CN105652460A - 短距离光学放大模组、眼镜、头盔及vr系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种短距离光学放大模组、眼镜、头盔及VR系统，所述放大模组包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第二透镜和第二相位延迟片，在反射式偏振片、第一相位延迟片、第二透镜和第二相位延迟片中任一个光学元件的两侧任一位置还设有第一透镜；所述第二透镜中、靠近第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面；第二透镜的第一焦距f2满足条件：1.2F≤f2≤2F，F为所述光学放大模组的系统焦距。通过对影响光学放大效果的第一焦距f2进行参数细化，使得该模组在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，使得该VR设备能实现较佳视场角、较大眼动范围、高质量成像效果，给用户带来更好的体验感。

Description

短距离光学放大模组、眼镜、头盔及VR系统

技术领域

本发明涉及一种光学仪器，特别是涉及一种短距离光学放大模组、眼镜、头盔及VR系统。

背景技术

现有的光学放大模组结构中，如图1所示，从像侧到物侧依次包括反射式偏振片01、第一相位延迟片02、透镜单元03和第二相位延迟片04，在所述透镜单元03中、靠近所述第二相位延迟片04的光学面为半透半反射光学面。在使用过程，物侧的光学图像通过所述透镜单元03进行透射放大，然后在所述反射式偏振片01上反射，再经过所述透镜单元03进行二次放大，最后通过所述反射式偏振片01进入人眼视线。进一步的，在所述反射式偏振片01、所述第一相位延迟片02、所述第二透镜03和所述第二相位延迟片04中任一个光学元件的两侧任一位置还设有不影响光线相位延时的其它透镜单元。所述透镜单元03和其它透镜单元形成透镜组，所述透镜组为响光学图像放大效果的核心部件。

由于智能VR(VirtualReality，虚拟现实)穿戴设备为了提供良好的用户体验感，需要实现较佳的视场角、眼动范围、高质量的成像效果以及小尺寸超薄结构等，为了达到上述目的，需要对光学放大模组结构的透镜组进行优化设计。而现有的光学放大模组结构没有进行优化设计，因此无法保证在整个范围内均能实现上述目的，即无法保证给用户带来良好的体验感。

发明内容

本发明实施例中提供了一种短距离光学放大模组、眼镜、头盔及VR系统，以解决现有技术中的智能VR穿戴设备用户体验感低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种短距离光学放大模组，包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第二透镜和第二相位延迟片，其中：

在所述反射式偏振片、所述第一相位延迟片、所述第二透镜和所述第二相位延迟片中任一个光学元件的两侧任一位置还设有第一透镜；

所述第二透镜中、靠近所述第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面；

所述第二透镜的第一焦距f2满足以下条件：1.2F≤f2≤2F，F为所述短距离光学放大模组的系统焦距。

优选地，所述半透射半反射光学面的反射面有效焦距fs4满足以下条件：1.5F≤fs4≤5F。

优选地，所述半透射半反射光学面的反射面有效焦距fs4满足以下条件：1.5F≤fs4≤2.4F。

优选地，所述半透射半反射光学面的的反射面有效焦距fs4为2.1F。

优选地，所述第二透镜的第一焦距f2满足以下条件：1.6F≤f2≤2F。

优选地，所述第二透镜中、靠近所述第一透镜的光学面的焦距fs3满足以下条件：|fs3|≥2F。

优选地，所述第一透镜的焦距f1满足以下条件：|f1|≥4F。

优选地，所述短距离光学放大模组的厚度为8～12mm。

优选地，所述短距离光学放大模组的接目距为5～10mm。

优选地，经过所述第二透镜和所述第一透镜参与成像的光束所通过的口径D满足以下条件：0.4F≤D≤0.6F。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种短距离光学放大眼镜，包括上述短距离光学放大模组，还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种短距离光学放大头盔，包括上述短距离光学放大模组，还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种短距离光学放大VR系统，包括上述眼镜或头盔。

由以上技术方案可见，本实施例通过对影响光学放大效果的第一焦距f2进行参数细化，使得该模组在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，使得该VR设备能实现较佳视场角、较大眼动范围、高质量成像效果，给用户带来更好的体验感。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的短距离光学放大模组的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种短距离光学放大模组的MTF图；

