CN115437151A - 光学模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光学模组以及头戴显示设置；光学模组沿同一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光偏振态调节器件及显示器；光偏振态调节器件包括透镜组及第一叠合元件；透镜组至少包括一个第三透镜，第一叠合元件至少包括叠设的第一偏光元件及第一相位延迟器，第一叠合元件设于第三透镜的任一表面，第一叠合元件与显示器之间的距离为≥1mm；光学模组还包括分光元件、第二相位延迟器及偏振反射元件；其中，第二相位延迟器位于分光元件与偏振反射元件之间；分光元件位于第二透镜的任一侧，第二相位延迟器及偏振反射元件位于第二透镜与第一透镜之间。本申请通过在显示器外实现显示器出光的偏振态变换，可以改善第一相位延迟器表面的光线入射角度。

Description

光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请实施例涉及光学成像技术领域，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

针对折叠光路(Pancake)的光学模组，进入光学模组的光线通常需要是圆偏振光，这就要求显示器最终发出的光是圆偏振光。但是，目前多数的显示器自身无法直接发出圆偏振光，需要进行额外的偏振态转换。常规的操作一般是根据显示器出光的状态在显示器的出光面上贴装四分之一波片，使光线的偏振态转换成圆偏振光。但是，现有的方案存在的问题为，随着显示器出光入射至其表面所贴装的四分之一波片的入射角度的增大，四分之一波片的相位延迟效果会变差，这会影响成像质量。

发明内容

本申请的目的是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，所述光学模组沿同一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光偏振态调节器件及显示器；

所述光偏振态调节器件包括透镜组及第一叠合元件；其中，所述透镜组至少包括一个第三透镜，所述第一叠合元件至少包括叠设的第一偏光元件及第一相位延迟器，所述第一叠合元件设于所述第三透镜的任一表面，所述第一叠合元件与所述显示器之间的距离为L，L≥1mm；

所述光学模组还包括分光元件、第二相位延迟器及偏振反射元件；其中，所述第二相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；所述分光元件位于所述第二透镜的任一侧，所述第二相位延迟器及所述偏振反射元件位于所述第二透镜与所述第一透镜之间。

可选地，所述光偏振态调节器件的光焦度为

可选地，所述第一叠合元件还包括第三相位延迟器；其中，所述第三相位延迟器设于所述第一偏光元件背离所述第一相位延迟器的表面。

可选地，所述光偏振态调节器件还包括第三相位延迟器，所述第三相位延迟器设于所述第三透镜背离所述第一叠合元件的表面，且所述第一偏光元件位于所述第一相位延迟器与所述第三相位延迟器之间。

可选地，所述第一叠合元件设于所述第三透镜远离所述显示器的表面；其中，所述第三透镜的中心厚度T₃为1mm＜T₃＜6mm，所述第三透镜的光焦度为

可选地，所述显示器具有出光面，所述出光面发射的光线为自然光，所述光线射入所述第一叠合元件的最大角度≤30°。

可选地，所述分光元件设于所述第二透镜靠近所述光偏振态调节器件的表面。

可选地，所述光学模组还包括第二偏光元件，所述第二偏光元件位于所述偏振反射元件背离所述第二相位延迟器的一侧。

可选地，所述第二偏光元件、所述偏振反射元件及所述第二相位延迟器依次叠设形成第二叠合元件，所述第二叠合元件设于所述第一透镜靠近所述第二透镜的表面。

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。

根据本申请实施例，提供了一种光学模组，该光学模组为一种折叠光路结构设计，在显示器出光的一侧独立设置了光偏振态调节器件，光偏振态调节器件可以包括至少一个透镜和设于该透镜表面的第一叠合元件，第一叠合元件能够用以改变显示器出光的偏振态，使自然光转变为圆偏振光，能通过在显示器外实现显示器出光的偏振态变换，来改善显示器出光在第一叠合元件表面的入射角度，进而利于减少杂散光及提升色彩均匀性。

