CN111240022A - 一种轻薄型光学显示系统、影像镜头模组及vr设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻薄型光学显示系统、影像镜头模组及VR设备，属于光学成像技术领域，该光学显示系统包括显示器和依次设置于显示器的出光光路上的第一光学放大组件和第二光学放大组件；第一光学放大组件包括第一光学镜片，第一光学镜片的远离显示器的一侧表面的曲率半径为R11，第一光学镜片的靠近显示器的一侧表面的曲率半径为R12，其满足‑100<R11+R12<300。该影像镜头模组，其体积小，重量轻，成像质量好，视场角范围大，能够消除大部分杂散光。该VR设备，其穿戴方便，可通过调节系统虚像距离适配不同近视程度的人使用，当虚像距离有规律的变化时，还可以使使用者眼睛的睫状肌在反复聚焦的过程中得到锻炼，起到保护眼睛，矫正视力的作用。

Description

一种轻薄型光学显示系统、影像镜头模组及VR设备

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种轻薄型光学显示系统、影像镜头模组及VR设备。

背景技术

虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)是一种可以观察、创建或体验虚拟世界的计算机仿真系统。该技术将虚拟的图像成像在用户眼前有限距离，光学显示配合环境建模、实时传感、应用系统开发和系统集成，共同工作使佩戴者产生虚拟世界的沉浸感。虚拟现实技术在游戏、零售，教育，工业等领域已经得到了广泛的应用。

目前，传统的VR光学系统普遍存在视场角小，眼动范围小，像质较差、模组较厚的问题，这些问题导致VR设备用户体验较差。另外，对于近视用户来说，这些光学系统不支持视度调节，降低了佩戴体验。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种轻薄型光学显示系统，其体积小，成像质量好，视场角范围大。

本发明实施方式的另一个目的在于提供一种影像镜头模组，其体积小，重量轻，成像质量好，视场角范围大，适配近视用户，能够消除大部分杂散光。

本发明实施方式的又一个目的在于提供一种VR设备，其穿戴方便，能够让使用者的眼睛得到锻炼，起到保护眼睛，矫正视力的作用，提升了用户体验和沉浸感。

本发明的实施方式是这样实现的：

本发明的实施方式提供了一种轻薄型光学显示系统，包括显示器和依次设置于所述显示器的出光光路上的第一光学放大组件和第二光学放大组件，所述第二光学放大组件位于所述第一光学放大组件的远离所述显示器的一侧；

所述第一光学放大组件包括第一光学镜片；

所述第一光学镜片的远离所述显示器的一侧表面的曲率半径为R11，所述第一光学镜片的靠近所述显示器的一侧表面的曲率半径为R12，其满足-100<R11+R12<300。

显示器主要起到发出光线的作用，显示器可显示2D或3D的图像或视频，显示器可以采用OLED显示器、LCOS显示器、LCD显示器、micro-LED显示器或mini-LED显示器等，根据需要进行选择即可。

进一步的，所述第一光学镜片包括第一透镜、部分透射部分反射光学膜和第一增透光学膜，所述部分透射部分反射光学膜和所述第一增透光学膜分别设置于所述第一透镜的两侧。

第一透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

进一步的，所述轻薄型光学显示系统的视场角为FOV，其满足：60°<FOV<130°；所述轻薄型光学显示系统的焦距为f，其满足：15mm<f<45mm；所述第一光学镜片的焦距为f1，其满足：1<f1/f<6。

进一步的，所述第二光学放大组件包括第二光学镜片，所述第二光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上，所述第二光学镜片包括第二透镜、第二增透光学膜、第二吸收型线偏振膜、第二偏振反射膜和第二相位延迟膜；所述第二吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的靠近所述第一光学镜片的一侧，所述第二偏振反射膜设置于所述第二吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述第二偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述第二偏振反射膜的一侧和所述第二透镜的远离所述第二吸收型线偏振膜的一侧均设有所述第二增透光学膜；或者，所述第二吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的远离所述第一光学镜片的一侧，所述第二偏振反射膜设置于所述第二透镜的远离所述第二吸收型线偏振膜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述第二偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述第二偏振反射膜的一侧和所述第二吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧均设有所述第二增透光学膜。

