CN115268071A - 光学模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学模组以及头戴显示设备；其中，所述光学模组包括曲面屏幕、至少一个透镜、分光元件、相位延迟器及偏振反射元件；所述曲面屏幕用于发射光线，所述曲面屏幕的弯曲方向朝向光线的传播方向；所述至少一个透镜位于所述曲面屏幕的出光方向；所述相位延迟器位于与所述分光元件和所述偏振反射元件之间，所述至少一个透镜位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；所述曲面屏幕的曲率半径为R、所述曲面屏幕的发光半径为I，所述光学模组的场曲校正值为V，则R、I、V三者满足：0<R‑(R²‑I²)^0.5<V<0.3mm。本申请实施例提供的光学方案可以减小光学模组的场曲，提升成像质量。

Description

光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请涉及光学结构技术领域，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

VR光学系统是利用光学器件在短距离能放大图像显示的光学特性，实现用户的沉浸式视觉感受。随着VR显示面板分辨率的不断提升，高品质的用户体验要求光学系统的分辨率也同步提升。在眼盒eyebox边缘及大视场角下，提升光学系统分辨率要求光学系统的像差校正能力更高。场曲像差是视场的函数，无法通过图像数据后调制改善，只能在光学结构设计中进行校正。因此，场曲校正是限制光学系统成像质量提升的重要因素。

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，可以在实现场曲校正的同时，提升光学模组的成像质量。

本申请实施例提供了一种光学模组，所述光学模组包括：

曲面屏幕，所述曲面屏幕用于发射光线，所述曲面屏幕的弯曲方向朝向光线的传播方向；

至少一个透镜，所述至少一个透镜位于所述曲面屏幕的出光方向；

分光元件、相位延迟器及偏振反射元件，其中，所述相位延迟器位于与所述分光元件和所述偏振反射元件之间，所述至少一个透镜位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；

所述曲面屏幕的曲率半径为R、所述曲面屏幕的发光半径为I，所述光学模组的场曲校正值为V，则R、I、V三者满足：

0<R-(R²-I²)^0.5<V<0.3mm。

可选地，当所述光学模组包括一个透镜时，在eyebox≥8mm、视场角≥90°的情况下：

所述光学模组的光学总长为TL₁，所述透镜的口径为D₁，TL₁与D₁的比值满足：0.5＜TL₁/D₁＜0.9；

所述光学模组的有效焦距EFL₁为：14.5mm＜EFL₁＜18.5mm。

可选地，当所述光学模组包括两个或者两个以上透镜时，在eyebox≥8mm、视场角≥90°的情况下：

所述光学模组的光学总长为TL₂，所述光学模组中最大口径的透镜的口径为D₂，TL₂与D₂的比值满足：0.2＜TL₂/D₂＜0.9；

所述光学模组的有效焦距EFL₂为：11.5mm＜EFL₂＜25.5mm。

可选地，所述最大口径的透镜为靠近所述曲面屏幕的第一个透镜或者第二个透镜。

可选地，所述至少一个透镜包括第一透镜和第二透镜，其中，所述分光元件设于所述第一透镜靠近所述曲面屏幕的表面，所述相位延迟器设于所述第一透镜远离所述曲面屏幕的表面，所述偏振反射元件位于所述第二透镜靠近所述曲面屏幕的表面。

可选地，所述相位延迟器的快轴方向与偏振反射元件的透光轴方向的夹角为45度；

所述偏振反射元件能够反射水平线偏振光和竖直线偏振光中的一种，并透射水平线偏振光和竖直线偏振光中的另一种。

可选地，所述光学模组还包括偏振元件，所述偏振元件位于所述偏振反射元件背离所述相位延迟器的一侧。

可选地，所述偏振元件与所述偏振反射元件叠设在一起形成叠合元件，所述偏振元件的偏振方向与偏振反射元件的偏振透射方向相同。

可选地，所述光学模组还包括屏幕保护片，所述屏幕保护片设于所述曲面屏幕的出光面，所述屏幕保护片的曲率半径与所述曲面屏幕的曲率半径相同。

本申请实施例提供了一种基于曲面屏幕的折叠光路方案，在光学模组中引入了曲面屏幕，并通过控制该曲面屏幕的曲率半径R、该曲面屏幕的发光半径I以及光学模组的场曲校正值V，使三者满足设定的范围，以此能够减小光学模组为校正场曲牺牲的性能，能够提高光学模组的分辨率，提升光学模组的成像质量。本申请的光学方案能够丰富光学设计的自由度。