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1提供的光学模组的结构示意图；

图2为图1示出的光学模组中第一透镜表面设置第二叠合元件的结构示意图；

图3为图1示出的光学模组中第三透镜表面设置第一叠合元件的结构示意图；

图4为图1示出的光学模组的点列图；

图5为图1示出的光学模组的MTF曲线图；

图6为图1示出的光学模组的场曲畸变图；

图7为图1示出的光学模组的垂轴色差图；

图8为本申请实施例2提供的光学模组的结构示意图；

图9为图8示出的光学模组的点列图；

图10为图8示出的光学模组的MTF曲线图；

图11为图8示出的光学模组的场曲畸变图；

图12为图8示出的光学模组的垂轴色差图；

图13为本申请实施例3提供的光学模组的结构示意图；

图14为图13示出的光学模组的点列图；

图15为图13示出的光学模组的MTF曲线图；

图16为图13示出的光学模组的场曲畸变图；

图17为图13示出的光学模组的垂轴色差图。

附图标记说明：

100、第一透镜；101、第一表面；102、第二表面；200、第二透镜；201、第三表面；202、第四表面；300、第三透镜；301、第五表面；302、第六表面；310、第一相位延迟器；320、第一偏光元件；330、第三相位延迟器；340、第一叠合元件；400、显示器；410、出光面；500、分光元件；600、第二相位延迟器；700、偏振反射元件；800、第二偏光元件；910、第一抗反射膜；920、第二抗反射膜；1000、第二叠合元件；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。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种光学模组，所述光学模组可适合应用于头戴显示设备(Head mounted display，HMD)，例如VR头戴设备。其中，VR头戴设备可以包括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8及图13所示，所述光学模组沿同一光轴依次包括：第一透镜100、第二透镜200、光偏振态调节器件及显示器400；所述光偏振态调节器件包括透镜组及第一叠合元件340，如图3所示；其中，所述透镜组至少包括一个第三透镜300，所述第一叠合元件340至少包括叠设的第一偏光元件320及第一相位延迟器310，所述第一叠合元件340设于所述第三透镜300的任一表面，所述第一叠合元件340与所述显示器400之间的距离为L，L≥1mm；

所述光学模组还包括分光元件500、第二相位延迟器600及偏振反射元件700；其中，所述第二相位延迟器600位于所述分光元件500与所述偏振反射元件700之间；所述分光元件500位于所述第二透镜200的任一侧，所述第二相位延迟器600及所述偏振反射元件700位于所述第二透镜200与所述第一透镜100之间。

本申请实施例的光学模组，其为一种折叠光路结构。如图1所示，在整个光路中，显示器400出光的一侧独立的设有光偏振态调节器件，也即该光偏振态调节器件并非设于显示器400的出光面410而是独立位于光路中，其能用于对显示器400的出光进行偏振态的变换，例如使显示器400的出光由自然光转变为圆偏振光。该设计实现了在显示器400外实现显示器出光的偏振态变换，可以将显示器400的出光转变为圆偏振光后进入近人眼01一侧的折叠光路结构中进行光线折返，最终，可以将光线经第一透镜100出射后形成清晰的图像。

本申请实施例的方案与传统的在显示屏表面直接贴装四分之一波片的方案完全不同。具体而言，本申请实施例的光学模组，通过在显示器400的出光面410之外独立设置第三透镜300，利用该第三透镜300支撑第一相位延迟器310及第一偏光元件320；同时，将显示器400与第一相位延迟器310及第一偏光元件320形成的第一叠合元件340之间的距离L调整为L≥1mm，可以实现显示器400的出光的偏振态变换，以此可以改善第一叠合元件340表面的光线入射角度，不会出现因该入射角度较大而造成第一相位延迟器310的相位延迟效果变差的情况。

例如，显示器400出光入射至第一相位延迟器310的最大角度可以调整为≤30°，这样利于减少光学模组的杂散光，以及提升色彩均匀性，从而能够提升光学模组的成像品质。

其中，第一偏光元件320例如为偏光膜，第一相位延迟器310例如为四分之一波片。偏光膜与四分之一波片层叠设置后贴装于第三透镜300的一个表面上。如此，显示器400出射的自然光经过第一偏光元件320后变为线偏振光，再经过第一相位延迟器310后变为圆偏振光。