图4为本发明实施例一提供的一种短距离光学放大模组的畸变图；

图5为本发明实施例一提供的一种短距离光学放大模组的场曲图；

图6为本发明实施例二提供的一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的一种短距离光学放大模组的MTF图；

图8为本发明实施例二提供的一种短距离光学放大模组的畸变图；

图9为本发明实施例二提供的一种短距离光学放大模组的场曲图；

图10为本发明实施例三提供的一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图11为本发明实施例三提供的一种短距离光学放大模组的MTF图；

图12为本发明实施例三提供的一种短距离光学放大模组的畸变图；

图13为本发明实施例三提供的一种短距离光学放大模组的场曲图；

图14为本发明实施例四提供的一种短距离光学放大模组的结构示意图；

图15为本发明实施例四提供的一种短距离光学放大模组的MTF图；

图16为本发明实施例四提供的一种短距离光学放大模组的畸变图；

图17为本发明实施例四提供的一种短距离光学放大模组的场曲图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

参见图2、图6、图10和图14所示，为本发明实施例提供的短距离光学放大模组的结构示意图。所述短距离光学放大模组从包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第二透镜20和第二相位延迟片，其中，在所述反射式偏振片、所述第一相位延迟片、所述第二透镜20和所述第二相位延迟片中任一个光学元件的两侧任一位置还设有第一透镜10；其中，所述反射式偏振片、所述第一相位延迟片和所述第二相位延迟片未在附图中示出，具体可以参考图1。需要说明的是，本实施例提供的附图中所述第一透镜10设置在所述第二透镜20的左侧，但在实际应用中，所述第一透镜10还可以设置在所述第二透镜20的右侧，在此不再一一赘述。

所述第一透镜10和第二透镜20为影响光学放大效果的核心部件，两者构成短距离光学放大模组的的系统焦距F为10～15mm，但并不限于所述数据范围，比如还可以为8～30mm；同时，所述第一透镜10和所述第二透镜20之间可以贴合设置，也可以具有一定的间距。

本实施例附图中定义：所述第一透镜10中靠近左侧的光学面为第一光学面E1、靠近右侧的光学面为第二光学面E2；所述第二透镜20中靠近左侧的光学面为第三光学面E3、靠近右侧的光学面为第四光学面E4。

物侧的光学图像经所述第二相位延迟片、所述第二透镜20、所述第一透镜10、所述第一相位延迟片后到达所述反射式偏振片，在所述反射式偏振片处产生第一次反射后经所述一相位延迟片后，到达所述第四光学面E4，在所述第四光学面E4处产生第二次反射后再依次经过所述一相位延迟片和所述反射式偏振片后进入人眼视线，这样光学像可以在所述短距离光学放大模组内完成两次反射和放大，达到光学放大倍数的要求。

同时，本实施例中设置第一透镜10和第二透镜20，两个透镜相互配合，可以分摊系统焦距、互相平衡相差，提高成像质量

为了实现将所述短距离光学放大模组应用于智能VR穿戴设备时，能够实现较佳的视场角、眼动范围、高质量的成像效果以及小尺寸超薄结构的要求，所述第二透镜20的第一焦距f2满足以下条件：

1.2F≤f2≤2F(1)

其中，入射光透过所述第三光学面E3、并由所述第四光学面E4反射后所测得的焦距定义为第一焦距f2。

所述第二透镜20的第一焦距f2是系统光焦度的主要来源，如果含反射面光焦度过大，如接近系统总光焦度(f2<1.2F)，则像差很难矫正好；如果含反射面光焦度过小(f2>2F),则其它透镜担负的光焦度过大，需要增加透镜来矫正像差，不利于系统小型化以及轻量化

条件式(1)限定了所述第二透镜20的第一焦距f2的具体范围，同时在光学系统中使用尺寸为0.9～1.3英寸的屏幕，便可以获取较大的视场角和可以容许大的屏幕分辨率，其中可获取的视场角V为90°～100°、可以容许的屏幕分辨率为800*800～2000*2000。

在所述第二透镜20中，所述第四光学面E4的反射面有效焦距fs4满足以下条件：

1.5F≤fs4≤5F(2)

