CN115407509A - 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；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，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一透镜及第二透镜；所述分光元件设于所述第二透镜远离所述第一透镜的表面，所述第一相位延迟器设于所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面，所述偏振反射元件设于所述第一透镜的任一表面上；所述光学模组的折叠光路间光程L为13mm～21mm，所述光学模组的角放大率为7～16，所述角放大率为每个像素透过所述光学模组后的视场角度B与每个像素在250mm明视距离下的视场角度A的比值。本申请中通过减小折叠光路间光程，有效增加了模组的角放大率。

Description

光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请涉及光学显示技术领域，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

随着虚拟现实技术的快速发展，虚拟现实设备的种类多样化，并且应用领域也越来越广泛。虚拟现实设备为了实现轻薄化，在现有技术中会采用折叠光路的方式。为了进一步减小光学模组的尺寸，目前主要是通过减少光学模组中镜片数量的方式，但是这会在一定程度上影响光学模组的成像质量。

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，通过减小折叠光路间光程，有效增大了模组的角放大率，利于减小光学模组的体积和重量。

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一透镜及第二透镜；

所述分光元件设于所述第二透镜远离所述第一透镜的表面，所述第一相位延迟器设于所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面，所述偏振反射元件设于所述第一透镜的任一表面上；

所述光学模组的折叠光路间光程L为13mm～21mm，所述光学模组的角放大率为7～16，所述角放大率为每个像素透过所述光学模组后的视场角度B与每个像素在250mm明视距离下的视场角度A的比值。

可选地，在所述偏振反射元件设于所述第一透镜远离所述第二透镜的表面的情况下，所述折叠光路间光程为15.6mm～29.2mm，所述角放大率为7.2～15.7；

其中，所述折叠光路间光程L为T₅₀*n₅₀+T₁₀*n₁₀+A*n_空气+T₂₀*n₂₀；

T₅₀为所述第一相位延迟器的厚度，n₅₀为所述第一相位延迟器的折射率；T₁₀为所述第一透镜的厚度，n₁₀为所述第一透镜的折射率；A为所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔，n_空气为空气的折射率；T₂₀为所述第二透镜的厚度，n₂₀为所述第二透镜的折射率。

可选地，在所述偏振反射元件设于所述第一透镜靠近所述第二透镜的表面的情况下，所述折叠光路间光程为13.9mm～20.2mm，所述角放大率为7.4～14.2；

其中，所述折叠光路间光程L为T₅₀*n₅₀+A*n_空气+T₂₀*n₂₀；

T₅₀为所述第一相位延迟器的厚度，n₅₀为所述第一相位延迟器的折射率；A为所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔，n_空气为空气的折射率；T₂₀为所述第二透镜的厚度，n₂₀为所述第二透镜的折射率。

可选地，所述光学模组还包括第一偏光元件；

所述第一偏光元件与所述偏振反射元件为层叠设置，二者共同设于所述第一透镜的同一表面；或者，

所述第一偏光元件与所述偏振反射元件为间隔设置，二者分设在所述第一透镜的两个表面上。

可选地，所述光学模组还包括显示屏幕，所述显示屏幕位于所述第二透镜背离所述第一透镜的一侧。

可选地，所述显示屏幕用以发射出圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示屏幕发射的光线为线偏振光时，在所述显示屏幕出光一侧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，所述分光元件位于所述第一相位延迟器与所述第二相位延迟器之间。

可选地，所述光学模组还包括第二偏光元件，其中，所述第二相位延迟器位于所述分光元件与所述第二偏光元件之间；

所述第二偏光元件具有透过轴，所述第二偏光元件的透过轴与所述第二相位延迟器的快轴或慢轴之间的夹角为45°。

可选地，所述第二偏光元件与所述第二相位延迟器层叠设置形成叠合元件，所述叠合元件设于所述显示屏幕的出光面。

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

如上述所述的光学模组。

本申请的有益效果在于：

本申请实施例提供了一种折叠光路设计的光学方案，在光路中包含两个透镜，通过减小该光学模组的折叠光路间光程范围，可以减小光学模组的尺寸，还能够增大光学模组的角放大率，在光学成像过程中对图像进行放大时，在相同的放大倍数下，可以减小入光一侧显示屏幕的尺寸，这利于减小光学模组的体积和重量；同时，可以使光学模组具有较佳的成像质量。

