CN114859450A

CN114859450A - 菲涅尔透镜组及虚拟现实装置

Info

Publication number: CN114859450A
Application number: CN202210564712.0A
Authority: CN
Inventors: 黄海涛; 陈丽莉; 韩娜
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2042-05-23
Also published as: WO2023226653A1; WO2023226734A1; CN114859450B; CN117460973A

Abstract

本申请公开了一种菲涅尔透镜组及虚拟现实装置，属于显示技术领域。所述菲涅尔透镜组，包括：第一菲涅尔透镜和挡光单元。其中，挡光单元包括挡光图案，第一菲涅尔透镜具有多个顶角，该挡光图案与多个顶角中的至少部分顶角，在平行于第一菲涅尔透镜的光轴的方向上具有交叠，如此可以减少第一菲涅尔透镜的无效面的出光量，进而可以减少从第一菲涅尔透镜出射的杂散光，可以解决相关技术中菲涅尔透镜组的成像质量较差的问题，达到了提高菲涅尔透镜组的成像质量的效果。

Description

菲涅尔透镜组及虚拟现实装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种菲涅尔透镜组及虚拟现实装置。

背景技术

目前，随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实装置的形态与种类也越来越多，应用领域也日渐广泛。虚拟现实技术通过构建虚拟环境，并通过虚拟环境向用户展示信息，虚拟现实装置是将装置中显示组件(如：显示屏幕)显示的图像，通过光学系统的传递和放大，将图像输出到人眼，人眼接收到的是经过放大后的虚像。

一种菲涅尔透镜组，用于虚拟现实装置中，该菲涅尔透镜组包括菲涅尔透镜，菲涅尔透镜相较于普通透镜，可以减少透镜的重量和厚度，以使得菲涅尔透镜组轻薄化。

但是，上述菲涅尔透镜组中的菲涅尔透镜较易产生杂散光，导致菲涅尔透镜组的成像质量较差。

发明内容

本申请实施例提供了一种菲涅尔透镜组及虚拟现实装置。所述技术方案如下：

根据本申请的第一方面，提供了一种菲涅尔透镜组，所述菲涅尔透镜组包括：第一菲涅尔透镜和挡光单元；

所述第一菲涅尔透镜的一面具有锯齿状结构，所述锯齿状结构包括多个凸起，所述凸起具有顶角；

所述挡光单元位于所述第一菲涅尔透镜具有所述锯齿状结构的一面的外侧，所述挡光单元包括透明基底和位于所述透明基底上的挡光图案，所述挡光图案在第一平面上的正投影与多个所述顶角中的至少部分顶角在所述第一平面上的正投影具有交叠，所述第一平面为垂直于所述第一菲涅尔透镜的光轴的平面。

可选地，所述第一菲涅尔透镜具有第一区域和位于所述第一区域外围的第二区域；

所述挡光图案在所述第一平面上的正投影位于所述第二区域在所述第一平面上的正投影内。

可选地，所述第二区域在第一方向上的尺寸，与所述第一菲涅尔透镜在所述第一方向上的尺寸的第一比值，满足以下公式：

T＝1-2×P×tanθ/D

其中，T为所述第一比值，P为所述第一菲涅尔透镜的入光面与观看者的眼睛之间的距离，D为所述第一菲涅尔透镜在所述第一方向上的尺寸，θ为人眼视野舒适区的角度的二分之一，所述第一方向为由所述第一菲涅尔透镜的中心向远离所述中心的方向延伸的方向。

