CN117666150A

CN117666150A - 近眼光学系统以及头戴显示设备

Info

Publication number: CN117666150A
Application number: CN202311778738.6A
Authority: CN
Inventors: 吴健; 赵诗雨
Original assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2024-03-08

Abstract

本申请实施例提供了一种近眼光学系统以及头戴显示设备；所述近眼光学系统包括沿同一光轴设置的偏振反射器、第一镜片、相位延迟器、第二镜片、第三镜片及分光元件，其中，所述第二镜片与所述第三镜片相互胶合形成胶合镜，所述相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射器之间；所述第二镜片与所述第三镜片的胶合面的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且满足：‑115≤A≤‑2.5。本申请实施例提供的光学方案可以减少“鬼影”现象，同时可以提升成像质量。

Description

近眼光学系统以及头戴显示设备

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光学系统以及头戴显示设备。

背景技术

随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术的发展，VR设备的形态与种类日益繁多，应用领域也愈加广泛。目前的VR设备，通常将设备中的屏幕通过光学系统的传递和放大后，将输出的图像传递至人眼，人眼接收到的是屏幕经过放大后的虚像，从而通过VR设备实现大屏观看的目的。

在现有的VR光学系统中，当使用小尺寸的显示屏时，需要较强的光焦度来实现将光线弯折，但这会导致有很大的场曲出现，难以消除，并且由于光学膜材的存在，在光学膜材与空气接触处会产生“鬼影”现象，影响用户的佩戴体验。

发明内容

本申请的目的是提供一种近眼光学系统以及头戴显示设备的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种近眼光学系统。所述近眼光学系统包括沿同一光轴设置的偏振反射器、第一镜片、相位延迟器、第二镜片、第三镜片及分光元件，其中，所述第二镜片与所述第三镜片相互胶合形成胶合镜，所述相位延迟器位于所述分光元件与所述偏振反射器之间；

所述第二镜片与所述第三镜片的胶合面的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且-115≤A≤-2.5。

可选地，所述第二镜片与所述第三镜片的胶合面的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且-113.9≤A≤-3.0。

可选地，所述第二镜片与所述第三镜片的胶合面的曲率为-1.15E-02～-2.96E-04。

可选地，所述第二镜片背离所述第三镜片的表面的曲率半径为120mm～140mm。

可选地，所述第三镜片背离所述第二镜片的表面的曲率半径为-100mm～-130mm。

可选地，所述近眼光学系统还包括线偏振膜，所述线偏振膜与所述偏振反射器为层叠设置形成叠合元件，且所述偏振反射器位于所述相位延迟器与所述线偏振膜之间；所述叠合元件设于所述第一镜片的任一侧。

可选地，所述第一镜片远离所述胶合镜的表面为第一表面，所述第一表面为曲面，所述叠合元件设置于所述第一表面。

可选地，所述第一镜片靠近所述胶合镜的表面为第二表面，所述第二表面为平面，所述叠合元件设置于所述第二表面。

可选地，所述相位延迟器设置于所述第一镜片的任一表面；

或，

所述相位延迟器设置于所述第二镜片背离所述第三镜片的表面。

可选地，所述分光元件设置于所述第三镜片背离所述第二镜片的表面。

可选地，所述近眼光学系统还包括显示屏，所述显示屏设置于所述胶合镜背离所述第一镜片的一侧，所述显示屏能够发出用于成像显示的光线。

可选地，所述显示屏被配置为能够发射圆偏振光或自然光；

在所述显示屏发出的光线为自然光的情况下，所述显示屏的发光面设置有复合膜材，用以将自然光转变为圆偏振光，且所述复合膜材至少包括相位延迟片及偏振器。

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光学系统。

本申请的一个有益效果为：

根据本申请实施例提供的近眼光学系统，其为使用三片镜片式折叠光路方案，具体为通过单镜片与双胶合镜片组合搭配的方式来改变光线的传输，采用双镜片胶合的方式可以有效的减少成像中存在的“鬼影”现象，并且，将胶合镜的胶合面曲率半径与整个近眼光学系统的有效焦距比值进行约束，可以使近眼光学系统具有优秀的成像质量。

