CN115755395A - 近眼显示模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种近眼显示模组以及头戴显示设置；其中，所述近眼显示模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组之内的分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件，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；所述成像镜组包括至少一个透镜，且在所述至少一个透镜的边缘轮廓上沿径向按照设定深度H去除部分区域，以使在该透镜的边缘轮廓上能够形成至少一个直边段，其中，所述设定深度H设置为＞0，所述直边段的长度L设置为＞1mm。本申请实施例提供的近眼显示模组能够在保证成像质量的情况下实现轻量化及小型化。

Description

近眼显示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近眼显示模组以及头戴显示设备。

背景技术

近年来，虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术在例如头戴显示设备中得到了应用并快速发展起来。虚拟现实技术的核心部件是光学模组。光学模组显示图像效果的好坏将直接决定着头戴显示设备的质量。

然而，目前的头戴显示设备在不影响光学效果的前提下，其中的镜片尺寸较大且较重，这会在一定程度上影响整个头戴显示设备的尺寸及重量，而这会在一定程度上影响用户的佩戴体验感。

发明内容

本申请的目的是提供一种近眼显示模组以及头戴显示设备的新技术方案，能够在保证光学显示效果的基础上，实现近眼显示模组的轻量化和小型化。

第一方面，本申请提供了一种近眼显示模组。所述近眼显示模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组之内的分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件，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；

所述成像镜组包括至少一个透镜，且在所述至少一个透镜的边缘轮廓上沿径向按照设定深度H去除部分区域，以使在该透镜的边缘轮廓上能够形成至少一个直边段，其中，所述设定深度H设置为＞0，所述直边段的长度L设置为＞1mm。

可选地，所述成像镜组中至少有一个透镜的边缘轮廓上具有四个所述直边段，且在该透镜的边缘轮廓上相邻的两个所述直边段之间形成优化弧形段。

可选地，所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述分光元件位于所述第二透镜的任一侧，所述第一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三透镜之间；

所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜中的至少一个被构造为在自身的边缘轮廓上具有所述直边段。

可选地，所述第二透镜的外径大于所述第一透镜和所述第三透镜中任一者的外径，其中，至少所述第二透镜的边缘轮廓上形成有所述直边段。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜中的任一个在自身的边缘轮廓上分别形成有四个所述直边段。

可选地，所述第二透镜与所述第三透镜的组合焦距为15mm～30mm。

可选地，所述第二透镜与所述第三透镜的组合光焦度为正，所述第二透镜与所述第三透镜的组合焦距为22mm～23mm。

可选地，所述近眼显示模组还包括显示屏，所述显示屏位于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧，所述显示屏被配置为能够向所述成像镜组发射圆偏振光或者自然光；

当所述显示屏发射自然光时，所述第一透镜的任一侧设置有叠合片，所述叠合片能够用以将所述显示屏发射的自然光转变为圆偏振光。

可选地，所述叠合片设于所述第一透镜远离所述显示屏的表面；

所述叠合片包括第二相位延迟器、第三相位延迟器以及设于所述第二相位延迟器与所述第三相位延迟器之间的第二偏光元件。

可选地，所述成像镜组内还设置有第一偏光元件，所述第一偏光元件与所述偏振反射元件叠合设置形成复合膜，所述复合膜设于所述第三透镜靠近所述第二透镜的表面；

所述分光元件设于所述第二透镜靠近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远离所述第一透镜的表面。

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

如第一方面所述的近眼显示模组。

根据本申请实施例，提供了一种近眼显示模组，其为一种折叠光路结构设计，通过对模组中透镜的外形进行优化，以此在保证光学成像质量的前提下可以实现近眼显示模组的重量降低和尺寸减小，从而利于实现头戴显示设备的小型化及轻量化，能够提高用户的佩戴体验感。

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近眼显示模组的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的近眼显示模组中第一透镜的第二表面设置的叠合片及抗反射膜的示意图；

