CN217846781U - 光学模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种光学模组以及头戴显示设备；所述光学模组包括第一透镜及第二透镜，所述第一透镜包括第一表面和第二表面，所述第二透镜包括第三表面和第四表面，所述第二表面与所述第三表面为相邻设置；所述光学模组还包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，所述分光元件位于所述第一表面的一侧，所述第一相位延迟器与所述偏振反射元件位于所述第二透镜的任一侧；其中，所述第一透镜被配置为能够朝向远离所述第二透镜的方向发生平移，且可移动的距离为0.05mm～0.3mm。本实用新型实施例提供的方案，根据不同的成像视场可以具有不同的解像力，也即可兼容不同应用场景下不同的成像视场。

Description

光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本实用新型实施例涉及近眼显示成像技术领域，更具体地，本实用新型实施例涉及一种光学模组以及头戴显示设备。

背景技术

近年来，增强现实(Augmented Reality，AR)技术及虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术等在例如头戴显示设备中得到了应用并快速发展。增强现实技术和虚拟现实技术的核心部件均是光学模组。

不同的应用场景对光学模组的要求是不同的。例如，针对游戏等应用场景，其对沉浸感要求高，这就需要光学模组拥有较大的视场角，此时光学模组可以对图像的解像力不高。在其他的一些应用场景下，可能会要求光学模组在较小的视场内拥有高的解像力，这就需要光学模组在一定视场内MTF要高，但是现有的光学设计方案均无法同时满足上述两种不同应用场景的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于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，本实用新型提供了一种光学模组，所述光学模组包括第一透镜及第二透镜，所述第一透镜包括第一表面和第二表面，所述第二透镜包括第三表面和第四表面，所述第二表面与所述第三表面为相邻设置；

所述光学模组还包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，所述分光元件位于所述第一表面的一侧，所述第一相位延迟器与所述偏振反射元件位于所述第二透镜的任一侧；

其中，所述第一透镜被配置为能够朝向远离所述第二透镜的方向发生平移，且可移动的距离为0.05mm～0.3mm。

可选地，所述光学模组还包括遮光元件，所述遮光元件位于所述第四表面的一侧，所述遮光元件用于调整成像的视场范围。

可选地，所述遮光元件包括环状的遮光部和位于所述遮光部内的圆形通光部；

其中，所述遮光部用于遮挡住所述第二透镜的边缘部分，所述遮光部的直径为所述第二透镜的最大口径，所述圆形通光部的通光口径为15mm～30mm。

可选地，所述第一透镜向远离所述第二透镜的方向平移0.05mm～0.3mm时，所述光学模组的焦距变化量为＜0.2mm，所述光学模组的成像的位置变化量为＜200mm。

可选地，所述第一透镜的中心厚度T₁为3mm＜T₁＜8mm，所述第一表面和所述第二表面均为非球面；

所述第二透镜的中心厚度T₂为3mm＜T₂＜6mm，所述第三表面为平面或者非球面，所述第四表面为非球面。

可选地，所述第一相位延迟器和所述偏振反射元件依次设置在所述第二表面与所述第三表面之间。

可选地，所述光学模组还包括偏光元件，所述偏光元件位于所述偏振反射元件与所述第三表面之间。

可选地，所述偏光元件、所述偏振反射元件及所述第一相位延迟器为层叠设置形成膜层结构，并贴设于所述第三表面，其中，所述偏光元件与所述第三表面连接。

可选地，所述分光元件的反射率为47％至53％。

可选地，所述光学模组还包括显示器，所述显示器的出光面被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示器的出光面发射的光线为线偏振光时，在所述显示器的出光面与所述第一透镜的第一表面之间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，所述分光元件贴装在所述第一表面；或者，