将本申请实施例的光学模组应用于头戴显示设备中，可以使头戴显示设备具有轻薄、大视场角及高分辨率的性能优势。

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是平面屏幕的光学模组的场曲图

图3是曲面屏幕的光学模组的场曲图；

图4是本申请实施例中曲面屏幕的边缘光线出射角度增大原理示意图；

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1提供的中心眼盒eyebox的MTF曲线；

图7是本申请实施例1提供的边缘眼盒eyebox的MTF曲线；

图8是本申请实施例1提供的边缘眼盒eyebox的场曲曲线；

图9是本申请实施例2提供的中心眼盒eyebox的MTF曲线；

图10是本申请实施例2提供的边缘眼盒eyebox的MTF曲线；

图11是本申请实施例2提供的边缘眼盒eyebox的场曲曲线；

图12是本申请实施例3提供的中心眼盒eyebox的MTF曲线；

图13是本申请实施例3提供的边缘眼盒eyebox的MTF曲线；

图14是本申请实施例3提供的边缘眼盒eyebox的场曲曲线。

附图标记说明：

10、第一透镜；20、第二透镜；30、分光元件；40、相位延迟器；50、偏振反射元件；60、偏振元件；70、曲面屏幕；80、屏幕保护片；01、光阑；02平面屏幕。

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14对本申请实施例提供的光学模组以及头戴显示设备进行地详细描述。

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设计，其可适合应用于头戴显示设备(Head mounted display，HMD)，例如VR智能眼镜。

本申请实施例的光学模组，如图1所示，所述光学模组包括：曲面屏幕70、至少一个透镜、分光元件30、相位延迟器40及偏振反射元件50；所述曲面屏幕70用于发射光线，所述曲面屏幕70的弯曲方向朝向光线的传播方向；所述至少一个透镜位于所述曲面屏幕70的出光方向；分光元件30、相位延迟器40及偏振反射元件50，其中，所述相位延迟器40位于与所述分光元件30和所述偏振反射元件50之间，所述至少一个透镜位于所述分光元件30与所述偏振反射元件50之间；

所述曲面屏幕70的曲率半径为R、所述曲面屏幕70的发光半径为I，所述光学模组的场曲校正值为V，则R、I、V三者满足：

0<R-(R²-I²)^0.5<V<0.3mm。

在本申请实施例的光学模组中，显示器为曲面结构，即光学模组中采用了曲面屏幕70，该曲面屏幕70的出光面具有一定的曲率半径。

在眼盒eyebox边缘(例如eyebox≥8mm)及大视场角的情况下，提升光学模组分辨率要求光学模组的像差校正能力较高。场曲像差是视场的函数，通常无法通过图像数据后调制改善，只能在光学结构设计中进行校正，场曲校正是限制光学模组成像质量提升的重要因素。

需要说明的是，在相关技术中，用于校正光学模组的场曲的方法通常包括：第一、使透镜组正负分离；第二、调节正负透镜的折射率；第三、加入厚弯月形透镜。为了满足VR整机重量轻薄化的设计要求，在折叠光学模组通常使用一片到三片的注塑镜片，但是因为注塑镜片折射率有限，故上述的第二种方法局限性较大。而上述的第一种方法和第三种方法通常会局限光学模组的结构。由此可见，现有的方案都会影响光学模组分辨率的进一步提升。

本申请实施例提供的光学方案创造性的发现：通过在光学模组中引入一曲面屏幕70，同时调整该曲面屏幕70的曲率半径R和发光半径I，以及光学模组的场曲校正值V，并使上述的R、I、V三者满足：0<R-(R²-I²)⁰ _. ⁵<V<0.3mm这一限定范围，可以实现在减小光学模组的场曲的同时，提升光学模组的分辨率。进而可以实现提升光学模组的成像质量。

