CN114236827A - 一种光学模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种光学模组以及电子设备；其中，所述光学模组包括：显示单元，第一透镜，偏振反射器，第一位相延迟器和分光器；所述显示单元具有发光面，所述发光面用于发射出入射光；所述第一透镜沿所述入射光的传播方向设置，所述第一透镜包括朝向所述发光面的第一表面和背离所述发光面的第二表面，所述第一表面与所述发光面之间的距离设置为≥1.5mm；所述分光器设置于所述第一表面的一侧，所述偏振反射器设置在所述第二表面的一侧，所述第一位相延迟器设置于所述偏振反射器与所述分光器之间。本申请实施例提供了一种折叠光路方案，能有效降低折叠光路中靠近显示单元一侧的透镜的外观缺陷要求。

Description

一种光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请涉及光学技术领域，更具体地，本申请涉及一种光学模组以及头戴显示设备。

背景技术

近年来，增强现实(Augmented Reality，AR)技术及虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术等在智能穿戴设备中得到了应用并快速发展起来。增强现实技术和虚拟现实技术的核心部件均是光学模组。因此，光学模组显示效果的好坏将直接决定着智能穿戴设备的质量。

在现有的相关技术中，以VR设备为例。一些VR设备多采用单片式透镜+显示屏幕(display)组合的光学模组，然而，基于光路成像要求，透镜距离显示屏幕会比较远，这导致VR设备的尺寸较大，不利于产品的小型化，可能会导致用户佩戴时的使用体验不佳。为了改善这一问题，折叠光路方案应运而生。如今，很多智能穿戴设备例如VR设备中都采用了折叠光路的方案。

折叠光路方案可有效减小光学系统总长，但是在整个光路结构中，靠近显示屏幕一侧的镜片(透镜)与显示屏幕的发光表面较为接近，而这会导致该镜片外观方面的缺陷经远离显示屏幕一侧的其他光学元件之后被放大，这就容易让人眼察觉到，这将会导致成像画面不佳。

发明内容

本申请的目的在于提供的一种光学模组以及头戴显示设备的新技术方案。

根据本申请的一个方面，提供了一种光学模组。所述光学模组包括：

显示单元，所述显示单元具有发光面，所述发光面用于发射出入射光；

第一透镜，所述第一透镜沿所述入射光的传播方向设置，所述第一透镜包括朝向所述发光面的第一表面和背离所述发光面的第二表面，所述第一表面与所述发光面之间的距离设置为≥1.5mm；

所述光学模组还包括偏振反射器、第一位相延迟器和分光器，所述分光器设置于所述第一表面的一侧，所述偏振反射器设置在所述第二表面的一侧，所述第一位相延迟器设置于所述偏振反射器与所述分光器之间。

可选地，所述第一透镜的第一表面与所述显示单元的发光面之间的距离设置为T1，所述分光器与所述偏振反射器之间的距离设置为T2，所述T1与所述T2的比值设置为0.1～1.6。

