CN115343850A

CN115343850A - 光学模组以及头戴显示设备

Info

Publication number: CN115343850A
Application number: CN202210560346.1A
Authority: CN
Inventors: 史柴源
Original assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-11-15

Abstract

本申请实施例提供了一种光学模组以及头戴显示设备；所述光学模组包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，其中，所述第一相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；所述光学模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间，所述分光元件到所述偏振反射元件的距离L₁为3mm≤L₁≤8mm；所述分光元件40远离所述第三透镜30的一侧设置有至少两个透镜。本申请实施例的方案可以降低杂散光。

Description

光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请实施例涉及近眼显示成像技术领域，更具体地，本申请实施例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)技术等在例如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。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。

针对现有的折叠光路结构，光学元件及光学镜片表面入射角与折射角过大会导致入射的光线的相位变化发生问题，以及光学镜片表面的反射率过大，这些情况最终都会导致杂散光严重的现象，影响到光学模组最终的成像质量。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光学模组以及头戴显示设备的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种光学模组，所述光学模组包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，其中，所述第一相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；

所述光学模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间，所述分光元件到所述偏振反射元件的距离L₁为 3mm≤L₁≤8mm；

所述分光元件远离所述第三透镜的一侧设置有至少两个透镜。

可选地，入射光线进入所述偏振反射元件和所述第一相位延迟器的角度为＜5°。

可选地，所述光学模组还包括显示器，所述分光元件位于所述显示器的出光侧，所述分光元件到所述显示器的距离L₂为5mm≤L₂≤19mm。

可选地，所述至少两个透镜包括第一透镜，所述第一透镜包括第一表面和第二表面；

其中，所述第一表面与所述显示器的出光面相邻设置，所述分光元件到所述第一表面的距离L₃为5mm≤L₃≤16mm。

可选地，所述至少两个透镜还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述第二透镜包括第三表面和第四表面；

其中，所述第三表面与所述第二表面相邻设置。

可选地，入射光线进入所述第一透镜和所述第二透镜的角度为＜40°。

可选地，所述第一透镜的中心厚度T₁为2.5mm≤T₁≤8mm，所述第一表面和所述第二表面均为非球面；

所述第二透镜的中心厚度T₂为2.5mm≤T₂≤8mm，所述第三表面和所述第四表面均为非球面。

可选地，所述第一透镜的口径D₁＜所述第二透镜的口径D₂＜所述第三透镜的口径D₃。

可选地，所述显示器被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示器的出光面发射的光线为线偏振光时，在所述显示器的出光面与所述第一透镜之间设置有第二相位延迟器，所述第二相位延迟器用以将线偏振光转变为圆偏振光。

可选地，所述显示器的尺寸为1in～2.1in。

可选地，所述第三透镜的中心厚度T₃为3mm≤T₃≤8mm。

可选地，所述第三透镜包括第五表面和第六表面；

所述分光元件位于所述第五表面的一侧；

所述偏振反射元件和所述第一相位延迟器位于所述第六表面的一侧。

可选地，所述光学模组还包括偏光膜，所述偏光膜位于所述第六表面与所述偏振反射元件之间。

可选地，所述分光元件贴设于所述第五表面；

所述偏光膜、所述偏振反射元件及所述第一相位延迟器依次叠设形成膜层结构，所述膜层结构贴设于所述第六表面。

可选地，所述分光元件的反射率为47％至53％。

第二方面，本申请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

如上所述的光学模组。

根据本申请的实施例，提供了一种折叠光路方案，在光路结构中通过约束分光元件与偏振反射元件之间的距离，并在分光元件与偏振反射元件之间布设一个光学镜片，以此可以调整入射光线进入所述偏振反射元件和所述第一相位延迟器的角度，减少因相位变化引起的杂散光；同时，还在分光元件背离该光学镜片的一侧合理布设了至少两个光学镜片，以此可以合理的调整入射光线进入这两个光学镜片的角度，这样可以降低光学镜片表面的反射率，减少因反射引起的杂散光，使得光学模组具有较佳的成像质量。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书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说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的光学模组的局部结构示意图；