可选的是，第一偏光元件320与第一相位延迟器310层叠设置，并可通过光学胶贴装在第三透镜300的表面上。

此外，第一偏光元件320与第一相位延迟器310也可以通过镀膜的方式依次形成在第三透镜300的表面上。

本申请实施例的光学模组，如图1所示，在靠近人眼01一侧形成有折叠光路。所述折叠光路例如包括有两个透镜，分别为图1中示出的第一透镜100和第二透镜200，同时，还包括设置于该两个透镜之间的分光元件500、第二相位延迟器600及偏振反射元件700，如图2所示。

需要说明的是，在上述的折叠光路中，透镜的数量包括但并不限于设置两个(即不限于上述的第一透镜100及第二透镜200)，可以根据具体需要灵活调整透镜的数量。随着透镜数量的增多，虽然可以提升光学模组的成像质量，但也可能会影响光学模组沿光轴方向的尺寸，导致光学模组的体积较大和重量增加。在本申请实施例中，考虑到光学模组的体积、重量、成像质量及生产成本等因素，在折叠光路中设计了包含两个透镜。

本申请实施例的光学模组为一种折叠光路，其中除包含上述的第一透镜100及第二透镜200之外，该光学模组还包含分光元件500、第二相位延迟器600及偏振反射元件700，这些光学元件(光学膜)可用以在该两个透镜之间形成折叠光路，使光线在其中进行折返，利于最终的清晰成像。

其中，分光元件500例如为半透射半反射膜。

分光元件500可供一部分光线透射，另一部分光线反射。

需要说明的是，分光元件500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，第二相位延迟器600例如为四分之一波片。当然，也可根据需要设置为其他相位延迟片。

在位于靠近人眼01一侧的折叠光路中，第二相位延迟器600可用于改变折叠光路中光线的偏振状态。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700例如为偏振反射膜。

偏振反射元件700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，第二相位延迟器600与偏振反射元件700相配合，能够用于解析光线并对光线进行传递。其中，偏振反射元件700具有透过轴，偏振反射元件700的透过轴方向与第二相位延迟器600的快轴或者慢轴夹角为45°。

需要说明的是，分光元件500、第二相位延迟器600及偏振反射元件700在第一透镜100和第二透镜200之间的设置位置较为灵活，但需要保证第二相位延迟器600位于分光元件500与偏振反射元件700之间。

可选的是，分光元件500可设于第二透镜200的靠近第三透镜300的一侧，第二相位延迟器600及所述偏振反射元件700可贴装在一起并设于所述第二透镜200与第一透镜100之间的合适位置处，这样，分光元件500与第二相位延迟器600之间通过第二透镜200隔开。

为了降低分光元件500、第二相位延迟器600及偏振反射元件700在光路中的装配难度。例如，可以将分光元件500设于第二透镜200的靠近第三透镜300的表面，将第二相位延迟器600与偏振反射元件700贴装在一起并设于第一透镜100的靠近第二透镜200的表面，如图1及图2所示。

请继续如图1所示，光线在光学模组中的传播过程如下：

显示器400发出的光线经过第三透镜300、第二透镜200透射，经过第一透镜100的靠近第二透镜200的表面(即图1中示出的第一表面101)反射，经过第二透镜200的靠近第一透镜100的表面(即图1中示出的第四表面202)透射，经过第二透镜200的靠近第三透镜300的表面(即图1中示出的第三表面201)反射，经过第二透镜200的靠近第一透镜100的表面(图1中示出的第四表面202)、第一透镜100透射，最终出射的光线打入人眼01进行成像。

本申请实施例的光学模组，其是一种折叠光路光学结构设计，如图1、图8及图13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。非常适合应用于智能穿戴设备，例如头戴显示设备。

根据本申请实施例的光学模组为折叠光路结构，在显示器400出光的一侧独立设置了光偏振态调节器件，光偏振态调节器件可以包括至少一个透镜(即上述的一个第三透镜300)和设于该透镜表面的第一叠合元件340(至少包括一个第一相位延迟器310及一个第一偏光元件320)，第一叠合元件340能够用以改变显示器400出光的偏振态，使自然光转变为圆偏振光，能通过在显示器400外实现显示器400出光的偏振态变换，来改善显示器400出光在第一叠合元件340表面的入射角度，进而利于减少杂散光及提升色彩均匀性。从而可以提升光学模组的显示效果，使得最终的成像质量佳。如此，可以提升用户的观看体验。