可选地，所述第一比值的范围为60％～70％。

可选地，所述挡光图案位于所述透明基底靠近所述第一菲涅尔透镜的一面。

可选地，所述透明基底具有通孔，所述通孔在所述第一平面上的正投影与所述第一区域在所述第一平面上的正投影具有交叠。

可选地，所述透明基底为第一透镜，所述挡光图案位于所述第一透镜靠近所述第一菲涅尔透镜的一面，所述第一透镜包括球面透镜、非球面透镜或者第二菲涅尔透镜。

可选地，所述第一透镜的光轴与所述第一菲涅尔透镜的光轴平行，且所述第一透镜靠近所述第一菲涅尔透镜的一面为平面。

可选地，所述透明基底具有承载面，所述挡光图案位于所述承载面上，所述承载面与所述第一平面平行。

可选地，所述挡光图案包括多条同心环状图形，所述环状图形的宽度大于0微米且小于或等于100微米。

可选地，所述透明基底的厚度范围为0.3毫米～0.7毫米，所述挡光图案的厚度范围为0.5微米～1.5微米。

根据本申请的另一方面，提供了一种虚拟现实装置，所述虚拟现实装置包括：显示组件和上述的菲涅尔透镜组。

可选地，所述显示组件位于所述挡光单元背离所述第一菲涅尔透镜的一侧，或者所述显示组件位于所述第一菲涅尔透镜背离所述挡光单元的一侧。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

提供了一种菲涅尔透镜组，包括：第一菲涅尔透镜和挡光单元。其中，挡光单元包括挡光图案，第一菲涅尔透镜具有多个顶角，该挡光图案与多个顶角中的至少部分顶角，在平行于第一菲涅尔透镜的光轴的方向上具有交叠，如此可以减少第一菲涅尔透镜的无效面的出光量，进而可以减少从第一菲涅尔透镜出射的杂散光，可以解决相关技术中菲涅尔透镜组的成像质量较差的问题，达到了提高菲涅尔透镜组的成像质量的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1是一种菲涅尔透镜的结构示意图；

图2是图1所示的菲涅尔透镜沿A1-A2位置处的截面结构示意图；

图3是图2所示的菲涅尔透镜在虚拟现实装置中的光路示意图；

图4是本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜组的结构示意图；

图5是图4所示的菲涅尔透镜组沿B1-B2位置的截面结构示意图；

图6是一种透过菲涅尔透镜组的图像的示意图；

图7是本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜的结构示意图；

图8是一种人眼视野特性示意图；

图9是本申请实施例提供的另一种菲涅尔透镜组的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的另一种菲涅尔透镜组的结构示意图；

图11是本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜的遮光实验结果示意图；

图12是本申请实施例提供的另一种菲涅尔透镜的遮光实验结果示意图；

图13是本申请实施例提供的一种虚拟现实装置的结构示意图；

图14为图13所示的光路组件的调制传递函数的曲线图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1和图2，图1是一种菲涅尔透镜的结构示意图，图2是图1所示的菲涅尔透镜沿A1-A2位置处的截面结构示意图。菲涅尔透镜10是在普通透镜的基础上，利用刻蚀工艺去除普通透镜中多余的光学材料，仅保留其中部分表面的弯曲度形成的一种透镜。如图1所示，菲涅尔透镜10的表面可以具有由小到大的多个同心圆环，相较于普通透镜(如：球面透镜或者非球面透镜)，菲涅尔透镜10的重量较轻，且厚度较薄。

如图2所示，菲涅尔透镜10的一面具有锯齿状结构11，菲涅尔透镜10的另一面可以为球面、非球面或者菲涅尔面。锯齿状结构11包括多个凸起，每个凸起具有有效面111、无效面112，以及连接有效面111和无效面112的顶角113，有效面111相对于无效面112远离菲涅尔透镜10的中心。在实际应用中，锯齿状结构11中的多个凸起的宽度可以相等，以形成等间距的菲涅尔透镜10；或者，锯齿状结构11中的多个凸起的高度可以相等，以形成等齿高的菲涅尔透镜10。