图3为图1示出的光学模组的点阵列的示意图；

图4为图1示出的光学模组的MTF曲线图；

图5为图1示出的光学模组的场曲畸变图；

图6为图1示出的光学模组的垂轴色差图；

图7为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之二；

图8为图7示出的光学模组的点阵列的示意图；

图9为图7示出的光学模组的MTF曲线图；

图10为图7示出的光学模组的场曲畸变图；

图11为图7示出的光学模组的垂轴色差图；

图12为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之三；

图13为图12示出的光学模组的点阵列的示意图；

图14为图12示出的光学模组的MTF曲线图；

图15为图12示出的光学模组的场曲畸变图；

图16为图12示出的光学模组的垂轴色差图。

附图标记说明：

10、第一透镜；11、第一表面；12、第二表面；20、第二透镜；21、第三表面；22、第四表面；30、第三透镜；31、第五表面；32、第六表面； 40、分光元件；50、第一相位延迟器；60、偏振反射元件；70、偏光膜； 80、显示器；81、保护玻璃；90、抗反射膜；01、人眼。

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和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术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16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，该光学模组为一种折叠光路光学结构设计，可适合应用于头戴显示设备(Head mounted display，HMD)。例如，VR头戴设备，如可以包括VR眼镜或者VR头盔等，本申请实施例对此不做具体限制。

本申请实施例提供了一种光学模组，如图1、图2、图7及图12所示，所述光学模组包括分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，其中，所述第一相位延迟器50位于所述分光元件40与所述偏振反射元件 60之间；

所述光学模组还包括第三透镜30，所述第三透镜30位于所述分光元件40与所述偏振反射元件60之间，所述分光元件40到所述偏振反射元件 60的距离L₁为3mm≤L₁≤8mm；所述分光元件40远离所述第三透镜30 的一侧设置有至少两个透镜。

根据本申请的实施例，提供了一种折叠光路方案，在光路结构中通过约束分光元件与偏振反射元件之间的距离，并在分光元件与偏振反射元件之间布设一个光学镜片，以此可以调整入射光线进入所述偏振反射元件60和所述第一相位延迟器50的角度，减少因相位变化引起的杂散光；同时，还在分光元件背离该光学镜片的一侧合理布设了至少两个光学镜片，以此可以合理的调整入射光线进入这两个光学镜片的角度，这样可以降低光学镜片表面的反射率，减少因反射引起的杂散光，使得光学模组具有较佳的成像质量。

在本申请的实施例中，所述分光元件40到所述偏振反射元件60的距离L₁为3mm≤L₁≤8mm。

可选的是，所述分光元件40到所述偏振反射元件60的距离L₁还可以控制为3mm≤L₁≤5mm。

其中，在光学模组中，第三透镜30的中心厚度例如为3mm≤T₃≤8mm。

进一步地，第三透镜30的中心厚度例如为3mm≤T₃≤5mm。

本申请的实施例中，通过约束分光元件40与偏振反射元件60之间的距离，可以限定这两个光学元件之间的光学镜片的设置数量，例如在这二者之间设置一个第三透镜30(该透镜的中心厚度为上述的范围内)，这样可以减小入射光线进入偏振反射元件60和第一相位延迟器50的角度，可以减少光学模组中因相位变化引起的杂散光。

在本申请的实施例中，如图1、图2、图7及图12所示，所述光学模组还可以包括一透镜组，该透镜组位于分光元件40远离所述第三透镜30 的一侧。该透镜组包括至少两个透镜。如此，可以调整入射光线进入这两个透镜的角度，可以降低镜片表面反射率，可以减少因反射引起的杂散光。

本申请实施例提供的光学模组中，不仅包括有光学镜片，还包括有如上述的分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60。

其中，第一相位延迟器50可用于改变折叠光路结构中光线的偏振状态。例如，能够将线偏振光转化为圆偏振光，又或者将圆偏振光转化为线偏振光。

其中，偏振反射元件60可用于透过P偏振光反射S偏振光；或者，偏振反射元件60可用于透过S偏振光反射P偏振光。

第一相位延迟器50与偏振反射元件60配合可用于解析光线并对光线进行传递。

本申请实施例提供的光学模组，其是一种折叠光路光学结构设计，如图1、图2、图7及图12所示，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。该光学模组可以与小尺寸的显示器(例如显示器的尺寸可以为1in～2.1in)相配合，这也有助于缩小光学模组的体积。

在本申请的一些示例中，入射光线进入所述偏振反射元件60和所述第一相位延迟器50的角度为＜5°。

通过合理调整分光元件40与偏振反射元件60之间的距离(在二者之间可以设置一个光学镜片，如上述的第三透镜30)，可以确保入射光线进入偏振反射元件60和第一相位延迟器50的角度＜5°，这样，可以减少因相位变化引起的杂散光，这使得进入人眼01中的光线可以显示出较佳质量的画面。

