CN116224587A - 一种近眼显示设备和近眼显示光学模组 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种近眼显示设备和近眼显示光学模组，其中包括：拼接显示屏，包括中间屏和外围屏，外围屏在第一平面上的正投影围绕中间屏在第一平面上的正投影，第一平面为近眼显示设备的出光面；中间屏的分辨率高于外围屏的分辨率；第一光学元件组，位于拼接显示屏的出光侧；第二光学元件组，位于拼接显示屏的出光侧，第二光学元件组包括中间部和外围部，外围部在第一平面上的正投影围绕中间部在第一平面上的正投影。本发明实施例解决了现有近眼显示设备无法兼容大视场角和高分辨率的问题，对于人眼敏感的小视场角范围内能够通过中间屏实现高清晰度，同时利用外围屏可以实现大视场角，满足了用户的使用需求，降低了近眼显示设备的成本。

Description

一种近眼显示设备和近眼显示光学模组

技术领域

本发明实施例涉及头戴式显示技术，尤其涉及一种近眼显示设备和近眼显示光学模组。

背景技术

目前的近眼显示设备通常会采用两种屏幕，一种为硅基衬底屏幕，另一种为玻璃衬底屏幕。其中，硅基衬底屏幕由于受限于屏幕尺寸，其视场角较难做大，而且硅基衬底屏幕成本相对较高。而玻璃衬底屏幕像素尺寸无法做小，受限于像素尺寸，难以实现高分辨率。

发明内容

本发明提供一种近眼显示设备和近眼显示光学模组，以兼容玻璃基屏幕和硅基屏幕的优点，保证小视场角范围内的高清晰度的同时，实现大视场角。

第一方面，本发明实施例提供了一种近眼显示设备，包括：

拼接显示屏，包括中间屏和外围屏，所述外围屏在第一平面上的正投影围绕所述中间屏在所述第一平面上的正投影，所述第一平面为所述近眼显示设备的出光面；所述中间屏的分辨率高于所述外围屏的分辨率；

第一光学元件组，位于所述拼接显示屏的出光侧；

第二光学元件组，位于所述拼接显示屏的出光侧，所述第二光学元件组包括中间部和外围部，所述外围部在所述第一平面上的正投影围绕所述中间部在所述第一平面上的正投影；

所述中间屏经所述第一光学元件组和所述第二光学元件组的中间部成中间图像，所述外围屏经所述第一光学元件组和所述第二光学元件组的外围部成外围图像，且所述中间图像与所述外围图像相邻的边缘至少相接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种近眼显示光学模组，包括：

第一光学元件组，所述第一光学元件组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿光轴依次排布，所述第一透镜和所述第二透镜组成透镜组；

第二光学元件组，所述第二光学元件组包括中间部和外围部，所述外围部在像面上的正投影围绕所述中间部在像面上的正投影；所述中间部和所述外围部为透镜；

所述第一光学元件组和所述第二光学元件组沿光轴依次排布，所述第一光学元件组和所述第二光学元件组满足如下条件：

1.431<f₁/f₂<1.872；

1.037<f₃/f₄<1.159；

其中，f₁为所述透镜组的焦距，f₂为所述第三透镜的焦距，f₃为所述外围部的焦距，f₄为所述中间部的焦距。

第三方面，本发明实施例还提供了一种近眼显示光学模组，包括：

第一光学元件组，所述第一光学元件组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿光轴依次排布，所述第一透镜和所述第二透镜组成透镜组；

