CN111766705A - 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学成像模组，包括：靠近所述光学成像模组的物侧的第一透镜，其中所述第一透镜为菲涅尔透镜，在靠近所述光学成像模组物侧的一侧上具有菲涅尔表面；半透半反层，所述半透半反层位于所述第一透镜的远离所述光学成像模组物侧的一侧；第二相位延迟片，所述第二相位延迟片位于所述第一透镜的与所述光学成像模组物侧相反的一侧；反射式偏振片，所述反射式偏振片设置在所述第二相位延迟片的与所述第一透镜相反的一侧。

Description

短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组

技术领域

本发明大致涉及光学领域，尤其涉及一种具有短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组。

背景技术

Virtual Reality即虚拟现实，简称VR，其具体内涵是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。一般的VR眼镜主要的配置是内含的两个透镜，让左、右眼所看的图像各自独立分开，连续互相交替地显示在屏幕上，加上人眼视觉暂留的生理特性，就可以产生景深立体的效果。

在保证较好的视场角度、眼动范围和成像质量的同时，用户越来越多地提出了小尺寸超薄的设计需求。VR设备中的光学成像模组是决定设备成像质量和尺寸的重要设计因素。

现有的超薄VR设备中较多地采用折叠光路技术，现有的折叠光路从物侧到像侧依次包括半透半反膜、相位延迟片、反射式偏振片。在现有设计中为了进一步减小模组厚度，在半透半反膜和相位延迟片之间会设计透镜组。研究发现，该透镜组设计存在对透镜内双折射容忍度较差的问题。为了实现较好的成像性能、小尺寸超薄且高透镜双折射容忍度的光学成像模组，需要对折叠光路设计进行优化。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种光学成像模组，包括：

靠近所述光学成像模组的物侧的第一透镜，其中所述第一透镜为菲涅尔透镜，在靠近所述光学成像模组物侧的一侧上具有菲涅尔表面；

半透半反层，所述半透半反层位于所述第一透镜的远离所述光学成像模组物侧的一侧；

第二相位延迟片，所述第二相位延迟片位于所述第一透镜的与所述光学成像模组物侧相反的一侧；

反射式偏振片，所述反射式偏振片设置在所述第二相位延迟片的与所述第一透镜相反的一侧。

根据本发明的一个方面，所述的光学成像模组，还包括第一相位延迟片，所述第一相位延迟片设置在所述第一透镜的靠近所述物侧的一侧。

根据本发明的一个方面，所述第一相位延迟片和第二相位延迟片均为四分之一波片，所述第一相位延迟片为独立元件或者与显示屏集成在一起。

根据本发明的一个方面，所述半透半反层贴附于所述第一透镜的远离所述光学成像模组物侧的一侧，所述反射式偏振片包括平面构型或曲面构型。

根据本发明的一个方面，所述反射式偏振片包括金属线栅或多层膜类型的反射式偏振片。

根据本发明的一个方面，所述半透半反层的反射焦距为f2，所述光学成像模组的焦距为F，所述第一透镜的焦距为f1，满足以下关系：1F≤f2≤4F，f1≥1.5F。

根据本发明的一个方面，所述光学成像模组的厚度H≤25mm(不包含接目距长度)，接目距为5mm～18mm。

根据本发明的一个方面，所述的光学成像模组还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述反射式偏振片的靠近像侧的一侧或所述第一相位延迟片的靠近物侧的一侧。

根据本发明的一个方面，所述的光学成像模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第二相位延迟片和反射式偏振片之间。

根据本发明的一个方面，所述的光学成像模组还包括第一吸收式偏振片和第二吸收式偏振片，其中所述第一吸收式偏振片位于所述第一相位延迟片的靠近物侧的一侧，所述第二吸收式偏振片位于所述反射式偏振片的靠近像侧的一侧。

根据本发明的一个方面，所述的光学成像模组还包括透明基片，所述第二相位延迟片和所述反射式偏振片均贴附在所述透明基片上。

根据本发明的一个方面，所述透明基片具有两个平面的且平行的光学表面，所述第二相位延迟片和所述反射式偏振片均贴附在所述透明基片的同一个光学表面上，或者贴附在不同的光学表面上。

本发明还提供一种近眼显示装置，包括：

显示屏；和

如上所述的光学成像模组，设置在所述显示屏的光路下游。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示意性地示出了VR设备中透镜的参数与设备尺寸的关系；