在本申请的一些示例中，如图1和图2所示，所述光学模组还包括显示器80，所述分光元件40位于所述显示器80的出光侧，所述分光元件40 到所述显示器80的距离L₂为5mm≤L₂≤19mm。

本申请的实施例中设计，控制分光元件40与显示器80之间设置的距离L₂为5mm≤L₂≤19mm，此时，可以设计在分光元件40与显示器80之间可以设计布设至少两个光学镜片。

分光元件40和显示器80之间的距离L₂在上述的范围内，可以对光线的折转进行过渡，以使得入射光线进入显示器80与分光元件40之间的光学镜片时入射的角度可以被控制在合理的范围内，以降低表面反射率，如此，可以减少因反射引起的杂散光。

需要说明的是，本申请实施例中可以根据光学镜片的中心厚度及面型，再配合分光元件40到显示器80的距离L₂的约束，可以控制在分光元件40 与显示器80之间设置的透镜的设置数量。本申请的实施例中根据大多数光学镜片的厚度设计为在分光元件40与显示器80之间设置两个或者两个以上的光学镜片。

在本申请的一些示例中，如图1、图7及图12所示，所述分光元件40 远离所述第三透镜30的一侧设置有至少两个透镜，所述至少两个透镜可以包括第一透镜10，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12；所述第一表面11与所述显示器80的出光面相邻设置，所述分光元件40到所述第一表面11的距离L₃为5mm≤L₃≤16mm。

可选的是，所述分光元件40到所述第一表面11的距离L₃例如还可以控制在7.5mm≤L₃≤16mm。

进一步地，所述分光元件40到所述第一表面11的距离L₃可以控制为 7.7mm、12.3mm或者15.8mm。

当然，本申请的实施例中，所述分光元件40到所述第一表面11的距离 L₁并不限于上述的三个点值，本领域技术人员可以根据具体需要在上述的的范围(5mm≤L₃≤16mm)内合理调整。

本申请实施例中，还可以通过控制分光元件40到第一透镜10的第一表面11(该表面面向显示器80的出光面)的距离L₃的范围值，以此来合理调控入射光线进入第一透镜10和第二透镜20的角度，这样也可以减少杂散光。

本申请的一些示例中，如图1、图7及图12所示，所述至少两个透镜还包括第二透镜20，所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22；其中，所述第三表面21与所述第二表面12相邻设置。

如此，本申请实施例提供的光学模组中，可以至少采用三个光学镜片，即上述的第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30。

其中，第一透镜10布设在光线入射的一侧，也即靠近显示器80出光一侧的合适位置处。入射的光线可以先射入第一透镜10，第一透镜10可用以对入射的光线进行透射。

其中，第二透镜20位于第一透镜10与第三透镜30之间合适的位置处，其可用于对经过第一透镜10的光线进行透射。

其中，第三透镜30位于靠近人眼01的一侧，第三透镜30对经过第二透镜20的光线进行折转，最终可以将光线射出并打入人眼01中显示成像。

根据本申请的实施例，提供了一种折叠光路方案，使得光线进入第一透镜10、第二透镜20及第一相位延迟器50和偏振反射元件60的角度均不会过大，这样，可以避免折叠光路结构中出现杂散光严重的问题，有助于提升光学模组的成像质量。

其中，入射光线进入第一透镜10和第二透镜20的角度为＜40°。这有利于使得光线进入第一相位延迟器50和偏振反射元件60的角度更小，如能保证入射到第一相位延迟器50和偏振反射元件60的角度＜5°，以此能消除杂散光对成像质量的影响。从而可以提升成像质量。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜10的中心厚度T₁为 2.5mm≤T₁≤8mm，所述第一表面11和所述第二表面12均为非球面；所述第二透镜20的中心厚度T₂为2.5mm≤T₂≤8mm，所述第三表面21和所述第四表面22均为非球面。

也就是说，本申请的实施例提供的方案中，不仅控制分光元件40到偏振反射元件60的距离L₁，同时还控制了分光元件40到显示器80的距离 L₂。通过控制这两个距离(即L₁和L₂)，实现了对光学模组中光学镜片布设位置和数量的合理控制。如可以在分光元件40到偏振反射元件60之间设置一个光学镜片，同时，可以在分光元件40到显示器80之间设置至少两个光学镜片。