所述分光元件设置在所述显示器的出光面与所述第一表面之间。

第二方面，本实用新型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。

根据本实用新型的实施例，提供了一种折叠光路方案，在光路结构中通过合理移动第一透镜相对于第二透镜的位置，使得第一透镜与第二透镜之间的距离可以进行调整，这样，光学模组在不同的视场下可以兼具不同的解像力。这一设计使得整个光学模组可以满足不同成像视场的需求，也即使得整个光学模组的可以实现兼容不同应用场景下不同的成像视场，且在不同的成像视场中均能获较佳的成像质量。

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为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的光学模组的局部结构示意图；

图3为图1示出的光学模组的点阵列的示意图；

图4为图1示出的光学模组的MTF曲线图；

图5为图1示出的光学模组的场曲畸变图；

图6为图1示出的光学模组的垂轴色差图；

图7为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之二；

图8为图7中的遮光元件的结构示意图；

图9为图7示出的光学模组的点阵列的示意图；

图10为图7示出的光学模组的MTF曲线图；

图11为图7示出的光学模组的场曲畸变图；

图12为图7示出的光学模组的垂轴色差图；

图13为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之三；

图14为图13示出的光学模组的点阵列的示意图；

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；

图18为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之四；

图19为图18示出的光学模组的点阵列的示意图；

图20为图18示出的光学模组的MTF曲线图；

图21为图18示出的光学模组的场曲畸变图；

图22为图18示出的光学模组的垂轴色差图；

图23为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之五；

图24为图23示出的光学模组的点阵列的示意图；

图25为图23示出的光学模组的MTF曲线图；

图26为图23示出的光学模组的场曲畸变图；

图27为图23示出的光学模组的垂轴色差图；

图28为本实用新型实施例提供的光学模组的结构示意图之六；

图29为图28示出的光学模组的点阵列的示意图；

图30为图28示出的光学模组的MTF曲线图；

图31为图28示出的光学模组的场曲畸变图；

图32为图28示出的光学模组的垂轴色差图。

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、遮光元件；31、遮光部；32、圆形通光部；40、分光元件；50、第一相位延迟器；60、偏振反射元件；70、偏光元件；80、显示器；81、保护玻璃；90、抗反射膜；01、人眼。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型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实用新型的范围。

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，决不作为对本实用新型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1至图32对本实用新型实施例提供的光学模组以及头戴显示设备进行详细地描述。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种光学模组，该光学模组为一种折叠光路光学结构设计，其可以包含2个光学镜片，可适合应用于头戴显示设备(Headmounted display，HMD)。例如，VR头戴设备，如可以包括VR眼镜或者VR头盔等，本实用新型实施例对此不做具体限制。

本实用新型实施例提供了一种光学模组，如图1、图2、图7、图13、图18、图23及图28所示，所述光学模组包括第一透镜10及第二透镜20，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22，其中，所述第二表面12与所述第三表面21为相邻设置；

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，所述分光元件40位于所述第一表面11的一侧，所述第一相位延迟器50与所述偏振反射元件60位于所述第二透镜20的任一侧；

其中，所述第一透镜10被配置为能够朝向远离所述第二透镜20的方向发生平移，且可移动的距离为0.05mm～0.3mm。

在本实用新型实施例提供的光学模组中，第一透镜10的位置并非是固定不动的，其被设计为在光学模组中可以相对于第二透镜20发生远离第二透镜20方向的平移运动。这样，可以通过调整第一透镜10相对于第二透镜20的距离，使光学模组可以在不同的成像视场下具有不同的解像力，也即可以兼容不同应用场景下不同的成像视场。

需要说明的是，在本实用新型实施例提供的光学模组中，第一透镜10与第二透镜20之间本身是具有一定的空气间隔的，该空气间隔尺寸例如可以设置为0.7mm，具体可以根据需要进行调整，可参见下文中的表1～表3，也即，第二表面12与第三表面21之间的固定间隔为0.7mm。