图3是图2所示的菲涅尔透镜在虚拟现实装置中的光路示意图，如图3所示，一种虚拟现实装置，包括显示组件13以及位于显示组件13的出光面的一侧的透镜组，该透镜组中可以包括菲涅尔透镜10，显示组件13发出的光线S11从菲涅尔透镜10具有锯齿状结构11的一面入射菲涅尔透镜10，在锯齿状结构11中产生折射并从菲涅尔透镜10中出射后，进入观看者的眼睛30。以在观看者的眼睛30前方的一定距离上形成一个放大的虚像14。

从图3中可以看出，显示组件13发出的光线S11中的部分光线S12，由有效面111入射锯齿状结构11，且光线S12在锯齿状结构11的内部仅发生了一次折射后，就可以出射菲涅尔透镜10。显示组件13发出的光线S11中的另一部分光线S13，由顶角113入射锯齿状结构11，在锯齿状结构11中的一个凸起中产生折射后从无效面112出射后，并进入相邻的凸起并在该凸起中产生第二次折射后，出射菲涅尔透镜10。由于从顶角113处和有效面111处入射的光线在锯齿状结构101的中发生的折射次数不同，其光路也不同；并且，通过模拟测试和实验结果，发现顶角113对菲涅尔透镜10形成的杂散光的量的影响最大，使得由顶角113处入射的光线，经过锯齿状结构101的无效面后，较易形成杂散光，导致菲涅尔透镜的成像质量较差，观看者在使用虚拟显示装置的过程中体验感较差。

需要说明的是，图3中为了便于清楚地示出菲涅尔透镜的光路，并未示出透镜组中的其他透镜，该透镜组中还可以包括球面透镜、除图3中所示的菲涅尔透镜10以外的其他菲涅尔透镜等多种类型的透镜，本申请实施例对此不作限制。

本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜组及虚拟现实装置，能够解决上述相关技术中存在的问题。

请参考图4和图5，图4是本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜组的结构示意图，图5是图4所示的菲涅尔透镜组沿B1-B2位置的截面结构示意图。菲涅尔透镜组20可以包括：第一菲涅尔透镜21和挡光单元22。

第一菲涅尔透镜21的一面可以具有锯齿状结构，锯齿状结构可以包括多个凸起211，每一个凸起211可以具有顶角2111。顶角2111可以用于连接菲涅尔透镜21的有效面和无效面。

挡光单元22可以位于第一菲涅尔透镜21具有锯齿状结构的一面的外侧，挡光单元22可以包括透明基底221和位于透明基底221上的挡光图案222。挡光单元22还可以包括位于透明基底221中的透光区域，该透光区域可以指透明基板221上未设置挡光图案222的区域，透光区域的透光性可以较好。

挡光图案222在第一平面S1上的正投影与多个顶角2111中的至少部分顶角2111在第一平面S1上的正投影具有交叠，第一平面S1为垂直于第一菲涅尔透镜21的光轴L1的平面。即就是，挡光单元22的挡光图案222，与第一菲涅尔透镜21中的多个顶角2111中的至少部分顶角2111，在平行于第一菲涅尔透镜21的光轴L1的方向上具有交叠，挡光图案222可以对至少部分顶角2111起遮挡作用，以避免光线照射到至少部分顶角2111处，或者，可以避免进入到第一菲涅尔透镜21的光线从至少部分顶角2111处出射。第一平面S1为一个虚拟的参考平面。

当光线射向菲涅尔透镜组20时，一部分光线S01可以透过挡光单元22中的透光区域射向第一菲涅尔透镜21具有锯齿状结构的一面，且该部分光线S01可以从菲涅尔透镜21的有效面入射至菲涅尔透镜21中，并在菲涅尔透镜21的锯齿状结构101中发生一次折射，实现该部分光线S01的会聚效果。另一部分光线S02可以被挡光单元22中的挡光图案222遮挡或者吸收，可以避免该部分光线S02入射至第一菲涅尔透镜21的顶角2111位置，并在第一菲涅尔透镜21的锯齿状结构中发生两次折射后，形成与经过有效面入射的光线S01光路不同的杂散光。如此，可以减少从第一菲涅尔透镜21的无效面出射的光线的量，进而可以减少第一菲涅尔透镜21出射的杂散光，可以避免杂散光由第一菲涅尔透镜21出射后进入使用者的眼睛。