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近眼光学系统的结构示意图之一；

图2为图1示出的近眼光学系统的点阵列图；

图3为图1示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之一；

图4为图1示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之二；

图5为图1示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之三；

图6为图1示出的近眼光学系统的场曲和畸变图；

图7为图1示出的近眼光学系统的垂轴色差图；

图8为本申请实施例提供的近眼光学系统的结构示意图之二；

图9为图8示出的近眼光学系统的点阵列图；

图10为图8示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之一；

图11为图8示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之二；

图12为图8示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之三；

图13为图8示出的近眼光学系统的场曲和畸变图；

图14为图8示出的近眼光学系统的垂轴色差图；

图15为本申请实施例提供的近眼光学系统的结构示意图之三；

图16为图15示出的近眼光学系统的点阵列图；

图17为图15示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之一；

图18为图15示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之二；

图19为图15示出的近眼光学系统的调制传递函数MTF曲线图之三；

图20为图15示出的近眼光学系统的场曲和畸变图；

图21为图15示出的近眼光学系统的垂轴色差图。

附图标记说明：

1、第一镜片；11、第一表面；12、第二表面；2、第二镜片；21、第三表面；22、第四表面；23、胶合面；3、第三镜片；31、第五表面；32、第六表面；4、偏振反射器；5、相位延迟器；6、分光元件；7、线偏振膜；8、显示屏；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，对本申请实施例提供的近眼光学系统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，提供了一种近眼光学系统，所述近眼光学系统适用于可穿戴设备。所述可穿戴设备可以为头戴显示设备(Head mounted display，HMD)，例如VR显示设备。所述VR显示设备的形式例如包括VR智能眼镜或者VR智能头盔等，本申请实施例中对VR显示设备的形式不做具体限制。

本申请实施例提出的近眼光学系统，参见图1及图7，所述近眼光学系统包括沿同一光轴设置的偏振反射器4、第一镜片1、相位延迟器5、第二镜片2、第三镜片3及分光元件6，其中，所述第二镜片2与所述第三镜片3相互胶合形成胶合镜，所述相位延迟器5位于所述分光元件6与所述偏振反射器4之间；所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且-115≤A≤-2.5。

根据本申请实施例提供的近眼光学系统，在整个光学架构中引入了偏振反射器4、相位延迟器5及分光元件6等光学器件，其与单独设置的第一镜片1及相互胶合的第二镜片2和第三镜片3进行搭配，并通过对光学器件位置的合理排列，形成了基于三片镜片的折叠光路，可以使例如由显示屏出射的用于成像的光线在光路中形成折返，折叠光路的引入能够实现在减小整个近眼光学系统沿光轴方向的尺寸的同时，保证良好的成像质量。

在相关技术中，多采用两片镜片的折叠光路，当搭配使用小尺寸的显示屏时，就需要提供较强的光焦度来实现将光线弯折，但是这会导致最终形成的图像存在很大的场曲，且难以消除。并且，由于折叠光路中需要使用大量的光学膜材，在光学膜材与空气接触处会产生“鬼影”，影响用户的观看体验感。

本申请实施例提供的近眼光学系统，其为使用三片镜片式折叠光路方案，具体为单独的第一镜片1与胶合的双镜片(即第二镜片2及第三镜片3)搭配的方式来改变光线的传输，采用双镜片胶合的方式可以有效的减少成像中存在的“鬼影”现象，并且，将胶合镜的胶合面曲率半径与整个近眼光学系统的有效焦距比值约束为-115～-2.5，可以使近眼光学系统具有优秀的成像质量。

本申请实施例提供近眼光学系统，在整个视场范围内，具有成像清晰、分辨率较佳及场曲和畸变小的光学性能。

需要说明的是，本申请实施例提供的近眼光学系统中，包括但并不限于使用三片光学镜片，可以根据需要增加光学镜片的数量。

本申请上述实施例提供的近眼光学系统为一种折叠光路，具体而言，在单独设置的第一镜片1与胶合镜片之间引入了偏振反射器4、相位延迟器5及分光元件6。

其中，所述分光元件6可供一部分光线透射，另一部分光线反射。

所述分光元件6例如为半透半反射膜(BS膜)。

需要说明的是，所述分光元件6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。

其中，所述相位延迟器5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。

所述相位延迟器5例如为四分之一波片(QWP膜)。

当然，这里的所述相位延迟器5也可根据需要设置为其他相位延迟片如半波片等。

其中，所述偏振反射器4，其为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。

所述偏振反射器4例如为偏振反射膜(RP膜)。

参见图1，所述分光元件6、所述相位延迟器5及所述偏振反射器4这些光学膜材在靠近人眼01的一侧可形成折叠光路，上述的各个光学膜材的布设位置和方式较为灵活，但需要保证的是，所述相位延迟器5要介于所述分光元件6与所述偏振反射器4之间。