第二光学元件组，所述第二光学元件组包括中间部和外围部，所述外围部在像面上的正投影围绕所述中间部在像面上的正投影；所述中间部为透镜，所述外围部为平面镜；

所述第二光学元件组和所述第一光学元件组沿光轴依次排布，所述第一光学元件组和所述第二光学元件组满足如下条件：

-0.608<f₁/f₂<-0.416；

-1.854<f₁/f₃<-1.534；

其中，f₁为所述中间部的焦距，f₂为所述透镜组的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距。

本发明实施例的技术方案，通过设置拼接显示屏以及位于拼接显示屏出光侧的第一光学元件组和第二光学元件组，其中拼接显示屏包括中间屏和外围屏，外围屏在第一平面上的正投影围绕中间屏在第一平面上的正投影，第一平面为近眼显示设备的出光面；中间屏的分辨率高于外围屏的分辨率；第二光学元件组包括中间部和外围部，外围部在第一平面上的正投影围绕中间部在第一平面上的正投影；中间屏经第一光学元件组和第二光学元件组的中间部成中间图像，外围屏经第一光学元件组和第二光学元件组的外围部成外围图像，且中间图像与外围图像相邻的边缘至少相接，实现了完整图像的近眼显示。本发明实施例解决了现有近眼显示设备无法兼容大视场角和高分辨率的问题，对于人眼敏感的小视场角范围内能够通过中间屏实现高清晰度，同时利用外围屏可以实现大视场角，满足了用户的使用需求，降低了近眼显示设备的成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种近眼显示设备的结构示意图；

图2是本发明实施例一所示近眼显示设备的局部放大图；

图3是本发明实施例一中近眼显示设备中间屏的畸变图；

图4是本发明实施例一中近眼显示设备中外围屏的畸变图；

图5是本发明实施例一中近眼显示设备中间屏的MTF图；

图6是本发明实施例一中近眼显示设备中外围屏的MTF图；

图7是本发明实施例一中近眼显示设备中外围屏的点列图；

图8是本发明实施例二提供的一种近眼显示设备的结构示意图；

图9是本发明实施例二所示近眼显示设备的局部放大图；

图10是本发明实施例二中近眼显示设备中间屏的畸变图；

图11是本发明实施例二中近眼显示设备中外围屏的畸变图；

图12是本发明实施例二中近眼显示设备中间屏的MTF图；

图13是本发明实施例二中近眼显示设备中外围屏的MTF图；

图14是本发明实施例二中近眼显示设备中外围屏的点列图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对相应内容进行区分，并非用于限定顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

图1是本发明实施例一提供的一种近眼显示设备的结构示意图，参考图1，该近眼显示设备包括：

拼接显示屏100，包括中间屏110和外围屏120，外围屏120在第一平面上的正投影围绕中间屏110在第一平面上的正投影，第一平面为近眼显示设备的出光面；中间屏110的分辨率高于外围屏120的分辨率；

第一光学元件组200，位于拼接显示屏100的出光侧；

第二光学元件组300，位于拼接显示屏100的出光侧，第二光学元件组300包括中间部310和外围部320，外围部320在第一平面上的正投影围绕中间部310在第一平面上的正投影；

中间屏110经第二光学元件组300的中间部310和第一光学元件组200成中间图像，外围屏120经第二光学元件组300的外围部320和第一光学元件组200成外围图像，且中间图像与外围图像相邻的边缘至少相接。

其中，拼接显示屏100是指由两块显示屏拼接组成的显示屏，其中的中间屏110和外围屏120通过合理的位置排布可以形成一个整面的显示屏。具体地，顾名思义，中间屏110为位于中间的屏幕，外围屏120则是围绕中间屏110设置，以该近眼显示设备的出光面作为投影面，外围屏120的投影围绕中间屏110的投影，由此在投影面上可形成完整的出光面。外围屏120可以为一块环绕中间屏110的环形屏幕，外围屏120也可以包括多块环绕中间屏110的屏幕。