本实施例中，入射光经过所述第四光学面E4反射后测得的焦距定义为反射面有效焦距fs4。

所述第四光学面E4的反射面是系统光焦度的主要来源，如果其光焦度过大，如接近系统总光焦度(fS4<F)，则像差很难矫正好；同时也会导致镜面过于弯曲、透镜厚度较大，进而会导致系统厚度增加，不利于VR穿戴设备轻薄化的要求。相反，如果其光焦度过小(fs4>5F),则其他透镜担负的光焦度过大，需要增加透镜来矫正像差，这样便不利于系统小型化和轻量化的要求。

在所述第二透镜20中，所述第三光学面E3的焦距fs3满足以下条件：

|fs3|≥2F(3)

如果所述焦距fs3过小，则会导致所述第二透镜20面型过于弯曲，不利于像差矫正；同时和第一透镜10综合来看，过于面型弯曲透镜厚度较大，会导致光学系统厚度增加，不利于VR穿戴设备轻薄化的要求。

所述第一透镜10的焦距f1满足一下条件：

|f1|≥4F(4)

如果所述焦距f1过小(|f1|<4F)，则会导致所述第一透镜10的面型过于弯曲，引入像差较大，导致整个系统的相差变大；同时，也会增加所述第一透镜10的厚度，不利于VR穿戴设备轻薄化的要求。

为了达到VR穿戴设备小尺寸、超薄结构的要求，所述短距离光学放大模组的厚度设计为8～12mm，所述短距离光学放大模组的厚度为短距离光学放大模组两侧之间沿光轴方向的最大距离

考虑VR设备佩戴舒适度的同时又能获得较好的成像质量，所述短距离光学放大模组的的接目距设计为5～10mm，所述接目距为观测者能清晰看到整个视场的像时眼球与目镜(本发明中该目镜为最靠近人眼的光学面)之间的距离

为了获得大的眼动范围、同时又能获得较好的成像质量，物侧的光圈的可调范围设计为1.7F～2.5F，即经过所述第一透镜和所述第二透镜参与成像的光束所通过的口径D满足以下条件：

0.4F≤D≤0.6F(5)

与等式(5)相对应的，可获得的眼动范围A为5～6mm。

进一步的，所述条件等式(1)和(2)的数值范围更有利的设置如下：

1.6F≤f2≤2F(1a)

1.5F≤fs4≤2.4F(2a)

以下件结合附表对本实施例提供短距离光学放大模组做进一步的说明。

在每个实施例中，所述短距光学放大模组的具体设计参数表内，OBJ表示光学系统中的物，IMA表示光学系统中的像，STO表示光学系统中的光阑，厚度代表从i光学面到i+1光学面之间的间距，i表示从物侧起的光学面的顺序(i₀)+1，光线左侧的第一透镜10射向右侧的第二透镜20，遇到材质(Glass)列为MIRROR即反射往相反方向走，反射到第二个MIRROR再次反向，再从左向右走，最终达到像面。

实施例一

如图2所示，在所述短距光学放大模组中，设计所述第一透镜的焦距f1为无穷大，所述第二透镜20的第一焦距f2等于系统焦距1.2F，其中，

所述短距光学放大模组的具体设计参数如表一：

Surf	Type	曲率半径	厚度	材质	镜片直径	非球面系数
							OBJ	STANDARD	Infinity	-102.8883		205.7766	0
STO	STANDARD	Infinity	5		5	0
							2	STANDARD	Infinity	0.1028883	PMMA	14.75702	0
3	STANDARD	Infinity	1.028883	H-ZF52A	14.86619	0
							4	STANDARD	Infinity	3.630055		15.7104	-32.99979
5	STANDARD	Infinity	2.5	H-QK1	22.7941	0
							6	STANDARD	-42.3863	-2.5	MIRROR	23.6459	0.8191897
7	STANDARD	Infinity	-3.630055		23.50452	0
							8	STANDARD	Infinity	-1.028883	H-ZF52A	22.54349	-32.99979
9	STANDARD	Infinity	-0.1028883	PMMA	22.39635	0
							10	STANDARD	Infinity	0	MIRROR	22.37816	0
11	STANDARD	Infinity	0.1028883	PMMA	22.37816	0
							12	STANDARD	Infinity	1.028883	H-ZF52A	22.35997	0
13	STANDARD	Infinity	3.630055		22.21283	-32.99979
							14	STANDARD	Infinity	2.5	H-QK1	21.2518	0
15	STANDARD	-42.3863	0.5144415		21.04461	0.8191897
							16	STANDARD	Infinity	0.2057766	BK7	20.09195	0
IMA	STANDARD	Infinity			20.11394	0