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是本申请实施例的光学模组的结构示意图之一；

图2a和图2b是本申请实施例的光学模组的角放大率的原理示意图；

图3是图1示出的光学模组540nm下调制传递函数MTF曲线；

图4是本申请实施例的光学模组的结构示意图之二；

图5是图4示出的光学模组540nm下调制传递函数MTF曲线；

图6是本申请实施例的光学模组的结构示意图之三；

图7是图6示出的光学模组540nm下调制传递函数MTF曲线；

图8是本申请实施例的光学模组的结构示意图之四；

图9是图8示出的光学模组540nm下调制传递函数MTF曲线。

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、显示屏幕；40、分光元件；50、第一相位延迟器；60、偏振反射元件；70、第二偏光元件；80、第二相位延迟器；100、光轴；01、人眼；02、光线。

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9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光学结构设计，其适合应用于头戴显示设备(Head mounted display，HMD)，例如VR智能眼镜、VR头盔等，本申请对此不做限制。

本申请实施例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一透镜10及第二透镜20；

所述分光元件40设于所述第二透镜20远离所述第一透镜10的表面，所述第一相位延迟器50设于所述第二透镜20靠近所述第一透镜10的表面，所述偏振反射元件60设于所述第一透镜10的任一表面上；

所述光学模组的折叠光路间光程L为13mm～21mm，所述光学模组的角放大率为7～16，所述角放大率为每个像素透过所述光学模组后的视场角度B与每个像素在250mm明视距离下的视场角度A的比值。

本申请实施例的光学模组为一种折叠光路设计，该光学模组例如可以包含两个透镜，即上述的第一透镜10和第二透镜20；其中，第一透镜10例如可以位于近人眼01的一侧，第二透镜20例如可以位于近显示侧。请继续如图1所示，可以将分光元件40及第一相位延迟器50分别设于第二透镜20的两个表面上，可以将偏振反射元件60设于第一透镜10的其中一个表面上。需要注意的是，第一相位延迟器50要位于分光元件40与偏振反射元件60之间。

上述光学模组的折叠光路间光程L为：所述偏振反射元件60与所述分光元件40之间的每个元件的厚度与自身折射率的乘积叠加，并且还包括空气间隔与空气折射率的乘积。需要说明的是，本申请实施例的光学模组，基于偏振反射元件60在光路中不同的位置(设于第一透镜10不同表面)，折叠光路间光程设计值有所不同。

本申请实施例中，将光学模组的折叠光路间光程L调整为13mm～21mm，这相对于传统两片式透镜形成的折叠光路而言，折叠光路间光程明显减小，通过减小折叠光路间光程，可以减小光学模组的长度尺寸，还能增大光学模组的角放大率，通过增大光学模组的角放大率可以减小光学模组中显示屏幕的尺寸。

如图2a和图2b所示，将每个像素的尺寸设定为Y1(在图2a中示出)，该像素在透过光学模组之后对应的视场角度为∠B，角放大率则是指该∠B与每个像素在250mm明视距离下对应的视场角度∠A(在图2b中示出)之比。

本申请实施例的光学模组，当光学模组的角放大率较大时，光学成像过程中在对图像进行放大时，在相同的放大倍数下，可以减小入光一侧设置的显示屏幕30的尺寸，这利于减小光学模组的体积和重量。

需要说明的是，常规光学设计方案中通常是通过减少光学模组中镜片的数量且/或调整镜片的厚度，以此来减少光学模组的体积和重量。在本申请实施例的光学模组中，是通过减小折叠光路间光程，减小光学模组的尺寸，同时可以增大光学模组的角放大率。基于光学模组的角放大率较大，在光学成像过程中对图像进行放大时，在相同的放大倍数下，就可以使用较小尺寸的显示屏幕，这利于减小光学模组的体积和重量。并且，本申请实施例的光学模组，通过光学参数的调整还可以提升成像品质。

本申请实施例的光学模组中，透镜的设置数量包括但不限于上述的两个。例如，当光学模组中包含两个透镜时，与常规的包含两个透镜的光学模组相比，本申请实施例的光学模组在具有体积小及重量轻的同时，还具有良好的成像质量。

本申请实施例的光学模组为一种折叠光路，除了包含上述的第一透镜10和第二透镜20之外，光学模组还包含分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，这些光学元件可用以在第一透镜10和第二透镜20之间形成折叠光路。

其中，分光元件40例如为半反半透膜。

分光元件40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40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，第一相位延迟器50例如为四分之一波片或者其他相位延迟片。