第二透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

进一步的，所述第二光学镜片的焦距为f2，其满足：1<f2/f<6；所述第二光学镜片的远离所述第一光学镜片的一侧表面的曲率半径为R21，其满足：50<R21<200。

进一步的，所述第二光学放大组件包括第三光学镜片和第四光学镜片，所述第三光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上，所述第四光学镜片设置于所述第三光学镜片的透射光光路上；

所述第三光学镜片包括第三透镜、第三增透光学膜、第三偏振反射膜和第三相位延迟膜，所述第三偏振反射膜设置于所述第三透镜的远离所述第一光学镜片的一侧，所述第三相位延迟膜设置于所述第三透镜的靠近所述第一光学镜片的一侧，所述第三增透光学膜设置于所述第三相位延迟膜的远离所述第三透镜的一侧；

所述第四光学镜片包括第四透镜、第四增透光学膜和第四吸收型线偏振膜，所述第四吸收型线偏振膜设置于所述第四透镜的靠近所述第三光学镜片的一侧，所述第四透镜的远离所述第三光学镜片的一侧和所述第四吸收型线偏振膜的远离所述第四透镜的一侧均设有第四增透光学膜。

第三透镜的两侧表面和第四透镜的两侧表面可以根据需要加工成平面、球面、非球面或自由曲面等面型。

进一步的，所述第四光学镜片的焦距为f4，其满足：1<f4/f<6；所述第四光学镜片的远离所述第一光学镜片的一侧表面的曲率半径为R41，其满足：50<R41<200。

进一步的，所述第二光学放大组件中距离所述显示器最远的一片光学镜片与所述显示器在光轴上的距离为L，其满足10mm<L<30mm，这样就能够保证光学模组的体积较小。

进一步的，所述第一光学放大组件和所述第二光学放大组件中任意一片光学镜片的最厚部位的厚度为MaxT，最薄部位的厚度为MinT，其满足：MaxT/MinT<10。

进一步的，该轻薄型光学显示系统能够形成观察者可看到的虚像，该轻薄型光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义所述显示器的出光光路方向为Z轴负方向，则人眼相对该轻薄型光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB，其满足4mm<EB<15mm；人眼距离所述第二光学放大组件中最外侧的一片光学镜片的距离为ER，其满足1<ER/EB<2；该轻薄型光学显示系统形成的虚像距离人眼的距离为OB，0.1m<OB<50m。EB和ER越大，可以保证人眼在更大范围内移动时，都可以看到显示完整且清晰的画面。

上述各光学镜片中，增透光学膜的作用是为了提高光学镜片的透过率，降低杂散光对系统带来的影响；部分透射部分反射光学膜的作用是为了让部分光线透射过光学镜片，部分光线被反射，从而筛分出所需要的光线；吸收型线偏振膜的作用是吸收某一方向的线偏振光，透射另一方向的线偏振光；偏振反射膜的作用是反射某一方向的线偏振光，透射另一方向的线偏振光；相位延迟膜为四分之一波片，其作用是将圆偏振光转为线偏振光或将线偏振光转为圆偏振光。

本发明揭露的各光学镜片中，所有的吸收型线偏振膜、偏振反射膜和相位延迟膜的厚度均小于0.2mm。

本发明中，制成上述各光学镜片的材料可以为塑料或玻璃，所选材料的折射率为N，色散系数为V，其满足1.3＜N＜1.8，20＜V＜70。

上述各透镜的非球面(ASP)曲线方程式如下：

公式中r为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面定点的距离矢高，c为非球面的曲率，即c＝1/R(R为曲率半径),k为圆锥系数，Ai是非球面第i阶的系数。

本发明的实施方式还提供了一种影像镜头模组，包括外筒、内筒和上述任意一项所述的轻薄型光学显示系统，所述外筒为一端开口的筒状结构，所述显示器设置于所述外筒的内底面，所述内筒为两端开口的筒状结构，所述内筒设置于所述外筒内，所述第一光学放大组件和所述第二光学放大组件设置于所述内筒内，当所述第一光学放大组件和所述第二光学放大组件中的任意一片光学镜片为塑料材质时，该光学镜片的边缘部位具有注胶口，所述内筒的内壁设有至少一片遮挡片，所述遮挡片位于光学镜片的具有注胶口的一侧且遮挡住光学镜片的注胶口。