在表一中，第一行OBJ代表物面的相关设计参数；第二行STO代表光学系统中的光阑，所述孔径为5mm；第三行代表光学模组中的反射式偏振片和第一相位延迟片形成的膜片，所述膜片的类型为STANDARD(标准面)、材质为PMMA、直径为14.75702mm、非球面系数为0；第四行和第五行分别代表所述第一透镜10的第一光学面E1和第二光学面E2对应的数据，所述第一光学面E1和第二光学面E2的曲率半径均为Infinity平面，所述第一透镜10的厚度为1.028883mm(即从第一光学面E1到所述第二光学面E2之间的间距、第四行数据中的厚度值)、材质为H-ZF52A；第六行和第七行分别代表所述第二透镜20的第三光学面E3和第四光学面E4对应的数据，所述第三光学面E3的曲率半径为Infinity平面、所述第四光学面E4的曲率半径为42.3863mm，所述第二透镜20的厚度为2.5mm(即从第三光学面E3到所述第四光学面E4之间的间距、第六行数据中的厚度值)、材质为H-QK1；第八行至第十五行代表光线在所述膜片、第一透镜10和第二透镜20之间的反射和透射中的相关参数，在此不再一一赘述；第十六行代表显示屏液晶层中的玻璃膜，所述玻璃膜的厚度为0.2057766mm、材质为BK7；第十七行IMA代表光线最终成像。

所述短距光学放大模组相对应的其它参数如表二：

屏幕尺寸C(英寸)	1.11
		视场角V(°)	100
系统焦距F(mm)	14
		半透半射面反射面有效焦距fs4	1.5F
eyebox眼动范围A(mm)	5
		屏幕分辨率	800*800
光学系统厚度(mm)	8
		eye relif接目距(mm)	5
F#光圈	2.8
		光学外直径(mm)	22
系统畸变D	28％
		第二透镜第一焦距f2	1.2F
第一透镜焦距f1	无穷大

通过表二可以看出，通过表一中的相关参数设计，所述第一透镜10焦距为无穷大、所述第二透镜20第一焦距为1.2F(16.8mm)、同时所述第二透镜20的半透半射面反射面有效焦距为1.5F(21mm)以及光学系统厚度设计8mm，可以获得14mm的系统焦距以及100°的视场角；通过将设置在所述短距离光学放大模组前的光圈设计为2.8，即对应的光阑直径D为5mm，相应的便可以获得5mm的较大的眼动范围。

同时设计屏幕尺寸为1.11英寸、接目距为5mm，结合从图3的MTF图中，得出各个视场平均纵坐标(调制传递函数)高于0.18的横坐标(每毫米空间频率)值，进而得出所述短距光学放大模组的视角解析力可以支持800*800的分辨率。