参见图1，本申请实施例提供的近眼光学系统，包括单独设置的第一镜片1及相互胶合的第二镜片2与第三镜片3，其中，所述第一镜片1例如位于近人眼01的一侧，在所述第一镜片1靠近人眼01的一侧设置偏振反射器4，在所述第一镜片1远离人眼01侧设置相位延迟器5，在第三镜片3远离人眼01侧设置分光元件6，同时在所述第三镜片3设置分光元件6的一侧设置用于发出成像光线的显示屏8。此时，光路传播路径如下：

用于成像的光线从一显示屏8出射且为圆偏振光，经第三镜片3一侧的分光元件6透射后光能量变为50％，这部分光线经胶合镜后，从第二镜片2的非胶合面出射后再经过相位延迟器5出射为线偏振光，该线偏振光的偏振方向与所设计的偏振反射器4的透过轴垂直，当入射到偏振反射器4后将反射回第一镜片1靠近胶合镜的表面，然后再次经过相位延迟器5后变为圆偏光，再经过胶合镜后，入射到分光元件6，25％的光线反射回胶合镜，再次经过相位延迟器5后变为线偏光，由于经过了反射，该线偏光的偏振方向将与偏振反射器4的透过轴平行，此时，光线可以透过第一镜片1进入人眼01。

在本申请的一些示例中，所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且-113.9≤A≤-3.0。

根据该示例，进一步优化了所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值范围，从而可以更好的提升成像质量。

在一个例子中，参见图1，所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径为-422.98mm，所述近眼光学系统的有效焦距EFL为29.55mm，在该例子中，曲率半径/有效焦距EFL为-14.314。

在一个例子中，参见图8，所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径为-3375.36mm，所述近眼光学系统的有效焦距EFL为29.63mm，在该例子中，曲率半径/有效焦距EFL为-113.917。

在一个例子中，参见图15，所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径为-86.64mm，所述近眼光学系统的有效焦距EFL为28.86mm，在该例子中，曲率半径/有效焦距EFL为-3.002。

更为优选的是，所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为-56.33～-12.52(包括两个端点值)。

在本申请的一些示例中，所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率为-1.15E-02～-2.96E-04。

其中，曲率为曲率半径的倒数。

所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径范围为：-3375.3592mm～-86.6362mm。

在本申请的一些示例中，参见图1、图8及图15，所述第二镜片2背离所述第三镜片3的表面的曲率半径为120mm～140mm。

在本申请的一些示例中，参见图1、图8及图15，所述第三镜片3背离所述第二镜片2的表面的曲率半径为-100～-130mm。

参见图1、图8及图15，该三幅图分别示出了三种近眼光学系统，不同之处在于光学参数不同，但是，其中的第二镜片2背离第三镜片3的表面的光焦度为正，而所述第三镜片3背离所述第二镜片2的表面的光焦度为负。本申请中，采用了双镜片胶合的方式减少“鬼影”，通过合理分配光焦度提升用户佩戴后视觉的舒适度。

在本申请的一些示例中，参见图1、图8及图15，所述近眼光学系统还包括线偏振膜7，所述线偏振膜7与所述偏振反射器4为层叠设置形成叠合元件，且所述偏振反射器4位于所述相位延迟器5与所述线偏振膜7之间；所述叠合元件设于所述第一镜片1的任一侧。

在本申请中，在所述偏振反射器4背离所述相位延迟器5的一侧可以引入线偏振膜7，光线经过所述偏振反射器4之后，一部分光会发生反射，还有一部分光会发生透射，此时，所述线偏振膜7可用于将透过所述偏振反射器4的光更加纯粹的射入人眼01，避免产生杂散光等不良现象。

其中，所述线偏振膜7与所述偏振反射器4形成叠合元件，可以简化装配流程，一次装配可以放入两个光学膜材。

除了上述的线偏振膜7之外，还可以在所述偏振反射器4背离所述相位延迟器5的一侧引入偏光膜(POL)。所述偏光膜的引入可以降低杂散光，其对于提高最终的成像质量是有利的。