图2示意性地示出了偏振光通过透镜时出现的双折射现象；

图3A示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光学成像模组；

图3B示出了根据本发明一个优选实施例的第一透镜；

图4示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组；

图5A示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组；

图5B示意性地示出了图5A实施例的变型；

图6示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组；

图7示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组；

图8示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组80；

图9示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组；

图10A和图10B分别示出了根据本发明另一个优选实施例的光学模组。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，。除非另有明确规定和限定，属于“片”，“膜”应做广义理解，例如，可以是独立光学元件，也可以是贴敷在透镜或透明基片上的带膜层。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了VR设备的原理，VR设备通常包括显示屏和透镜组，其中显示屏上可以显示待投射到佩戴者眼睛中的图像，透镜组位于显示屏与佩戴者眼球之间，可以将显示屏上投射出的光线汇聚到佩戴者的眼球上，然后成像到用户的视网膜上，如图1中示意性示出的，显示屏上的点O发出的光束经过透镜组被汇聚进入佩戴者的眼球，最终被成像到佩戴者的视网膜上的点O’。如图1所示，为了得到更宽广的视场，需要缩短用户眼球与透镜间的距离，或者增加透镜的大小。若使用较轻薄的透镜，透镜焦距较大，透镜与显示屏之间的距离就会增大，VR设备的尺寸也会随之增大。若使用较厚的透镜，透镜焦距较小，可以缩短透镜与显示屏之间的距离，但透镜的加工难度增加，难以避免出现几何失真和色像差。因此，为了兼顾视场角度、眼动范围、成像质量和VR设备的尺寸，可以采用折叠光路技术。

由于透镜本身的制作材料以及制作过程会导致透镜具有双折射性质，即对于不同振动方向的光信号的折射率不同。如图2所示，入射光束E1为线偏振光，经过透镜20折射，透镜20具有折射快轴x，折射慢轴y，出射光束E2变为圆偏振光束。双折射现象会导致输入偏振光信号发生退偏，增加了系统的损耗和杂散光。另外，由于透镜内双折射性质存在与横截面位置相关的分布，当光信号多次透过透镜不同位置时，双折射导致的退偏现象会大幅恶化。

本发明提供一种短距离、高透镜双折射容忍度光学成像模组，通过将现有设计中的半透半反光学面从透镜靠近第一相位延迟片一侧调整到靠近第二相位延迟片一侧，改善光学成像模组对系统中透镜双折射的容忍度。图3A示出了根据本发明的一个优选实施例的光学成像模组30，其中图中右侧为其物侧，左侧为像侧。如图3A所示，光学成像模组30包括：靠近所述光学成像模组的物侧的第一相位延迟片301，位于所述第一相位延迟片301的一侧承担部分或全部汇聚成像作用的第一透镜302，其中所述第一透镜302优选为菲涅尔透镜，在靠近所述光学成像模组物侧的一侧上具有菲涅尔表面302-a。光学成像模组30还包括：位于所述第一透镜302的远离所述第一相位延迟片301的一侧上的半透半反层305，位于所述第一透镜302的与所述第一相位延迟片301相反的一侧上的第二相位延迟片303(半透半反层的与所述物侧相反的一侧)，设置在所述第二相位延迟片303的与所述第一透镜302相反的一侧上的反射式偏振片304。根据本发明的一个优选实施例，所述半透半反层305贴附于所述第一透镜302的远离所述第一相位延迟片的一侧上，例如可以作为镀膜被镀在第一透镜302的表面上。或者可替换的，所述半透半反层305可以被构造以一个单独的光学部件，例如具有薄片平板状结构，与所述第一透镜302相分离。因此在图3A中，右侧为光路上游，即可以设置待成像的物或者显示屏的一侧，左侧为光路下游，为观察侧，从光路上游至光路下游依次包括第一相位延迟片301、第一透镜302。半透半反层305、第二相位延迟片303以及反射式偏振片304。反射式偏振片304具有一定的偏振方向，当入射到其上的偏振光的偏振方向与反射式偏振片304的偏振方向相同时，该偏振光将透射通过反射式偏振片304；当入射到其上的偏振光的偏振方向与反射式偏振片304的偏振方向正交时，该偏振光将被反射。反射式偏振片包括平面构型或曲面构型。曲面构型反射式偏振片优点在于能够提供额外的屈光能力和成像质量优化自由度，实现厚度更小，光学质量更好的光学成像模组。