相位延迟器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，或将圆偏振光转化为线偏振光。

其中，偏振反射元件60例如为偏振反射膜。

偏振反射元件60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。

在本申请的实施例中，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。偏振反射元件60具有透过轴，偏振反射元件60的透过轴方向与第一相位延迟器50的快轴或者慢轴夹角为45°。

在本申请的实施例中，偏振反射元件60例如可以通过光学胶贴装在第一透镜10的任一表面上，如此可以形成两种光学结构，分别为光学结构一和光学结构二。例如，光学结构一为偏振反射元件60贴装在第一透镜10靠近人眼01的表面，如图1所示。又例如，光学结构二为偏振反射元件60贴装在第一透镜10远离人眼01的表面，如图8所示。

其中，偏振反射元件60与第一相位延迟器50和分光元件40为分开设置。

分光元件40和第一相位延迟器50二者可以贴装在一起，并位于第二透镜20的任一侧。当然，分光元件40与第一相位延迟器50二者也可为间隔设置，例如二者之间隔着上述的第二透镜20。第一相位延迟器50需要位于分光元件40与偏振反射元件60之间。

本申请实施例提供的光学模组，对于分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60的设置位置较为灵活，可以通过调整分光元件40与偏振反射元件60之间的折叠光路间光程范围值来增大光学模组的角放大率。

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：

左旋或者右旋圆偏振光透过第一透镜10、第二透镜20、分光元件40、第一相位延迟器50后称为水平线偏振光，被偏振反射元件60反射后成为水平线偏振光；然后透过第一透镜10、第一相位延迟器50及第二透镜20后成为左旋或者右旋圆偏振光，然后由分光元件40反射后形成右旋或者左旋圆偏振光，再次透过第二透镜20和第一相位延迟器50后成为竖直偏振光，透过偏振反射元件60和第一透镜10之后光线02进入人眼01。

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100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。

在本申请的一些示例中，如图1所示，在所述偏振反射元件60设于所述第一透镜10远离所述第二透镜20的表面的情况下(光学结构一)，所述折叠光路间光程为15.6mm～29.2mm，所述角放大率为7.2～15.7；

其中，所述折叠光路间光程L为T₅₀*n₅₀+T₁₀*n₁₀+A*n_空气+T₂₀*n₂₀；

T₅₀为所述第一相位延迟器50的厚度，n₅₀为所述第一相位延迟器50的折射率；T₁₀为所述第一透镜10的厚度，n₁₀为所述第一透镜10的折射率；A为所述第一透镜10与所述第二透镜20之间的空气间隔，n_空气为空气的折射率；T₂₀为所述第二透镜20的厚度，n₂₀为所述第二透镜20的折射率。

上述示例中示出了光学模组的一种光学结构，也即光学结构一，具体地，分光元件40和第一相位延迟器50分别设于第二透镜20的两个表面上，偏振反射元件60设于第一透镜10远离第二透镜20的表面。

光学结构一的折叠光路间光程为：第一相位延迟器50的厚度乘以其折射率+第一透镜10的厚度乘以其折射率+第一透镜10与第二透镜20之间的空气间隔乘以空气折射率+第二透镜20的厚度乘以其折射率。

角放大率为每个像素(高度为0.02mm)透过光学模组后对应的视场角度B，与每个像素在250mm明视距离下对应的视场角度A之比。在整个光路结构中，折叠光路间光程是与光学模组的焦距正相关的。折叠光路间光程越小，光学模组的焦距越小。光学模组的焦距越小，光学模组的角放大率越大。因此，本申请中通过减小光学模组的折叠光路间光程增大了光学模组的角放大率。

在上述的光学结构一中，当将折叠光路间光程设置为15.6mm～29.2mm时，光学模组的角放大率为7.2～15.7，此时，光学模组具有较好成像质量，且体积和重量较小。

在本申请的一些示例中，如图1所示，在所述偏振反射元件60设于所述第一透镜10靠近所述第二透镜20的表面的情况下(光学结构二)，所述折叠光路间光程为13.9mm～20.2mm，所述角放大率为7.4～14.2；

其中，所述折叠光路间光程L为T₅₀*n₅₀+A*n_空气+T₂₀*n₂₀；

T₅₀为所述第一相位延迟器50的厚度，n₅₀为所述第一相位延迟器50的折射率；A为所述第一透镜10与所述第二透镜20之间的空气间隔，n_空气为空气的折射率；T₂₀为所述第二透镜20的厚度，n₂₀为所述第二透镜20的折射率。