本发明的实施方式还提供了一种VR设备，包括穿戴部件和上述所述的影像镜头模组，所述影像镜头模组设置于所述穿戴部件上。

本发明的有益效果为：

本发明实施方式提供的光学显示系统，其体积小，成像质量好，视场角范围大。

本发明实施方式提供的影像镜头模组，其体积小，重量轻，成像质量好，视场角范围大，能够消除大部分杂散光。

本发明实施方式提供的VR设备，其穿戴方便，可通过调节系统虚像距离适配不同近视程度的人使用，当有规律的调节系统虚像距离由近及远或由远及近的变化时，使用者眼睛的睫状肌在反复的聚焦过程中可以得到锻炼，起到保护眼睛，矫正视力的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明实施例一的轻薄型光学显示系统的光学架构示意图；

图2为本发明实施例一的光学设计光路图；

图3为图2的MTF曲线图；

图4为本发明实施例二的光学设计光路图；

图5为图4的MTF曲线图；

图6为本发明实施例三的轻薄型光学显示系统的光学架构示意图；

图7本发明实施例三的光学设计光路图；

图8为图7的MTF曲线图；

图9为本发明实施例四的影像镜头模组的结构示意图；

图10为本发明实施例五的VR设备的结构示意图。

图中：10-显示器；20-第一光学镜片；201-第一透镜；202-第一增透光学膜；203-部分透射部分反射光学膜；30-第二光学镜片；301-第二透镜；302-第二增透光学膜；303-第二吸收型线偏振膜；304-第二偏振反射膜；305-第二相位延迟膜；40-第三光学镜片；401-第三透镜；402-第三偏振反射膜；403-第三相位延迟膜；404-第三增透光学膜；50-第四光学镜片；501-第四透镜；502-第四增透光学膜；503-第四吸收型线偏振膜；60-人眼；70-影像镜头模组；71-外筒；72-内筒；721-遮挡片；80-穿戴部件。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

参考图1所示，本发明实施例一提供了一种轻薄型光学显示系统，包括显示器10、第一光学放大组件和第二光学放大组件。

显示器10主要起到发出光线的作用，显示器10可显示2D或3D的图像或视频，显示器10采用LCD显示器。

第一光学放大组件包括第一光学镜片20，第一光学镜片20设置在显示器10的出光光路上。

第一光学镜片20包括第一透镜201、第一增透光学膜202和部分透射部分反射光学膜203，部分透射部分反射光学膜203和第一增透光学膜202分别设置于第一透镜201的两侧。本实施例中，部分透射部分反射光学膜203设置于第一透镜201的靠近显示器10的一侧，第一增透光学膜202设置于第一透镜201的远离显示器10的一侧。

第一透镜201的两侧表面为非球面面型。

第二光学放大组件包括第二光学镜片30，第二光学镜片30设置于第一光学镜片20的透射光光路上。

第二光学镜片30包括第二透镜301、第二增透光学膜302、第二吸收型线偏振膜303、第二偏振反射膜304和第二相位延迟膜305。本实施例中，第二吸收型线偏振膜303设置于第二透镜301的靠近第一光学镜片20的一侧，第二偏振反射膜304设置于第二吸收型线偏振膜303的远离第二透镜301的一侧，第二相位延迟膜305设置于第二偏振反射膜304的远离第二透镜301的一侧，第二相位延迟膜305的远离第二偏振反射膜304的一侧和第二透镜301的远离第二吸收型线偏振膜303的一侧均设有第二增透光学膜302。当然，在另一种实施例中，第二吸收型线偏振膜303设置于第二透镜301的远离第一光学镜片20的一侧，第二偏振反射膜304设置于第二透镜301的远离第二吸收型线偏振膜303的一侧，第二相位延迟膜305设置于第二偏振反射膜304的远离第二透镜301的一侧，第二相位延迟膜305的远离第二偏振反射膜304的一侧和第二吸收型线偏振膜303的远离第二透镜301的一侧均设有第二增透光学膜302。