需要说明的是，当曲面屏幕70的曲率半径较小时，场曲校正值V若设计的过大则会限制光学模组的设计自由度；而当曲面屏幕70的曲率半径较大时，则会导致不能满足场曲校正辅助设计的目的，此时，曲面屏幕70的结构优势难以展现。基于此，在本申请实施例的光学模组中，控制曲面屏幕70的曲率半径R和发光半径I，以及光学模组的场曲校正值V，使三者需要满足：0<R-(R²-I²)^0.5<V<0.3mm，如此设计可以减小光学模组为校正自身场曲牺牲的性能，能够提高光学模组的分辨率，进而提升光学模组的成像质量。

图2示出了光学模组中采用平面屏幕的场曲图，图3示出了光学模组中采用曲面屏幕的场曲图。根据图2与图3中的对比可知：采用曲面屏幕70的光学模组(图3示出，即本申请的方案)与采用平面屏幕的光学模组(图2示出，传统方案)相比，曲面屏幕70的光学模组在全视场内场曲变化更为平缓，曲线波动较小，其眼盒eyebox边缘最大视场的场曲更小。而图3中示出的场曲曲线明显波动更大。

例如，图2中示出了平面屏幕的光学模组的场曲最大值为0.24μm，场曲最小值为0.07μm。图3中示出了曲面屏幕的光学模组的场曲最大值为0.21μm，场曲最小值为0.06μm。可以表明，本申请实施例提供的光学方案，可以降低光学模组的场曲。

在本申请实施例的光学模组中，曲面屏幕70为光学结构设计提供了更多的自由度。与传统的平面屏幕相比，通过在光学模组中设计具有一定曲率半径的曲面屏幕70能够对光学模组的场曲的校正具有很好的补偿作用，同时能够增大光学模组中屏幕边缘的发光角度，提高了屏幕边缘光线的利用效率。本申请的光学方案有利于大视场角、大眼盒下的光学模组设计。不仅可以提升光学模组的成像质量，还有助于降低透镜的加工敏感度。

例如，如图4所示，设单像素发光角度为θ，则平面屏幕02的发光角度为-0.5θ～0.5θ。设曲面屏幕70的有效发光尺寸为L，曲面屏幕70的曲率半径为R，则曲面屏幕70的发光角度为-β-0.5θ～β+0.5θ，其中，β＝arcsin(0.5L/R)；曲面屏幕70边缘光线增大的发光角度为β＝arcsin(0.5L/R)。

具体地，相比平面屏幕02，曲面屏幕70在θ＝30°，L＝24mm，R在20mm～1000mm时，曲面屏幕70边缘光线增大的发光角度β为0.6°～3.5°。

也就是说，在屏幕的出光面的发光角度不变的情况下，相同径向尺寸的曲面屏幕70相较于平面屏幕02增大了屏幕边缘的发光角度，提高了屏幕边缘光线的利用效率，因此，对于小尺寸、高分辨率屏幕的光学模组计，曲面屏幕设计方案优势显著。

本申请实施例提供了一种基于曲面屏幕的折叠光路方案，在光学模组中引入了曲面屏幕70，并通过控制该曲面屏幕70的曲率半径R、该曲面屏幕70的发光半径I以及光学模组的场曲校正值V，使三者满足设定的范围，以此能够减小光学模组为校正场曲牺牲的性能，能够提高光学模组的分辨率，提升光学模组的成像质量。本申请的光学方案能够丰富光学设计的自由度。

将本申请实施例的光学模组应用于头戴显示设备中，可以使头戴显示设备具有轻薄、大视场角及高分辨率的性能优势。

在本申请实施例的光学模组中，透镜的设置数量可以为一片、两片或大于等于三片，可根据具体需要灵活调整，本申请实施例中对此不做限制。

在本申请实施例的光学模组中，各个透镜的面型也可以根据需要进行设计。透镜的面型例如可以包括平面、球面、非球面、菲涅尔面、自由曲面等其他面型。可以丰富光学模组设计的自由度。

在本申请的一些示例中，当所述光学模组包括一个透镜时，在眼盒eyebox≥8mm、视场角≥90°的情况下：所述光学模组的光学总长为TL₁，所述透镜的口径为D₁，TL₁与D₁的比值满足：0.5＜TL₁/D₁＜0.9；所述光学模组的有效焦距EFL₁为：14.5mm＜EFL₁＜18.5mm。