该近眼显示设备中还设置有相应的光学成像元件以实现近眼显示，具体地，其中包括第一光学元件组200和第二光学元件组300，第一光学元件组200为完整的光学元件，作为中间屏110和外围屏120共用的光学元件，负责同时对中间屏110和外围屏120所出射的光线进行发散或汇聚。第二光学元件组300与拼接显示屏100类似，同样为拼接形式的光学元件。第二光学元件组300中具体分为中间部和外围部，同理在投影面上，外围部320的投影围绕中间部310的投影，中间部310负责对中间屏110的光线进行汇聚或发散，外围部320负责对外围屏120的光线进行汇聚或发散。由此，中间屏110经中间部310和第一光学元件组200成像，外围屏120经外围部320和第一光学元件组200成像。本发明实施例中，通过合理设置中间部310、外围部320以及第一光学元件组200的光学性质，可以保证中间屏110和外围屏120所成图像即中间图像和外围图像，可以在相邻的边缘处相接，从而完成图像拼接，形成一幅完整画面。

上述技术方案，通过设置拼接显示屏以及位于拼接显示屏出光侧的第一光学元件组和第二光学元件组，其中拼接显示屏包括中间屏和外围屏，外围屏在第一平面上的正投影围绕中间屏在第一平面上的正投影，第一平面为近眼显示设备的出光面；中间屏的分辨率高于外围屏的分辨率；第二光学元件组包括中间部和外围部，外围部在第一平面上的正投影围绕中间部在第一平面上的正投影；中间屏经第一光学元件组和第二光学元件组的中间部成中间图像，外围屏经第一光学元件组和第二光学元件组的外围部成外围图像，且中间图像与外围图像相邻的边缘至少相接，实现了完整图像的近眼显示。本发明实施例解决了现有近眼显示设备无法兼容大视场角和高分辨率的问题，对于人眼敏感的小视场角范围内能够通过中间屏实现高清晰度，同时利用外围屏可以实现大视场角，满足了用户的使用需求，降低了近眼显示设备的成本。

具体地，上述实施例中，中间屏可采用硅基OLED屏，外围屏可采用LCD屏，利用硅基OLED屏高分辨率的优点，可以实现人眼敏感度较高的中间视场的高清晰度，同时利用LCD屏，可以降低整个显示设备的成本，还能保证整个设备的大视场角。

对于第一光学元件组，在一可选实施例中，可设置其包括第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230，第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230依次排列于拼接显示屏100的出光光路上。具体地，第一透镜210可选为平凸透镜，第二透镜220可选呈凹凸透镜，第三透镜230可选为双凸透镜。

进一步地，在一可选实施例中，还可设置第一透镜210和第二透镜220组成透镜组。可选地，第一透镜210和第二透镜220相对的表面相互胶合形成胶合透镜组。其中，本领域技术人员可知，采用胶合透镜组可以减少透镜间的间距，一定程度上缩小整体显示设备的体积，有助于实现小型化；同时，还能够适当校正色差，能够改善场曲和彗差，从而对成像质量进行进一步优化。

进一步地，本发明实施例中还可设置第三透镜230为非球面透镜。利用非球面的第三透镜230，可以进一步改善场曲、色差、尤其畸变等像差，使得中间屏110和外围屏120的成像像差均能够得到校正和平衡，保证不同视场区域的成像质量，使得中间屏110和外围屏120之间减少成像差异，使得成像更加连贯，提高用户感官体验。

可选地，本发明实施例中，可设置中间屏110和外围屏120在平行第一平面的方向上错位，在近眼显示设备的出光光轴方向上错位。进一步地，可设置中间屏110和外围屏120在平行第一平面的方向上的间距小于或等于1mm。

此时，中间屏110和外围屏120之间可具有一定间隙，能够方便容置驱动模组以及引线，更便于在有限空间内进行装配。另外，考虑到中间屏和外围屏的间距对成像拼接存在负面效果，此处限制两个屏幕在出光面上的间距上限为1mm，可以避免两个屏幕间距过大而无法实现成像拼接，换言之，可以降低光学成像元件的设计难度，保证成像拼接效果。