第二透镜301的远离第一光学镜片20的一侧表面为非球面，第二透镜301的靠近第一光学镜片20的一侧表面为平面。

本实施例中的轻薄型光学显示系统的视场角FOV＝70°；焦距f＝32.58mm。

本实施例中的第一光学镜片20的焦距f1＝181.49mm。

本实施例中的第一光学镜片20的远离所述显示器10的一侧表面的曲率半径为R11＝321.78mm，第一光学镜片20的靠近显示器10的一侧表面的曲率半径为R12＝-138.30mm。

本实施例中的第二光学镜片30的焦距f2＝159.62mm；第二光学镜片30的远离第一光学镜片20的一侧表面的曲率半径R21＝85.23mm。

第二光学镜片30与显示器10在光轴上的距离L＝20.41mm。

第一光学镜片20的最厚厚度与最薄厚度比为2.09；第二光学镜片30的最厚厚度与最薄厚度比为1.89。

该轻薄型光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义所述显示器10的出光光路方向为Z轴负方向，则人眼60相对该轻薄型光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB(Eye Box)，其满足4mm<EB<15mm；人眼60距离所述第二光学放大组件中最外侧的一片光学镜片的距离为ER(Eye Relief)，其满足1<ER/EB<2；该轻薄型光学显示系统形成的虚像距离人眼60的可调节距离为OB，0.1m<OB<50m。EB和ER越大，可以保证人眼60在更大范围内移动时，都可以看到显示完整且清晰的画面。

本实施例中的各光学结构的详细参数参见表一和表二。

表一

表二

表一为实施例一的相关光学结构数据，因为在光学设计软件中，光路是反向设计，因此表面S0到S29依序表示光线由虚像位置至显示器10依次经过的表面。其中厚度表示光线从该表面到达下一表面的距离，0表示两个表面紧贴，负值表示光线在该表面发生反射；表格中mirror表示光线在该表面发生反射；表格中未示出的光学膜层均为光学领域中采用蒸镀或者溅射等工艺手段进行的常规光学镀膜，光学软件设计中这种光学膜层带来的影响微小，一般不做考虑，因此没有在表格中体现出来。

表二为实施例一中相关光学结构的非球面数据，其中k为上述曲线方程式中的圆锥系数，A4到A20表示各表面第4到第20阶非球面系数。

图2为本实施例的光学设计光路图。

图3为图2的MTF曲线图，MTF是Modulation Transfer Function的缩写，是描述光学系统性能的一种方式，可以评判光学系统还原对比度的能力。横轴代表空间频率，纵轴代表对比度，实线表示子午方向，虚线表示弧矢方向。从图中可以看出，该光学系统在不同视场不同方向都有较好的解析力。

本实施例的轻薄型光学显示系统的成像原理如下：

显示器10发出的圆偏振首先进入第一光学镜片20，经过第一光学镜片20处理后透射出去，然后进入第二光学镜片30，圆偏振光在经过第二光学镜片30中的第二增透光学膜302和第二相位延迟膜305后变为第一偏振光，第一偏振光在第二光学镜片30中的第二偏振反射膜304层处被反射，然后再次经过第二光学镜片30中的第二相位延迟膜305后变为圆偏振光，从第二增透光学膜302反射出去，并进入第一光学镜片20中，部分光线在第一光学镜片20中的部分透射部分反射光学膜203处被反射再次穿过第一光学镜片20后进入第二光学镜片30，在经过第二光学镜片30的第二相位延迟膜305后变为第二偏振光，第二偏振光在依次经过第二偏振反射膜304、第二吸收型线偏振膜303、第二透镜301和第二增透光学膜302后到达人眼60形成特定成像位置和特定放大倍数的虚像。第二吸收型线偏振膜303可消除人眼60侧环境光线被偏振反射膜反射形成的杂散光。

需要说明的是，若第一偏振光为S偏振光，则第二偏振光为P偏振光；若第一偏振光为P偏振光，则第二偏振光为S偏振光。

通过合理的设置光学显示系统中各光学透镜表面的面型参数可以大大的减小光学显示系统的像差，提高系统分辨率，提升画质。根据实际使用情况中的不同要求，可在第一光学镜片20与第二光学镜片30之间增加像差矫正透镜，像差矫正透镜至少为一片，可以是平面、球面、非球面或自由曲面，像差矫正透镜的光学面均可进行增透镀膜，通过增加像差矫正透镜的方式可进一步提高像质、增大眼动范围、控制场曲、色差和畸变；同时，也可以控制所成虚像的位置。