图3B示出了第一透镜302，其中后表面为带有环形沟槽的菲涅尔表面302-a，该表面经过特殊设计和优化，可以将整个透镜的轴向尺寸压缩到在3mm以内，整个菲涅尔成像模组实现了轻薄化。第一透镜302包含后表面302-a和前表面302-b，前表面和后表面的面型通常为非球面面型，以达到较好的成像质量。本发明中菲涅尔透镜表面具有环状沟槽结构，沟槽表面如图所示显示为r₁,r₂…r_n,其中沟槽深度和宽度以及n的取值依赖于设计要求和加工制造水平。

相比于普通透镜，使用菲涅尔透镜的方案能够进一步优化系统厚度使其更加轻薄化，其第一透镜302的表面经过菲涅尔化之后使得第一透镜302的厚度减小至3mm以内。

以下详细描述图3A所示的短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组30的光学原理和工作方式。物侧显示屏发射的线偏振光束E1，透过第一相位延迟片301变成圆偏振光束E2，圆偏振光束E2依次透过第一射镜302、半透半反层305、第二相位延迟片303变成线偏振光束E3，线偏振光束E3入射到反射式偏振片304，反射式偏振片304的偏振方向与线偏振光束E3的偏振方向正交，线偏振光束E3被反射式偏振片304反射，再次经过第二相位延迟片303变成圆偏振光束E4，在半透半反层305上反射出圆偏振光束E5，第三次透过第二相位延迟片303变成线偏振光束E6，线偏振光束E6的偏振方向与反射式偏振片304的偏振方向同向，因此线偏振光束E6可以通过反射式偏振片304进入像侧。

另外，上述光学成像模组30也可不包括第一相位延迟片301。例如当光学成像模组30与显示屏一起使用时，显示屏可内部集成第一相位延迟片301，从而从显示屏出射的光线为圆偏振光E2，这些也在本发明的范围内。在此情况下，光学成像模组30包括：靠近所述光学成像模组的物侧的第一透镜；半透半反层，所述半透半反层位于所述第一透镜的远离所述光学成像模组物侧的一侧；第二相位延迟片，所述第二相位延迟片位于所述第一透镜的与所述光学成像模组物侧相反的一侧(半透半反层的与所述物侧相反的一侧)；反射式偏振片，所述反射式偏振片设置在所述第二相位延迟片的与所述第一透镜相反的一侧。所述第一相位延迟片可以设置在所述第一透镜的靠近所述物侧的一侧

根据本发明的一个实施例，第一相位延迟片301和第二相位延迟片303均为四分之一波片，因此恰好可以将入射到其上的线偏振光调整为圆偏振光，或者将圆偏振光调整为线偏振光。四分之一波片可以是在期望的或者预定的多个波长中的至少一个波长的四分之一波延迟器。所述半透半反层305布置在所述第一透镜302与第二相位延迟片303之间，其可以在期望的或者预定的多个波长中具有至少30％的平均光反射率，可以在期望的或者预定的多个波长中具有至少30％的平均光透射率。在一些实施方案中，期望的或者预定的多个波长可以是单一的连续波长范围(例如400nm-700nm的可见光范围)，或者可以是多个连续波长范围。所述半透半反层305可以是陷波(notch)反射器且所述期望的或预定的多个波长可以包括一个或多个波长范围，其中至少一些具有不超过100nm或不超过50nm的半高全宽反射带。

反射式偏振片304配置成能够实现当入射光与偏振方向一致时透射，当入射光与偏振方向正交时全反射的性能。所述反射式偏振片304可以是陷波反射式偏振器，其反射带可以匹配或者基本上匹配所述半透半反层305的反射带。在一些实施例中，光学成像模组30可以适用于一个或多个激光器，且多个期望的或者预定的波长可以包括激光器波长周围的窄带(例如宽度10nm)。

根据本发明的一个优选实施例，反射式偏振片304为平面构型，包括单层金属线栅，或者多层膜类型的反射式偏振片。反射式偏振片304能够实现当入射光与偏振方向一致时透射，当入射光与偏振方向正交时全反射的性能。