综上所述，本申请实施例提供了一种菲涅尔透镜组，包括：第一菲涅尔透镜和挡光单元。其中，挡光单元包括挡光图案，第一菲涅尔透镜具有多个顶角，该挡光图案与多个顶角中的至少部分顶角，在平行于第一菲涅尔透镜的光轴的方向上具有交叠，如此可以减少第一菲涅尔透镜的无效面的出光量，进而可以减少从第一菲涅尔透镜出射的杂散光，可以解决相关技术中菲涅尔透镜组的成像质量较差的问题，达到了提高菲涅尔透镜组的成像质量的效果。

需要说明的是，本申请实施例中，第一菲涅尔透镜21的锯齿状结构中的多个凸起211均可以围绕第一菲涅尔透镜21的中心呈闭合状。可选地，凸起211可以呈闭合的环状，例如圆环状、椭圆状等，或者，凸起211可以呈闭合的多边形形状，例如四边形、五边形等形状。

可选地，第一菲涅尔透镜21的至少一面可以具有锯齿状结构，即就是，第一菲涅尔透镜21的一面可以具有锯齿状结构，另一面可以为球面或者非球面，第一菲涅尔透镜21为单面菲涅尔透镜。或者，第一菲涅尔透镜21的两面可以具有锯齿状结构，第一菲涅尔透镜21为双面菲涅尔透镜，则挡光单元22的数量可以为两个，且两个挡光单元22可以分别位于第一菲涅尔透镜21的两个菲涅尔面的外侧。

可选地，如图4和图5所示，第一菲涅尔透镜21可以具有第一区域21a和位于第一区域21a外围的第二区域21b。第二区域21b可以围绕第一区域21a，即第一区域21a可以被第二区域21b包围。第一区域21a可以位于第一菲涅尔透镜21的正中间位置处，第二区域21b可以位于第一菲涅尔透镜21的边缘位置处。第一区域21a的形状可以根据第一菲涅尔透镜21的形状设计。第一区域21a可以圆形，也可以为方形、六边形等其他形状，本申请实施例对此不作限制。

挡光图案222在第一平面S1上的正投影位于第二区域21b在第一平面S1上的正投影内。即就是，挡光图案222在第一平面S1上的正投影与第二区域21b中的多个顶角2111在第一平面S1上的正投影具有交叠，且挡光图案222在第一平面S1上的正投影与第一区域21a中的多个顶角2111在第一平面S1上的正投影没有交叠。

当挡光图案222在第一平面S1上的正投影与第一菲涅尔透镜21中的所有顶角2111在第一平面S1上的正投影具有交叠，即挡光图案222对第一菲涅尔透镜21中的所有顶角2111进行遮挡时，会出现以下两个方面的问题：一方面，挡光图案222挡住的第一菲涅尔透镜21的面积较大，导致第一菲涅尔透镜21的透光率较低。另一方面，由于使用者的眼睛在接收菲涅尔透镜组20透过的光束时，第一区域21a(即中心区域)处于使用者的眼睛的视野舒适区，使用者对透过菲涅尔透镜组20的第一区域21a(即中心区域)的光束的感知能力较强，导致使用者实际看到的菲涅尔透镜组20传输的图像中存在黑圈，该黑圈可以指亮度较低的环形阴影。如图6所示，图6是一种透过菲涅尔透镜组的图像的示意图。形成图像201的菲涅尔透镜组中，挡光图案22与第一区域21a中的多个顶角2111重叠，使得图像201的中心区域的黑圈2011较为明显，导致菲涅尔透镜组的成像质量较差。