例如，当本申请的光学模组中仅设置一个透镜时，可以将分光元件30设置在该透镜靠近曲面屏幕70的表面，将相位延迟器40和偏振反射元件50贴合在一起并设置在该透镜远离曲面屏幕70的表面。此时，在光阑01的一侧，眼盒eyebox≥8mm，且视场角较大的情况下，例如视场角为90°或者90°以上时，控制将光学模组的光学总长TL₁与该透镜的口径D₁的比值为0.5～0.9这一范围内，并使得光学模组的有效焦距为14.5mm～18.5mm之间，如此配合曲面屏幕70，可以在较大的视场范围内更好地降低光学模组的场曲及提升分辨率，从而可以使光学模组在尺寸较小、轻薄的同时具有极佳的成像质量。

需要说明的是，当将本申请的光学模组的视场调到很大的时候(例如130°以上时)，由于模组中只有一个透镜，可能会导致光学模组的系统总长变大，使得TL₁/D₁极大值变大。

当将光学模组的视场在大于或者等于90°时，较为优选的是TL₁/D₁的值为0.5～0.75这一范围，这适用于大多数的光学模组。

在本申请的一些示例中，当所述光学模组包括两个或者两个以上透镜时，在eyebox≥8mm、视场角≥90°的情况下：所述光学模组的光学总长为TL₂，所述光学模组中最大口径的透镜的口径为D₂，TL₂与D₂的比值满足：0.2＜TL₂/D₂＜0.9；所述光学模组的有效焦距EFL₂为：11.5mm＜EFL₂＜25.5mm。

例如，当本申请的光学模组中设置两个透镜时，如图1所示，这两个透镜分别为第一透镜10和第二透镜20，第一透镜10靠近曲面屏幕70设置，第二透镜20远离曲面屏幕70设置，在此基础上，可以将分光元件30设置在第一透镜10靠近曲面屏幕70的表面，将相位延迟器40设置在第一透镜10远离曲面屏幕70的表面，将偏振反射元件50设置在第二透镜20靠近曲面屏幕70的表面。此时，在光阑01的一侧，眼盒eyebox≥8mm，且视场角较大的情况下，例如视场角为90°或者90°以上时，控制将光学模组的光学总长TL₂与第一透镜10和第二透镜20中最大口径的透镜的口径D₂的比值设置为0.2～0.9这一范围内，并使得光学模组的有效焦距为11.5mm～25.5mm之间，如此配合引入的曲面屏幕70，使得多片透镜式光学模组可以在较大的视场范围内极大地降低光学模组的场曲及很好地提升分辨率，也可以使光学模组在尺寸较小、轻薄的同时具有极佳的成像质量。

需要说明的是，在上述示例中，透镜的数量不限于两个，还可以是三片式透镜的光学结构。

可选的是，所述最大口径的透镜为靠近所述曲面屏幕70的第一个透镜或者第二个透镜。

将口径比较大的透镜尽量靠近曲面屏幕70设置，可以使曲面屏幕70发出的光线尽可能多的进入光学模组中，提高光线利用率。

例如，如图1所示，光学模组包括第一透镜10和第二透镜20，第一透镜10靠近曲面屏幕70，第二透镜20远离曲面屏幕70，则可以将第一透镜10的口径设计的比第二透镜20的口径大。在该光学模组中，第一透镜10为最大口径的透镜。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述光学模组包括至少一个透镜，所述至少一个透镜包括第一透镜10和第二透镜20，其中，所述分光元件30设于所述第一透镜10靠近所述曲面屏幕70的表面，所述相位延迟器40设于所述第一透镜10远离所述曲面屏幕70的表面，所述偏振反射元件50位于所述第二透镜20靠近所述曲面屏幕70的表面。

本申请实施例的光学模组，其中可以包含两个光学镜片，分别为上述的第一透镜10及第二透镜20，光学镜片的设置数量少，可以降低装配难度和光学模组的尺寸，同时可以保证良好的成像质量。