具体地，在分光元件40与偏振反射元件60之间布设一个第三透镜30，这样，可以减少光学模组中因相位变化引起的杂散光；同时，可以在分光元件40与显示器80之间设置两个光学镜片，用以降低这两个光学镜片表面反射率，减少因反射引起的杂散光。

第一透镜10可以透射入射的光线至第二透镜20。第一透镜10包含两个光学面，这两个光学面均设计为非球面，也即第一表面11和第二表面12均为非球面。

可选的是，可以在第一表面11的一侧设置抗反射膜，并在第二表面 12的一侧设置抗反射膜。

例如，在第一表面11和第二表面12上均可以设置抗反射膜。

在本申请的实施例中设计，第一透镜10位于整个光学模组入光的一侧，或者说，其可以靠近显示器80的出光面设置。显示器80的出光面发出的光线可以透过第一透镜10，在第一透镜10的两侧可以分别设置抗反射膜，这样，可以使光线尽可能完全透过第一透镜10。

在本申请的实施例中，第一透镜10的光焦度

为正，且光焦度

满足：

在本申请实施例的光学模组中，在分光元件40与第一透镜10之间还引入了一个第二透镜20，该第二透镜20可以调整分光元件40与第一透镜10的第一表面11之间的距离。其中，第二透镜20可以透射经过第一透镜10的光线。

其中，第二透镜20包含两个光学面，这两个光学面均设计为非球面，也即第三表面21和第四表面22均为非球面。

例如，在第三表面21和第四表面22上均可以设置抗反射膜，以使光线可以完全射入第三透镜30。

在本申请的实施例中，第二透镜20的光焦度

为正，且光焦度

满足：

其光焦度比较小。

在本申请的一些示例中，如图1、图7及图12所示，所述显示器80 被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；当所述显示器80的出光面发射的光线为线偏振光时，在所述显示器80的出光面与所述第一透镜10的第一表面11之间设置有第二相位延迟器，所述第二相位延迟器用以将线偏振光转变为圆偏振光。

本申请的实施例中，光学模组可以包括显示器80，该显示器80的出光面设置有保护玻璃81，该显示器80的出光面可以朝向第一透镜10发出光线，并且光线可以透过该第一透镜10。

本申请的实施例中，第二相位延迟器可以设置在显示器80的出光面，或者设置在显示器80与第一透镜10之间合适的位置处；或者，可以设置在靠近显示器80的出光面的合适位置处。

在本申请的一些示例中，显示器80的尺寸为1.0in～2.1in。显示器80 的尺寸较小，可以减少光学模组的体积。

本申请实施例提供的光学模组，配合小尺寸的光学模组，形成的图像杂散光少。

在本申请的一些示例中，所述第三透镜30的中心厚度T₃为 3mm≤T₁≤8mm。

可选的是，所述第三透镜30的中心厚度T₃为3mm≤T₁≤5mm。

如此设计，可以在分光元件40与偏振反射元件60之间设置一个第三透镜30。依次来合理调整光线进入分光元件40和偏振反射元件60的角度。

其中，所述第三透镜30包括第五表面31和第六表面32；所述分光元件40可以位于所述第五表面31的一侧；所述偏振反射元件60和所述第一相位延迟器50可以位于所述第六表面32的一侧。

其中，所述第三透镜30的光焦度

为正，且光焦度

满足：

其中，所述第五表面31可以设计为非球面。

其中，分光元件40例如可以位于第二透镜20的第四表面24与第三透镜30的第五表面31之间的合适位置处，或者使分光元件40位于第三透镜 30的第五表面31一侧的合适位置处。

当然，分光元件40也可以被直接贴装在第三透镜30的第五表面31上，如图1、图7及图12所示。

其中，第一相位延迟器50和偏振反射元件60例如可以设置在第三透镜30的第六表面32一侧的合适的位置处。

当然，还可以将第一相位延迟器50和偏振反射元件60贴装在第三透镜30的第六表面32上，如图1、图7及图12所示。本领域技术人员可以根据需要灵活调整第一相位延迟器50和偏振反射元件60的具体设置位置。