上述示例中示出了光学模组的另一种光学结构，也即光学结构二，具体地，分光元件40和第一相位延迟器50分别设于第二透镜20的两个表面上，偏振反射元件60设于第一透镜10靠近第二透镜20的表面。

光学结构二的折叠光路间光程为；第一相位延迟器50的厚度乘以其折射率+第一透镜10与第二透镜20之间的空气间隔乘以空气折射率+第二透镜20的厚度乘以其折射率。

在上述的光学结构二中，当将折叠光路间光程设置为13.9mm～20.2mm时，光学模组的角放大率为7.4～14.2之间，此时，光学模组具有较好成像质量，且体积和重量较小。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述光学模组还包括第一偏光元件(图1中未示出)；所述光学模组还包括第一偏光元件(图1中未示出)；所述第一偏光元件与所述偏振反射元件60为层叠设置，二者共同设于所述第一透镜10的同一表面；或者，所述第一偏光元件与所述偏振反射元件60为间隔设置，二者分设在所述第一透镜10的两个表面上。

第一偏光元件在光学模组中可以透过P偏振光，其设置在光路中可以减少杂散光，利于提升成像质量。

在本申请的实施例中，第一偏光元件例如为偏光膜，其可以与偏振反射元件60贴合在一起形成复合膜层。

当然，第一偏光元件也可以与偏振反射元件60为间隔设置。例如，当第一偏光元件与偏振反射元件60为间隔设置时，可以将第一偏光元件和偏振反射元件60分别设于第一透镜10不同的表面上。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述光学模组还包括显示屏幕30，所述显示屏幕30位于所述第二透镜20背离所述第一透镜10的一侧。

显示屏幕30具有出光面，可以发射成像光线。其可以靠近第二透镜20设置，使得第二透镜20位于第一透镜10与显示屏幕30之间。

可选的是，在显示屏幕30的出光面上例如可以设置屏幕保护片。屏幕保护片例如为玻璃材质。

显示屏幕30可以是自发光式屏幕或者DMD等反射式屏幕。其中，自发光式屏幕包括LCD、LED、OLED、Micro-OLED、ULED等。

例如，如图1所示的光学模组，所述分光元件40可设于所述第二透镜20靠近显示屏幕30的表面(图1中示出的第四表面22)，所述第一相位延迟器50设于所述第二透镜20远离显示屏幕30的表面(图1中示出的第三表面21)。在该例子中，利用了第二透镜20的两个表面分别支撑分光元件40和第一相位延迟器50，相比于在第二透镜20的同一表面复合贴膜，可以降低贴膜的难度。

其中，分光元件40(半反半透膜)例如可以通过镀膜的方式形成在第二透镜20朝向显示屏幕30的第四表面22，镀膜的方式对于第二透镜20的第四表面22的形状要求较低，形成的半反半透膜可以牢固地附着在第二透镜20的第四表面22上。

其中，第一相位延迟器50例如可以通过光学胶贴装在第二透镜20第三表面21上，单层贴膜利于将膜贴的较为平整，难度较低。

同样的，偏振反射元件60可以通过光学胶贴装在第一透镜10的任一表面上。

需要说明的是，第一相位延迟器50和偏振反射元件60可以贴装到平面上，也可以贴装到球面、非球面、柱面等曲面上。贴装到平面上可以降低贴膜的难度，提高生产效率。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述显示屏幕30用以发射出圆偏振光或者线偏振光；当所述显示屏幕30发射的光线为线偏振光时，在所述显示屏幕30出光一侧还设置有第二相位延迟器80，所述第二相位延迟器80用以将线偏振光转变为圆偏振光。

也就是说，经显示屏幕30发出并入射第二透镜20的光线应当为左旋或右旋的圆偏振光线。否则需要通过第二相位延迟器80对光线进行处理。

其中，所述分光元件40位于所述第一相位延迟器50与所述第二相位延迟器80之间。本申请实施例的光学模组，可以在这三个不同的光学元件之间合理布设透镜的数量，可提高成像质量，本申请中对此不做限制。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述光学模组还包括第二偏光元件70，其中，所述第二相位延迟器80位于所述分光元件40与所述第二偏光元件70之间；所述第二偏光元件70具有透过轴，所述第二偏光元件70的透过轴与所述第二相位延迟器80的快轴或慢轴之间的夹角为45°。