在本申请的一些示例中，所述光偏振态调节器件的光焦度为

在本申请的实施例中，将光偏振态调节器件的光焦度设计为正，其可以起到汇聚光线的作用。

当光偏振态调节器件中仅设置单片镜片，也即设置一个第三透镜300时，此时，第三透镜300的光焦度例如为≥0，射入第三透镜300的光线(显示器400的出光)的入射角度可以适当的增大。

可选的是，所述光偏振态调节器件的光焦度

为：

如此可以合理增大光线射入光偏振态调节器件的入射角度，提高了光线利用率。

在本申请的一些示例中，如图3所示，所述第一叠合元件340还包括第三相位延迟器330；其中，所述第三相位延迟器330设于所述第一偏光元件320背离所述第一相位延迟器310的表面。

本申请实施例的光偏振态调节器件，其一种较为优选的结构设计为：包括两个相位延迟器，该两个相位延迟器即分别为第一相位延迟器310及第三相位延迟器330，请继续如图3所示，在第一相位延迟器310与第三相位延迟器330之间设置有第一偏光元件320。利用一个第三透镜300支撑两个相位延迟器及第一偏光元件320。

本申请的实施例中，在所述光偏振态调节器件中设计了应用两个相位延迟器，即上述的第一相位延迟器310和第三相位延迟器330，这两个相位延迟器例如均为四分之一波片。其中，一个四分之一波片能够用于调整光的偏振态；另外，还有一个四分之波片位于最外侧，可用于阻挡一部分入射的光线，具体而言，这部分光线属于成像中不想要的光线，若这部分光线不被阻挡，就会通过显示器400的出光面410反射回来打入人眼01，这对于最终的成像不利。

在本申请的一些示例中，如图1及图3所示，所述光偏振态调节器件还包括第三相位延迟器330，所述第三相位延迟器330设于所述第三透镜300背离所述第一叠合元件340的表面，且所述第一偏光元件320位于所述第一相位延迟器310与所述第三相位延迟器330之间。

也就是说，光偏振态调节器件中增加的第三相位延迟器330可以与第一相位延迟器310和第一偏光元件320为分开设置，如分设在第三透镜300的两个表面(也即第五表面301、第六表面302)上。但需要注意的是，第一偏光元件320需要保证位于第一相位延迟器310与第三相位延迟器330之间。

例如，第一相位延迟器310与第一偏光元件320形成第一叠合元件340并设于第三透镜300远离显示器400的表面，第三相位延迟器330设于第三透镜300靠近显示器400的表面，其中，第一偏光元件320位于第一相位延迟器310与第三相位延迟器330之间。如此，显示器400发出自然光，经过第三透镜300表面的第三相位延迟器330变为自然光，经过第一偏光元件320变为线偏振光，经过第一相位延迟器310变为圆偏振光。

在本申请的实施例中，所述第一叠合元件340可以包括第一相位延迟器310及第一偏光元件320，然后设于所述第三透镜300远离所述显示器400的表面(也即第六表面302)。当然，所述第一叠合元件340也可以包括第一相位延迟器310、第一偏光元件320及第三相位延迟器330，三者按照顺序叠合后设于所述第三透镜300远离所述显示器400的表面(也即第六表面302)。无论是上述两种结构中的任一种，显示器400与第一叠合元件340之间的距离应当≥1mm。