需要说明的是，第一相位延迟器50和偏振反射元件60二者可以贴设在一起，二者也可以呈间隔设置，本申请实施例中对此不作具体限制。

在本申请的一些示例中，如图2所示，所述光学模组还包括偏光膜70，所述偏光膜70位于所述第六表面32与所述偏振反射元件60之间。

在本申请的一些示例中，如图2所示，所述分光元件40贴设于所述第五表面31；所述偏光膜70、所述偏振反射元件60及所述第一相位延迟器 50依次叠设形成膜层结构，所述膜层结构贴设于所述第六表面32。

本申请的实施例中，第三透镜30包含两个光学面，即上述的第五表面 31和第六表面32，可以在第五表面31上或者一侧设置分光元件40，并在第六表面32上或者一侧设置膜层结构，该膜层结构例如包括有抗反射膜90及上述的偏光膜70、偏振反射元件60及第一相位延迟器50。

其中，第一相位延迟器50可用于改变折叠光路结构中光线的偏振状态。偏振反射元件60可以透过P偏振光反射S偏振光。偏光膜70可以透过P偏振光，可以减少杂散光。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜10、所述第二透镜20及所述第三透镜30的折射率n为：1.4＜n＜1.7；所述第一透镜10、所述第二透镜20及所述第三透镜30的色散系数v为：20＜v＜75。

例如，第一透镜10的折射率n₁为1.54，色散系数v₁为56.3；第二透镜20的折射率n₂为1.54，色散系数v₂为56.3；第三透镜30的折射率n₃为1.54，色散系数v₃为56.3。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜10的口径D₁＜所述第二透镜 20的口径D₂＜所述第三透镜30的口径D₃。

本申请实施例的光学模组中，将第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30的口径设计为满足上述范围，这是因为：显示器80发出的光线需要经第一透镜10、第二透镜20发生透射，进入第三透镜30的光线较为发散且需要经过折转，第三透镜30还需要将出射的光线尽可能多的打入人眼 01中，因此，第三透镜30的口径设计的大一些。

在本申请的一些示例中，所述分光元件40的反射率为47％至53％。

例如，分光元件40可以为半透半反射膜。

根据本申请实施例提供的光学模组，光线的传播过程如下：

如图1所示，显示器80发出圆偏振光，经显示器80出光面的保护玻璃 81透射之后，光线可以透过第一透镜10、第二透镜20、分光元件40及第三透镜30的第五表面31透射，经过第三透镜30的第六表面32及其上的偏振反射元件60和第一相位延迟器50反射，经过第五表面31及分光元件40发生反射，经过第六表面32发生透射之后，最终光线打入人眼01中，以在人眼01 中显示图像。

以下通过三个实施例对本申请实施例提供的光学模组进行具体说明。

实施例1

本申请实施例1提供了一种光学模组，如图1所示，所述光学模组包括：分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，其中，所述偏振反射元件60位于所述分光元件40与所述第一相位延迟器50之间；

并且，所述光学模组还包括显示器80、第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30，其中，所述第一透镜10和所述第二透镜20依次位于所述显示器80与所述分光元件40之间，所述第三透镜位于所述分光元件40与偏振反射元件60之间。

其中，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述分光元件40位于所述第二表面12的一侧(即分光元件40与第二表面12相邻设置)，且所述分光元件40到所述第一表面11的距离L₃为12.3mm。所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22。所述第三透镜30包括第五表面31和第六表面32。所述第三表面21与所述第二表面12相邻设置，所述第四表面22与所述第五表面31相邻设置。所述分光元件40贴装在所述第五表面31，所述偏光膜70、所述偏振反射元件60及所述第一相位延迟器50依次叠设形成膜层结构，所述膜层结构贴设于所述第六表面32。

在实施例1中，所述第三透镜30的中心厚度为5mm，也即分光元件 40到偏振反射元件60的距离L₁为5mm。

入射光线进入所述偏振反射元件60和所述分光元件40的角度为＜ 2.9°，入射光线进入所述第一透镜10和所述第二透镜20的角度为＜ 32.4°。

本实施例1提供的光学模组中，第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30的光学参数具体可如下表1。

表1

表面

半径(mm)

厚度(mm)