上述实施例中，还可设置中间屏的视场角小于或等于±25°。此时，中间小视场角内由中间屏高分辨率成像，能够满足用户对中间视场角区域清晰度敏感的需求，并且，在小视场角内进行两个屏幕成像的拼接，也有助于降低光学成像元件的设计难度，方便实现成像拼接。此外，中间屏视场角小于±25°，能够减少中间高分辨率屏幕的面积，提高整个屏幕中低分辨率屏幕占比，一定程度上也有利于降低成本。

还可选地，本发明实施例中可将第二光学元件组300设置位于第一光学元件组200靠近或远离拼接显示屏100的一侧。可以理解，光学元件组的位置也对整体的成像过程起决定性作用，在上述两种排布方式的实施例中，本领域技术人员可根据第二光学元件组300的具体位置，适应设计各光学元件组的光学性质，以保证拼接显示屏中中间屏和外围屏各自的成像以及图像拼接效果。

具体地，可选第二光学元件组300位于第一光学元件组200靠近拼接显示屏100的一侧，中间部310和外围部320为透镜，外围部320和中间部310均为非球面透镜；还可选第二光学元件组300位于第一光学元件组200远离拼接显示屏100的一侧，中间部310为透镜，外围部320为平面镜时，中间部310为非球面透镜。

下面以具体实施例对上述两种排布和设计的近眼显示设备进行示例。首先，在其中一种实施例中，第二光学元件组300的中间部310和第二光学元件组300的外围部320均为透镜且焦距不同。

继续参考图1，在一具体实施例中，第二光学元件组300位于第一光学元件组200靠近拼接显示屏100的一侧；中间部310和外围部320为透镜；第一光学元件组200和第二光学元件组300满足如下条件：1.431<f₁/f₂<1.872；1.037<f₃/f₄<1.159；其中，f₁为第一透镜210和第二透镜220形成的透镜组的焦距，f₂为第三透镜230的焦距，f₃为第二光学元件组300的外围部320的焦距，f₄为第二光学元件组300的中间部310的焦距。

其中，通过设置第一光学元件组200中的透镜之间满足1.431<f₁/f₂<1.872，即限定第一透镜210、第二透镜220形成的透镜组和第三透镜230的焦距比例，实质上是限定了第一光学元件组200中透镜之间的光焦度配比，以此限制第一透镜210和第二透镜220形成的透镜组和第三透镜230在整个第一光学元件组200中的光线折射能力，通过该两部分元件的光线折射配合，能够实现分别对中间屏和外围屏的成像。而同时，对于第二光学元件组300，设置其中的透镜满足1.037<f₃/f₄<1.159，即限定两个透镜的焦距比例，实质上是限定了两个透镜分别对于中间屏110和外围屏120的光线汇聚能力，以此配合第一光学元件组200实现中间屏110和外围屏120的各自的独立清晰成像，并且保证中间图像和外围图像的拼接效果。

本发明针对此具体实施例还提供了透镜的参数设计值，如表1所示：

表1本发明实施例一中各透镜的一种设计值。

表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”代表第一透镜的前表面，“S2”代表第一透镜的后表面，依次类推；需要说明的是，“S6”和“S7”为外围部的前后表面，“S8”和“S9”为中间部的前后表面；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“Infinity”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，其中“S6”的厚度表示第三透镜的后表面与外围部的前表面的间距，“S7”的厚度表示外围部的后表面与外围屏的前表面的间距，“S8”的厚度表示第三透镜的后表面与中间部的前表面的间距，“S9”的厚度表示中间部的后表面与中间屏的前表面的间距；折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，z为非球面的矢高，c为顶点处的基本曲率，k为圆锥曲线常数，x为垂直光轴方向的径向坐标，a_2i为高次项系数，a_2ix²ⁱ为非球面的高次项。上述非球面透镜的非球面公式参数如表2所示：