如图1所示，本实用新型的实施例中，设计第一透镜10可以相对于第二透镜20发生向右侧的移动(即向远离第二透镜20的方向移动)，可以使得光学模组在相应的成像视场下具有相匹配的解像力。其中，第一透镜10相对于第二透镜20发生右移的距离应当控制在一定的范围之内，即在保持二者之间具有适当空气间隔(如，0.7mm)的基础上，向右侧移动的距离可以控制为0.05mm～0.3mm。

也就是说，在保持第一透镜10与第二透镜20之间具有一定的空气间隔的情况下，可以控制第一透镜10向远离第二透镜20的一侧进行平移，将可以移动的距离控制为0.05mm～0.3mm。

此外，移动第一透镜10的方式例如可以通过驱动机构，本领域技术人员可根据需要灵活设计，本实用新型实施例中对此不作限制。

本实用新型实施例提供的光学模组，不仅包括有透镜组，还包括有如上述的分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60。

其中，分光元件40例如为薄膜状结构。

分光元件40例如可以位于第一透镜10入光的一侧，也即位于第一透镜10的第一表面11一侧。当然，分光元件40也可以被直接贴装在第一透镜10的第一表面11上。本领域技术人员可以根据需要灵活调整分光元件40的具体设置位置。

其中，第一相位延迟器50可用于改变折叠光路结构中光线的偏振状态。例如，能够将线偏振光转化为圆偏振光，又或者将圆偏振光转化为线偏振光。

其中，偏振反射元件60可用于透过P偏振光反射S偏振光；或者，偏振反射元件60可用于透过S偏振光反射P偏振光。

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。

第一相位延迟器50和偏振反射元件60均可以为薄膜状结构。

第一相位延迟器50和偏振反射元件60例如可以设置在第二透镜20的任一侧。当然，第一相位延迟器50和偏振反射元件60也可以在第二透镜20的任一表面上。本领域技术人员可以根据需要灵活调整第一相位延迟器50和偏振反射元件60的具体设置位置。

此外，第一相位延迟器50和偏振反射元件60二者可以贴设在一起，二者也可以呈间隔设置，本实用新型实施例中对此不作具体限制。

本实用新型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、图7、图13、图18、图23及图28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。

根据本实用新型的实施例，提供了一种折叠光路方案，在光路结构中通过合理移动第一透镜10相对于第二透镜20的位置，使得第一透镜10与第二透镜20之间的距离可以进行调整，这样，光学模组在不同的视场下可以兼具不同的解像力。这一设计使得整个光学模组可以满足不同成像视场的需求，也即使得整个光学模组的可以实现兼容不同应用场景下不同的成像视场，且在不同的成像视场中均能获较佳的成像质量。

在本申请的一些示例中，如图7和图8所示，所述光学模组还包括遮光元件30，所述遮光元件30位于所述第四表面22的一侧，所述遮光元件30用于调整成像的视场范围。

当在第二透镜20的第四表面22的一侧设置遮光元件30之后，遮光元件30可以改变成像的视场大小，例如使得视场角度变小，此时，对于光学模组的解像力就提出了更高的要求。

本实用新型的实施例中通过合理调整第一透镜10相对于第二透镜20的距离，可以满足在成像视场角较小的情况下提升解像力。

需要说明的是，在一些应用场景下，对于光学模组的要求是视场角较小，同时具有较高的解像力，形成的图像清晰且画质较高。本实用新型的方案中可以借助上述的遮光元件30来实现光学模组的成像视场范围减小，同时通过移动第一透镜10相对于第二透镜20的距离，也即调整这两个透镜之间的距离来在较小的成像视场下提升解像力。

以文字阅读应用场景为例进行说明，其需要使光学模组成像的视场范围较小，如视场角度为60°。此时，如图7所示，可以在光学模组的出光一侧，即第二透镜20的第四表面22一侧安装一个固定尺寸的遮光元件30，配合调整第一透镜10相对于第二透镜20的距离，可以在较小视场内拥有高的解像力。