实施例2

参考图1所示，本发明实施二提供了一种轻薄型光学显示系统，包括显示器10、第一光学放大组件和第二光学放大组件。

需要说明的是，本实施例中的显示器10、第一光学放大组件和第二光学放大组件的结构、工作原理与实施例一相同，参考实施例一中的相应内容，此处不做赘述。

本实施例与实施例一的区别在于光学参数的设计。

本实施例中，轻薄型光学显示系统的视场角FOV＝120°；焦距f＝21.86mm。

本实施例中的第一光学镜片20的焦距f1＝89.59mm。

本实施例中的第一光学镜片20的远离所述显示器10的一侧表面的曲率半径为R11＝84.06mm，第一光学镜片20的靠近显示器10的一侧表面的曲率半径为R12＝-115.24mm。

本实施例中的第二光学镜片30的焦距f2＝236.76mm；第二光学镜片30的远离第一光学镜片20的一侧表面的曲率半径R21＝126.42。

第二光学镜片30与显示器10在光轴上的距离L＝20.45mm。

第一光学镜片20的最厚厚度与最薄厚度比为3；第二光学镜片30的最厚厚度与最薄厚度比为3.05。

本实施例中的各光学结构的详细参数参见表三和表四。

表三

表四

表三为实施例二的相关光学结构数据，因为在光学设计软件中，光路是反向设计，因此表面S0到S29依序表示光线由虚像位置至显示器10依次经过的表面。其中厚度表示光线从该表面到达下一表面的距离，0表示两个表面紧贴，负值表示光线在该表面发生反射；表格中mirror表示光线在该表面发生反射；表格中未示出的光学膜层均为光学领域中采用蒸镀或者溅射等工艺手段进行的常规光学镀膜，光学软件设计中这种光学膜层带来的影响微小，一般不做考虑，因此没有在表格中体现出来。

表四为实施例二中相关光学结构的非球面数据，其中k为上述曲线方程式中的圆锥系数，A4到A20表示各表面第4到第20阶非球面系数。

图4为本实施例的光学设计光路图。

图5为图4的MTF曲线图，MTF是Modulation Transfer Function的缩写，是描述光学系统性能的一种方式，可以评判光学系统还原对比度的能力。横轴代表空间频率，纵轴代表对比度，实线表示子午方向，虚线表示弧矢方向。从图中可以看出，该光学系统在不同视场不同方向都有较好的解析力。

实施例3

参考图6所示，本发明实施例三提供了一种轻薄型光学显示系统，包括显示器10、第一光学放大组件和第二光学放大组件。

显示器10主要起到发出光线的作用，显示器10可显示2D或3D的图像或视频，显示器10采用LCD显示器。

第一光学放大组件包括第一光学镜片20，第一光学镜片20设置在显示器10的出光光路上。

第一光学镜片20包括第一透镜201、部分透射部分反射光学膜203和第一增透光学膜202，部分透射部分反射光学膜203和第一增透光学膜202分别设置于第一透镜201的两侧。本实施例中，部分透射部分反射光学膜203设置于第一透镜201的靠近显示器10的一侧，第一增透光学膜202设置于第一透镜201的远离显示器10的一侧。

第一透镜201的两侧表面为非球面面型。

第二光学放大组件包括第三光学镜片40和第四光学镜片50，第三光学镜片40设置于所述第一光学镜片20的透射光光路上，第四光学镜片50设置于所述第三光学镜片40的透射光光路上；

第三光学镜片40包括第三透镜401、第三增透光学膜404、第三偏振反射膜402和第三相位延迟膜403，第三偏振反射膜402设置于第三透镜401的远离第一光学镜片20的一侧，第三相位延迟膜403设置于第三透镜401的靠近第一光学镜片20的一侧，第三增透光学膜404设置于第三相位延迟膜403的远离第三透镜401的一侧。

第三透镜401的两侧表面均为平面。

第四光学镜片50包括第四透镜501、第四增透光学膜502和第四吸收型线偏振膜503，第四吸收型线偏振膜503设置于第四透镜501的靠近第三光学镜片40的一侧，第四透镜501的远离第三光学镜片40的一侧和第四吸收型线偏振膜503的远离第四透镜501的一侧均设有第四增透光学膜502。