表2非球面透镜conic系数以及非球面各阶系数

图2是本发明实施例一所示近眼显示设备的局部放大图，参考图1和图2，其中中间屏和外围屏的相邻边界的成像参数如表3所示：

表3本发明实施例一所示近眼显示设备的局部成像参数

在本发明的一个实施例中，还可设置中间屏110所成的中间图像与外围屏120所成的外围图像的相邻边缘部分重叠，且重叠区域的像高大于或等于700um。

在本发明的一个实施例中，还可设置中间屏110所成的中间图像与外围屏120所成的外围图像的相邻边缘部分重叠；中间屏110包括第一像素，外围屏120包括第二像素，第一像素与第二像素成像相同，第一像素和第二像素的视场角的差值小于或等于0.098°

根据图2所示，该实施例一中，在中间屏110的边缘区域的a、b两点之间形成的图像与外围屏120的边缘区域的A、B两点之间形成的图像产生交叠，A点与B点所成像的像高为700μm，由此可保证中间屏110和外围屏120的成像具有一定宽度的重叠区域。此外，根据表3所示，该实施例一中，位于中间屏110和外围屏120边缘且成像相互交叠的A、B、a、b四个点的视场角均在±25°范围内，保证了用户对中间视场角区域清晰度敏感的需求，并且，在小视场角内进行两个屏幕成像的拼接，也有助于降低光学成像元件的设计难度，方便实现成像拼接。此外，成像重叠的A点和a点，其视场角差为-0.005°，成像重叠的B点和b点，其视场角差异在0.056°，均小于0.098°，保证了图像重叠效果。综上，通过设置部分图像区域的重叠，以及限制重叠像素点的视场角差异上限，能够使成像区域更连贯，保证中间屏和外围屏的成像拼接效果，从而能够保证用户体验。

图3是本发明实施例一中近眼显示设备中间屏的畸变图，图4是本发明实施例一中近眼显示设备中外围屏的畸变图，图5是本发明实施例一中近眼显示设备中间屏的MTF(调制传递函数)图，图6是本发明实施例一中近眼显示设备中外围屏的MTF(调制传递函数)图，图7是本发明实施例一中近眼显示设备中外围屏的点列图。其中，图3和图4中，横坐标为畸变量，单位为百分比(percent)，纵坐标表示视场角，单位为度。根据图3和图4所示，该实施例一中的近眼显示设备，中间屏的最大畸变量(maximum distortion)为9.4545％，小于±9.5％，而外围屏的最大畸变量(maximum distortion)为30.4379％，小于±30.5％，即说明该成像系统具有较优的畸变光学表现，也即本发明实施例一提供的近眼显示设备具有良好的成像效果。图5和图6为调制传递函数图，其横坐标为每毫米线对(spatial frequency incycles per mm)，纵坐标为MTF(Modulus of the OTF)值。根据图5和图6所示，该近眼显示设备中间屏的0-0.6视场和外围屏的0.7-1.0视场中均具有较高的传递函数，即表明其在中心视场和边缘视场均能获得良好的解像能力，可以满足大视场角的解像需求。图7为点列图，其展示了不同波长(0.486μ.、0.588μ.和0.656μm)下11个视场位置(14.033～26.576mm)的点列分布，其均方根半径(RMS radius)逐渐增大，且最大值为30.925。换言之，通过图7所示的外围屏的点列图可知，该近眼显示设备在不同视场角下不同波长的成像范围均在±31μm以内，保证了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该近眼显示设备较好地校正了光学系统的像差，成像质量较优。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种近眼显示光学模组，继续参考图1，该近眼显示光学模组包括：

第一光学元件组200，第一光学元件组200包括第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230，第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230沿光轴依次排布，第一透镜210和第二透镜220形成透镜组。可选地，第一透镜210和第二透镜220相对的表面相互胶合形成胶合透镜组。

第二光学元件组300，第二光学元件组300包括中间部310和外围部320，外围部320在像面上的正投影围绕中间部310在像面上的正投影；中间部310和外围部320为透镜。