可选地，所述光学模组还包括保护片，所述保护片设于所述显示单元的发光面一侧；

所述保护片包括朝向所述发光面的后表面和背离所述发光面的前表面，所述保护片的后表面与所述发光面之间的距离设置为≥1mm。

可选地，所述的光学模组还包括第二位相延迟器和偏振器；

所述偏振器设置于所述保护片前表面的一侧；

所述第二位相延迟器设置于所述分光器与所述偏振器之间。

可选地，所述偏振器为线偏振片。

可选地，所述偏振器具有光线透过的透过轴，所述偏振器的透过轴与所述第二位相延迟器的快轴或者慢轴之间的夹角设置为45°。

可选地，所述第一位相延迟器和所述第二位相延迟器中的至少一个为四分之一波片。

可选地，所述光学模组还包括第二透镜，所述第二透镜设置在所述第一透镜的第二表面的一侧，所述第二透镜和所述第一透镜位于同一光轴上；

所述第二透镜包括朝向所述第一透镜的第三表面和背离所述第一透镜的第四表面；

所述偏振反射器设于所述第三表面的一侧，所述第一位相延迟器设于所述偏振反射器背离所述第三表面的一侧。

可选地，所述偏振反射器和所述第一位相延迟器设于的所述第三表面为平面、球面、非球面、自由曲面或者柱面其中的任意一种。

可选地，所述偏振反射器的透过轴与所述第一位相延迟器的快轴或慢轴之间的夹角设置为45°。

可选地，所述分光器为半反半透膜，所述半反半透膜设于所述第一表面上。

可选地，所述显示单元为自发光式屏幕或者反射式屏幕。

根据本申请的另一个方面，提供了一种头戴显示设备。所述头戴显示设备包括：

壳体；以及

如上任一种所述的光学模组，所述光学模组设置于所述壳体。

本申请的有益效果在于：

本申请实施例提出了一种折叠光路结构设计方案，其能够应用于电子设备例如头戴显示设备中，该光学模组通过增大光路结构中靠近显示单元一侧的透镜与显示单元的发光面之间的距离，能够改善该透镜上的外观缺陷经远离显示单元一侧的光学元件而被放大到人眼容易观察到的倍数的情况，否则将导致人眼容易发现该透镜上的外观缺陷，进而影响到成像画面的效果，造成用户体验不佳。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的光学模组在450nm下调制传递函数MFT曲线；

图3是本申请实施例提供的光学模组在540nm下调制传递函数MFT曲线；

图4是本申请实施例提供的光学模组在610nm下调制传递函数MFT曲线；

图5是本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之二；

图6是本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之三；

图7是本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之四。

附图标记说明：

1、光轴；2、光阑；3、第二透镜；4、第一透镜；5、保护片；6、显示单元；7、光线；8、偏振反射器；9、第一位相延迟器；10、分光器；11、第二位相延迟器；12、偏振器。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图1至图7对本申请实施例提供的光学模组以及头戴显示设备进行详细地描述。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种光学模组。

所述光学模组为一种折叠光路结构方案，其适合应用于电子设备中，例如头戴显示设备(head mounted display，HMD)，如VR头戴设备(包括VR眼镜或者VR头盔等)。

本申请实施例提供的光学模组，其结构如图1、图5至图7所示，所述光学模组包括显示单元6，所述显示单元6具有发光面，所述发光面能够用于发射出入射光；

所述光学模组包括第一透镜4，所述第一透镜4沿所述入射光的传播方向设置，所述第一透镜4包括朝向所述发光面的第一表面和背离所述发光面的第二表面，所述第一表面与所述发光面之间的距离设置为≥1.5mm；

所述光学模组还包括偏振反射器8、第一位相延迟器9和分光器10，所述分光器10设置于所述第一表面的一侧，所述偏振反射器8设置在所述第二表面的一侧，所述第一位相延迟器9设置于所述偏振反射器8与所述分光器10之间。

在本申请的整个光路结构设计中，对于所述第一透镜4来说，将其上的所述第一表面设置为所述第一透镜4的后表面，而所述第二表面则设置为所述第一透镜4的前表面。

此外，需要说明的是，所述分光器10设置于所述第一表面的一侧并不仅指设置在所述第一表面上，还可以是设置在第一表面与所述发光面之间的合适位置或者说靠近所述第一表面的合适位置处。同样地，所述偏振反射器8设置在所述第二表面的一侧，也并不仅指设置在所述第二表面上，还可以是设置在例如靠近所述第二表面的合适位置处。

也就是说，本申请实施例提供的光学模组，其涉及的是一种折叠光路结构设计。其中，将靠近所述显示单元6一侧的光学镜片，即所述第一透镜4设计成与所述显示单元6的发光面之间具有较大的距离如≥1.5mm，这样，所述第一透镜4表面或者内部的缺陷在经过远离所述显示单元6一侧的各光学元件组成的光学组件后，放大倍数上升不会很明显，进而能够降低折叠光路结构中靠近所述显示单元6一侧的透镜的外观缺陷要求。

当所述第一透镜4与所述显示单元6的发光面之间的距离设置为＜1.5mm时，所述第一透镜4表面或者内部的缺陷经过远离所述显示单元6一侧的各光学元件组成的光学组件后放大倍数会上升非常明显，这就导致对光路结构中的所述第一透镜4的外观缺陷要求较为严格，可能会导致对透镜的制作工艺提出更高的要求，还可能增加生产制作成本。