第四透镜501远离第三光学镜片40的一侧表面为非球面，第四透镜501的靠近第三光学镜片40的一侧表面为平面。

本实施例中的轻薄型光学显示系统的视场角FOV＝100°；焦距f＝24.75mm。

本实施例中的第一光学镜片20的焦距f1＝114.13mm。

本实施例中的第一光学镜片20的远离所述显示器10的一侧表面的曲率半径为R11＝130.77mm，第一光学镜片20的靠近显示器10的一侧表面的曲率半径为R12＝-118.23mm。

本实施例中的第四光学镜片50的焦距f4＝147.75mm；第四光学镜片50的远离第一光学镜片20的一侧表面的曲率半径R41＝80.51mm。

第四光学镜片50与显示器10在光轴上的距离L＝20.15mm。

第一光学镜片20的最厚厚度与最薄厚度比为2.17；第四光学镜片50的最厚厚度与最薄厚度比为1.69。

该轻薄型光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义所述显示器10的出光光路方向为Z轴负方向，则人眼60相对该轻薄型光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB(Eye Box)，其满足4mm<EB<15mm；人眼60距离所述第二光学放大组件中最外侧的一片光学镜片的距离为ER(Eye Relief)，其满足1<ER/EB<2；该轻薄型光学显示系统形成的虚像距离人眼60的可调节距离为OB，0.1m<OB<50m。EB和ER越大，可以保证人眼60在更大范围内移动时，都可以看到显示完整且清晰的画面。

本实施例中的各光学结构的详细参数参见表五和表六。

表五

表六

表五为实施例三的相关光学结构数据，因为在光学设计软件中，光路是反向设计，因此表面S0到S37依序表示光线由虚像位置至显示器10依次经过的表面。其中厚度表示光线从该表面到达下一表面的距离，0表示两个表面紧贴，负值表示光线在该表面发生反射；表格中mirror表示光线在该表面发生反射；表格中未示出的光学膜层均为光学领域中采用蒸镀或者溅射等工艺手段进行的常规光学镀膜，光学软件设计中这种光学膜层带来的影响微小，一般不做考虑，因此没有在表格中体现出来。

表六为实施例三中相关光学结构的非球面数据，其中k为上述曲线方程式中的圆锥系数，A4到A20表示各表面第4到第20阶非球面系数。

图7为本实施例的光学设计光路图。

图8为图7的MTF曲线图，MTF是Modulation Transfer Function的缩写，是描述光学系统性能的一种方式，可以评判光学系统还原对比度的能力。横轴代表空间频率，纵轴代表对比度，实线表示子午方向，虚线表示弧矢方向。从图中可以看出，该光学系统在不同视场不同方向都有较好的解析力。

本实施例的轻薄型光学显示系统的成像原理如下：

显示器10发出的圆偏振光首先进入第一光学镜片20，经过第一光学镜片20处理后透射出去，然后进入第三光学镜片40，圆偏振光在经过第三光学镜片40中的第三增透光学膜404和第三相位延迟膜403后变为第一偏振光，第一偏振光经过第三透镜401到达第三偏振反射膜402层，第一偏振光在第三光学镜片40中的第三偏振反射膜402层处被反射，然后再次经过第三光学镜片40中的第三透镜401进入第三相位延迟膜403后变为圆偏振光，穿过第三增透光学膜404并进入第一光学镜片20中，部分光线在第一光学镜片20中的部分透射部分反射光学膜203处被反射进入第三光学镜片40，在经过第三光学镜片40的第三相位延迟膜403后变为第二偏振光，第二偏振光依次经过第三透镜401、第三偏振反射膜402透射出去进入第四光学镜片50，进入第四光学镜片50的光线依次经过第四吸收型线偏振膜503、第四透镜501和第四增透光学膜502后到达人眼60形成特定成像位置和特定放大倍数的虚像。第四吸收型线偏振膜503可消除人眼60侧环境光线被偏振反射膜反射形成的杂散光。