当然，如果是在游戏等应用场景下，需要沉浸感较高，对于光学模组就需要具有较大的视场，如视场角度可以达到110°，在此基础上可以不设置上述的遮光元件30，以此保证成像的视场范围较大，此时也可以根据需要移动第一透镜10，以使在较大的成像视场下具有合适的解像力。

在本实用新型的一些示例中，请继续如图8所示，所述遮光元件30包括环状的遮光部31和位于所述遮光部31内的圆形通光部32；

其中，所述遮光部31用于遮挡住所述第二透镜20的边缘部分，所述遮光部31的直径为所述第二透镜20的最大口径，所述圆形通光部32的通光口径为15mm～30mm。

遮光元件30例如为遮光环，其可以与第二透镜20相适配。可以将其设置在第二透镜20的第四表面22的一侧。其中的遮光部31可以遮挡住透过第二透镜20边缘区域的光线射出。其中的圆形通光部32则可以供光线透过，而透过的光线可以进入人眼01中显示图像。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据需要灵活调整圆形通光部32的直径尺寸范围。

在上述的通光口径范围之内，配合对第一透镜10的位置调整，不仅可以很好地控制成像的视场范围，还可以使光线在人眼01中清晰成像，保证光学模组可以在较小视场内拥有高的解像力。

例如，遮光部31的直径是54mm，圆形通光部32的直径为20mm，当将遮光元件30设置于第二透镜20的第四表面22的一侧时，可以将第一透镜10向远离第二透镜20的一侧移动0.2mm，如此设计可以在较小的视场下改善成像的解析力。

本实用新型实施例提供的光学模组，既可以实现大视场下成像，还可以通过遮光元件30改变成像视场的范围，使成像视场范围缩小，并使得光学模组在较小视场内拥有高的解像力。本申请实施例的光学模组可以根据不同的成像视场调整解像力，以适应不同场景的需要。

在本实用新型的一些示例中，所述第一透镜10向远离所述第二透镜20的方向平移0.05mm～0.3mm时，所述光学模组的焦距变化量为＜0.2mm，所述光学模组形成的图像的位置变化量为＜200mm。

本实用新型实施例提供的光学方案，其在不同的应用场景下(如大视场和小视场)，使用者观看到的图像(虚像)位置近似是不变的，例如均为1.6m。其中，焦距变化量为<0.2mm，图像的位置变化量为＜200mm。

例如，本申请实施例的光学模组，在大视场的游戏应用场景下焦距为22.05mm，在较小视场的办公应用场景下焦距为22.14mm，从这两个参数对比可以看出，焦距变化量较小，其对成像位置(即虚像位置)的影响小。在该例子中，虚像位置变化量为80mm。

在本实用新型的一些示例中，所述第一透镜10的中心厚度T₁为3mm＜T₁＜8mm，所述第一表面11和所述第二表面12均为非球面；

所述第二透镜20的中心厚度T₂为3mm＜T₂＜6mm，所述第三表面21为平面或者非球面，所述第四表面22为非球面。

其中，第一透镜10和第二透镜20的光焦度均为正。

例如，第一透镜10的光焦度

满足：

例如，第二透镜20的光焦度

满足：

例如，可以分别在第一表面11和第二表面12上贴装抗反射膜。

在本实用新型的实施例中，第一透镜10设计位于整个光学模组入光的一侧。入射的光线可以透过第一透镜10，并在第一透镜10的不同表面上经折转后射入第二透镜20。其中，在第一透镜10的第二表面12或一侧设置还可以抗反射膜。如此，在第一透镜10的两侧分别设置分光元件40和抗反射膜。

