase (5) es reflejada por la placa de polarización de tipo reflectante, pasa a través de la segunda placa de retardo de fase para alcanzar la primera superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes (4), la primera superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes (4) amplifica reflexivamente la imagen óptica reflejada por la placa de polarización de tipo reflectante (6) por segunda vez, la imagen así reflejada pasa sucesivamente a través de la lente convexa de formación de imágenes (4), la segunda placa de retardo de fase (5) para alcanzar la placa de polarización de tipo reflectante (6), y la segunda placa de retardo de fase (5) convierte además la dirección de polarización de la imagen óptica que ha sido amplificada reflectantemente por segunda vez en una no primera dirección de polarización lineal, pasando de este modo la imagen óptica que tiene la no primera dirección de polarización lineal a través de la placa de polarización de tipo reflectante (6),
en donde la segunda amplificación reflectante es mayor que la amplificación transmisivacaracterizado porque: la primera superficie óptica es adyacente a la primera placa de retardo de fase;
en donde el sistema de amplificación óptica de corta distancia comprende además un dispositivo óptico que no afectará a un retardo de fase dispuesto entre dos cualesquiera de la pantalla de visualización óptica, la primera placa de retardo de fase (2), la lente convexa de formación de imágenes (4), la segunda placa de retardo de fase (5) y la placa de polarización de tipo reflectante (6), en donde el dispositivo óptico comprende una lente para miopía o una lente para hipermetropía.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la no primera dirección de polarización lineal es ortogonal a la primera dirección de polarización lineal.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la segunda placa de retardo de fase (5) está adherida a la segunda superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes (4).
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además: una placa de polarización de tipo absorbente (7); la placa de polarización de tipo absorbente está adherida a un lado de la placa de polarización de tipo reflectante (6) que está orientado en sentido opuesto a la lente convexa de formación de imágenes (4), y la placa de polarización de tipo absorbente (7) tiene una dirección de transmisión consistente con la placa de polarización de tipo reflectante (6).
5. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la pantalla de visualización óptica (1) está configurada para generar una imagen óptica que tiene la primera dirección de polarización lineal y está adherida a la primera placa de retardo de fase (2).
6. Un método de amplificación óptica de corta distancia, que comprende los pasos de:
emitir (S210) una imagen óptica que tiene una primera dirección de polarización lineal a través de una pantalla de visualización óptica (1) a lo largo de una trayectoria de transmisión, convertir la dirección de polarización de la imagen óptica de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular a través de una primera placa de retardo de fase, y transmitir y amplificar transmisivamente la imagen óptica durante un primer tiempo a través de una lente convexa de formación de imágenes (4), en donde la lente convexa de formación de imágenes (4) tiene una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica opuesta a la primera superficie óptica, la primera superficie óptica es una superficie óptica transflectiva, en donde la primera superficie óptica es una superficie curvada, la segunda superficie óptica es una superficie plana, y el centro de curvatura de la primera superficie óptica y la segunda superficie óptica están situados en el mismo lado de la primera superficie óptica;
convertir (S220) la dirección de polarización de la imagen óptica de la dirección de polarización elíptica o circular en una primera dirección de polarización lineal a través de una segunda placa de retardo de fase (5), en donde la dirección de una luz polarizada rotada por la primera placa de retardo de fase (2) es opuesta a la rotada por la segunda placa de retardo de fase (5), en donde la segunda placa de retardo de fase está dispuesta en el lado de la segunda superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes;
reflejar (S230) la imagen óptica que tiene la primera dirección de polarización lineal a través de una placa de polarización de tipo reflectante (6) que tiene una dirección de transmisión ortogonal a la primera dirección de polarización lineal, la imagen óptica así reflejada pasa a través de la segunda placa de retardo de fase para alcanzar la primera superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes, en donde la segunda placa de retardo de fase convierte la dirección de polarización de la imagen óptica de la primera dirección de polarización lineal en una dirección de polarización elíptica o circular; y
amplificar reflectantemente (S240) por segunda vez la imagen óptica reflejada que tiene una dirección de polarización elíptica o circular a través de la primera superficie óptica de la lente convexa de formación de imágenes (4), la imagen así reflejada pasando sucesivamente a través de la lente convexa de formación de imágenes, la segunda placa de retardo de fase para alcanzar la placa de polarización de tipo reflectante;
convertir por segunda vez la dirección de polarización de la imagen óptica amplificada reflexivamente de la dirección de polarización elíptica o circular en una no primera dirección de polarización lineal a través de la segunda placa de retardo de fase, y pasar la imagen óptica que tiene la no primera dirección de polarización lineal a través de la placa de polarización de tipo reflectante (6),
en donde la segunda amplificación reflectante es mayor que la primera amplificación transmisivacaracterizado porque: la primera superficie óptica es adyacente a la primera placa de retardo de fase;
en donde se proporciona además un dispositivo óptico que no afectará a un retardo de fase en la trayectoria de transmisión, en donde el dispositivo óptico está dispuesto entre dos cualesquiera de la pantalla de visualización óptica, la primera placa de retardo de fase (2), la lente convexa de formación de imágenes (4), la segunda placa de retardo de fase (5) y la placa de polarización reflectante (6), y comprende una lente para miopía o una lente para hipermetropía.
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