在本申请的实施例中，可选的是，所述第一叠合元件340设于所述第三透镜300远离所述显示器400的表面(也即第六表面302)。

显示器400与第一叠合元件340之间的距离应当≥1mm。能合理调整光线入射到所述第一叠合元件340的入射角度。

其中，所述第三透镜300的中心厚度T₃为1mm＜T₃＜6mm，所述第三透镜300的光焦度为

所述第三透镜300的中心厚度可以使显示器400与第一叠合元件340之间保持合适的距离，该光焦度范围可以更加合理的增大光线入射到第三透镜的角度，提高了光线利用率。

可以理解的是，所述第一相位延迟器310及所述第三相位延迟器330例如均为四分之一波片，所述第一偏光元件320例如为偏光膜，可以将这三个光学元件按照两个四分之波片之间加设偏光膜的顺序组成复合膜层。该复合膜层可以通过例如光学胶直接贴装于第三透镜300的同一表面(第六表面302)。这种组装方式简单、可以降低生产成本及提高产品良率。

在本申请的实施例中，也可以设置多个所述第三透镜300，将所述第一相位延迟器310、所述第一偏光元件320及所述第三相位延迟器330分设在不同的第三透镜300上，本申请实施例中对此不做限制。

可选的是，所述第三透镜300的中心厚度为T₃，1mm<T₃<6mm，所述第三透镜300包含两个光学面，分别为图1示出的第五表面301及第六表面302。例如，可以在其第六表面302上设置上述的第一叠合元件340。

所述第三透镜30的中心厚度T₃的范围为1mm～6mm，其第六表面302远离所述显示器400，所述第一叠合元件340设于第六表面302，即可满足所述显示器400的出光面410到所述第一叠合元件340的距离为≥1mm。

可选的是，所述第一叠合元件340还可以包括第一抗反射膜910，所述第一抗反射膜910与所述第一相位延迟器310、所述第一偏光元件320及所述第三相位延迟器330依次叠设，其中，所述第一抗反射膜910与所述第六表面302通过光学胶粘接。还可在第三透镜30的第五表面301上也贴装抗反射膜。

需要说明的是，抗反射膜可以通过镀膜的方式形成在光学元器件上，形成一些界面，增加透过率，减少反射率，从而减少图像失真，使用户可以享受更清晰的影像品质，以达到减少眩光的现象。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述显示器400具有出光面410，所述出光面410发射的光线为自然光，所述光线射入所述第一叠合元件340的最大角度≤30°。

在本申请的实施例中，通过在显示器400外实现光的偏振态变换，来改善光线入射到第一叠合元件340的角度来改善光的偏振态转换，实现对显示器400的出光面410发出光线偏振态变换的第一叠合元件340与显示器400的出光面410的间距≥1mm，光线入射到第一叠合元件340的最大角度≤30°，这样可以带来两方面的效果：一方面是杂散光会少，另一方面是色彩均匀度会好。这些都利于提升成像质量。

可选的是，所述显示器400的出光面410设有保护玻璃。所述显示器400的出光面410发出的光线经过表面的保护玻璃透射后进入所述光偏振态调节器件。

在本申请的一些示例中，如图1所示，所述分光元件500设于所述第二透镜200靠近所述光偏振态调节器件的表面。

在本申请的一些示例中，如图1及图2所示，所述光学模组还包括第二偏光元件800，所述第二偏光元件800位于所述偏振反射元件700背离所述第二相位延迟器600的一侧。

所述第二偏光元件800可用于减少杂散光。

可选的是，如图2所示，所述第二偏光元件800、所述偏振反射元件700及所述第二相位延迟器600依次叠设形成第二叠合元件1000，所述第二叠合元件1000设于所述第一透镜100靠近所述第二透镜200的表面。

其中，如图2所示，所述第二叠合元件1000还可包括第二抗反射膜920，所述第二抗反射膜920与所述第二相位延迟器600、所述偏振反射元件700和所述第二偏光元件800依次层叠设置。所述第二叠合元件1000贴装于所述第一透镜100靠近所述第二透镜200的表面上，此时，还可以在所述第一透镜100远离所述第二透镜200的表面上也贴装抗反射膜。

在本申请实施例的光学模组中，分光元件500与第二相位延迟器600二者为间隔设置。例如，分光元件500设于第二透镜200靠近第三透镜300的一侧，第二相位延迟器600设于第二透镜200与第一透镜100之间，这样，分光元件500与第二相位延迟器600分设在第二透镜200的两侧，也即通过第二透镜200将分光元件500与第二相位延迟器600隔开。