图3为本申请实施例提供的近眼显示模组中第二透镜的第三表面设置的第一相位延迟器与抗反射膜的示意图；

图4为本申请实施例提供的近眼显示模组中第三透镜的第五表面设置的复合膜的示意图；

图5为实施例1示出的近眼显示模组的点列图；

图6为实施例1示出的近眼显示模组的MTF曲线图；

图7为实施例1示出的近眼显示模组的场曲畸变图；

图8为实施例1示出的近眼显示模组的垂轴色差图；

图9为传统光学模组与本申请实施例提供的近眼显示模组的对比图；

图10为传统圆形透镜与本申请实施例提供的外形优化透镜的对比图；

图11为本申请实施例提供的近眼显示模组中第一透镜优化前、后的对比结构示意图；

图12为本申请实施例提供的近眼显示模组中第二透镜优化前、的对比结构示意图；

图13为本申请实施例提供的近眼显示模组中第三透镜优化前、后的对比结构示意图。

附图标记说明：

10、显示屏；20、屏幕保护玻璃；30、第一透镜；31、第一表面；32、第二表面；40、第二透镜；41、第三表面；42、第四表面；50、第三透镜；51、第五表面；52、第六表面；60、叠合片；61、第二相位延迟器；62、第二偏光元件；63、第三相位延迟器；70、分光元件；80、第一相位延迟器；90、复合膜；91、偏振反射元件；92、第一偏光元件；100、抗反射膜；101、圆形边缘轮廓；110、直边段；111、第一直边段；112、第二直边段；113、第三直边段；114、第四直边段；120、优化弧形段；121、第一优化弧形段；122、第二优化弧形段；123、第三优化弧形段；124、第四优化弧形段；01、人眼；02、入射光线。

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。

下面结合附图对本申请实施例提供的近眼显示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，提供了一种近眼显示模组，所述近眼显示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头戴设备例如可以包括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近眼显示模组，参见图1至图4，所述近眼显示模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组之内的分光元件70、第一相位延迟器80和偏振反射元件91，其中，所述第一相位延迟器80位于所述分光元件70与所述偏振反射元件91之间；所述成像镜组包括至少一个透镜，且在所述至少一个透镜的边缘轮廓上沿径向按照设定深度H去除部分区域，以使在该透镜的边缘轮廓上能够形成至少一个直边段110，其中，所述设定深度H设置为＞0，所述直边段110的长度L设置为＞1mm。

需要说明的是，参见图4，所述偏振反射元件91属于图1中示出的复合膜90。具体而言，该复合膜90例如包括上述的偏振反射元件91，还可以包括第一偏光元件92，关于第一偏光元件92后文中会进行详细地描述，在此不展开描述。

本申请实施例提供的近眼显示模组，通过在所述成像镜组之内合理布置了所述分光元件70、所述第一相位延迟器80及所述偏振反射元件91，能够在成像镜组内形成折叠光路，成像光线能够在成像镜组之内发生折返后可以延长光线传播路径，利于提升成像质量。也即，本申请实施例提出的近眼显示模组为一种折叠光路设计。

通常，在折叠光路中采用的透镜为常规的圆形镜片，参见图10中的左侧示出的透镜。在本申请的实施例中，对形成折叠光路中的至少一个透镜的外形进行了优化处理，使得透镜的外形并非为圆形镜片，可参见图10中右侧示出的透镜。经对比可以看出，本申请实施例中提出的透镜的径向尺寸/体积明显得到减小，对应的可以降低透镜的重量和制作成本。

当将本申请实施例中提出的优化外形后的透镜应用于近眼显示模组，能明显减小整个近眼显示模组的体积和重量，可参见图9。图9中左侧示出的是常规的折叠光学模组，而右侧示出的是本申请实施例提供的近眼显示模组。二者经对比可以看出，本申请实施例提供的近眼显示模组能够具有更小的尺寸，这可以降低整个近眼显示模组的体积及生产成本，同时可以兼具较好的成像质量。

需要说明的是，本申请实施例中提出的降低整个近眼显示模组重量是基于与传统折叠光路具有相同数量成像镜片的前提下，可以明显降低近眼显示模组的重量及体积。

本申请实施例提出的近眼显示模组，参见图1，其中的所述成像镜组包括至少一个透镜(在图1中示出的是包含三个透镜，实际上成像镜组中也可以仅设置一个透镜，本申请中对此不做具体限制)，通过优化所述成像模组中至少一个透镜的边缘轮廓外形。具体地，例如在其中一个透镜的边缘轮廓上形成至少一个直边段110。经优化外形后的透镜实际是被去除了部分边缘区域，如此可以减小透镜的径向尺寸，同时可以降低透镜的重量，而这非常利于减小整个近眼显示模组的尺寸及重量。