进一步的，从图4中可以得出本实施例中的光学成像畸变率控制在(-28％，0)的范围内，图5中的场曲控制在(-1mm，1mm)范围内。

实施例二

如图6所示，在所述短距光学放大模组中，设计所述第一透镜的焦距f1为8.7F，所述第二透镜20的第一焦距f2等于系统焦距1.6F，其中，

所述短距光学放大模组的具体设计参数如表三：

Surf	Type	曲率半径	厚度	材质	镜片半径	非球面系数
							OBJ	STANDARD	Infinity	Infinity		0	0
1	PARAXIAL	-	0		6	-
							STO	STANDARD	Infinity	8		6	0
3	STANDARD	Infinity	0.3	BK7	34	0
							4	STANDARD	Infinity	0		34	0
5	STANDARD	Infinity	1.5	PMMA	34	-28.93216 -->
							6	EVENASPH	-55.02969	0.4770962		34	31.73109
7	EVENASPH	215.789	5.5	PMMA	34	3.135107
							8	STANDARD	-53.02166	-5.5	MIRROR	34	31.73109
9	EVENASPH	215.789	-0.4770962		34	-28.9321
							10	EVENASPH	-55.02969	-1.5	PMMA	34	0
11	STANDARD	Infinity	0		34	0
							12	STANDARD	Infinity	-0.3	BK7	34	0
13	STANDARD	Infinity	0.3	MIRROR	34	0
							14	STANDARD	Infinity	0		34	0
15	STANDARD	Infinity	1.5	PMMA	34	0
							16	EVENASPH	-55.02969	0.4770962		34	-28.9321
17	EVENASPH	215.789	5.5	PMMA	34	31.73109
							18	STANDARD	-53.02166	0.5		34	3.135107
19	STANDARD	Infinity	1	BK7	21.1554	0
							IMA	STANDARD	Infinity			20.15143	0

在表三中，第二行代表PARAXIAL近轴设计；第四行代表光学模组中的反射式偏振片和第一相位延迟片形成的膜片中的相关参数设计；第六行和第七行代表所述第一透镜10的相关参数设计，其中所述第一透镜10的第二光学面E2为EVENASPH非球面；第八行和第九行代表所述第一透镜20的相关参数设计，其中所述第一透镜20的第三光学面E3为EVENASPH非球面。本实施例中的其他相关参数解释可以参考实施例一，在此不再一一赘述。

所述短距光学放大模组中的光学面的细化设计参数如表四：

在表二中，非球面公式一般表面为；

$x=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-{\mathrm{Kc}}^2{r}^2}}+{\mathrm{dr}}^4+{\mathrm{er}}^6+{\mathrm{fr}}^8+{\mathrm{gr}}^{10}+{\mathrm{hr}}^{12}+{\mathrm{ir}}^{14}+{\mathrm{jr}}^{16}---\left(6\right)$

其中：r为透镜上的点到光轴距离，c为曲面顶点的曲率，K为二次曲面系数，d,e,f,g,h,I,j分别为4、6、8、10、12、14、16次曲面系数。

例如表面6：

c＝-1/55.02969,K＝-28.93212,d＝5.4015026*10-5,e＝-1.6567046*10-7,f＝2.4870791*10-10，g＝-4.6902803*10-13,h＝i＝j＝0,

把以上系数分别代入x公式就是表面6的非球面方程表达式，其它非球面依此类推。

所述短距光学放大模组相对应的其它参数如表五：

屏幕尺寸C(英寸)	1.1
		视场角V(°)	100
系统焦距F(mm)	12.7
		半透半射面反射面有效焦距fs4	2.1F
eyebox眼动范围A(mm)	6
		屏幕分辨率	2000*2000
光学系统厚度(mm)	9.2
		eye relif接目距(mm)	8
F#光圈	2.1
		光学外直径(mm)	34
系统畸变D	34％
		第二透镜第一焦距f2	1.6F
第一透镜焦距f1	8.7F

通过表五可以看出，通过表三和四中的相关参数设计，所述第一透镜10焦距为8.1F(102.75mm)、所述第二透镜20第一焦距为1.6F(20.32mm)、同时所述第二透镜20的半透半射面反射面有效焦距为2.1F(26.67mm)以及光学系统厚度为9.2mm，可以获得12.7mm的系统焦距，进而可以获得100°的大视场角；通过将设置在所述短距离光学放大模组前的光圈设计为2.1，即对应的光阑直径D为6.05mm，相应的便可以获得6mm的大眼动范围。

同时设计屏幕尺寸为1.11英寸、接目距为8mm，结合图7的MTF图，得出各个视场平均纵坐标(调制传递函数)高于0.18的横坐标(每毫米空间频率)值，进而得出所述短距光学放大模组的视角解析力可以支持2000*2000的分辨率，图8中的畸变率控制在(-34％，0％)的范围内，图9中的场曲控控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。