在本申请实施例提供的光学模组中，继续如图1、图5至图7所示，在沿着光轴1的方向上，对于设置在所述显示单元6出光端处的所述第一透镜4，其与所述显示单元6的发光面之间的距离设置为≥1.5mm。这就能够在一定程度上避免所述第一透镜4表面或者内部的缺陷经过远离所述显示单元6一侧的各光学元件组成的光学组件后放大倍数上升明显的现象，这对于降低折叠光路结构中靠近所述显示单元6一侧的透镜的外观缺陷要求是有利的，进而有利于简化折叠光路的结构设计和制作成本等。

其中，如图1、图4至图7所示，所述第一位相延迟器9可用于改变折叠光路结构中光线7的偏振状态。例如，能够将线偏振光转化为圆偏振光，或者将圆偏振光转化为线偏振光。

其中，远离所述显示单元6一侧的光学组件(包括所述偏振反射器8、所述第一位相延迟器9、分光器10)可用于解析光线7，例如可将光线7放大后进行传递。

其中，所述显示单元6所发出的光线例如可以是线偏振光，也可以是圆偏振光，当然还可以是自然光。

本申请实施例提出了一种折叠光路设计方案，其能够应用于电子设备例如头戴显示设备(head mounted display，HMD)中。

本申请实施例提供的光学模组，通过增大光路结构中靠近所述显示单元6一侧的所述第一透镜4与所述显示单元6的发光面之间的距离，能够改善所述第一透镜4上的外观缺陷经远离所述显示单元6一侧的光学组件而被放大到人眼容易观察到的倍数的情况，否则将导致容易发现所述第一透镜4上的外观缺陷，进而影响到成像画面的效果，造成用户体验不佳。

也就是说，本申请实施例提供的光学模组，其作为折叠光路设计，降低了折叠光路结构中靠近所述显示单元6一侧的所述第一透镜4的外观缺陷要求，有助于提高成像画面的效果。

在本申请的一些例子中，所述第一透镜4的第一表面(后表面)与所述显示单元6的发光面之间的距离设置为T1，所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离设置为T2，所述T1与所述T2的比值设置为0.1～1.6。

上述的比例值越小，则表明：所述第一透镜4与所述显示单元6的发光面之间的距离越小，即所述第一透镜4越靠近所述显示单元6的发光面，则对所述第一透镜4的外观缺陷要求就越高。

反之，上述的比例值越大，使得光学模组的光学总长TTL越长，这不利于整个光学模组的小型化设计要求。因此，应当合理控制上述比例值。

也就是说，本申请实施例中是综合考虑光学模组的光学总长TTL，及对所述第一透镜4(即靠近所述显示单元6侧的镜片)的外观要求等设置了上述比例值范围，这是较为优选的方案。能够在保证折叠光路小型化的同时，保证成像画面效果，同时降低了对所述第一透镜4的外观缺陷要求。

在本申请的一些例子中，如图1、图5至图7所示，所述光学模组还包括保护片5，所述保护片5设于所述显示单元6的发光面一侧；其中，所述保护片5包括朝向所述发光面的后表面和背离所述发光面的前表面，所述保护片5的后表面与所述发光面之间的距离设置为≥1mm。

该设计有效降低了所述保护片5及其表面光学膜材的外观要求。

在本申请的一些例子中，如图1、图5至图7所示，所述光学模组还包括第二位相延迟器11和偏振器12；

其中，所述偏振器12设置于所述保护片5前表面的一侧；

所述第二位相延迟器11设置于所述分光器10与所述偏振器12之间。

也就是说，在所述显示单元6的发光面上设置有保护片5，所述第二位相延迟器11和所述偏振器12均设置于所述保护片5背离所述发光面的一侧。

例如，当在所述显示单元6的发光面上设置保护片5时，所述第二位相延迟器11和所述偏振器12二者可以设置于所述第一透镜4与所述保护片5之间。

在本申请的实施例中，为了保护所述显示单元6，在所述显示单元6的发光面(出光面)设置有所述保护片5。

其中，所述保护片5例如可以通过光学胶贴设于所述显示单元6的发光面上，所述保护片5可以遮挡所述显示单元6。

所述保护片5例如为玻璃片或者为透光的塑料片。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据具体的要求调整所述保护片5的材质，本申请在此不作具体限制。

其中，所述偏振器12和所述第二位相延迟器11例如设计为膜层结构。

在此基础上，所述偏振器12例如通过光学胶贴设在所述保护片5背离所述发光面的一侧上，而所述第二位相延迟器11例如通过光学胶贴设在所述偏振器12背离所述保护片5的一侧上。