如图1所示，第一透镜10例如可以位于靠近曲面屏幕70的一侧，第二透镜20可以位于远离曲面屏幕70的一侧。

本申请实施例提供的光学模组，除了包含上述的两个光学镜片之外，还包含偏振反射元件50、相位延迟器40及分光元件30，如此可以形成一种折叠光路。光学模组中的各个光学镜片及光学元件可以按照设定的方式排列并位于同一光轴上。整个光路结构的尺寸较小，并不会占用较大的空间。非常适合应用于智能穿戴设备，例如头戴显示设备。

其中，分光元件30例如为半反半透膜。例如，可以直接通过镀膜的方式形成在第一透镜10靠近曲面屏幕70的表面上。

本申请的实施例中，分光元件30可供一部分光线透射，一部分光线反射。

需要说明的是，分光元件30的反射率可以根据具体需要灵活调整，本申请实施例中对此不作限制。

其中，相位延迟器40例如为四分之一波片或者其他相位延迟片。此时，相位延迟器40可以直接贴装在第一透镜10远离曲面屏幕70的表面。

其中，偏振反射元件50例如为偏振反射膜。此时，偏振反射元件50可以直接贴装在第二透镜20靠近曲面屏幕70的表面。

需要说明的是，相位延迟器40和偏振反射元件50二者可以为相邻且间隔设置。当然，相位延迟器40和偏振反射元件50二者也可以直接贴装在一起，本申请实施例中对此不做限制。

将分光元件30、相位延迟器40及偏振反射元件50贴装在不同透镜的表面上，如此可以降低光学模组的装配难度，节省成本。

此外，还需要说明的是，在光学模组中，分光元件30、相位延迟器40及偏振反射元件50三者可以为独立的光学器件设置于光路结构中合适的位置，并不限于上述的镀膜或者贴装于相应的透镜的设计，本申请实施例中对此不做限制。

本申请的实施例中，相位延迟器40的快轴方向与偏振反射元件50的透光轴方向的夹角为45度。所述偏振反射元件50能够反射水平线偏振光和竖直线偏振光中的一种，并透射水平线偏振光和竖直线偏振光中的另一种。

相位延迟器40可用于改变折叠光路结构中光线的偏振状态。例如，用于将线偏振光转化为圆偏振光，或者用于将圆偏振光转化为线偏振光。

偏振反射元件50可以为可供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件。

在本申请的实施例中，相位延迟器40与偏振反射元件50配合可用于解析光线，并对光线进行传递。

分光元件30、相位延迟器40及偏振反射元件50可以设于平面、球面、非球面、自由曲面或者柱面其中的任意一种上。

在本申请的一些示例中，所述光学模组还包括偏振元件60，所述偏振元件60位于所述偏振反射元件50背离所述相位延迟器40的一侧。

偏振元件60可用于减少偏振反射元件50的偏振反射率不是100％而引起的杂散光。有利于提升光学模组的成像品质。

偏振元件60具有透过轴，偏振元件60的透过轴与相位延迟器40的快轴之间的夹角为45°；其夹角可以是正45°，也可以是负45°。相位延迟器40具有快轴和慢轴。与偏振元件60的透过轴方向相同的光线可以透过偏振元件60，而与偏振元件60的透过轴方向正交的光线，无法透过偏振元件60。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述偏振元件60与所述偏振反射元件50可以叠设在一起形成叠合元件，所述偏振元件60的偏振方向与偏振反射元件50的偏振透射方向相同。

其中，偏振反射元件50能够反射水平/竖直方向的线偏振光线，同时透过竖直/水平方向的线偏振光线。本申请的光学模组中通过引入偏振元件60，该偏振元件60例如为偏振片，其可与偏振反射元件50贴合在一起形成叠合元件并贴装在例如第二透镜20靠近曲面屏幕70的表面上，如此可以降低偏振元件60在光路结构中的装配难度。

在叠合元件中，偏振元件60的偏振方向与偏振反射元件50的偏振透射方向相同，偏振元件60能够用于减少偏振反射元件50的偏振反射率在不是100％时而引起的杂散光，可以提升成像品质。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述光学模组还包括屏幕保护片80，所述屏幕保护片80设于所述曲面屏幕70的出光面，所述屏幕保护片80的曲率半径与所述曲面屏幕70的曲率半径相同。