实施例三

如图10所示，在所述短距光学放大模组中，设计所述第一透镜的焦距f1为8.7F，所述第二透镜20的第一焦距f2等于系统焦距1.89F，其中，

所述短距光学放大模组的具体设计参数如表六：

Surf	Type	曲率半径	厚度	材质	镜片半径	非球面系数
							OBJ	STANDARD	Infinity	Infinity		0	0
1	PARAXIAL	-	0		6	-
							STO	STANDARD	Infinity	8		6	0
3	STANDARD	Infinity	0.3	BK7	34	0
							4	STANDARD	Infinity	0		34	0
5	STANDARD	Infinity	2.5	PMMA	34	-30.574
							6	EVENASPH	-37.84298	1.068855		34	-33.0001
7	EVENASPH	25452.91	4.5	PMMA	34	10.01056
							8	STANDARD	-66	-4.5	MIRROR	34	-33.0001
9	EVENASPH	25452.91	-1.068855		34	-30.574
							10	EVENASPH	-37.84298	-2.5	PMMA	34	0
11	STANDARD	Infinity	0		34	0
							12	STANDARD	Infinity	-0.3	BK7	34	0
13	STANDARD	Infinity	0.3	MIRROR	34	0
							14	STANDARD	Infinity	0		34	0
15	STANDARD	Infinity	2.5	PMMA	34	0
							16	EVENASPH	-37.84298	1.068855		34	-30.574
17	EVENASPH	25452.91	4.5	PMMA	34	-33.0001
							18	STANDARD	-66	0.5		34	10.01056
19	STANDARD	Infinity	1	BK7	22.94017	0
							IMA	STANDARD	Infinity			22.18736	0

所述短距光学放大模组中的光学面的细化设计参数如表七：

其中，关于表六和表七中的具体参数解释，可以参考表一、表三及表四。

所述短距光学放大模组相对应的其它参数如表八：

屏幕尺寸C(英寸)	1.24
		视场角V(°)	100
系统焦距F(mm)	14
		半透半射面反射面有效焦距fs4	2.4F
eyebox眼动范围A(mm)	6
		屏幕分辨率	2000*2000
光学系统厚度(mm)	9.9
		eye relif接目距(mm)	8
F#光圈	2.3
		光学外直径(mm)	34
系统畸变D	34％
		第二透镜第一焦距f2	1.89F
第一透镜焦距f1	8.7F

通过表八可以看出，通过表六和七中的相关参数设计，所述第一透镜10焦距为8.7F(121.8mm)、所述第二透镜20第一焦距为1.89F(26.46mm)、同时所述第二透镜20的半透半射面反射面有效焦距为2.4F(33.6mm)以及光学系统厚度为9.9mm，可以获得14mm的系统焦距，进而可以获得100°的大视场角；通过将设置在所述短距离光学放大模组前的光圈设计为2.3，即对应的光阑直径D为6.08mm，相应的便可以获得6mm的大眼动范围。

同时设计屏幕尺寸为1.24英寸、接目距为8mm，结合图11的MTF图，得出各个视场平均纵坐标(调制传递函数)高于0.18的横坐标(每毫米空间频率)值，进而得出所述短距光学放大模组的视角解析力可以支持2000*2000的高分辨率图12中的畸变率控制在(-34％，0)的范围内，图13中的场曲控控制在(-0.2mmm，0.2mm)范围内。

因此，利用本实施例提供的所述短距光学放大模组，可以制备出大视场角、大眼动范围、高质量的成像效果的超薄VR穿戴设备。

实施例四

如图14所示，在所述短距光学放大模组中，设计所述第一透镜的焦距f1为4.6F，所述第二透镜20的第一焦距f2等于系统焦距2F，其中，

所述短距光学放大模组的具体设计参数如表九：

所述短距光学放大模组中的光学面的细化设计参数如表十：

其中，关于表九和表十中的具体参数解释，可以参考表一、表三及表四。

所述短距光学放大模组相对应的其它参数如表十一：

屏幕尺寸C(英寸)	1.3
		视场角V(°)	100
系统焦距F(mm)	14.4
		半透半射面反射面有效焦距fs4	2.4F
eyebox眼动范围A(mm)	6
		屏幕分辨率	1000*1000
光学系统厚度(mm)	9.9
		eye relif接目距(mm)	8
F#光圈	2.4
		光学外直径(mm)	34
系统畸变D	32.40％
		第二透镜第一焦距f2	2F
第一透镜焦距f1	4.6F