在本申请的实施例中，例如可以通过切割的方式在待优化的透镜的边缘轮廓上按照设计参数(设定深度H及直边段的长度L)去除部分区域，并在该透镜的边缘轮廓上形成至少一个直边段110。

当然，在透镜的边缘轮廓上形成直边段110的方式包括但并不限于上述的切割方式，本领域技术人员可以根据需要选择在透镜的边缘轮廓上加工出直边段110的具体方式，本申请实施例中对此不做限制。

具体地，本申请实施例提供的透镜优化方案的方法可以包括：在成像镜组中确定要优化的透镜，将需要优化的各透镜均定义为待优化透镜；然后在待优化透镜的边缘轮廓上按照预设深度H进行切割，以去除部分边缘区域，切割时注意要形成设定长度L的直边段110，同时还要对切割后的直边段110的两端进行平滑处理，在直边段110的两端形成优化弧形段120，参见图10至图13。

可以理解为，在优化透镜的外形之前，需要预先确定上述的设定深度H及直边段110的长度L等设计参数，这样才能保证在不影响光学性能的前提下减小透镜的尺寸和降低透镜的重量。从而实现近眼显示模组中用于成像的透镜的外形合理优化。

可选的是，在对所述成像镜组中的透镜进行外形优化时，可以仅选择对所述成像镜组中最大外径的透镜进行外形优化处理，当然也可以对成像镜组中的任一个透镜进行外形优化或者对各透镜均进行外形优化，上述的任一方式均利于减小近眼显示模组的尺寸及重量。

尤其是，当对所述成像镜组中的各透镜均进行外形优化后，与包含相同数量传统圆形透镜的光学模组相比，本申请实施例提供的近眼显示模组能够在保证光学成像效果的同时兼具重量明显减轻的优势，从而能够提升用户的佩戴舒适性。由于各透镜的体积均减小还可以在一定程度上降低生产成本。

本申请实施例提出的近眼显示模组，通过对所述成像镜组中一个或者多个透镜进行外形优化调整，可以实现整个近眼显示模组的体积的小型化及轻量化设计，同时可以保证成像画面。在此基础上，能够使得含有所述近眼显示模组的头戴显示设备如AR显示设备具有较佳的图像显示性能，同时兼具轻量化及小型化的特点，能够给用户提供良好的佩戴体验感，还不会过多的增加生产难度和成本。

在本申请实施例提出的近眼显示模组中，透镜的数量可以根据具体需要灵活调整，最少可以仅设置一个。需要说明的是，随着折叠光路中透镜数量的增多，可以提升近眼显示模组的成像质量，但也会影响近眼显示模组沿光轴方向(横向)的尺寸，导致近眼显示模组的体积较大和重量增加。

在本申请的实施例中，考虑到近眼显示模组的体积、重量、成像质量及生产成本等诸多因素，较为优选的是在光路中设计1～3个透镜。

本申请实施例提供的近眼显示模组为一种折叠光路，其中除包含有成像镜组之外，还包含有分光元件70、第一相位延迟器80及偏振反射元件91等光学元件，这些光学元件(光学膜)可用以在所述成像镜组内形成折叠光路，使光线在其中进行折返，能够用以延长光线的传播路径，利于最终的清晰成像。

其中，所述分光元件70例如为半透射半反射膜。

所述分光元件70可供一部分光线透射，另一部分光线反射。

需要说明的是，所述分光元件70的反射率及透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。

可选的是，所述分光元件70的反射率为47％～53％。

其中，所述第一相位延迟器80例如为四分之一波片。当然，这里的所述第一相位延迟器80也可根据需要设置为其他相位延迟片如半波片等。

本申请实施例的近眼显示模组，在位于靠近人眼01侧的折叠光路中，所述第一相位延迟器80可用于改变光线的偏振状态。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，所述偏振反射元件91例如为偏振反射膜/片。