并且，根据实验得出，菲涅尔透镜组20的边缘区域的杂散光问题，相较于菲涅尔透镜组20的中心区域的杂散光问题较为严重。

如此，可以通过挡光图案222对第一菲涅尔透镜21的第二区域21b中的多个顶角2111进行遮挡，以减少第一菲涅尔透镜21出射的杂散光，同时，还可以避免对第一菲涅尔透镜21的透光率造成影响，可以达到从整体上提升菲涅尔透镜组20的成像质量的效果。

可选地，如图7所示，图7是本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜的结构示意图，第二区域21b在第一方向f1上的尺寸，与第一菲涅尔透镜21在第一方向f1上的尺寸的第一比值，可以满足以下公式：

T＝1-2×P×tanθ/D

其中，T为第一比值，P为第一菲涅尔透镜21的入光面S2与观看者的眼睛30之间的距离，D为第一菲涅尔透镜21在第一方向f1上的尺寸，θ为人眼视野舒适区的角度的二分之一，第一方向f1为由第一菲涅尔透镜21的中心向远离中心的方向延伸的方向。人眼视野舒适区也可以称作双眼舒适区，是指在人眼视野舒适区范围内的物体，人眼能够看得较为清楚，位于人眼视野舒适区以外的周边部分可以称为周边视野，属于人眼较为不敏感的范围，也就是人眼看得不够清楚的区域。

如图8所示，图8是一种人眼视野特性示意图。其中，E1为双眼舒适区，其角度范围可以为0°～60°；E2为双眼重叠视区，其角度范围可以为90°～120°；E3为双眼全视区，其角度范围可以为200°～220°。双眼重叠视区是指人眼的左右视野重叠的区域，双眼全视区是指人眼的左右视野的全部区域。

示例性的，如图7所示，人眼的视野舒适区为的角度可以为60°，θ可以为30°。P为11毫米(mm)，D为40mm，第一区域21a在第一方向f1上的尺寸C1约为12.7mm(其中，C1＝11×tan30°×2＝12.7mm)，第二区域21b在第一方向f1上的尺寸C2(图中未示出)可以为27.3mm(其中，C2＝40-12.7＝27.33mm)。如此，第二区域21b在第一方向f1上的尺寸C2和第一菲涅尔透镜21在第一方向f1上的尺寸D的比值T可以为68.25％(其中，T＝27.3/40＝68.25)。

或者，以图7中所示的第一菲涅尔透镜21的一半的区域为例进行计算，第一区域21a在第一菲涅尔透镜21的一半的区域中的尺寸约为6.35mm(6.35mm≈11×tan30°)，第二区域21b在第一菲涅尔透镜21的一半的区域中的尺寸约为13.65mm(13.65mm＝20-6.35)，则第二区域21b在第一方向f1上的尺寸与第一菲涅尔透镜21在第一方向f1上的尺寸的比值约为2/3(2/3≈13.65/20＝68.25％)

可选地，第二区域21b在第一方向f1上的尺寸，与第一菲涅尔透镜21在第一方向f1上的尺寸的第一比值的范围可以为60％～70％。在此范围内，菲涅尔透镜组20的透光率较好，且透过菲涅尔透镜组20的杂散光的量较少。

示例性的，第二区域21b在第一方向f1上的尺寸，与第一菲涅尔透镜21在第一方向f1上的尺寸的第一比值的为2/3，则第二区域21b的面积和第一菲涅尔透镜21面积的第二比值可以满足公式：1-(P×tan30°)²/(D/2)²，该第二比值可以为8/9。

可选地，如图5所示，挡光图案222位于透明基底221靠近第一菲涅尔透镜21的一面。可以使得挡光图案222距离第一菲涅尔透镜21中的顶角2111的距离较近，可以使得挡光图案222的挡光范围较为准确。示例性的，第一菲涅尔透镜21的齿高为0.5mm，齿间距为3mm。