第一透镜302具有位于光路上游的第一光学面以及位于光路下游的第二光学面，其中优选的，半透半反层305贴附在第二光学面上。其中第一光学面为平面或曲面，优选为菲涅尔表面。若为曲面的时候可为球面或非球面。半透半反层305贴附于第一透镜302第二光学面上，即远离第一相位延迟片301的一侧上，因此避免了入射光束多次穿过第一透镜而出现双折射现象，否则会使较为纯净的入射线偏振光束E1退偏，增加系统的损耗和杂散光，降低了成像质量。

光学成像模组30屈光能力的重要来源之一是半透半反层的反射焦距。半透半反层的反射焦距为f2，如果其反射焦距f2过小，则难以避免出现几何失真和色像差。如果其反射焦距f2过大，则半透半反层的屈光能力不足，导致整个系统的尺寸和复杂度增加。随着折叠光路长度增加，模组总长度减小，像差增加，屏幕半径增加。根据本发明的一个优选实施例，半透半反层305的反射焦距f2应满足：1F≤f2≤4F,其中F为光学成像模组30的焦距。本发明通过对半透射半反射光学面5的焦距f2进行优化获得短距离适用于VR穿戴设备的短距离光学成像效果。并且，本发明通过将现有设计中的半透半反光学面从透镜靠近第一相位延迟片一侧改到靠近第二相位延迟片一侧，改善光学成像模组对系统中透镜双折射的容忍。

根据本发明的一个实施例，光学成像模组30的厚度H≤25mm(不包含接目距长度)，接目距为5mm～18mm。

图4示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组40。在图3所示的光学成像模组30的基础上，在像侧增加第二透镜401，例如位于所述反射式偏振片304的靠近像侧的一侧，用来分担半透半反层305的屈光负担，随着第二透镜401的曲率半径减小，光学成像模组40的厚度减小再增加，显示屏半径减小，色像差减小再增加。随着折叠光路的长度增加，光学成像模组40的厚度减小，显示屏半径增加。

图5A示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组50，如图5所示，在图3所示的光学成像模组30的基础上，在物侧增加第二透镜501，例如位于所述第一相位延迟片301的靠近物侧的一侧，用来分担半透半反层305的屈光负担。

图5B示出了图5A实施例的一个变形，其中示出了光学成像模组50’，具体包括：靠近所述光学成像模组的物侧的第一透镜302，其中所述第一透镜302优选为菲涅尔透镜，在靠近所述光学成像模组物侧的一侧上具有菲涅尔表面302-a；第二透镜501，所述第二透镜501位于所述光学成像模组50’的像侧，即位于第一透镜302的光路下游；半透半反层305，所述半透半反层305位于所述第一透镜302的远离所述光学成像模组物侧的一侧(位于第一透镜和第二透镜之间)，所述半透半反层例如可贴附于所述第一透镜302的远离所述光学成像模组物侧的一侧；第二相位延迟片303，所述第二相位延迟片303位于所述第二透镜501的像侧；反射式偏振片304，所述反射式偏振片304设置在所述第二相位延迟片303的与所述第二透镜501相反的一侧。

通过将第二透镜501放入折叠光路中，可以使光线三次通过501，一方面为优化光学模组的成像质量增加了更高的自由度，另一方面可以更多的承担模组的屈光度，因而在系统焦距一定的情况更有利于将模组设计的更加紧凑和轻薄。

所述光学成像模组50’还可包括第一相位延迟片301，所述第一相位延迟片设置在所述第一透镜302的靠近所述物侧的一侧。上述光学成像模组50’也可不包括第一相位延迟片301。例如当光学成像模组与显示屏一起使用时，显示屏可内部集成第一相位延迟片301，从而从显示屏出射的光线为圆偏振光E2，这些也在本发明的范围内。

物侧显示屏发射的线偏振光束E1，透过第一相位延迟片301变成圆偏振光束E2，圆偏振光束E2依次透过第一射镜302、半透半反层305、第二透镜501、第二相位延迟片303变成线偏振光束E3，线偏振光束E3入射到反射式偏振片304，反射式偏振片304的偏振方向与线偏振光束E3的偏振方向正交，线偏振光束E3被反射式偏振片304反射，再次经过第二相位延迟片303变成圆偏振光束E4，在半透半反层305上反射出圆偏振光束E5，第三次透过第二相位延迟片303变成线偏振光束E6，线偏振光束E6的偏振方向与反射式偏振片304的偏振方向同向，因此线偏振光束E6可以通过反射式偏振片304进入像侧，入射到观察者的眼镜E中成像。