所述偏振反射元件91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，所述第一相位延迟器80与所述偏振反射元件91二者相配合，能够用于解析光线并对光线进行传递。其中，所述偏振反射元件91具有透过轴，所述偏振反射元件91的透过轴方向与所述第一相位延迟器80的快轴或者慢轴夹角例如为45°。

根据本申请实施例，提供了一种近眼显示模组，其为一种折叠光路结构设计，通过对模组中透镜的外形进行优化，可以实现近眼显示模组的重量降低和尺寸减小，从而利于实现头戴显示设备的小型化及轻量化，能够提高用户的佩戴体验感。与此同时，由于在透镜的边缘轮廓上去除的部分是经过参数设计的且远离有效光学区域，因此完全不会影响到成像质量。

在本申请的一些示例中，参见图10至图13，所述成像镜组中至少有一个透镜的边缘轮廓上具有四个所述直边段110，且在该透镜的边缘轮廓上相邻的两个所述直边段110之间形成优化弧形段120。

具体而言，在所述成像镜组中例如可以选择一个透镜来进行外形的优化处理，此时例如可以在该透镜的边缘轮廓上形成四个直边段110。可参见图11至图13，所述四个直边段110例如包括第一直边段111、第二直边段112、第三直边段113及第四直边段114，同时在该透镜的边缘轮廓上还形成有第一优化弧形段121、第二优化弧形段122、第三优化弧形段123及第四优化弧形段124，这样，上述的四个直边段与上述的四个优化弧形段共同围合组成了透镜优化之后的边缘轮廓，其与图11中示出的传统透镜的圆形边缘轮廓101存在差异。

图11中示出的圆形边缘轮廓101是常规的圆形镜片，而图11中同时示出的第一直边段111、第二直边段112、第三直边段113、第四直边段114，以及第一优化弧形段121、第二优化弧形段122、第三优化弧形段123和第四优化弧形段124共同组成优化后的透镜形状。其中，各直边段可以用于贴光学膜时进行定位或与其他的透镜进行定位。透镜在优化后直边段110与优化前在高度上的最大差异即为所述设定深度H，所述设定深度H应当设计为大于0mm。

需要说明的是，当在一个透镜的边缘轮廓上形成四个直边段110时，相当于在该透镜的边缘轮廓上去除了四部分区域，如此可以更好的减轻单个透镜的重量。与此同时，由于在透镜的边缘轮廓上去除的部分是经过参数设计的且去除部分远离透镜的有效光学区域，因此完全不会影响到成像质量。

可选的是，当对所述成像镜组中的所有透镜均进行外形优化，且各透镜的边缘轮廓上均形成四个直边段110时，最终形成的近眼显示模组可以在保证成像质量的同时，还兼具很低的重量和体积。

在本申请的一些示例中，参见图1至图4，所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜30、第二透镜40及第三透镜50，所述分光元件70位于所述第二透镜40的任一侧，所述第一相位延迟器80及所述偏振反射元件91位于所述第二透镜40与所述第三透镜50之间；所述第一透镜30、所述第二透镜40及所述第三透镜50中的至少一个被构造为在自身的边缘轮廓上具有所述直边段110。

参见图1，在所述成像镜组中例如可以设置三个透镜，分别为第一透镜30、第二透镜40及第三透镜50，而用于形成折叠光路的光学元件如分光元件70、第一相位延迟器80及偏振反射元件91在该三个透镜之间布设位置较为灵活，但需要保证的是，第一相位延迟器80要介于分光元件70与偏振反射元件91之间，这样采用不会影响折叠光路的形成。

可选的是，所述分光元件70可设于所述第二透镜40与所述第一透镜30之间的合适位置；所述第一相位延迟器80及所述偏振反射元件91二者可相互独立的设于所述第二透镜40与所述第三透镜50之间的合适位置处。这样，在折叠光路中所述分光元件70、所述第一相位延迟器80和所述偏振反射元件91为各自独立设置，可以使光路设计的自由度更高，也利于调整各个光学元件的对位精度。