此外，当所述显示单元6直接发出圆偏振光时，可以在光学模组中取消所述偏振器12和所述第二位相延迟器11。

在本申请的一些例子中，如图1、图5至图7所示，所述光学模组还包括有第二透镜3，所述第二透镜3设置在所述第一透镜4的第二表面的一侧，所述第二透镜3和所述第一透镜4位于同一光轴1上；

所述第二透镜3包括朝向所述第一透镜4的第三表面和背离所述第一透镜4的第四表面；

所述偏振反射器8设于所述第三表面的一侧，所述第一位相延迟器9设于所述偏振反射器8背离所述第三表面的一侧。

在本申请实施例提供的光路结构中设计，所述第二透镜3的第三表面为其后表面，所述第三透镜4的第四表面为其前表面。

需要说明的是，在本申请实施例提供的光学模组中，包括但并不限于仅设置有所述第一透镜4，还可以设置更多个光学镜片以及其他光学元件。

例如，如图1、图5至图7所示，在所述光学模组中还设置有光阑2(这可相当于人眼)，这样，可以在所述第一透镜4至所述光阑2之间的光路中引入所述第二透镜3，即在光路结构中设置两个透镜，再结合位相延迟器和偏振反射器等可形成位于远离所述显示单元6一侧的成像镜组。

需要说明的是，当所述光学模组中引入所述第二透镜3，可以将所述偏振反射器8和所述第一位相延迟器9设于所述第二透镜3的第三表面上。

其中，所述第二透镜3的第三表面是朝向所述第一透镜4的第二表面的，通过所述第一透镜4可将所述偏振反射器8和所述第一位相延迟器9与所述分光器10隔开设置。

当所述光学模组中仅设置有所述第一透镜4时，可以将所述偏振反射器8和所述第一位相延迟器9设置于所述第一透镜4背离所述显示单元6的一侧，即所述第二表面(前表面)上，而将所述分光器10设置在所述第一透镜4朝向所述显示单元6的一侧，即所述第一表面(后表面)上。

在本申请实施例提供的光学模组中，透镜的设置数量可以为一片、两片或者三片、甚至更多片，本领域技术人员可以根据具体需要灵活调整，本申请在此不做具体限定。

在本申请的一些例子中，所述偏振反射器8和所述第一位相延迟器9设于的所述第三表面为平面、球面、非球面、自由曲面或者柱面其中的任意一种。

也就是说，所述偏振反射器8和所述第一位相延迟器9可以设置在多种面型的光学元件(如透镜)上，从而使得所述偏振反射器8和所述第一位相延迟器9能够有效适应安装面的位置。

在本申请的一些例子中，所述偏振器12为线偏振片。

其中，所述偏振器12为一种线偏振器，其具有光线透过的透过轴，其透过轴的方向可以为沿着水平方向、竖直方向或者其他任一方向。所述显示单元6的发光面所发射的入射光在经过所述偏振器12时，可以转化为线偏振光。

所述偏振器12例如设计为膜层结构，其可以通过光学胶贴设于所述显示单元6的发光面。当所述显示单元6的发光面设置有所述保护片5时，可以将所述偏振器12通过光学胶贴设于所述保护片5背离所述发光面上。

在本申请的一些例子中，所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11中的至少一个为四分之一波片。

例如，所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11相同，且均为四分之一波片。四分之一波片能够用于实现线偏振光转化为圆偏振光，以及圆偏振光转化为线偏振光。

在本申请的实施例中，靠近所述显示单元6一侧的所述第二位相延迟器11位于所述偏振器12与所述分光器10之间，远离所述显示单元6一侧的所述第一位相延迟器9位于所述分光器10与所述偏振反射器8之间。如图1、图5至图7所示，光线7在经过各四分之一波片时，光线7可以由圆偏振态转化为线偏振态。

例如，所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11均可以为独立的光学器件，当然也可以均是膜层结构。

当所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11均为独立的光学器件时，可通过其他部件将二者固定在光路结构中，例如镜筒等。例如，镜筒内壁设置有卡槽，将相应的位相延迟器卡接于卡槽内即可。

当所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11均为膜层结构时，可以将二者直接贴附在相应的光学元件上即可。