可选的是，如图2所示，在第二透镜20的两侧可以分别设置抗反射膜，这使得光线可以尽可能完整的射入人眼01中显示图像。

在本实用新型的一些示例中，所述第一透镜10及所述第二透镜20的折射率n为：1.4＜n＜1.7；所述第一透镜10及所述第二透镜20的色散系数v为：20＜v＜75。

例如，第一透镜10的折射率n₁为1.54，色散系数v₁为56.3；第二透镜20的折射率n₂为1.54，色散系数v₂为55.7。

在本实用新型的一些示例中，如图1及图2所示，所述第一相位延迟器50和所述偏振反射元件60可以依次设置在所述第二表面12与所述第三表面21之间。

其中，第一相位延迟器50例如为四分之一波片。

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。

第一相位延迟器50和偏振反射元件60例如均可以为薄膜状结构，二者可以贴合在一起。

例如，第一相位延迟器50和偏振反射元件60贴合在一起，并设置在第二透镜20的第三表面21与第一透镜10的第二表面12之间的合适位置；或者，使第一相位延迟器50和偏振反射元件60贴合在一起，并设置在靠近第二透镜20的第三表面21的合适位置处。

当然，第一相位延迟器50和偏振反射元件60二者也可以直接贴设在第二透镜20的第三表面21。

此外，第一相位延迟器50可以设置在第二透镜20的第三表面21的一侧，偏振反射元件60可以设置在第二透镜20的第四表面22的一侧。第一相位延迟器50和偏振反射元件60在光路结构中可以呈间隔设置。

本领域技术人员可以根据需要对第一相位延迟器50和偏振反射元件60的位置进行合理的调整。

在本实用新型的一些示例中，如图2所示，所述光学模组还包括偏光元件70，所述偏光元件70可以位于所述偏振反射元件60与所述第三表面21之间。

其中，偏光元件70例如为偏光膜，可以用以减少杂散光。

在本实用新型的一些示例中，所述偏光元件70、所述偏振反射元件60及所述第一相位延迟器50为层叠设置形成膜层结构，并贴设于所述第三表面21，其中，所述偏光元件70与所述第三表面21连接。

可选的是，该复合膜层的第一相位延迟器50上还可以贴装抗反射膜90。

同时，还可以在第二透镜20的第四表面22上也设置有抗反射膜。

在本实用新型的一些示例中，所述分光元件40的反射率为47％至53％。

例如，分光元件40可以为半透半反射膜。

在本实用新型的一些示例中，如图1、图7、图13、图18、图23及图28所示，所述光学模组还包括显示器80，所述显示器80的出光面被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示器80的出光面发射的光线为线偏振光时，在所述显示器80的出光面与所述第一透镜10的第一表面11之间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。

本实用新型的实施例中，光学模组可以包括显示器80，该显示器80的出光面设置有保护玻璃81，该显示器80的出光面可以朝向第一透镜10发出光线。

本实用新型的实施例中，第二相位延迟器例如可以为相位延迟器。其可以设置在显示器80的出光面上，或者设置在显示器80与第一透镜10之间合适的位置处，或者可以设置在靠近显示器80的出光面的合适位置处。

在本实用新型的一些示例中，所述分光元件40贴装在所述第一表面11；或者，所述分光元件40设置在所述显示器80的出光面与所述第一表面11之间。

同时，还可以在第一透镜10的第二表面12上设置抗反射膜。

根据本实用新型实施例提供的光学模组，光线的传播过程如下：

如图1所示，显示器80发出圆偏振光，经过显示器80出光面的保护玻璃81、第一透镜10透射，经过第三表面21的第一相位延迟器50变为线偏振光(S光)，经过偏振反射元件60反射，经过第一相位延迟器50变成圆偏振光，经过第二表面12透射，经过第一表面11反射，经过第二表面12透射，经过第三表面21的相位延迟器变成线偏振光(P光)，经过第二透镜20透射，最终将光线打入人眼01。

以下通过三个实施例对本实用新型实施例提供的光学模组进行说明。

实施例1

本实用新型实施例1提供的光学模组，如图1所示，所述光学模组包括第一透镜10及第二透镜20，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22，所述第二表面12与所述第三表面21为相邻设置；