材料

Conic

A2

A4

A6

A8

A10

A12

A14

A16

32

Infinity

5.0000

APEL

0.0000

0.000E+00

31

-55.9082

0.5000

空气

-1.0462

0.0000

1.268E-06

-1.258E-10

5.666E-12

1.159E-14

-8.417E-17

1.459E-19

0.000E+00

22

118.2535

4.0212

APEL

0.0000

-3.279E-06

4.820E-08

-8.807E-11

0.000E+00

21

194.1631

0.3800

空气

0.0000

5.210E-06

-0.445E-08

3.269E-11

0.000E+00

12

100.8262

5.0003

APEL

0.0000

4.434E-05

-2.896E-07

8.588E-10

-5.020E-13

0.000E+00

11

-81.0725

2.4999

空气

32.8952

0.0000

2.020E-05

0.000E+00

针对实施例1示出的光学模组，如图3至图6所示：图3是本申请实施例1提供的光学模组的点列图示意图，图4是本申请实施例1提供的光学模组的MTF曲线图，图5是本申请实施例1提供的光学模组的场曲畸变图，图6 是本申请实施例提供的光学模组的垂轴色差图。

点列图是指由一点发射出的许多光线经光学模组之后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，可于评价光学模组的成像质量。如图3所示，在实施例1中，点列图中像点的最大值小于13μm。

MTF曲线图是调制传递函数图，通过黑白线对的对比度表征光学模组的成像清晰度。如图4所示，在实施例1中，MTF在38lp/mm下>0.25，成像清晰。

场曲畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，在实施例1中，如图5所示，场曲最大值小于0.2mm，本实施例畸变最大发生在1视场，最大值小于28％。

垂轴色差又称为倍率色差，主要是指物方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在像方出射时变成多根光线，蓝光与红光在像面上的焦点位置的差值。在实施例1中，如图6所示，最大色散为系统的1视场位置，光学模组的最大色差值小于190μm。

实施例2

本申请实施例2提供了一种光学模组，如图7所示，该光学模组包括：分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，其中，所述偏振反射元件60位于所述分光元件40与所述第一相位延迟器50之间；

其中，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述分光元件40位于所述第二表面12的一侧(即分光元件40与第二表面12相邻设置)，且所述分光元件40到所述第一表面11的距离L₃为15.8mm。所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22。所述第三透镜30包括第五表面31和第六表面32。所述第三表面21与所述第二表面12相邻设置，所述第四表面22与所述第五表面31相邻设置。所述分光元件40贴装在所述第五表面31，所述偏光膜70、所述偏振反射元件60及所述第一相位延迟器50依次叠设形成膜层结构，所述膜层结构贴设于所述第六表面32。

在实施例2中，所述第三透镜30的中心厚度为3mm，也即分光元件 40到偏振反射元件60的距离L₁为3mm。

入射光线进入所述偏振反射元件60和所述分光元件40的角度为＜ 5°，入射光线进入所述第一透镜10和所述第二透镜20的角度为＜26.5°。

本实施例2提供的光学模组中，第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30的光学参数具体可如下表2。

表2

针对实施例2提供的光学模组，如图8至图11所示：图8是本申请实施例2提供的光学模组的点列图示意图，图9是本申请实施例2提供的光学模组的MTF曲线图，图10是本申请实施例2提供的光学模组的场曲畸变图，图 11是本申请实施例2提供的光学模组的垂轴色差图。

如图8所示，在实施例2中，点列图中像点的最大值小于15μm。

如图9所示，在实施例2中，MTF在38lp/mm下>0.35，成像清晰。

如图10所示，在实施例2中，场曲最大值小于0.4mm，本实施例畸变最大发生在1视场，最大值小于30％。

如图11所示，在实施例2中，最大色散为系统的1视场位置，光学模组的最大色差值小于180μm。

实施例3

本申请实施例3提供了一种光学模组，如图12所示，该光学模组包括：分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，其中，所述偏振反射元件60位于所述分光元件40与所述第一相位延迟器50之间；

其中，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述分光元件40位于所述第二表面12的一侧(即分光元件40与第二表面12相邻设置)，且所述分光元件40到所述第一表面11的距离L₃为7.7mm。所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22。所述第三透镜30包括第五表面31和第六表面32。所述第三表面21与所述第二表面12相邻设置，所述第四表面22与所述第五表面31相邻设置。所述分光元件40贴装在所述第五表面31，所述偏光膜70、所述偏振反射元件60及所述第一相位延迟器50依次叠设形成膜层结构，所述膜层结构贴设于所述第六表面32。

在实施例3中，所述第三透镜30的中心厚度为5mm，也即分光元件 40到偏振反射元件60的距离L₁为5mm。

入射光线进入所述偏振反射元件60和所述分光元件40的角度为＜ 5°，入射光线进入所述第一透镜10和所述第二透镜20的角度为＜40°。

本实施例3提供的光学模组中，第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30的光学参数具体可如下表3。