需要说明的是，所述分光元件70、所述第一相位延迟器80及所述偏振反射元件91可以分别设于不同透镜的表面上，这样的装配方式较为简单，参见图2至图4。

当然，所述分光元件70、所述第一相位延迟器80及所述偏振反射元件91可以分别设置在平板玻璃上，再作为独立器件布设于光路结构中。

本申请实施例的近眼显示模组的光路图，参见图1，光线传播路径为：

入射光线02为圆偏振光，入射光线02进入所述成像镜组中，经过所述第一透镜30及所述第二透镜40透射，经过所述偏振反射元件91反射，再经过所述第一相位延迟器80透射，经过所述分光元件70反射，经过所述第一相位延迟器80、所述第三透镜50透射之后打入人眼01中显示图像。

本申请实施例提供的近眼显示模组为一种折叠光路结构设计，参见图10至图13，通过对成像镜组中至少一个透镜(如图1中示出的三个透镜)进行外形优化，使得优化后透镜的体积和重量得以明显减小，从而利于减小近眼显示模组的体积及重量，而且由于优化透镜是在透镜的边缘区域，这远离透镜上的有效光学区域，因此不会影响光学成像效果。

在本申请的一些示例中，参见图1及图9，所述第二透镜40的外径大于所述第一透镜30和所述第三透镜50中任一者的外径，其中，至少所述第二透镜40的边缘轮廓上形成有所述直边段110。

参见图1示出的近眼显示模组，其包含有三个透镜，分别为沿同一光轴依次设置的第一透镜30、第二透镜40及第三透镜50，其中，所述第一透镜30例如靠近显示侧，所述第三透镜50例如靠近成像侧，而所述第二透镜40则介于所述第一透镜30与所述第三透镜50之间，此时，通常将所述第二透镜40设计为外径尺寸最大的，这样能提升整个模组的光效，最终使更多的成像光线经所述第三透镜50出射后打入人眼01进行成像。

为了降低整个近眼显示模组的生产加工难度，同时可以减小近眼显示模组的体积及重量，例如可以设计将成像镜组中外径尺寸最大的第二透镜40进行外形优化处理，在其边缘轮廓上形成至少一个直边段110，以使所述第二透镜40的体积和重量得以减小。当所述成像镜组中外径最大的透镜的尺寸和重量得以减小后，就可以有效的减小形成的近眼显示模组的体积。

而较为优选的是，当对所述第二透镜40进行外形优化时，可以在所述第二透镜40的边缘轮廓上形成四个直边段110。这相比于仅在所述第二透镜40的边缘轮廓上形成一个直边段110而言，可以进一步减小所述第二透镜40的尺寸和重量。

为了进一步减小近眼显示模组的体积和重量，本申请的实施例中并不限于仅将所述成像镜组中外径尺寸最大的透镜进行外形优化，还可以对其中的任一个透镜或者所有的透镜进行外形优化，本申请中对此不做限制。

在本申请的一些示例中，参见图9，所述第一透镜30、所述第二透镜40及所述第三透镜50中的任一个在自身的边缘轮廓上分别形成有四个所述直边段110。

当所述成像镜组中包含有三个透镜时，若选择对三个透镜均进行外形优化，也即每个透镜的边缘轮廓上均去除部分区域，就使得每个透镜的尺寸及重量能够得以减小，如此可以更好的降低整个近眼显示模组的尺寸和重量。

更为优选的是，所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜30、第二透镜40及第三透镜50，所述第一透镜30、所述第二透镜40及所述第三透镜50在各自边缘轮廓上均形成有四个直边段110。如此，成像镜组中各透镜的体积和重量都达到了最小化，在保证成像效果的前提下，能使得近眼显示模组达到了最佳的轻量化设计。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据需要对成像镜组中的透镜进行外形优化，但并不限于对一个透镜进行外形优化，当然也不限于对所有的透镜均进行外形优化，可以根据具体情况选择需要外形优化的透镜数量。在对透镜进行优化时，只需要保证优化的透镜边缘轮廓上形成有至少一个直边段110即可。

在本申请的一些示例中，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合焦距为15mm～30mm。

进一步地，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合光焦度为正，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合焦距为22mm～23mm。