可以理解的时，曲面屏幕70具有一定的曲率半径，在其出光面上贴装屏幕保护片80时，屏幕保护片80应当具有与曲面屏幕70相同的曲率半径。

可选的是，曲面屏幕70所发出的光线可以为线偏振光，也可以是圆偏振光或者自然光，本申请实施例中对此不作限制。

可选的是，曲面屏幕70可以是OLED柔性屏、MicroOLED曲面屏、背光曲面屏等任何可以将发光表面制成回转对称结构的显示屏幕。

本申请实施例提供的光学模组，如图1所示，光线的传播过程如下：

左旋圆偏振光线自曲面屏幕70发射，依次透过屏幕保护片80、分光元件30、第一透镜10和相位延迟器40后转化为水平/竖直方向的线偏振光线，经过偏振反射方向是竖直/水平的偏振反射元件50与偏振元件60形成的叠合元件后发生反射，通过相位延迟器40后转化为左旋圆偏振光线，经过第一透镜10和分光元件30反射后转化为右旋圆偏振光，再次通过第一透镜10和相位延迟器40后转化为竖直/水平方向的线偏振光线，通过叠合元件和第二透镜20后，进入光阑01成像。

此外，当曲面屏幕70的出光面发射的光线为线偏振光时，在曲面屏幕70的出光面与第一透镜10之间还可以设置另一相位延迟器，该相位延迟器用以将线偏振光转变为圆偏振光。

本申请实施例的光学模组可应用于虚拟现实pancake光学模组，也可用于虚拟现实菲涅尔光学模组和具有大眼盒大视场角的其他应用类型的光学模组，应用范围较广。

实施例1

如图5所示，本实施例1的光学模组包括：曲面屏幕70、第一透镜10和第二透镜20、分光元件30、相位延迟器40、偏振反射元件50以及偏振元件60；所述曲面屏幕70用于发射光线，所述曲面屏幕70的弯曲方向朝向光线的传播方向，所述曲面屏幕70的出光面设置有屏幕保护片80；所述第一透镜10和第二透镜20位于所述曲面屏幕70的出光方向；

所述分光元件30设于所述第一透镜10靠近所述曲面屏幕70的表面，所述相位延迟器40设于所述第一透镜10远离所述曲面屏幕70的表面，所述偏振反射元件50位于所述第二透镜20靠近所述曲面屏幕70的表面；

其中，第一透镜10和第二透镜20均为非球面镜片，第二透镜20靠近光阑01的表面S1为凸面非球面，远光阑01的表面S2为凹面非球面；第一透镜10靠近光阑01的表面S1为平面，远光阑01的表面S2为凹面非球面。第二透镜20的远离光阑01的表面S2和第一透镜10靠近光阑01的表面S1中至少有一个面为平面。

所述曲面屏幕70的曲率半径为R、所述曲面屏幕70的发光半径为I，所述光学模组的场曲校正值为V，则R、I、V三者满足：

0<R-(R²-I²)^0.5<V<0.3mm；

使用1.426英寸的曲面屏幕70，曲率半径为713.44mm，像元尺寸7.56微米，曲面屏幕70的发光有效区为23.8896毫米×27.216毫米，光学模组的视场角为90度，光学模组的眼盒为8mm，0.5<光学模组的系统总长TL/最大口径透镜的口径D<0.9，光学模组的有效焦距16.5毫米<EFL<20.6毫米。

本实施例1的光学模组具体参数如表1所示：

表1

本实施例1的光学模组，如图6～图8所示：图6是本申请实施例1提供的中心眼盒eyebox的MTF曲线；图7是本申请实施例1提供的边缘眼盒eyebox的MTF曲线；图8是本申请实施例1提供的边缘眼盒eyebox的场曲曲线。

如图6所示，MTF在33lp/mm下>0.7，成像清晰。

如图7所示，MTF在33lp/mm下>0.7，成像清晰。

如图8所示，场曲最大值小于0.1mm，畸变反应的是成像发生的形变状况，成像形变小。

实施例2

本实施例2使用与实施例1相同的光学模组，仅将曲面屏幕70的曲率半径由713mm替换为200mm。

本实施例2的光学模组具体参数如表2所示：

表2

本实施例2的光学模组，如图9～图11所示：图9是本申请实施例2提供的中心眼盒eyebox的MTF曲线；图10是本申请实施例2提供的边缘眼盒eyebox的MTF曲线；图11是本申请实施例2提供的边缘眼盒eyebox的场曲曲线。