需要说明的是，若第一偏振光为S偏振光，则第二偏振光为P偏振光；若第一偏振光为P偏振光，则第二偏振光为S偏振光。

通过合理的设置光学显示系统中各光学透镜表面的面型参数可以大大的减小光学显示系统的像差，提高系统分辨率，提升画质。

本实施例的光学显示系统提高了系统自由度，第三光学透镜为平面，可降低工艺难度，提升模组良率，节约成本。同样的也可以在该光学架构中，根据系统的性能要求，进一步增加像差矫正透镜，以进一步提高像质、增大眼动范围、控制色差、畸变和所成虚像的位置。

实施例4

参考图9所示，本发明实施例四提供了一种影像镜头模组70，包括外筒71、内筒72和光学显示系统。

需要说明的是，本实施例中的光学显示系统可以采用实施例1、实施例2或实施例3中的轻薄型光学显示系统，其结构、工作原理和产生的技术效果参考实施例1、实施例2和实施例3中的相应内容，此处不作赘述。

本实施例中光学显示系统采用实施例1中的轻薄型光学显示系统进行说明。光学显示系统包括显示器10、第一光学放大组件和第二光学放大组件，第一光学放大组件包括第一光学镜片20，第二光学放大组件包括第二光学镜片30。

外筒71为一端开口的筒状结构，显示器10设置于所述外筒71的内底面，内筒72为两端开口的筒状结构，内筒72设置于外筒71内，内筒72与外筒71能够在其轴线方向上相对移动，第一光学镜片20和第二光学镜片30设置于内筒72内，第一光学镜片20和第二光学镜片30中的任意一片光学镜片为塑料材质时，该光学镜片的边缘部位具有注胶口，内筒72的内壁设有至少一片遮挡片721，遮挡片721位于光学镜片的具有注胶口的一侧且遮挡住光学镜片的注胶口。

这样，遮挡片721就能够对光学镜片注胶口处的应力影响区域进行遮挡，避免经过进胶口附近的光线偏振态发生变化，导致偏振折叠光路中的部分光线因偏振态的改变，没有进行折返而是透过偏振反射膜，线偏振膜直接出射，产生杂散光，遮挡片721的设置能够较好的保证系统良好的成像质量，提升用户体验。

实施例5

参考图10所示，本发明实施例五提供一种VR设备，包括穿戴部件80和影像镜头模组70。

需要说明的是，本实施例中的影像镜头模组70可以采用实施例4中的影像镜头模组70，其结构、工作原理和产生的技术效果参考实施例4中的相应内容，此处不作赘述。

影像镜头模组70设置于穿戴部件80上。穿戴部件80可以是头盔或眼镜架等，这样方便人们戴在头上。当然，VR设备还包括控制单元、储存单元等，控制单元便于控制设备，储存单元便于存储图像、视频等。

使用时，通过手动或电动的调整各光学镜片之间的距离，或者改变镜头和显示屏幕之间的距离以改变虚像的位置，来更好地适应近视用户对数字影像的观看需要，当有规律的调节系统虚像距离由近及远或由远及近的变化时，使用者眼睛的睫状肌在反复的聚焦过程中可以得到锻炼，起到保护眼睛，矫正视力的作用。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (12)

1.一种轻薄型光学显示系统，其特征在于：包括显示器和依次设置于所述显示器的出光光路上的第一光学放大组件和第二光学放大组件，所述第二光学放大组件位于所述第一光学放大组件的远离所述显示器的一侧；

所述第一光学放大组件包括第一光学镜片；

所述第一光学镜片的远离所述显示器的一侧表面的曲率半径为R11，所述第一光学镜片的靠近所述显示器的一侧表面的曲率半径为R12，其满足-100<R11+R12<300。

2.根据权利要求1所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第一光学镜片包括第一透镜、部分透射部分反射光学膜和第一增透光学膜，所述部分透射部分反射光学膜和所述第一增透光学膜分别设置于所述第一透镜的两侧。

3.根据权利要求1所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述轻薄型光学显示系统的视场角为FOV，其满足：60°<FOV<130°；所述轻薄型光学显示系统的焦距为f，其满足：15mm<f<45mm；所述第一光学镜片的焦距为f1，其满足：1<f1/f<6。