第一光学元件组200和第二光学元件组300沿光轴依次排布，第一光学元件组200和第二光学元件组300满足如下条件：

1.431<f₁/f₂<1.872；

1.037<f₃/f₄<1.159；

其中，f₁为第一透镜210和第二透镜220组成的透镜组的焦距，f₂为第三透镜230的焦距，f₃为外围部320的焦距，f₄为中间部310的焦距。

上述近眼显示设备包括该实施例中所示的近眼显示光学模组，其工作原理和工作过程相同或相似，该近眼显示光学模组具备该近眼显示设备相同或相似的有益效果，此处不再赘述。

图8是本发明实施例二提供的一种近眼显示设备的结构示意图，参考图8，在本发明的另一具体实施例中，可选第二光学元件组300位于第一光学元件组200远离拼接显示屏100的一侧；中间部310为透镜，外围部320为平面镜；第一光学元件组和第二光学元件组满足如下条件：-0.608<f₁/f₂<-0.416；-1.854<f₁/f₃<-1.5341.159；其中，f₁为中间部310的焦距，f₂为第一透镜210和第二透镜220组成的透镜组的焦距，f₃为第三透镜230的焦距。

其中，通过设置中间部310、第一透镜210和第二透镜220组成的透镜组以及第三透镜230之间的焦距比例关系，实质上限定了三者分别在整个成像光路中的作用，也即对三者的光焦度分配进行了限定，使得三者通过合理的光焦度配合能够对中间屏清晰成像的同时，还能利用第一透镜210和第二透镜220组成的透镜组和第三透镜230对外围屏清晰成像，使中间图像和外围图像产生拼接。

本发明针对此具体实施例还提供了透镜的参数设计值，如表4所示：

表4本发明实施例二中各透镜的一种设计值。

表4中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”代表第二光学元件组中间部和外围部的前表面，“S2”代表第二光学元件组中间部和外围部的后表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“Infinity”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，其中“S1”的厚度表示中间部或外围部的前表面和后表面的间距，“S2”的厚度表示中间部或外围部的后表面与第一透镜的前表面的间距，“S6”的厚度表示第三透镜的后表面与中间屏的前表面的间距，“S7”的厚度表示第三透镜的后表面与外围屏的前表面的间距；折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，z为非球面的矢高，c为顶点处的基本曲率，k为圆锥曲线常数，x为垂直光轴方向的径向坐标，a_2i为高次项系数，a_2ix²ⁱ为非球面的高次项。上述非球面透镜的非球面公式参数如表5所示：

表5非球面透镜conic系数以及非球面各阶系数

图9是本发明实施例二所示近眼显示设备的局部放大图，参考图8和图9，中间屏和外围屏的相邻边界的成像参数如表6所示：

表6本发明实施例二所示近眼显示设备的局部成像参数

根据图9所示，该实施例二中，在中间屏的边缘区域的a、b两点之间形成的图像与外围屏的边缘区域的A、B两点之间形成的图像产生交叠，A点与B点所成像的像高为700μm，由此可保证中间屏和外围屏的成像具有一定宽度的重叠区域。此外，根据表6所示，该实施例二中，位于中间屏边缘的成像和外围屏边缘的成像相互交叠的A、B、a、b四个点的视场角均在±25°范围内，保证了用户对中间视场角区域清晰度敏感的需求，并且，在小视场角内进行两个屏幕成像的拼接，也有助于降低光学成像元件的设计难度，方便实现成像拼接。此外，成像重叠的A点和a点，其视场角差为-0.008°，成像重叠的B点和b点，其视场角差异在0.098°，均小于0.098°，保证了图像重叠效果。综上，通过设置部分图像区域的重叠，以及限制重叠像素点的视场角差异上限，能够使成像区域更连贯，保证中间屏和外围屏的成像拼接效果，从而能够保证用户体验。