当需要在显示屏幕30的出光面处设置第二相位延迟器80时，还可以再光路中再引入另一个偏光元件(也即上述的第二偏光元件，此处是近显示侧的偏光元件)。第二偏光元件70在光学模组中也可以透过P偏振光，可以减少杂散光，利于提升成像质量。

可选的是，所述第二偏光元件70与所述第二相位延迟器80层叠设置形成叠合元件，所述叠合元件设于所述显示屏幕30的出光面。

当然，所述第二偏光元件70与所述第二相位延迟器80也可以间隔设置。第二相位延迟器80位于第二偏光元件70与显示屏幕30的出光面之间。

如图1所示，光线在光学模组中的传播过程如下：

显示屏幕30发出的光线透过第二偏光元件70后成为水平线偏振光，透过第二相位延迟器80后成为左旋或者右旋圆偏振光；左旋或者右旋圆偏振光透过第一透镜10、第二透镜20、分光元件40、第一相位延迟器50后称为水平线偏振光，被偏振反射元件60反射后成为水平线偏振光；然后透过第一透镜10、第一相位延迟器50及第二透镜20后成为左旋或者右旋圆偏振光，然后由分光元件40反射后形成右旋或者左旋圆偏振光，再次透过第二透镜20和第一相位延迟器50后成为竖直偏振光，透过偏振反射元件60和第一透镜10之后光线02进入人眼01。

需要说明的是，当显示屏幕30的出光面发出的光线本身为圆偏振光时，可以省去上述的第二相位延迟器80及第二偏光元件70。

实施例1

如图1所示，本实施例1示出的光学模组沿光轴100方向依次包括第一透镜10、第二透镜20及显示屏幕30，其中，第二透镜20位于第一透镜10与显示屏幕30之间；所述光学模组还包括分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，分光元件40设于第二透镜20靠近显示屏幕30的第四表面22上，第一相位延迟器50设于第二透镜20远离显示屏幕30的第三表面21上，偏振反射元件60贴装于第一透镜10靠近人眼01的第一表面11上，如此使光学模组形成了光路结构一。

在光路结构一中：折叠光路间光程为：

第一相位延迟器50的厚度0.08mm乘以其折射率1.5+第一透镜10的厚度5.9mm乘以其折射率1.54+第一透镜10与第二透镜20之间的空气间隔0.6mm乘以空气折射率1.0+第二透镜20的厚度9.0mm乘以其折射率1.54，也即折叠光路间光程为23.1mm；

光学模组的角放大率为每个像素(0.02mm)透过光学模组后对应的视场角度0.05°，与每个像素在250mm明视距离下对应的视场角度之比为10.9。

表1中示出了本实施例1的光学模组的光学结构一的光学参数。

表1

需要说明的是，如图1所示，光学模组中各光学元件靠近人眼01的表面为前表面，另一表面则为后表面。

本实施例1的光学模组的光学性能如下：

图3为540nm下图1示出的光学模组(对应光学结构一)的调制传递函数MTF曲线，从图3中可以看出，在20lp/mm空间频率下，光学模组的MTF值高于0.5。

对于光学模组来说，当其偏振反射元件60设于第一透镜10靠近人眼01的表面上，则形成了光路结构一，其对应的折叠光路间光程为15.6mm～29.2mm。

图4示出了光学模组的折叠光路间光程为29.2mm时光学模组的光学结构图，也为光学结构一。表2为图4示出的光学模组的光学参数。具体地，图4的光学模组中折叠光路间光程为29.2mm，角放大率为7.2。

表2

图5为图4示出的光学模组在540nm下调制传递函数MTF曲线，从图5中可以看出，在20lp/mm空间频率下，光学模组的MTF值高于0.7。

图6示出了光学模组的折叠光路间光程为15.6mm时光学模组的光学结构图，也为光学结构一。表3为图6示出的光学模组的光学参数。具体地，图6的光学模组中折叠光路间光程为15.6mm，角放大率为15.7。

表3

图7为图6示出的光学模组在540nm下调制传递函数MTF曲线，从图7中可以看出，在20lp/mm空间频率下，光学模组的MTF值高于0.2。

实施例2

如图8所示，本实施例2的光学模组与实施例1的光学模组不同之处在于：在光学模组中，偏振反射元件60贴装于第一透镜10靠近显示屏幕30的第二表面12上，形成了光路结构二。