图6示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组60，如图6所示，在图3所示的光学成像模组30的基础上，在第二相位延迟片303和反射式偏振片304之间增加第三透镜601，用来分担半透半反层305的屈光负担。

根据本发明的一个优选实施例，为了进一步分担和降低半透半反层305的屈光负担，可以同时设置所述第二透镜401、透镜501以及透镜601，这些都在本发明的保护范围内。

图7示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组70，如图7所示，在短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组70中，第一相位延迟片701与第二相位延迟片703正交放置，物侧显示屏发射的线偏振光束E1，透过第一相位延迟片701变成圆偏振光束E2，圆偏振光束E2依次透过第一透镜702、半透半反层705、第二相位延迟片703变成线偏振光束E3，线偏振光束E3入射到反射式偏振片704，反射式偏振片704的偏振方向与线偏振光束E3的偏振方向正交，线偏振光束E3被反射式偏振片704反射，再次经过第二相位延迟片703变成圆偏振光束E4，在半透半反层705上反射出圆偏振光束E5，第三次透过第二相位延迟片703变成线偏振光束E6，线偏振光束E6的偏振方向与反射式偏振片704的偏振方向同向，线偏振光束E6通过反射式偏振片704进入像侧。光学成像模组70的设置方法能够有效降低相位延迟片的相位差色散导致的杂散光问题。

其中第一相位延迟片701和第二相位延迟片703均为四分之一波片。光学成像模组70的各项性能和配置均与光学成像模组30的性能和配置类似或相同，在此不再赘述。

图8示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组80，其中在光学成像模组30或光学成像模组70的基础上，增加吸收式偏振片。如图8所示，以光学成像模组70为基础为例，在第一相位延迟片701靠近物侧的一侧上，增加第一吸收式偏振片801，在反射式偏振片704靠近像侧的一侧上，增加第二吸收式偏振片802。第一吸收式偏振片801例如仅允许与线偏振光束E1具有相同偏振方向的光束通过，其他偏振方向的光束将被吸收；第二吸收式偏振片802例如仅允许与线偏振光束E6具有相同偏振方向的光束通过，其他偏振方向的光束将被吸收。光学成像模组80的设置方法能够有效降低反射式偏振片漏光导致的杂散光问题。

图9示意性地示出了根据本发明的另一个优选实施例的光学成像模组90。相对于图3的光学成像模组30，图9所示的光学成像模组90中包括透明基片901，例如由玻璃或者塑料材料制成，第二相位延迟片303和反射式偏振片304依次贴在透明基片901上，透明基片901的两个光学表面均为平面且平行。图9的实施方式中，该光学模组设计能够有效降低光学模组封装复杂度。另外，本领域技术人员理解，图9给出的例子是基于图3的实施例，但是这个设计不只限于图3的实施例。例如，在图4、图5、图7、图8的实施例中，同样可以将第二相位延迟片和反射式偏振片依次贴在透明基片上，在图6的实施例中，可以增加两块透明基片，分别用于贴附第二相位延迟片和反射式偏振片。

另外，图9中示出了第二相位延迟片303和反射式偏振片304贴在透明基片901的同一光学表面上(图中为右侧的光学表面)，本领域技术人员容易理解，第二相位延迟片303和反射式偏振片304也可以贴在透明基片901的另一个光学表面上，例如图中的左侧的光学表面，或者可以分别贴附在透明基片901的相反的两个光学表面上，例如第二相位延迟片303贴在透明基片901的右侧的光学表面上，反射式偏振片304贴在透明基片901的左侧的光学表面上，这些都在本发明的保护范围内。

图10A示出了根据本发明一个实施例的光学成像模组100。图10的实施例与图5B的光学成像模组50’类似。下面重点描述二者之间的区别之处。

相比于图5B的光学成像模组50’，光学成像模组100增加了光学成像透镜的个数，具体增加了第四透镜101，第四透镜101位于第一透镜302与第二透镜501之间，第二相位延迟片303和偏振反射片304均位于所述第二透镜501的像侧上。第四透镜101可以用于平衡整个光学系统的光焦度以及光学像差的矫正和补偿，第四透镜的表面可以是凸透镜也可以是凹透镜。