图10是本发明实施例二中近眼显示设备中间屏的畸变图，图11是本发明实施例二中近眼显示设备中外围屏的畸变图，图12是本发明实施例二中近眼显示设备中间屏的MTF(调制传递函数)图，图13是本发明实施例二中近眼显示设备中外围屏的MTF(调制传递函数)图，图14是本发明实施例二中近眼显示设备中外围屏的点列图。其中，图10和图11中，横坐标为畸变量，单位为百分比(percent)，纵坐标表示视场角，单位为度。根据图10和图11所示，该实施例二中的近眼显示设备，中间屏的最大畸变量(maximum distortion)为6.2360％，小于±7％，而外围屏的最大畸变量(maximum distortion)为30.5912，小于±31％，即说明该成像系统具有较优的畸变光学表现，也即本发明实施例二提供的近眼显示设备具有良好的成像效果。图12和图13为调制传递函数图，其横坐标为每毫米线对(spatial frequency in cycles per mm)，纵坐标为MTF(Modulus of the OTF)值。根据图12和图13所示，该近眼显示设备中间屏的0-0.6视场和外围屏的0.7-1.0视场中均具有较高的传递函数，即表明其在中心视场和边缘视场均能获得良好的解像能力，可以满足大视场角的解像需求。图14为点列图，其展示了不同波长(0.486μm、0.588μm和0.656μm)下11个视场位置(14.033～26.576mm)的点列分布，其均方根半径(RMS radius)逐渐增大，且最大值为38.997。换言之，通过图14所示的外围屏的点列图可知，该近眼显示设备在不同视场角下不同波长的成像范围均在±39μm以内，保证了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该近眼显示设备较好地校正了光学系统的像差，成像质量较优。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种近眼显示光学模组，继续参考图8，该近眼显示光学模组包括：

第一光学元件组200，第一光学元件组200包括第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230，第一透镜210、第二透镜220和第三透镜230沿光轴依次排布，第一透镜210和第二透镜220形成透镜组。可选地，第一透镜210和第二透镜220相对的表面相互胶合形成胶合透镜组。

第二光学元件组300，第二光学元件组300包括中间部310和外围部320，外围部320在像面上的正投影围绕中间部310在像面上的正投影；中间部310为透镜，外围部320为平面镜。

第二光学元件组300和第一光学元件组200沿光轴依次排布，第一光学元件组200和第二光学元件组300满足如下条件：

-0.608<f₁/f₂<-0.416；

-1.854<f₁/f₃<-1.5341.159；

其中，f₁为中间部310的焦距，f₂为第一透镜210和第二透镜220组成的透镜组的焦距，f₃为第三透镜230的焦距。

同样地，上述近眼显示设备包括该实施例中所示的近眼显示光学模组，其工作原理和工作过程相同或相似，该近眼显示光学模组具备该近眼显示设备相同或相似的有益效果，此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (18)

1.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：

拼接显示屏，包括中间屏和外围屏，所述外围屏在第一平面上的正投影围绕所述中间屏在所述第一平面上的正投影，所述第一平面为所述近眼显示设备的出光面；所述中间屏的分辨率高于所述外围屏的分辨率；

第一光学元件组，位于所述拼接显示屏的出光侧；

第二光学元件组，位于所述拼接显示屏的出光侧，所述第二光学元件组包括中间部和外围部，所述外围部在所述第一平面上的正投影围绕所述中间部在所述第一平面上的正投影；

所述中间屏经所述第一光学元件组和所述第二光学元件组的中间部成中间图像，所述外围屏经所述第一光学元件组和所述第二光学元件组的外围部成外围图像，且所述中间图像与所述外围图像相邻的边缘至少相接。

2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第二光学元件组的中间部和所述第二光学元件组的外围部均为透镜且焦距不同。

3.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一光学元件组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜依次排列于所述拼接显示屏的出光光路上。

4.根据权利要求3所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第二光学元件组位于所述第一光学元件组靠近或远离所述拼接显示屏的一侧。