通过表十一可以看出，通过表九和十中的相关参数设计，所述第一透镜10焦距为4.6F(66.24mm)、所述第二透镜20第一焦距为2F(28.8mm)、同时所述第二透镜20的半透半射面反射面有效焦距为2.4F(34.56mm)以及光学系统厚度为9.9mm，可以获得14.4mm的系统焦距，进而可以获得100°的大视场角；通过将设置在所述短距离光学放大模组前的光圈设计为2.4，即对应的光阑直径D为6mm，相应的便可以获得6mm的大眼动范围。

同时设计屏幕尺寸为1.3英寸、接目距为8mm，结合图15的MTF图，便可得出各个视场平均纵坐标(调制传递函数)高于0.18的横坐标(每毫米空间频率)值，进而得出所述短距光学放大模组的视角解析力可以支持1000*1000的分辨率，图16中的畸变率控制在(-32.4％，0)的范围内，图17中的场曲控控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。

进一步的，所述半透半射面反射面有效焦距并不限于设计为2.4F，还可以设计为5F；所述光学系统厚度和接目距也并不仅限于9.9mm和8mm，还可以分别设计为12mm和10mm。

基于本实施例提供的短距光学放大模组，本发明还提供了一种眼镜，包括上述实施例中的短距离光学放大模组，所述眼镜还包括屏幕30，所述屏幕30与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。图2、图6、图10和图14中的所述的屏幕30与短距离光学放大模组同轴，但在使用中屏幕30与所述短距离光学放大模组可以同轴也可以不同轴，在具体实施中可以根据实际需要自行选择。

基于本实施例提供的短距光学放大模组，本发明还提供了一种头盔，包括上述实施例中的短距离光学放大模组，所述眼镜还包括屏幕30，所述屏幕30与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。图2、图6、图10和图14中的所述的屏幕30中所述的屏幕30与短距离光学放大模组同轴，此处为了表达方便，但在使用中屏幕30与短距离光学放大模组可以同轴也可以不同轴，根据实际需要自行选择。

基于本发明提供的眼镜和头盔，本发明还提供了一种VR系统，包括上述实施例中的眼镜或头盔，用于智能VR(VirtualReality，虚拟现实)穿戴设备的使用。上述VR系统中采用短距离光学放大模组构成的眼镜或头盔，使其具有较佳的视场角、眼动范围、高质量的成像效果以及小尺寸超薄结构等，将给使用者带来良好的体验，具体的请参考短距离光学放大模组的实施例，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种短距离光学放大模组，其特征在于，包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第二透镜和第二相位延迟片，其中：

在所述反射式偏振片、所述第一相位延迟片、所述第二透镜和所述第二相位延迟片中任一个光学元件的两侧任一位置还设有第一透镜；

所述第二透镜中、靠近所述第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面；

所述第二透镜的第一焦距f2满足以下条件：1.2F≤f2≤2F，F为所述短距离光学放大模组的系统焦距。

2.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述半透射半反射光学面的反射面有效焦距fs4满足以下条件：1.5F≤fs4≤5F。

3.根据权利要求2所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述半透射半反射光学面的反射面有效焦距fs4满足以下条件：1.5F≤fs4≤2.4F。

4.根据权利要求3所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述半透射半反射光学面的的反射面有效焦距fs4为2.1F。

5.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第二透镜的第一焦距f2满足以下条件：1.6F≤f2≤2F。

6.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第二透镜中、靠近所述第一透镜的光学面的焦距fs3满足以下条件：|fs3|≥2F。

7.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第一透镜的焦距f1满足以下条件：|f1|≥4F。

8.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述短距离光学放大模组的厚度为8～12mm。

9.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述短距离光学放大模组的接目距为5～10mm。

10.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，经过所述第二透镜和所述第一透镜参与成像的光束所通过的口径D满足以下条件：0.4F≤D≤0.6F。

11.一种短距离光学放大眼镜，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的短距离光学放大模组，还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。

12.一种短距离光学放大头盔，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的短距离光学放大模组，还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。

13.一种短距离光学放大VR系统，其特征在于，包括权利要求11所述的眼镜或权利要求12所述的头盔。