在制造菲涅尔透镜组20的过程中，可以首先在透明基底221上形成挡光材料层，之后对挡光材料层进行图案化处理，以得到挡光图案222。该图案化处理的过程可以包括光刻工艺，光刻工艺的光刻误差可以小于0.6微米，可以使得光刻形成的挡光图案222的尺寸较为准确。

在透明基底221上形成挡光图案222后，将形成有挡光图案222的透明基底221与第一菲涅尔透镜21进行对位贴盒，对位误差可以小于1.5微米。以使得挡光图案222在第一平面S1上的正投影与多个顶角2111中的至少部分顶角2111在第一平面S1上的正投影具有交叠。如此，可以避免光线从第一菲涅尔透镜21的顶角2111处，入射至第一菲涅尔透镜21的锯齿状结构中，形成杂散光，可以减少第一菲涅尔透镜21出射的杂散光。同时，在透明基底221上形成挡光图案222，相较于将挡光图案222形成在第一菲涅尔透镜21上，可以避免对第一菲涅尔透镜21的锯齿状结构造成损坏，可以提高第一菲涅尔透镜21的产品良率。

可选地，如图9所示，图9是本申请实施例提供的另一种菲涅尔透镜组的结构示意图。透明基底221可以具有通孔2211，通孔2211在第一平面S1上的正投影与第一区域21a在第一平面S1上的正投影具有交叠。即就是，在透明基底221上未设置挡光图案222的区域，可以形成通孔2211。如此，可以提高透明基底221的通孔2211处的透光率，还可以节省制造透明基底221所用的材料。

在一种可选地实施方式中，如图10所示，图10是本申请实施例提供的另一种菲涅尔透镜组的结构示意图。透明基底221可以为第一透镜23，挡光图案222可以位于第一透镜23靠近第一菲涅尔透镜21的一面，第一透镜23可以包括球面透镜、非球面透镜或者第二菲涅尔透镜。第一透镜23可以在具有透镜功能的基础上，复用为透明基底221。该第一透镜23可以为与第一菲涅尔透镜21相邻的透镜，可以将挡光图案222设置在第一透镜23的一面上，以对第一菲涅尔透镜21中的至少部分顶角2111进行挡光。如此，可以简化菲涅尔透镜组20的结构，进而可以简化包括菲涅尔透镜组20的虚拟显示装置的结构。

可选地，如图10所示，第一透镜23的光轴L2与第一菲涅尔透镜21的光轴L1平行，且第一透镜23靠近第一菲涅尔透镜21的一面为平面。如此，可以降低在第一透镜23的一面上形成挡光图案222的难度，还可以提高第一透镜23上的挡光图案222对第一菲涅尔透镜21的挡光范围较为准确。

可选地，如图9所示，透明基底221可以具有承载面S3，挡光图案222位于承载面S3上，承载面S3与第一平面S1平行。第一菲涅尔透镜21可以为等齿高的菲涅尔透镜。以使得透明基底221上的挡光图案222与第一菲涅尔透镜21的多个顶角2111的距离相同，进而可以使得第一菲涅尔透镜21上的透光效果较为均匀。

在一种可选的实施方式中，第一菲涅尔透镜可以为等间距的菲涅尔透镜。透明基底可以具有多个承载面，挡光图案位于多个承载面上，且多个承载面均与第一平面平行，多个承载面中的各承载面位于不同平面。以使得透明基底上的挡光图案与第一菲涅尔透镜的多个顶角的距离相同。

可选地，如图4所示，挡光图案222可以包括多条同心环状图形2221，环状图形2221的宽度大于0微米且小于或等于100微米。同心环状图形2221可以呈闭合的环状，例如圆环状、椭圆状等，或者，同心环状图形2221可以呈闭合的多边形形状，例如四边形、五边形等形状。