参见图1，在近眼显示模组中，所述第二透镜40与所述第三透镜50可以组成透镜组，并在二者之间布设形成折叠光路的各个光学元件，使得光线可以在所述第二透镜40与所述第三透镜50之间折返延长光线的传播路径。当所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合光焦度设置为正时，入射光线02经所述第二透镜40和所述第三透镜50透射入射到偏振反射元件91的角度较小，利于使大量的光线打入人眼01中进行成像。

其中，所述第二透镜40的光焦度例如为正。

所述第二透镜40包含两个光学面，分别为靠近所述第一透镜30的第三表面41及靠近所述第三透镜50的第四表面42，参见图1。

所述第三表面41及所述第四表面42例如为非球面或者平面。

可选的是，参见图1及图3，所述分光元件70设于所述第三表面41，所述第一相位延迟器80设于所述第四表面42上。

参见图3，还可以在所述第四表面42上选择性的设置抗反射膜100。

具体地，所述抗反射膜100例如也可以直接设置在所述第四表面42上，此时，所述第一相位延迟器80与所述抗反射膜100二者可以形成复合膜层，所述第一相位延迟器80设于所述抗反射膜100背离所述第四表面42的一侧。

抗反射膜的应用能够减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。

抗反射膜例如可以通过粘贴或者镀膜的方式形成在光学元器件上形成一些界面，以增加透过率，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。

其中，所述第三透镜50的光焦度为正。

其中，所述第三透镜50包含两个光学面，参见图1，分别为靠近所述第二透镜40的第五表面51及远离所述第二透镜40的第六表面52。

可选的是，所述第五表面51及所述第六表面52可以设计为非球面。

可选的是，参见图1及图4，形成折叠光路的所述偏振反射元件91(透射P光反射S光)直接设于所述第三透镜50的第五表面51。

可选的是，在所述第六表面52上也以选择性的设有抗反射膜。此处的抗反射膜能减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。该处的抗反射膜也可以通过粘贴或者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。

可选的是，在所述成像镜组之内还可以引入第一偏光元件92，所述第一偏光元件92与所述偏振反射元件91叠合形成复合膜90并设于所述第三透镜50的第五表面51上。

所述第一偏光元件92有助于减少杂散光。

其中，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合焦距为15mm～30mm。

进一步地，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合焦距为22mm～23mm。

通过对靠近人眼01一侧的两个透镜的组合焦距进行调整，并控制在上述范围之内，可以合理的控制整个近眼显示模组的光学总长，从而控制横向尺寸，并且能够保证形成的画面的质量。

具体地，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合焦距为22.9mm。这可以使整个所述近眼显示模组的光学总长较小，从而使得所述近眼显示模组的横向尺寸较小，同时能兼具优异的成像性能，能更好的提升用户的佩戴舒适感及视觉体验感。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述近眼显示模组还包括显示屏10，所述显示屏10位于所述第一透镜30背离所述第二透镜40的一侧，所述显示屏10被配置为能够向所述成像镜组发射圆偏振光或者自然光；当所述显示屏10发射自然光时，所述第一透镜30的任一侧设置有叠合片60，所述叠合片60能够用以将所述显示屏10发射的自然光转变为圆偏振光。

也就是说，进入成像镜组中的入射光线02应当为圆偏振光。当所述显示屏10发出的是自然光时，则需要对自然光先进行偏振态的转化，使自然光先转变为圆偏振光之后在射入左侧的成像镜组中，最终经成像镜组出射的光线打入人眼01进行成像。

可选的是，参见图1及图2，所述叠合片60设于所述第一透镜30远离所述显示屏10的表面；所述叠合片60包括第二相位延迟器61、第三相位延迟器63以及设于所述第二相位延迟器61与所述第三相位延迟器63之间的第二偏光元件62。

在本申请的实施例中，用于将自然光转变为圆偏振光的器件为上述的叠合片60。所述叠合片60例如包括两个相位延迟器及设于该两个相位延迟器之间的偏光元件。

参见图2，所述显示屏10发出自然光，所述自然光先经过一个相位延迟器(例如第三相位延迟器63)后依然为自然光，经过所述第二偏光元件62后变为线偏振光，再经过另一个相位延迟器(例如第二相位延迟器61)变为圆偏振光。

在所述叠合片60中，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，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，就会通过显示屏10的出光面反射回来打入人眼01，这对于最终的成像不利。