所述光学模组还包括分光元件40、第一相位延迟器50、偏振反射元件60，还可以包括遮光元件30，所述分光元件40位于所述第一表面11的一侧，所述第一相位延迟器50与所述偏振反射元件60位于所述第二透镜20的任一侧，若设置有遮光元件30时，所述遮光元件30位于所述第四表面22的一侧，所述遮光元件30可用于调整成像的视场范围；

其中，所述第一透镜10被配置为能够朝向远离所述第二透镜20的方向发生平移，且移动的距离为0.2mm。

在本实施例1提供的光学模组中，第一透镜10及第二透镜20的光学参数具体可如下表1。

表1

当所述光学模组应用于游戏场景，可以不设置遮光元件，成像视场角为110°，沉浸感强，此时，光学模组如图1所示，第一透镜10的第二表面12与第二透镜20的第三表面21之间保持空气间隔为0.7mm。

针对图1示出的光学模组，如图3～图6所示：图3是光学模组的点列图示意图，图4是光学模组的MTF曲线图，图5是光学模组的场曲畸变图，图6是光学模组的垂轴色差图。

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，可于评价光学模组的成像质量。如图3所示，所有视场的点列图RMS半径相差不大，最大差异小于4.5μm，且最大的RMS半径小于15.5μm。

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MTF在60lp/mm下>0.3，成像清晰。

场曲畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，如图5所示，场曲最大发生在0.65视场附近，最大值小于0.3mm，畸变反应的是成像发生的形变状况，畸变最大发生在1视场，最大值小于45％。

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6所示，最大色散为系统的1视场位置，光学模组的最大色差值小于290μm。

如图7所示，图7示出的光学模组可应用于文字阅读场景，其成像的视场角为60°，在第四表面22的一侧设置有遮光元件30，该遮光元件30的遮光部31的直径为54mm，圆形通光部的直径为20mm，此时，第一透镜10需要向右移动0.2mm，可以改善成像的解析力。

针对图7示出的光学模组，如图9～图12所示：图9是光学模组的点列图示意图，图10是光学模组的MTF曲线图，图11是光学模组的场曲畸变图，图12是光学模组的垂轴色差图。

如图9所示，所有视场的点列图RMS半径相差不大，最大差异小于1μm，且最大的RMS半径小于7.5μm。

如图10所示，MTF在60lp/mm下>0.5，高清成像。

如图11所示，场曲最大值小于0.02mm，畸变最大值小于12％。

如图12所示，光学模组的最大色差值小于136μm。

实施例1中，在上述的两种应用场景下，使用者观看到的虚像位置几乎是不变，均为1.6m，焦距变化量为<0.1mm。其中游戏应用场景焦距为22.05mm，文字阅读场景焦距为22.14mm。对比可见：焦距变化量小，对虚像位置影响小，本实施例1中虚像位置变化量为80mm。

实施例2

本实用新型实施例2提供的光学模组，如图13所示，所述光学模组包括第一透镜10及第二透镜20，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22，所述第二表面12与所述第三表面21为相邻设置；

所述光学模组还包括分光元件40、第一相位延迟器50、偏振反射元件60，还可以包括遮光元件30，所述分光元件40位于所述第一表面11的一侧，所述第一相位延迟器50与所述偏振反射元件60位于所述第二透镜20的任一侧，若设置有遮光元件30时，所述遮光元件30位于所述第四表面22的一侧，所述遮光元件30可用于调整成像的视场范围；

其中，所述第一透镜10被配置为能够朝向远离所述第二透镜20的方向发生平移，且移动的距离为0.05mm。

在本实施例2提供的光学模组中，第一透镜10及第二透镜20的光学参数具体可如下表2。

表2

当所述光学模组应用于游戏场景，可以不设置遮光元件，成像视场角为110°，沉浸感强，此时，光学模组如图13所示，第一透镜10的第二表面12与第二透镜20的第三表面21之间保持空气间隔为0.7mm。