本领域技术人员可以根据需要灵活调整所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11在光路结构中的设置方式，本申请在此不再具体描述。

在本申请的一些例子中，所述偏振器12具有光线透过的透过轴，所述偏振器12的透过轴与所述第二位相延迟器11的快轴之间的夹角设置为45°，所述偏振器12的透过轴与所述第二位相延迟器11的慢轴之间的夹角设置为负45°。

其中，所述第二位相延迟器11和所述偏振器12沿所述显示单元6的发光面发出的光线的传播方向依次设置，所述偏振器12具有透过轴，所述偏振器12的透过轴与所述第二位相延迟器11的快轴之间的夹角为45°；其夹角可以是正45°，也可以是负45°。

所述第二位相延迟器11具有快轴和慢轴。其中，与所述线偏器12的透过轴方向相同的可以透过所述偏振器12，而与所述偏振器12的透过轴方向正交的，无法透过所述偏振器12。

在本申请的一些例子中，所述偏振反射器8的透过轴与所述第一位相延迟器9的快轴之间的夹角设置为45°，所述偏振反射器8的透过轴与所述第一位相延迟器9的慢轴之间的夹角设置为负45°。

其中，所述偏振反射器8是一种水平线偏振光反射，竖直线偏振光透过的偏振反射器，或者其他任一特定角度线偏振光反射，与该角度垂直方向线偏振光透过的偏振反射器。

其中，所述偏振反射器8可以为独立的光学器件，也可以为膜层结构。

在本申请的一些例子中，所述分光器10为半反半透膜，所述半反半透膜例如设于所述第一透镜4的第一表面(后表面)上。

如图1、图5至图7所示，所述半反半透膜能保证部分光线过，部分光线反射。

所述半反半透膜例如贴设在所述第一透镜4的第一表面(后表面)上。

所述分光器10可以设置为独立的光学器件设置于光路结构中，其也可以设置为膜层结构贴设在所述第一透镜4的第一表面上，本领域技术人员可以根据具体需要灵活选择，本申请在此不作具体限制。

在本申请的一些例子中，所述显示单元6为自发光式屏幕或者反射式屏幕。

所述显示单元6所发出的光线例如可以是线偏振光，也可以是圆偏振光，当然还可以是自然光。

其中，所述自发光式屏幕包括但不限于LCD(Liquid Crystal Display)、LED(Light Emitting Diode)、OLED(Organic Light-Emitting Diode)、Micro-OLED(Micro-Organic Light-Emitting Diode)、ULED(UltraLightEmitting Diode)等。

其中，所述反射式屏幕包括但不限于DMD(Digital MicromirrorDevice)数字微镜芯片。

下面结合图1对本申请实施例提供的光学模组的工作原理进行说明。

所述光学模组包括：光轴1、光阑2、第二透镜3、第一透镜4、保护片5、显示单元6(具有发光面，能发射出入射光)、偏振反射器8、第一位相延迟器9、分光器10、第二位相延迟器11及偏振器12；其中，各光学元件均位于光轴1上，所述第一透镜4、所述第二透镜3和所述光阑2沿光线的传播方向依次设置，所述第一透镜4包括朝向所述发光面的第一表面和背离所述发光面的第二表面，所述第一表面与所述发光面之间的距离设置为≥1.5mm；所述第二透镜3包括朝向所述第一透镜4的第三表面和朝向所述光阑2的第四表面；所述分光器10设置于所述第一表面的一侧，所述偏振反射器8设于所述第三表面的一侧，所述第一位相延迟器9设于所述偏振反射器8背离所述第三表面的一侧，以使所述第一位相延迟器9位于所述偏振反射器8与所述分光器10之间，所述偏振器12设置于所述发光面的一侧，所述第二位相延迟器11设置于所述分光器10与所述偏振器12之间；

其中，所述第一透镜4的第一表面与所述显示单元6的发光面之间的距离设置为T1，所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离设置为T2，且所述T1与所述T2的比值设置为0.1～1.6；

其中，所述保护片5设于所述显示单元6的发光面的一侧；

其中，所述偏振器12为线偏振片，所述第一位相延迟器9和所述第二位相延迟器11均为四分之一波片；所述偏振反射器8为一种水平线偏振光反射器，竖直线偏振光透过的偏振反射器。