当然，分光元件500与第二相位延迟器600二者可以贴装在一起并设于第二透镜200的任一侧，本申请实施例对此不做具体限制。

在本申请的实施例中，偏振反射元件700可以与第二相位延迟器600贴装在一起，然后设于近人眼01一侧的第一透镜100的表面上。

可选的是，偏振反射元件700也可以为独立设置，此时，偏振反射元件700与第二相位延迟器600为间隔设置。

可选的是，所述第一透镜100的中心厚度范围为T₁：3mm<T₁<6mm，包含2个光学面，分别为图1中示出的第一表面101和第二表面102，2个面是非球面，所述第一透镜100的光焦度范围：

上述的第二叠合元件1000设于所述第一透镜100靠近所述第二透镜200的表面，在所述第一透镜100远离所述第二透镜200的表面设有抗反射膜。

可选的是，所述第二透镜200的中心厚度范围为T₂：3mm<T₂<8mm，包含2个光学面，分别为图1中示出的第三表面201和第四表面202，2个面是非球面。其中，分光元件500可设于第三表面201，第四表面202是平面或非球面，表面有抗反射膜，所述第二透镜200的光焦度范围：

可选的是，本申请实施例的光学模组中包括第一透镜100、第二透镜200及光偏振态调节器件中的一个第三透镜300，所述第一透镜100、所述第二透镜200及所述第三透镜300的折射率n范围为：1.4＜n＜1.7；所述第一透镜100、所述第二透镜200及所述第三透镜300的色散系数v范围为：20＜v＜75。通过调整三个透镜的折射率和色散系数，使其相匹配，可以提升光学模组的成像品质。

在本申请一个具体的例子中，所述第一透镜100的折射率为1.54，色散系数为55.7；所述第二透镜200的折射率为1.54，色散系数为56.3；所述第三透镜300的折射率为1.54，色散系数为56.3。

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详细描述。

实施例1

如图1所示，所述光学模组包括沿同一光轴依次设置的第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300及显示器400；所述第一透镜100的第一表面101(远离人眼01的表面)上设有依次叠设的第二抗反射膜920、第二相位延迟器600、偏振反射元件700及第二偏光元件800(形成第二叠合元件1000)，所述第一透镜100的第二表面102上设置有抗反射膜；所述第二透镜200的第三表面201上设有分光元件500，所述第二透镜200的第四表面202上设有抗反射膜；所述第三透镜300的第六表面302(远离显示器400的表面)上设有依次叠设的第一抗反射膜910、第一相位延迟器310、第一偏光元件320及第三相位延迟器330(形成第一叠合元件340)，所述第三透镜300的第五表面301上设有抗反射膜；所述显示器400的出光面410到所述第三透镜300的第六表面上膜层的距离≥1mm，光线入射到第一叠合元件340的最大角度≤30°；所述第三透镜300的光焦度为≥0。

表1示出了实施例1提供的光学模组中各透镜的光学参数。

表1

根据上述例子中示出的光学模组，请继续如图1所示，光线的传播为：

显示器400的出光面410发出自然光，经过第三透镜300的第六表面302的第三相位延迟器330透过部分自然光，经过第一偏光元件320转变为线偏振光，经过第一相位延迟器310变为圆偏振光，经过第二透镜200透射，经过第一透镜100的第一表面101的第二相位延迟器600变成线偏振光(S光)，经过偏振反射元件700反射，经过第二相位延迟器600变成圆偏振光，经过第二透镜200的第一表面101反射，经过第二相位延迟器600变成线偏振光(P光)，经过第一透镜10透射，打入人眼01。

针对上述实施例1提供的光学模组(图1)，其光学性能可如图4至图7所示：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提供的光学模组的点列图示意图，图6是本申请实施例1提供的场曲畸变图，图7是本申请实施例1提供的垂轴色差图。

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，本实施例1中MTF在40lp/mm下>0.6，成像清晰。

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，可用于评价光学模组的成像质量。如图5所示，本实施例1中，所述点列图中像点的最大值与最大视场相对应，所述点列图中像点的最大值小于13μm。

畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，本实施例1中，如图6所示，畸变最大发生在1视场，绝对值小于30％。