当然，还可以在光路中的合适位置引入抗反射膜又可称之为增透膜(AR膜)，为一种能减低反射，使光线完全透过的一种高透光学膜。

在本申请的一些示例中，所述第一镜片1远离所述胶合镜的表面为第一表面11，所述第一表面11可以设计为曲面，所述叠合元件设置于所述第一表面11。

其中，所述叠合元件可以由所述线偏振膜7及偏振反射器4层叠设置组成。

根据该示例，所述线偏振膜7与所述偏振反射器4可以贴设在曲面上，实现在所述第一表面11完成光线的翻转。

在本申请的一些示例中，所述第一镜片1靠近所述胶合镜的表面为第二表面12，所述第二表面12可以设计为平面，所述叠合元件设置于所述第二表面12。

根据该示例，考虑工艺的因素，也可以将所述偏振反射器4和所述线偏振膜7平贴到所述第二表面12，实现在所述第二表面12完成光线的翻转。平贴工艺更加简单、容易实现，可以降低生产难度。

此外，将所述偏振反射器4与所述线偏振膜7设置在所述第一镜片1的表面的设计，可以省去在光路中额外引入支撑元件，可以简化光路设计。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述相位延迟器5设置于所述第一镜片1的任一表面，或，所述相位延迟器5设置于所述第二镜片2背离所述第三镜片3的表面。

在本申请实施例提供的光学方案中，考虑工艺的实现性，可以采用相位延迟器5(QWP膜)平贴结构。例如，将所述相位延迟器5贴设在所述第一镜片1靠近所述胶合镜的表面(图1中的第二表面12)，该表面可以为平面。

此外，随着工艺提升，可替代的方案为，曲贴相位延迟器5(QWP膜)。例如，可以将所述相位延迟器5贴设在所述第一镜片1远离所述胶合镜的表面(图1中的第一表面11)，或将所述相位延迟器5贴设在所述第二镜片2靠近所述第一镜片1的表面(图1中的第三表面21)。

根据该示例，在整个光学结构中无需引入平板支撑件来支撑相位延迟器5，可以简化光学构架。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述分光元件6设置于所述第三镜片3背离所述第二镜片2的表面。

根据该示例，在整个光学结构中无需引入平板支撑件来支撑分光元件6，可以简化光学构架。

其中，所述分光元件6例如可以通过贴附或镀附的方式设置在所述第三镜片3背离所述胶合面23的表面上，参见图1。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述近眼光学系统，还包括显示屏8，所述显示屏8设置于所述胶合镜背离所述第一镜片1的一侧，所述显示屏8能够发出用于成像显示的光线。

其中，所述显示屏8可以是LCD、LED、OLED、Micro-OLED、ULED等自发光式屏幕，或者DMD等反射式屏幕。

其中，在所述显示屏8的发光面上例如可以设置屏幕保护元件。

其中，所述显示屏8例如可以发出RGB光线，以形成彩色图像。

在本申请的一些示例中，所述显示屏8被配置为能够发射圆偏振光或自然光。在所述显示屏8发出的光线为自然光的情况下，所述显示屏8的发光面设置有复合膜材，用以将自然光转变为圆偏振光，且所述复合膜材至少包括相位延迟片及偏振器。

当所述显示屏8发出的是自然光时，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再射入左侧的各光学元件中，最终经所述第一镜片1出射的光线打入人眼01进行成像。

其中，将相位延迟片与偏振器组成复合膜材并贴装在所述显示屏8的发光面上，这样可以降低装配难度，且实现一次装配可以同时放入两个光学元件。

其中，所述偏振器的透过轴方向可以沿水平方向、竖直方向或其他任一方向。所述相位延迟片例如为四分之一波片，可实现线偏振光转化为圆偏振光及圆偏振光转化为线偏振光。

具体地，所述显示屏8的发光面上设置的相位延迟片的快轴或慢轴方向与所述线偏振片的透过轴方向夹角为45°。

在本申请实施例提供的近眼光学系统中，所述显示屏8尺寸可以设计为2.5英寸。本申请实施例提供的近眼光学系统，可以搭配使用较小尺寸的屏幕，且最终成像的质量较佳。较小尺寸的显示屏可以进一步降低系统重量，提升用户的佩戴舒适性。

根据本申请实施例提供的近眼光学系统，其中可以采用三个镜片，也即图1、图8及图15中示出的第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3。其中，所述第一镜片1的中心厚度例如约为4mm，所述第二镜片2与所述第三镜片3胶合形成的胶合镜的中心厚度例如约为14.5mm。整个近眼光学系统的总长约23.1mm，其中三个镜片的材质例如为APEL和K26R。