所述显示单元6的发光面所发出的光线7透过所述保护片5和所述偏振器12之后成为水平线偏振光，透过所述第二位相延迟器11之后成为左旋或右旋圆偏振光，透过所述分光器10和所述第一透镜4之后，再透过所述第一位相延迟器9，即成为水平线偏振光，然后被所述偏振反射器8反射之后就成为水平线偏振光，再透过所述第一位相延迟器9和所述第一透镜4之后成为了左旋或右旋圆偏振光，再由所述分光器10反射之后形成右旋或左旋圆偏振光，再次透过所述第一透镜4和所述第一位相延迟器9之后，就成为了竖直线偏振光，然后透过所述第二透镜3之后，即可进入光阑2(人眼)成像。

其中，所述第一透镜4即靠近所述显示单元6一侧的镜片，当其距离所述显示单元6的发光面越近时，所述第一透镜4表面或内部缺陷经远离所述显示单元6一侧的光学组件后放大倍数越大，这就越容易被人眼所观察到。因此，所述第一透镜4距离所述显示单元6的发光表面越近，对其的外观要求越高。

本申请实施例提供的光学模组，其通过增大光路结构中近所述显示单元6侧的所述第一透镜4与所述显示单元6的发光面之间的距离，减小了该透镜表面及内部缺陷对远离所述显示单元6一侧的光学组件成像的放大倍数，从而有效降低了折叠光路结构中对近所述显示单元6侧的透镜的外观缺陷要求，也有助于提高成像画面的效果。

实施例1

如图1所示，所述光学模组包括有显示单元6，所述显示单元6具有发光面，所述发光面能够用于发射入射光；

所述光学模组包括有第一透镜4、第二透镜3和光阑2，所述第一透镜4、第二透镜3和所述光阑2沿光线的传播方向依次设置并位于同一光轴1上；所述第一透镜4包括朝向所述发光面的第一表面(后表面)和背离所述发光面的第二表面(前表面)，所述第一表面与所述发光面之间的距离T1设置为4.5mm；所述第二透镜3包括朝向所述第一透镜4的第三表面(后表面)和朝向所述光阑2的第四表面(前表面)；

所述光学模组还包括偏振反射器8、第一位相延迟器9、分光器10、第二位相延迟器11及偏振器12；所述分光器10设置于所述第一表面的一侧，所述偏振反射器8设于所述第三表面的一侧，所述第一位相延迟器9设于所述偏振反射器8背离所述第三表面的一侧，以使所述第一位相延迟器9位于所述偏振反射器8与所述分光器10之间，所述偏振器12设置于所述发光面的一侧，所述第二位相延迟器11设置于所述分光器10与所述偏振器12之间。

在表1中示出了实施例1提供的光学模组的具体参数。

表1实施例1的光学模组的结构参数表

图2、图3及图4分别示出了在450nm、540nm、610nm下，本申请实施例提供的光学模组调制传递函数MTF曲线。从图2-图4中可以看出：在70lp/mm空间频率下：

450nm波长下，光学模组的MTF值高于0.75；

540nm波长下，光学模组的MTF值高于0.7；

610nm波长下，光学模组的MTF高于0.65。

根据表1，将所述第一透镜4的第一表面(后表面)与所述显示单元6的发光面之间的距离T1设置为4.5mm，将所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离T2设置为10.16mm，T1与T2的比值为0.44。

实施例2

表2中示出了实施例2提供的光学模组的结构参数，图5示出了该光学模组的结构，而其与实施例1的不同之处在于：

实施例2中将所述保护片5的后表面与所述显示单元6的发光面之间的具体设置为3.5mm，这符合前述的所述保护片5的后表面与所述显示单元的发光面之间的距离大于1mm的设定。

并且，在实施例2中所述第一透镜4的第一表面(后表面)与所述显示单元6的发光面之间的距离T1的值为4.5mm，所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离T2为10.16，T1与T2的比值为0.44。

表2实施例2的光学模组的结构参数表

实施例3

在实施例3中调整了所述第一透镜4的第一表面(后表面)与所述显示单元6的发光面之间的距离T1的值。在表3中示出了实施例3提供的光学模组的具体结构参数。

具体地，参见表3，将所述第一表面与所述发光面之间的距离T1设置为1.5mm，将所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离T2设置为15.36mm，则T1与T2的比值为0.1。