4.根据权利要求3所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第二光学放大组件包括第二光学镜片，所述第二光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上，所述第二光学镜片包括第二透镜、第二增透光学膜、第二吸收型线偏振膜、第二偏振反射膜和第二相位延迟膜；所述第二吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的靠近所述第一光学镜片的一侧，所述第二偏振反射膜设置于所述第二吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述第二偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述第二偏振反射膜的一侧和所述第二透镜的远离所述第二吸收型线偏振膜的一侧均设有所述第二增透光学膜；或者，所述第二吸收型线偏振膜设置于所述第二透镜的远离所述第一光学镜片的一侧，所述第二偏振反射膜设置于所述第二透镜的远离所述第二吸收型线偏振膜的一侧，所述第二相位延迟膜设置于所述第二偏振反射膜的远离所述第二透镜的一侧，所述第二相位延迟膜的远离所述第二偏振反射膜的一侧和所述第二吸收型线偏振膜的远离所述第二透镜的一侧均设有所述第二增透光学膜。

5.根据权利要求4所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第二光学镜片的焦距为f2，其满足：1<f2/f<6；所述第二光学镜片的远离所述第一光学镜片的一侧表面的曲率半径为R21，其满足：50<R21<200。

6.根据权利要求3所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第二光学放大组件包括第三光学镜片和第四光学镜片，所述第三光学镜片设置于所述第一光学镜片的透射光光路上，所述第四光学镜片设置于所述第三光学镜片的透射光光路上；

所述第三光学镜片包括第三透镜、第三增透光学膜、第三偏振反射膜和第三相位延迟膜，所述第三偏振反射膜设置于所述第三透镜的远离所述第一光学镜片的一侧，所述第三相位延迟膜设置于所述第三透镜的靠近所述第一光学镜片的一侧，所述第三增透光学膜设置于所述第三相位延迟膜的远离所述第三透镜的一侧；

所述第四光学镜片包括第四透镜、第四增透光学膜和第四吸收型线偏振膜，所述第四吸收型线偏振膜设置于所述第四透镜的靠近所述第三光学镜片的一侧，所述第四透镜的远离所述第三光学镜片的一侧和所述第四吸收型线偏振膜的远离所述第四透镜的一侧均设有第四增透光学膜。

7.根据权利要求6所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第四光学镜片的焦距为f4，其满足：1<f4/f<6；所述第四光学镜片的远离所述第一光学镜片的一侧表面的曲率半径为R41，其满足：50<R41<200。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第二光学放大组件中距离所述显示器最远的一片光学镜片与所述显示器在光轴上的距离为L，其满足10mm<L<30mm。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：所述第一光学放大组件和所述第二光学放大组件中任意一片光学镜片的最厚部位的厚度为MaxT，最薄部位的厚度为MinT，其满足：MaxT/MinT<10。

10.根据权利要求1-7中任意一项所述的轻薄型光学显示系统，其特征在于：该轻薄型光学显示系统能够形成观察者可看到的虚像，该轻薄型光学显示系统在右手直角坐标系O-xyz中，定义所述显示器的出光光路方向为Z轴负方向，则人眼相对该轻薄型光学显示系统可在X方向或Y方向移动的范围为EB，其满足4mm<EB<15mm；人眼距离所述第二光学放大组件中最外侧的一片光学镜片的距离为ER，其满足1<ER/EB<2；该轻薄型光学显示系统形成的虚像距离人眼的距离为OB，0.1m<OB<50m。

11.一种影像镜头模组，其特征在于包括外筒、内筒和权利要求1-10中任意一项所述的轻薄型光学显示系统，所述外筒为一端开口的筒状结构，所述显示器设置于所述外筒的内底面，所述内筒为两端开口的筒状结构，所述内筒设置于所述外筒内，所述第一光学放大组件和所述第二光学放大组件设置于所述内筒内，当所述第一光学放大组件和所述第二光学放大组件中的任意一片光学镜片为塑料材质时，该光学镜片的边缘部位具有注胶口，所述内筒的内壁设有至少一片遮挡片，所述遮挡片位于光学镜片的具有注胶口的一侧且遮挡住光学镜片的注胶口。

12.一种VR设备，其特征在于：包括穿戴部件和权利要求11中所述的影像镜头模组，所述影像镜头模组设置于所述穿戴部件上。

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