所述叠合片60为一种复合膜，将两个四分一之波片之间夹设偏光膜形成。本申请中设计将叠合片60通过例如光学胶直接贴装于所述第一透镜30的任一表面上。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，参见图1，所述第一透镜30的包含两个光学面，分别为靠近所述显示屏10的第一表面31及远离所述显示屏10的第二表面32。

所述第一表面31及所述第二表面32例如为非球面或者平面。

其中，所述叠合片60可以设置在所述第一表面31上，当然也可以设置在所述第二表面32上，本申请中对此不做具体限制。

请继续参见图2，所述叠合片60例如可以与抗反射膜100一起形成复合结构，然后设于所述第一表面31和所述第二表面32中的一个上，此时所述第一表面和所述第二表面中的另一个上可以选择单独再设置一抗反射膜。

在本申请实施例提供的近眼显示模组中，参见图1，通过在显示屏10与第一透镜30之间设置叠合片60，实现了自然光偏振态变换，可以将显示屏10发出的自然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，最终可以将光线经所述第三透镜50出射后形成清晰的图像。这利于提升近眼显示模组的显示效果，使得最终的成像质量佳。如此，可以提升用户的观看体验。

可选的是，参见图1，所述显示屏10的出光面设有屏幕保护玻璃20。

所述显示屏10发出的光线经过表面的所述屏幕保护玻璃20透射后进入所述叠合片60进行光的偏振态转变。

在本申请的一些示例中，所述成像镜组内还设置有第一偏光元件92，所述第一偏光元件92与所述偏振反射元件91叠合设置形成复合膜90，所述复合膜90设于所述第三透镜50靠近所述第二透镜40的表面；所述分光元件70设于所述第二透镜40靠近所述第一透镜30的表面，所述第一相位延迟器80设于所述第二透镜40远离所述第一透镜30的表面。

其中，所述第一偏光元件92可用于减少杂散光。

本申请实施例的近眼显示模组，其成像镜组包括第一透镜30、第二透镜40及第三透镜50，所述第一透镜30、所述第二透镜40及所述第三透镜50的折射率n范围为：1.4＜n＜1.7；所述第一透镜30、所述第二透镜40及所述第三透镜50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，可以提升近眼显示模组的成像品质。

在本申请一个具体的例子中，所述第一透镜30的折射率为1.54，色散系数为56.3；所述第二透镜40的折射率为1.54，色散系数为56.3；所述第三透镜50的折射率为1.54，色散系数为55.7。

以下通过一个具体实施例对本申请实施例提供的近眼显示模组进行详细描述。

实施例1

参见图1至图4，所述近眼显示模组包括：成像镜组以及设于所述成像镜组内的分光元件70、第一相位延迟器80、偏振反射元件91及第一偏光元件92；所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜30、第二透镜40及第三透镜50，其中，所述第一透镜30位于近显示屏10的一侧，所述第三透镜50位于人眼01的一侧，所述第二透镜40及所述第三透镜50的光焦度为正，所述第二透镜40与所述第三透镜50的组合焦距为22.9mm；

在所述第一透镜30、所述第二透镜40及所述第三透镜50各自的边缘轮廓上分别沿径向按照设定深度H去除部分区域，以使在每个透镜的边缘轮廓上能够形成四个直边段110，所述设定深度H设置为＞0，所述直边段110的长度L设置为＞1mm，参见图12；

所述分光元件70设于所述第二透镜40的第三表面41，所述第一相位延迟器80设于所述第二透镜40的第四表面42，所述第一偏光元件92与所述偏振反射元件91叠设形成复合膜90后设于所述第三透镜50的第五表面51；

所述显示屏10发出的入射光线02为自然光，在所述第一透镜30的第二表面32上设有叠合片60，所述叠合片60包括第二相位延迟器61、第三相位延迟器63及介于二者之间的第二偏光元件62。

表1示出了本实施例1提供的近眼显示模组中各透镜的具体光学参数。

表1

针对上述实施例1提供的近眼显示模组，其光学性能可如图5至图8所示：图5是近眼显示模组的点列图示意图，图6是近眼显示模组的MTF曲线图，图7是近眼显示模组的场曲畸变图，图8是近眼显示模组的垂轴色差图。