如图9所示，MTF在33lp/mm下>0.8，成像清晰。

如图10所示，MTF在33lp/mm下>0.7，成像清晰。

如图11所示，场曲最大值小于0.1mm，畸变反应的是成像发生的形变状况，成像形变小。

实施例3

本实施例3使用与实施例1相同的光学模组，仅将曲面屏幕70的曲率半径由713mm替换为1000mm。

本实施例3的光学模组具体参数如表3所示：

表3

本实施例3的光学模组，如图12～图14所示：图12是本申请实施例3提供的中心眼盒eyebox的MTF曲线；图13是本申请实施例3提供的边缘眼盒eyebox的MTF曲线；图14是本申请实施例3提供的边缘眼盒eyebox的场曲曲线。

如图12所示，MTF在33lp/mm下>0.7，成像清晰。

如图13所示，MTF在33lp/mm下>0.6，成像清晰。

如图14所示，场曲最大值小于0.1mm，畸变反应的是成像发生的形变状况，成像形变小。

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。

虽然已经通过示例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，以上示例仅是为了进行说明，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 (10)

1.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括：

曲面屏幕(70)，所述曲面屏幕(70)用于发射光线，所述曲面屏幕(70)的弯曲方向朝向光线的传播方向；

至少一个透镜，所述至少一个透镜位于所述曲面屏幕(70)的出光方向；

分光元件(30)、相位延迟器(40)及偏振反射元件(50)，其中，所述相位延迟器(40)位于与所述分光元件(30)和所述偏振反射元件(50)之间，所述至少一个透镜位于所述分光元件(30)与所述偏振反射元件(50)之间；

所述曲面屏幕(70)的曲率半径为R、所述曲面屏幕(70)的发光半径为I，所述光学模组的场曲校正值为V，则R、I、V三者满足：

0<R-(R²-I²)^0.5<V<0.3mm。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，当所述光学模组包括一个透镜时，在eyebox≥8mm、视场角≥90°的情况下：

所述光学模组的光学总长为TL₁，所述透镜的口径为D₁，TL₁与D₁的比值满足：0.5＜TL₁/D₁＜0.9；

所述光学模组的有效焦距EFL₁为：14.5mm＜EFL₁＜18.5mm。

3.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，当所述光学模组包括两个或者两个以上透镜时，在eyebox≥8mm、视场角≥90°的情况下：

所述光学模组的光学总长为TL₂，所述光学模组中最大口径的透镜的口径为D₂，TL₂与D₂的比值满足：0.2＜TL₂/D₂＜0.9；

所述光学模组的有效焦距EFL₂为：11.5mm＜EFL₂＜25.5mm。

4.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述最大口径的透镜为靠近所述曲面屏幕(70)的第一个透镜或者第二个透镜。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述至少一个透镜包括第一透镜(10)和第二透镜(20)，其中，所述分光元件(30)设于所述第一透镜(10)靠近所述曲面屏幕(70)的表面，所述相位延迟器(40)设于所述第一透镜(10)远离所述曲面屏幕(70)的表面，所述偏振反射元件(50)位于所述第二透镜(20)靠近所述曲面屏幕(70)的表面。

6.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述相位延迟器(40)的快轴方向与偏振反射元件(50)的透光轴方向的夹角为45度；

所述偏振反射元件(50)能够反射水平线偏振光和竖直线偏振光中的一种，并透射水平线偏振光和竖直线偏振光中的另一种。

7.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偏振元件(60)，所述偏振元件(60)位于所述偏振反射元件(50)背离所述相位延迟器(40)的一侧。

8.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述偏振元件(60)与所述偏振反射元件(50)叠设在一起形成叠合元件，所述偏振元件(60)的偏振方向与偏振反射元件(50)的偏振透射方向相同。

9.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屏幕保护片(80)，所述屏幕保护片(80)设于所述曲面屏幕(70)的出光面，所述屏幕保护片(80)的曲率半径与所述曲面屏幕(70)的曲率半径相同。

10.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

壳体；以及

如权利要求1-9中任一项所述的光学模组。

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