对于所述第一镜片1，包括两个表面，分别为靠近人眼01的第一表面11，及远离人眼01的第二表面12。对所述第二镜片2，包括靠近人眼01的第三表面21及与第三镜片3胶合的第四表面22。对于所述第三镜片3而言，包括与第四表面22胶合的第五表面31及远离人眼01的第六表面32，其中，所述第三表面22与所述第四表面31胶合在一起形成胶合面23。

以下通过实施例1到实施例3对本申请实施例提供的近眼光学系统的光学性能进行说明。

实施例1

参见图1，图1示出了本实施例1提供的近眼光学系统，所述近眼光学系统包括沿同一光轴依次设置的线偏振膜7、偏振反射器4、第一镜片1、相位延迟器5、第二镜片2、第三镜片3、分光元件6及显示屏8，其中，所述第二镜片2与所述第三镜片3相互胶合形成胶合镜；

所述线偏振膜7与所述偏振反射器4为层叠设置形成叠合元件，所述叠合元件设于所述第一镜片1的第一表面11；所述相位延迟器5设置于所述第一镜片1的第二表面12；所述分光元件6设置于所述第三镜片3的第六表面32；

所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径为-422.98mm，所述近眼光学系统的有效焦距EFL为29.55mm，曲率半径/有效焦距EFL为-14.314。

下表1示出了本实施例1的近眼光学系统的具体光学参数。

表1

以下分别通过点阵列图、MTF曲线图、场曲和畸变，以及垂轴色差展示本实施例1提供的近眼光学系统的光学性能。

需要说明的是，点列图是指由一点发出的许多光线经光学系统后，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，其主要用于评价所述投影光学系统的成像质量。

针对图1示出的近眼光学系统，参见图2，整个视场下，spot size值小于5μm，这表明成像清晰。

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系统的成像清晰度。

针对图1示出的近眼光学系统的D光的MTF表现为：

参见图3，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.50，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图1示出的近眼光学系统的F光的MTF表现为：

参见图4，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.20，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图1示出的近眼光学系统的C光的MTF表现为：

参见图5，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.20，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图3至图5，需要说明的是，根据可见光的波段，分为D光、F光及C光；其中，D光的波长在500nm左右，F光的波长在400nm左右，C光的波长在600nm左右，D光是最适应人眼01的光。

针对图1示出的近眼显示系统，场曲和畸变反应的是不同视场的清晰成像面位置的差异，由图6可知，场曲最大不超过0.08mm，畸变不大于30％。

针对图1示出的近眼显示系统，色差反应的是不同视场的不同波长的光在像面成像位置的差异，该近眼光学系统的色差如图7所示，最大视场色差小于230um。

实施例2

本实施例2示出的近眼光学系统，参见图8，其与上述实施例1示出的近眼光学系统不同之处在于：所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径为-3375.36mm，所述近眼光学系统的有效焦距EFL为29.63mm，在该例子中，曲率半径/有效焦距EFL为-113.917。表2示出了近眼光学系统的具体光学参数，具体如下。

表2

以下分别通过点阵列图、MTF曲线图、场曲和畸变，以及垂轴色差展示本实施例2提供的近眼光学系统的光学性能。

针对图8示出的近眼光学系统，参见图9，整个视场下，spot size小于9μm，这表明成像清晰。

针对图8示出的近眼光学系统的D光的MTF表现为：

参见图10，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.10，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图8示出的近眼光学系统的F光的MTF表现为：

参见图11，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.10，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图8示出的近眼光学系统的C光的MTF表现为：

参见图12，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.10，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图10至图12，需要说明的是，根据可见光的波段，分为D光、F光及C光；其中，D光的波长在500nm左右，F光的波长在400nm左右，C光的波长在600nm左右，D光是最适应人眼01的光。

针对图8示出的近眼显示系统，场曲和畸变反应的是不同视场的清晰成像面位置的差异，由图13可知，场曲最大不超过0.16mm，畸变不大于30％。

针对图8示出的近眼显示系统，色差反应的是不同视场的不同波长的光在像面成像位置的差异，该近眼光学系统的色差如图14所示，最大视场色差小于220um。

实施例3

本实施例3示出的近眼光学系统，参见图15，其与前述的实施例1示出的近眼光学系统不同之处在于：所述第二镜片2与所述第三镜片3的胶合面23的曲率半径为-86.64，所述近眼光学系统的有效焦距EFL为28.86mm，在该例子中，曲率半径/有效焦距EFL为-3.002。