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7所示，光学模组的最大色差值小于190μm。

实施例2

实施例2提供的光学模组，其与实施例1提供的光学模组的区别在于，如图8所示，第三透镜30的面型不同。

表2示出了实施例2提供的光学模组中各透镜的光学参数。

表2

针对上述实施例2提供的光学模组(图8)，其光学性能可如图9至图12所示：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提供的光学模组的点列图示意图，图11是本申请实施例2提供的场曲畸变图，图13是本申请实施例2提供的垂轴色差图。

如图9所示，本实施例2中MTF在40lp/mm下>0.7，成像清晰。

如图10所示，本实施例2中，所述点列图中像点的最大值与最大视场相对应，所述点列图中像点的最大值小于5μm。

如图11所示，本实施例2中，畸变最大发生在1视场，绝对值小于30％。

如图12所示，实施例2中，所述光学系统的最大色差值小于160μm。

实施例3

实施例3提供的光学模组，其与实施例1和实施例2的光学模组的区别在于，如图13所示，第三透镜30的面型不同。

表3示出了实施例3提供的光学模组中各透镜的光学参数。

表3

针对上述实施例3提供的光学模组(图13)，其光学性能可如图14至图17所示：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提供的光学模组的点列图示意图，图16是本申请实施例3提供的场曲畸变图，图17是本申请实施例3提供的垂轴色差图。

如图14所示，本实施例3中MTF在40lp/mm下>0.7，成像清晰。

如图15所示，本实施例3中，所述点列图中像点的最大值与最大视场相对应，所述点列图中像点的最大值小于4μm。

如图16所示，本实施例3中，畸变最大发生在1视场，绝对值小于30％。

如图17所示，本实施例3中，所述光学系统的最大色差值小于160μm。

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，所述光学模组沿同一光轴依次包括第一透镜(100)、第二透镜(200)、光偏振态调节器件及显示器(400)；

所述光偏振态调节器件包括透镜组及第一叠合元件(340)；其中，所述透镜组至少包括一个第三透镜(300)，所述第一叠合元件(340)至少包括叠设的第一偏光元件(320)及第一相位延迟器(310)，所述第一叠合元件(340)设于所述第三透镜(300)的任一表面，所述第一叠合元件(340)与所述显示器(400)之间的距离为L，L≥1mm；

所述光学模组还包括分光元件(500)、第二相位延迟器(600)及偏振反射元件(700)；其中，所述第二相位延迟器(600)位于所述分光元件(500)与所述偏振反射元件(700)之间；所述分光元件(500)位于所述第二透镜(200)的任一侧，所述第二相位延迟器(600)及所述偏振反射元件(700)位于所述第二透镜(200)与所述第一透镜(100)之间。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光偏振态调节器件的光焦度为

3.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一叠合元件(340)还包括第三相位延迟器(330)；其中，所述第三相位延迟器(330)设于所述第一偏光元件(320)背离所述第一相位延迟器(310)的表面。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光偏振态调节器件还包括第三相位延迟器(330)，所述第三相位延迟器(330)设于所述第三透镜(300)背离所述第一叠合元件(340)的表面，且所述第一偏光元件(320)位于所述第一相位延迟器(310)与所述第三相位延迟器(330)之间。

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，所述第一叠合元件(340)设于所述第三透镜(300)远离所述显示器(400)的表面；其中，所述第三透镜(300)的中心厚度T₃为1mm＜T₃＜6mm，所述第三透镜(300)的光焦度为

6.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述显示器(400)具有出光面(410)，所述出光面(410)发射的光线为自然光，所述光线射入所述第一叠合元件(340)的最大角度≤30°。

7.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(500)设于所述第二透镜(200)靠近所述光偏振态调节器件的表面。

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偏光元件(800)，所述第二偏光元件(800)位于所述偏振反射元件(700)背离所述第二相位延迟器(600)的一侧。

9.根据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述第二偏光元件(800)、所述偏振反射元件(700)及所述第二相位延迟器(600)依次叠设形成第二叠合元件(1000)，所述第二叠合元件(1000)设于所述第一透镜(100)靠近所述第二透镜(200)的表面。

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。

Images