表3

针对实施例3提供的光学模组，如图13至图16所示：图13是本申请实施例3提供的光学模组的点列图示意图，图14是本申请实施例3提供的光学模组的MTF曲线图，图15是本申请实施例3提供的光学模组的场曲畸变图，图16是本申请实施例3提供的光学模组的垂轴色差图。

如图13所示，在实施例3中，点列图中像点的最大值小于10μm。

如图14所示，在实施例3中，MTF在20lp/mm下>0.28，成像清晰。

如图15所示，在实施例3中，场曲最大值小于0.3mm，本实施例畸变最大发生在1视场，最大值小于30％。

如图16所示，在实施例3中，最大色散为系统的1视场位置，光学模组的最大色差值小于180μm。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括壳体，以及如上述所述的光学模组。

所述头戴显示设备例如为VR头戴设备，包括VR眼镜或者VR头盔等，本申请实施例对此不做具体限制。

本申请实施例的头戴显示设备的具体实施方式可以参照上述显示模组各实施例，在此不再赘述。

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

1.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括分光元件(40)、第一相位延迟器(50)及偏振反射元件(60)，其中，所述第一相位延迟器(50)位于所述分光元件(40)与所述偏振反射元件(60)之间；

所述光学模组还包括第三透镜(30)，所述第三透镜(30)位于所述分光元件(40)与所述偏振反射元件(60)之间，所述分光元件(40)到所述偏振反射元件(60)的距离L₁为3mm≤L₁≤8mm；

所述分光元件(40)远离所述第三透镜(30)的一侧设置有至少两个透镜。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，入射光线进入所述偏振反射元件(60)和所述第一相位延迟器(50)的角度为＜5°。

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显示器(80)，所述分光元件(40)位于所述显示器(80)的出光侧，所述分光元件(40)到所述显示器(80)的距离L₂为5mm≤L₂≤19mm。

4.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述至少两个透镜包括第一透镜(10)，所述第一透镜(10)包括第一表面(11)和第二表面(12)；

其中，所述第一表面(11)与所述显示器(80)的出光面相邻设置，所述分光元件(40)到所述第一表面(11)的距离L₃为5mm≤L₃≤16mm。

5.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述至少两个透镜还包括第二透镜(20)，所述第二透镜(20)位于所述第一透镜(10)和所述第三透镜(30)之间，所述第二透镜(20)包括第三表面(21)和第四表面(22)；

其中，所述第三表面(21)与所述第二表面(12)相邻设置。

6.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，入射光线进入所述第一透镜(10)和所述第二透镜(20)的角度为＜40°。

7.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述第一透镜(10)的中心厚度T₁为2.5mm≤T₁≤8mm，所述第一表面(11)和所述第二表面(12)均为非球面；

所述第二透镜(20)的中心厚度T₂为2.5mm≤T₂≤8mm，所述第三表面(21)和所述第四表面(22)均为非球面。

8.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述第一透镜(10)的口径D₁＜所述第二透镜(20)的口径D₂＜所述第三透镜(30)的口径D₃。

9.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述显示器(80)被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示器(80)的出光面发射的光线为线偏振光时，在所述显示器(80)的出光面与所述第一透镜(10)之间设置有第二相位延迟器，所述第二相位延迟器用以将线偏振光转变为圆偏振光。

10.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述显示器(80)的尺寸为1in～2.1in。

11.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第三透镜(30)的中心厚度T₃为3mm≤T₃≤8mm。

12.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第三透镜(30)包括第五表面(31)和第六表面(32)；

所述分光元件(40)位于所述第五表面(31)的一侧；

所述偏振反射元件(60)和所述第一相位延迟器(50)位于所述第六表面(32)的一侧。

13.根据权利要求12所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括偏光膜(70)，所述偏光膜(70)位于所述第六表面(32)与所述偏振反射元件(60)之间。

14.根据权利要求13所述的光学模组，其特征在于，所述分光元件(40)贴设于所述第五表面(31)；

所述偏光膜(70)、所述偏振反射元件(60)及所述第一相位延迟器(50)依次叠设形成膜层结构，所述膜层结构贴设于所述第六表面(32)。

15.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述分光元件(40)的反射率为47％至53％。

16.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

壳体；以及

如权利要求1-15中任一项所述的光学模组。