表3示出了近眼光学系统的具体光学参数，具体如下。

表3

以下分别通过点阵列图、MTF曲线图、场曲和畸变，以及垂轴色差展示本实施例3提供的近眼光学系统的光学性能。

针对图15示出的近眼光学系统，参见图16，整个视场下，spot size小于11μm，这表明成像清晰。

针对图15示出的近眼光学系统的D光的MTF表现为：

参见图17，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.30，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图15示出的近眼光学系统的F光的MTF表现为：

参见图18，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.20，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图15示出的近眼光学系统的C光的MTF表现为：

参见图19，可以看出在80lp/mm对处，MTF值高于0.10，这表明该近眼光学系统具有良好的分辨率。

针对图17至图19，需要说明的是，根据可见光的波段，分为D光、F光及C光；其中，D光的波长在500nm左右，F光的波长在400nm左右，C光的波长在600nm左右，D光是最适应人眼01的光。

针对图15示出的近眼显示系统，场曲和畸变反应的是不同视场的清晰成像面位置的差异，由图20可知，场曲最大不超过0.12mm，畸变不大于30％。

针对图15示出的近眼显示系统，色差反应的是不同视场的不同波长的光在像面成像位置的差异，该近眼光学系统的色差如图21所示，最大视场色差小于245m。

根据本申请的另一个实施例，提供了一种头戴显示设备。

所述头戴显示设备包括外壳以及如上述所述的近眼光学系统。

所述头戴显示设备包括VR智能眼镜或者VR智能头盔等，本申请实施例中对此不做限制。

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光学系统各实施例，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

1.一种近眼光学系统，其特征在于，包括沿同一光轴设置的偏振反射器(4)、第一镜片(1)、相位延迟器(5)、第二镜片(2)、第三镜片(3)及分光元件(6)，其中，所述第二镜片(2)与所述第三镜片(3)相互胶合形成胶合镜，所述相位延迟器(5)位于所述分光元件(6)与所述偏振反射器(4)之间；

所述第二镜片(2)与所述第三镜片(3)的胶合面(23)的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且-115≤A≤-2.5。

2.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述第二镜片(2)与所述第三镜片(3)的胶合面(23)的曲率半径与所述近眼光学系统的有效焦距EFL的比值为A，且-113.9≤A≤-3.0。

3.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述第二镜片(2)与所述第三镜片(3)的胶合面(23)的曲率为-1.15E-02～-2.96E-04。

4.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述第二镜片(2)背离所述第三镜片(3)的表面的曲率半径为120mm～140mm。

5.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述第三镜片(3)背离所述第二镜片(2)的表面的曲率半径为-100mm～-130mm。

6.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述近眼光学系统还包括线偏振膜(7)，所述线偏振膜(7)与所述偏振反射器(4)为层叠设置形成叠合元件，且所述偏振反射器(4)位于所述相位延迟器(5)与所述线偏振膜(7)之间；

所述叠合元件设于所述第一镜片(1)的任一侧。

7.根据权利要求6所述的近眼光学系统，其特征在于，所述第一镜片(1)远离所述胶合镜的表面为第一表面(11)，所述第一表面(11)为曲面，所述叠合元件设置于所述第一表面(11)。

8.根据权利要求6所述的近眼光学系统，其特征在于，所述第一镜片(1)靠近所述胶合镜的表面为第二表面(12)，所述第二表面(12)为平面，所述叠合元件设置于所述第二表面(12)。

9.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述相位延迟器(5)设置于所述第一镜片(1)的任一表面；

或，

所述相位延迟器(5)设置于所述第二镜片(2)背离所述第三镜片(3)的表面。

10.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其特征在于，所述分光元件(6)设置于所述第三镜片(3)背离所述第二镜片(2)的表面。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的近眼光学系统，其特征在于，所述近眼光学系统还包括显示屏(8)，所述显示屏(8)设置于所述胶合镜背离所述第一镜片(1)的一侧，所述显示屏(8)能够发出用于成像显示的光线。

12.根据权利要求11所述的近眼光学系统，其特征在于，所述显示屏(8)被配置为能够发射圆偏振光或自然光；

在所述显示屏(8)发出的光线为自然光的情况下，所述显示屏(8)的发光面设置有复合膜材，用以将自然光转变为圆偏振光，且所述复合膜材至少包括相位延迟片及偏振器。

13.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

外壳；以及

如权利要求1-12中任一项所述的近眼光学系统。