表3实施例3的光学模组的结构参数表

实施例4

表4中示出了实施例4的光学模组的具体结构参数，图6示出了该光学模组的结构示意图。在实施例4的光学模组设计中：

具体地，参见表4，将所述第一透镜4的第一表面与所述显示单元6的发光面之间的距离T1设置为2.36mm，将所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离T2设置为14.66mm，在此基础上，T1与T2的比值为0.16。

表4结构参数表

实施例5

表5中示出了实施例5的光学模组的具体结构参数，图7示出了该光学模组的结构示意图。

在实施例5的光学模组设计中：

具体地，参见表5，将所述第一透镜4的第一表面与所述显示单元6的发光面之间的距离T1设置为11.66mm；将所述分光器10与所述偏振反射器8之间的距离T2设置为7.26mm，在此基础上，T1与T2的比值为1.6，即为二者的比例上限值。

表5示出了实施例5的光学模组的结构参数。

表5实施例5的光学模组的结构参数表

根据本申请的另一个方面，提供了一种头戴显示设备。

所述头戴显示设备包括壳体和如上文的光学模组，光学模组设于壳体。

其中，壳体能够提供一个支撑光学模组的安装空间，光学模组设置在壳体内，如此能够避免外部环境的水汽或者灰尘落入到光学模组的内部。

所述头戴显示设备例如为VR设备。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种光学模组，其特征在于，包括：

显示单元(6)，所述显示单元(6)具有发光面，所述发光面用于发射出入射光；

第一透镜(4)，所述第一透镜(4)沿所述入射光的传播方向设置，所述第一透镜(4)包括朝向所述发光面的第一表面和背离所述发光面的第二表面，所述第一表面与所述发光面之间的距离设置为≥1.5mm；

所述光学模组还包括偏振反射器(8)、第一位相延迟器(9)和分光器(10)，所述分光器(10)设置于所述第一表面的一侧，所述偏振反射器(8)设置在所述第二表面的一侧，所述第一位相延迟器(9)设置于所述偏振反射器(8)与所述分光器(10)之间。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一透镜(4)的第一表面与所述显示单元(6)的发光面之间的距离设置为T1，所述分光器(10)与所述偏振反射器(8)之间的距离设置为T2，所述T1与所述T2的比值设置为0.1～1.6。

3.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括保护片(5)，所述保护片(5)设于所述显示单元(6)的发光面一侧；

所述保护片(5)包括朝向所述发光面的后表面和背离所述发光面的前表面，所述保护片(5)的后表面与所述发光面之间的距离设置为≥1mm。

4.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括第二位相延迟器(11)和偏振器(12)；

所述偏振器(12)设置于所述保护片(5)前表面的一侧；

所述第二位相延迟器(11)设置于所述分光器(10)与所述偏振器(12)之间。

5.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述偏振器(12)为线偏振片。

6.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述偏振器(12)具有光线透过的透过轴，所述偏振器(12)的透过轴与所述第二位相延迟器(11)的快轴或者慢轴之间的夹角设置为45°。

7.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述第一位相延迟器(9)和所述第二位相延迟器(11)中的至少一个为四分之一波片。

8.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括第二透镜(3)，所述第二透镜(3)设置在所述第一透镜(4)的第二表面的一侧，所述第二透镜(3)和所述第一透镜(4)位于同一光轴(1)上；

所述第二透镜(3)包括朝向所述第一透镜(4)的第三表面和背离所述第一透镜(4)的第四表面；

所述偏振反射器(8)设于所述第三表面的一侧，所述第一位相延迟器(9)设于所述偏振反射器(8)背离所述第三表面的一侧。

9.根据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述偏振反射器(8)和所述第一位相延迟器(9)设于的所述第三表面为平面、球面、非球面、自由曲面或者柱面其中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述偏振反射器(8)的透过轴与所述第一位相延迟器(9)的快轴或慢轴之间的夹角设置为45°。

11.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述分光器(10)为半反半透膜，所述半反半透膜设于所述第一表面上。

12.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述显示单元(6)为自发光式屏幕或者反射式屏幕。

13.一种头戴显示设备，其特征在于：包括：

壳体；以及

如权利要求1-12中任意一项所述的光学模组，所述光学模组设置于所述壳体。

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