点列图是指由一点发射出的许多光线经近眼显示模组之后，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，可用于评价近眼显示模组的成像质量。如图5所示，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8μm。

MTF曲线图是调制传递函数图，通过黑白线对的对比度表征近眼显示模组的成像清晰度。如图6所示，MTF在36lp/mm下>0.3，成像清晰。

畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，如图7所示，畸变最大发生在1视场，绝对值小于30％。场曲图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，如图7，场曲最大发生在1视场附近，最大值小于0.2mm。

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。如图8所示，近眼显示模组的最大色差值小于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，以及如上述所述的近眼显示模组。

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近眼显示模组各实施例，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 (11)

1.一种近眼显示模组，其特征在于，包括成像镜组以及设于所述成像镜组之内的分光元件(70)、第一相位延迟器(80)和偏振反射元件(91)，其中，所述第一相位延迟器(80)位于所述分光元件(70)与所述偏振反射元件(91)之间；

所述成像镜组包括至少一个透镜，且在所述至少一个透镜的边缘轮廓上沿径向按照设定深度H去除部分区域，以使在该透镜的边缘轮廓上能够形成至少一个直边段(110)，其中，所述设定深度H设置为＞0，所述直边段(110)的长度L设置为＞1mm。

2.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述成像镜组中至少有一个透镜的边缘轮廓上具有四个所述直边段(110)，且在该透镜的边缘轮廓上相邻的两个所述直边段(110)之间形成优化弧形段(120)。

3.根据权利要求1或2所述的近眼显示模组，其特征在于，所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜(30)、第二透镜(40)及第三透镜(50)，所述分光元件(70)位于所述第二透镜(40)的任一侧，所述第一相位延迟器(80)及所述偏振反射元件(91)位于所述第二透镜(40)与所述第三透镜(50)之间；

所述第一透镜(30)、所述第二透镜(40)及所述第三透镜(50)中的至少一个被构造为在自身的边缘轮廓上具有所述直边段(110)。

4.根据权利要求3所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第二透镜(40)的外径大于所述第一透镜(30)和所述第三透镜(50)中任一者的外径，其中，至少所述第二透镜(40)的边缘轮廓上形成有所述直边段(110)。

5.根据权利要求3所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第一透镜(30)、所述第二透镜(40)及所述第三透镜(50)中的任一个在自身的边缘轮廓上分别形成有四个所述直边段(110)。

6.根据权利要求3所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第二透镜(40)与所述第三透镜(50)的组合焦距为15mm～30mm。

7.根据权利要求3所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第二透镜(40)与所述第三透镜(50)的组合光焦度为正，所述第二透镜(40)与所述第三透镜(50)的组合焦距为22mm～23mm。

8.根据权利要求3所述的近眼显示模组，其特征在于，所述近眼显示模组还包括显示屏(10)，所述显示屏(10)位于所述第一透镜(30)背离所述第二透镜(40)的一侧，所述显示屏(10)被配置为能够向所述成像镜组发射圆偏振光或者自然光；

当所述显示屏(10)发射自然光时，所述第一透镜(30)的任一侧设置有叠合片(60)，所述叠合片(60)能够用以将所述显示屏(10)发射的自然光转变为圆偏振光。

9.根据权利要求8所述的近眼显示模组，其特征在于，所述叠合片(60)设于所述第一透镜(30)远离所述显示屏(10)的表面；

所述叠合片(60)包括第二相位延迟器(61)、第三相位延迟器(63)以及设于所述第二相位延迟器(61)与所述第三相位延迟器(63)之间的第二偏光元件(62)。

10.根据权利要求3所述的近眼显示模组，其特征在于，所述成像镜组内还设置有第一偏光元件(92)，所述第一偏光元件(92)与所述偏振反射元件(91)叠合设置形成复合膜(90)，所述复合膜(90)设于所述第三透镜(50)靠近所述第二透镜(40)的表面；

所述分光元件(70)设于所述第二透镜(40)靠近所述第一透镜(30)的表面，所述第一相位延迟器(80)设于所述第二透镜(40)远离所述第一透镜(30)的表面。

11.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

壳体；以及

如权利要求1-10中任一项所述的近眼显示模组。

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