示例性地，环状图形2221的宽度可以为20微米或者25.4微米，如此，可以避免挡光图案222挡住过多的有效面，可以保证足够多的光线能够通过有效面进入第一菲涅尔透镜，以保证第一菲涅尔透镜的透光率。

可选地，透明基底221的厚度范围可以为0.3毫米～0.7毫米，挡光图案222的厚度范围可以为0.5微米～1.5微米。挡光图案222的材料可以为黑色吸光材料，示例性的，该黑色吸光材料可以为黑色树脂，黑矩阵(如黑色油墨)等，该黑色吸光材料的光密度值(OD)可以为0～5/μm。

示例性地，透明基底的厚度可以为0.5mm，挡光图案222的厚度范围可以为1.1μm，黑色吸光材料的光密度值为4/μm。

如图11所示，图11是本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜的遮光实验结果示意图。该实验通过对同一个或者同一种类型的菲涅尔透镜的四种遮挡情况进行透过率的测试。该四种遮挡情况包括无遮挡，遮挡菲涅尔透镜中的顶角，遮挡菲涅尔透镜的锯齿状结构中的无效面(如图11中所示的锯齿状结构的侧壁)，以及遮挡菲涅尔透镜的锯齿状结构中的无效面和顶角(如图11中所示的锯齿状结构的侧壁和顶角)。根据实验结果可知，遮挡菲涅尔透镜中的顶角，可以有效减少菲涅尔透镜透过的杂散光，同时，使得菲涅尔透镜的透过率较好。其中，该实验结果可以用透过菲涅尔透镜的光斑R的形状和亮度表示。

如图12所示，图12是本申请实施例提供的另一种菲涅尔透镜的遮光实验结果示意图。该实验通过对两种类型的菲涅尔透镜(241和242)，分别进行遮挡顶角和未遮挡顶角这两种情况进行透过率的测试。其中，一种类型的菲涅尔透镜242的顶角可以大于另一种菲涅尔透镜241的顶角。其实验结果如图12所示，对于顶角的尺寸不同的菲涅尔透镜，通过挡光图案可以对其至少部分顶角进行遮挡，均可以减少该菲涅尔透镜出射的杂散光。

请参考图13和图14，图13是本申请实施例提供的一种虚拟现实装置的结构示意图，图14为图13所示的光路组件的调制传递函数的曲线图。虚拟现实装置可以包括：显示组件41和光路组件42，该光路组件42可以包括上述任一实施例中的菲涅尔透镜组20。如图14所示，其中，横坐标用于表示空间每毫米线对数，纵坐标用于表示调制传递函数。调制传递函数曲线(英文：Modulation Transfer Function；简写：MTF)是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于评价光学元件对景物细部还原能力，多条曲线分别用于表示不同视场下光路组件的测试结果。图14中的调制传递函数曲线可以对应图13中光路组件42的光学性能，由图14可以看出，本申请实施例中的光路组件42可以满足常规虚拟显示装置的光学性能的需求。

如图13和图14所示，本申请实施例中的光路组件42中可以包括三个菲涅尔透镜组20，该光路组件42可以实现焦距20mm，系统总长20mm，视场角(FOV)90°，Eye box 8×8mm的效果。其中，三个菲涅尔透镜组20中的两个菲涅尔透镜可以具有一个菲涅尔面S4，另一个菲涅尔透镜可以具有两个菲涅尔面S4。本申请实施例提供的菲涅尔透镜组件可以有效降低透镜组件的厚度(厚度小于或等于30毫米)，同时可以实现较高的光效(光效大于或等于80％)。

由于直通式非球面透镜组具有设计和加工度较低，光效高(＞80％)，无杂散光等特点，但是系统总长较厚(＞35mm)，存在不利于产品轻薄化的问题；折返式(英文：Pancake)透镜组具有成像质量较好和系统总长较薄(≤30mm)的特点，但是折返式透镜组的光效较低(＜25％)。相较于上述的直通式非球面透镜组和折返式透镜组，本申请实施例中的光路组件可以称为直通式菲涅尔透镜组，该直通式菲涅尔透镜组可以兼具光效较高和镜组较轻薄的特点。