5.根据权利要求3所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜组成透镜组。

6.根据权利要求5所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第二光学元件组位于所述第一光学元件组靠近所述拼接显示屏的一侧；所述中间部和所述外围部为透镜；

所述第一光学元件组和所述第二光学元件组满足如下条件：

1.431<f₁/f₂<1.872；

1.037<f₃/f₄<1.159；

其中，f₁为所述透镜组的焦距，f₂为所述第三透镜的焦距，f₃为所述外围部的焦距，f₄为所述中间部的焦距。

7.根据权利要求5所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第二光学元件组位于所述第一光学元件组远离所述拼接显示屏的一侧；所述中间部为透镜，所述外围部为平面镜；

所述第一光学元件组和所述第二光学元件组满足如下条件：

-0.608<f₁/f₂<-0.416；

-1.854<f₁/f₃<-1.534；

其中，f₁为所述中间部的焦距，f₂为所述透镜组的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距。

8.根据权利要求6或7任一项所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第三透镜为非球面透镜。

9.根据权利要求8所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第二光学元件组位于所述第一光学元件组靠近所述拼接显示屏的一侧，所述中间部和所述外围部为透镜时，所述外围部和所述中间部均为非球面透镜；

所述第二光学元件组位于所述第一光学元件组远离所述拼接显示屏的一侧，所述中间部为透镜，所述外围部为平面镜时，所述中间部为非球面透镜。

10.根据权利要求4所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一透镜为平凸透镜，所述第二透镜呈凹凸透镜；所述第三透镜为双凸透镜。

11.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述中间屏所成的中间图像与所述外围屏所成的外围图像的相邻边缘部分重叠，且重叠区域的像高大于或等于700um。

12.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述中间屏所成的中间图像与所述外围屏所成的外围图像的相邻边缘部分重叠；

所述中间屏包括第一像素，所述外围屏包括第二像素，所述第一像素与所述第二像素成像相同，所述第一像素和所述第二像素的视场角的差值小于或等于0.098°。

13.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述中间屏和所述外围屏在平行所述第一平面的方向上错位，在所述近眼显示设备的出光光轴方向上错位。

14.根据权利要求13所述的近眼显示设备，其特征在于，所述中间屏和所述外围屏在平行所述第一平面的方向上的间距小于或等于1mm。

15.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述中间屏的视场角小于或等于±25°。

16.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述中间屏为硅基OLED屏，所述外围屏为LCD屏。

17.一种近眼显示光学模组，其特征在于，包括：

第一光学元件组，所述第一光学元件组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿光轴依次排布，所述第一透镜和所述第二透镜组成透镜组；

第二光学元件组，所述第二光学元件组包括中间部和外围部，所述外围部在像面上的正投影围绕所述中间部在像面上的正投影；所述中间部和所述外围部为透镜；

所述第一光学元件组和所述第二光学元件组沿光轴依次排布，所述第一光学元件组和所述第二光学元件组满足如下条件：

1.431<f₁/f₂<1.872；

1.037<f₃/f₄<1.159；

其中，f₁为所述透镜组的焦距，f₂为所述第三透镜的焦距，f₃为所述外围部的焦距，f₄为所述中间部的焦距。

18.一种近眼显示光学模组，其特征在于，包括：

第一光学元件组，所述第一光学元件组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿光轴依次排布，所述第一透镜和所述第二透镜组成透镜组；

第二光学元件组，所述第二光学元件组包括中间部和外围部，所述外围部在像面上的正投影围绕所述中间部在像面上的正投影；所述中间部为透镜，所述外围部为平面镜；

所述第二光学元件组和所述第一光学元件组沿光轴依次排布，所述第一光学元件组和所述第二光学元件组满足如下条件：

-0.608<f₁/f₂<-0.416；

-1.854<f₁/f₃<-1.534；

其中，f₁为所述中间部的焦距，f₂为所述透镜组的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距。

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