在光路结构二中：折叠光路间光程为：

第一相位延迟器50的厚度0.08mm乘以其折射率1.5+第一透镜10与第二透镜20之间的空气间隔0.751mm乘以空气折射率1.0+第二透镜20的厚度9.008mm乘以其折射率1.54，即折叠光路间光程为14.7mm。

光学模组的角大率为每个像素(0.02mm)透过光学模组后对应的视场角度0.048°，与每个像素在250mm明视距离下对应的视场角度之比为10.5。

如图9所示，图9为540nm下本实施例2的光学模组(光学结构二)调制传递函数MTF曲线，从图9中可以看出在20lp/mm空间频率下，光学模组的MTF值高于0.4。

本实施例2中图8示出的光学模组，折叠光路间光程为13.9mm～20.2mm。其折叠光路间光程上限为20.2mm，角放大率为7.4；折叠光路间光程下限为13.9mm，角放大率为14.2。

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光学模组各实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

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 (10)

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一透镜(10)及第二透镜(20)；

所述分光元件(40)设于所述第二透镜(20)远离所述第一透镜(10)的表面，所述第一相位延迟器(50)设于所述第二透镜(20)靠近所述第一透镜(10)的表面，所述偏振反射元件(60)设于所述第一透镜(10)的任一表面上；

所述光学模组的折叠光路间光程L为13mm～21mm，所述光学模组的角放大率为7～16，所述角放大率为每个像素透过所述光学模组后的视场角度B与每个像素在250mm明视距离下的视场角度A的比值。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，在所述偏振反射元件(60)设于所述第一透镜(10)远离所述第二透镜(20)的表面的情况下，所述折叠光路间光程为15.6mm～29.2mm，所述角放大率为7.2～15.7；

其中，所述折叠光路间光程L为T₅₀*n₅₀+T₁₀*n₁₀+A*n_空气+T₂₀*n₂₀；

T₅₀为所述第一相位延迟器(50)的厚度，n₅₀为所述第一相位延迟器(50)的折射率；T₁₀为所述第一透镜(10)的厚度，n₁₀为所述第一透镜(10)的折射率；A为所述第一透镜(10)与所述第二透镜(20)之间的空气间隔，n_空气为空气的折射率；T₂₀为所述第二透镜(20)的厚度，n₂₀为所述第二透镜(20)的折射率。

3.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，在所述偏振反射元件(60)设于所述第一透镜(10)靠近所述第二透镜(20)的表面的情况下，所述折叠光路间光程为13.9mm～20.2mm，所述角放大率为7.4～14.2；

其中，所述折叠光路间光程L为T₅₀*n₅₀+A*n_空气+T₂₀*n₂₀；

T₅₀为所述第一相位延迟器(50)的厚度，n₅₀为所述第一相位延迟器(50)的折射率；A为所述第一透镜(10)与所述第二透镜(20)之间的空气间隔，n_空气为空气的折射率；T₂₀为所述第二透镜(20)的厚度，n₂₀为所述第二透镜(20)的折射率。

4.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一偏光元件；

所述第一偏光元件与所述偏振反射元件(60)为层叠设置，二者共同设于所述第一透镜(10)的同一表面；或者，

所述第一偏光元件与所述偏振反射元件(60)为间隔设置，二者分设在所述第一透镜(10)的两个表面上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括显示屏幕(30)，所述显示屏幕(30)位于所述第二透镜(20)背离所述第一透镜(10)的一侧。

6.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述显示屏幕(30)用以发射出圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示屏幕(30)发射的光线为线偏振光时，在所述显示屏幕(30)出光一侧设置有第二相位延迟器(80)，所述第二相位延迟器(80)用以将线偏振光转变为圆偏振光。

7.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述分光元件(40)位于所述第一相位延迟器(50)与所述第二相位延迟器(80)之间。

8.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括第二偏光元件(70)，其中，所述第二相位延迟器(80)位于所述分光元件(40)与所述第二偏光元件(70)之间；

所述第二偏光元件(70)具有透过轴，所述第二偏光元件(70)的透过轴与所述第二相位延迟器(80)的快轴或慢轴之间的夹角为45°。

9.根据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述第二偏光元件(70)与所述第二相位延迟器(80)层叠设置形成叠合元件，所述叠合元件设于所述显示屏幕(30)的出光面。

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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