可选地，如图13所示，显示组件41可以位于挡光单元22背离第一菲涅尔透镜21的一侧，或者显示组件41可以位于第一菲涅尔透镜21背离挡光单元22的一侧。其中，显示组件41可以发射影像光束，菲涅尔透镜组20的入光面可以接收该影像光束，并将该影像光束导入菲涅尔透镜组20的内部。

示例性的，如图13所示，菲涅尔透镜组20的入光面可以位于挡光单元22背离第一菲涅尔透镜21的一面，即影像光束可以从菲涅尔透镜组20中的挡光单元22的一面入射菲涅尔透镜组20。或者，菲涅尔透镜组20的入光面可以位于第一菲涅尔透镜21背离挡光单元22的一面，即影像光束可以从菲涅尔透镜组20中的第一菲涅尔透镜21的一面进入菲涅尔透镜组20。

可选地，第一菲涅尔透镜21和挡光单元22可以通过对盒工艺粘接。或者，虚拟现实装置还可以包括固定支架，菲涅尔透镜组中的第一菲涅尔透镜和挡光单元分别与固定支架固定连接。

综上所述，本申请实施例提供了一种虚拟显示装置，该虚拟显示装置包括显示组件和菲涅尔透镜组，其中，菲涅尔透镜组包括：第一菲涅尔透镜和挡光单元。挡光单元包括挡光图案，第一菲涅尔透镜具有多个顶角，该挡光图案与多个顶角中的至少部分顶角，在平行于第一菲涅尔透镜的光轴的方向上具有交叠，如此可以减少第一菲涅尔透镜的无效面的出光量，进而可以减少从第一菲涅尔透镜出射的杂散光，可以解决相关技术中菲涅尔透镜组的成像质量较差的问题，达到了提高菲涅尔透镜组的成像质量的效果。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种菲涅尔透镜组，其特征在于，所述菲涅尔透镜组包括：第一菲涅尔透镜和挡光单元；

2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述第一菲涅尔透镜具有第一区域和位于所述第一区域外围的第二区域；

3.根据权利要求2所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述第二区域在第一方向上的尺寸，与所述第一菲涅尔透镜在所述第一方向上的尺寸的第一比值，满足以下公式：

T＝1-2×P×tanθ/D

4.根据权利要求3所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述第一比值的范围为60％～70％。

5.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述挡光图案位于所述透明基底靠近所述第一菲涅尔透镜的一面。

6.根据权利要求2所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述透明基底具有通孔，所述通孔在所述第一平面上的正投影与所述第一区域在所述第一平面上的正投影具有交叠。

7.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述透明基底为第一透镜，所述挡光图案位于所述第一透镜靠近所述第一菲涅尔透镜的一面，所述第一透镜包括球面透镜、非球面透镜或者第二菲涅尔透镜。

8.根据权利要求7所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述第一透镜的光轴与所述第一菲涅尔透镜的光轴平行，且所述第一透镜靠近所述第一菲涅尔透镜的一面为平面。

9.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述透明基底具有承载面，所述挡光图案位于所述承载面上，所述承载面与所述第一平面平行。

10.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述挡光图案包括多条同心环状图形，所述环状图形的宽度大于0微米且小于或等于100微米。

11.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜组，其特征在于，所述透明基底的厚度范围为0.3毫米～0.7毫米，所述挡光图案的厚度范围为0.5微米～1.5微米。

12.一种虚拟现实装置，其特征在于，包括：显示组件和权利要求1至11任一所述的菲涅尔透镜组。

13.根据权利要求12所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述显示组件位于所述挡光单元背离所述第一菲涅尔透镜的一侧，或者所述显示组件位于所述第一菲涅尔透镜背离所述挡光单元的一侧。