图10B示出了根据本发明一个实施例的光学成像模组100’，与图4所示的实施例类似。与图4的实施例相比，图10B中增加了第四透镜101，位于所述第二相位延迟片303与第一透镜302之间，用于平衡整个光学系统的光焦度以及光学像差的矫正和补偿，第四透镜的表面可以是凸透镜也可以是凹透镜。如图10B所示的，第二相位延迟片303和偏振反射片304均位于所述第二透镜501的物侧上。

本发明的优选实施例还提供一种近眼显示装置，包括：显示屏和根据如上所述的本发明的优选实施例所提供的各种光学成像模组，所述光学成像模组设置在所述显示屏的光路下游。

本发明的优选实施例提出了一种短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组，有效避免或减轻了较为纯净的入射偏振光束多次通过透镜后出现双折射现象，使偏振光束退偏，增加系统的损耗和杂散光，影响了成像的质量。本发明的优选实施例适用于超薄VR眼镜设备，从而兼顾了视场角度、眼动范围、成像质量和设备尺寸问题。另外，以上以VR设备为例对本发明进行了描述，但本领域技术人员容易理解，本发明的方案不限于用于VR设备，也可以用于其他类型的近眼显示装置，例如增强现实AR装置或者混合现实MR装置，这些都在本发明的保护范围内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种光学成像模组，包括：

靠近所述光学成像模组的物侧的第一透镜，其中所述第一透镜为菲涅尔透镜，在靠近所述光学成像模组物侧的一侧上具有菲涅尔表面；

半透半反层，所述半透半反层位于所述第一透镜的远离所述光学成像模组物侧的一侧；

第二相位延迟片，所述第二相位延迟片位于所述第一透镜的与所述光学成像模组物侧相反的一侧；

反射式偏振片，所述反射式偏振片设置在所述第二相位延迟片的与所述第一透镜相反的一侧。

2.如权利要求1所述的光学成像模组，还包括第一相位延迟片，所述第一相位延迟片设置在所述第一透镜的靠近所述物侧的一侧。

3.如权利要求2所述的光学成像模组，其中所述第一相位延迟片和第二相位延迟片均为四分之一波片，所述第一相位延迟片为独立元件或者与显示屏集成在一起。

4.如权利要求1-3中任一项所述的光学成像模组，其中所述半透半反层贴附于所述第一透镜的远离所述光学成像模组物侧的一侧，所述反射式偏振片包括平面构型或曲面构型。

5.如权利要求1-3中任一项所述的光学成像模组，其中所述反射式偏振片包括金属线栅或多层膜类型的反射式偏振片。

6.如权利要求1-3中任一项所述的光学成像模组，其中所述半透半反层的反射焦距为f2，所述光学成像模组的焦距为F，所述第一透镜的焦距为f1，满足以下关系：1F≤f2≤4F，f1≥1.5F。

7.如权利要求2或3所述的光学成像模组，其中所述光学成像模组的厚度H≤25mm，接目距为5mm～18mm。

8.如权利要求2或3所述的光学成像模组，还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述反射式偏振片的靠近像侧的一侧或所述第一相位延迟片的靠近物侧的一侧、或所述第一透镜与所述第二相位延迟片之间。

9.如权利要求1-3中任一项所述的光学成像模组，还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第二相位延迟片和反射式偏振片之间。

10.如权利要求2或3所述的光学成像模组，还包括第一吸收式偏振片和第二吸收式偏振片，其中所述第一吸收式偏振片位于所述第一相位延迟片的靠近物侧的一侧，所述第二吸收式偏振片位于所述反射式偏振片的靠近像侧的一侧。

11.如权利要求1-3中任一项所述的光学成像模组，还包括透明基片，所述第二相位延迟片和所述反射式偏振片均贴附在所述透明基片上。

12.如权利要求11所述的光学成像模组，其中所述透明基片具有两个平面的且平行的光学表面，所述第二相位延迟片和所述反射式偏振片均贴附在所述透明基片的同一个光学表面上，或者贴附在不同的光学表面上。

13.如权利要求1-3中任一项所述的光学成像模组，还包括第四透镜，所述第四透镜位于所述第一透镜与第二透镜之间，或所述第一透镜与所述第二相位延迟片之间。

14.一种近眼显示装置，包括：

显示屏；和

如权利要求1-13中任一项所述的光学成像模组，设置在所述显示屏的光路下游。

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