针对图13示出的光学模组，如图14～图17所示：图14是光学模组的点列图示意图，图15是光学模组的MTF曲线图，图16是光学模组的场曲畸变图，图17是光学模组的垂轴色差图。

如图14所示，所有视场的点列图RMS半径相差不大，最大的RMS半径小于20μm。

如图15所示，MTF在60lp/mm下>0.45，成像清晰。

如图16所示，场曲最大值小于0.3mm，畸变反应的是成像发生的形变状况，最大值小于45％。

如图17所示，最大色散为系统的1视场位置，光学模组的最大色差值小于250μm。

如图18所示，示出的光学模组可应用于文字阅读场景，其成像的视场角为60°，第四表面22的一侧设置有遮光元件30，该遮光元件30的遮光部31的直径为54mm，圆形通光部的直径为20mm，此时，第一透镜10需要向右移动0.05mm，可以改善成像的解析力。

针对图18示出的光学模组，如图19～图22所示：图19是光学模组的点列图示意图，图20是光学模组的MTF曲线图，图21是光学模组的场曲畸变图，图22是光学模组的垂轴色差图。

如图19所示，所有视场的点列图RMS半径相差不大，最大的RMS半径小于9μm。

如图20所示MTF在30lp/mm下>0.7，高清成像。

如图21所示，场曲最大值小于0.1mm，畸变最大值小于12％。

如图22所示，光学模组的最大色差值小于140μm。

实施例2中，在上述的两种应用场景下，使用者观看到的虚像位置几乎是不变，均为1.6m，焦距变化量为<0.1mm。其中游戏应用场景焦距为22.37mm，文字阅读场景焦距为22.39mm。对比可见：焦距变化量小，对虚像位置影响小，本实施例2中虚像位置变化量为30mm。

实施例3

本实用新型实施例3提供的光学模组，如图23所示，所述光学模组包括第一透镜10及第二透镜20，所述第一透镜10包括第一表面11和第二表面12，所述第二透镜20包括第三表面21和第四表面22，所述第二表面12与所述第三表面21为相邻设置；

所述光学模组还包括分光元件40、第一相位延迟器50、偏振反射元件60，还可以包括遮光元件30，所述分光元件40位于所述第一表面11的一侧，所述第一相位延迟器50与所述偏振反射元件60位于所述第二透镜20的任一侧，若设置有遮光元件30时，所述遮光元件30位于所述第四表面22的一侧，所述遮光元件30可用于调整成像的视场范围；

其中，所述第一透镜10被配置为能够朝向远离所述第二透镜20的方向发生平移，且移动的距离为0.3mm。

本实施例3提供的光学模组中，第一透镜10及第二透镜20的光学参数具体可如下表3。

表3

当所述光学模组应用于游戏场景，可以不设置遮光元件，成像视场角为110°，沉浸感强，此时，光学模组如图23所示，第一透镜10的第二表面12与第二透镜20的第三表面21之间保持空气间隔为0.7mm。

针对图23示出的光学模组，如图24～图27示：图24是光学模组的点列图示意图，图25是光学模组的MTF曲线图，图26是光学模组的场曲畸变图，图27是光学模组的垂轴色差图。

如图24所示，所有视场的点列图RMS半径相差不大，最大的RMS半径小于28μm。

如图25所示，MTF在30lp/mm下>0.4，成像清晰。

如图26所示，场曲最大值小于0.3mm，畸变反应的是成像发生的形变状况，最大值小于45％。

如图27所示，最大色散为系统的1视场位置，光学模组的最大色差值小于270μm。

如图28所示，示出的光学模组可应用于文字阅读场景，其成像的视场角为60°，此时，第四表面22的一侧设置有遮光元件30，该遮光元件30的遮光部31的直径为54mm，圆形通光部的直径为20mm，此时，第一透镜10需要向右移动0.3mm，可以改善成像的解析力。

针对图28示出的光学模组，如图29～图32所示：图29是光学模组的点列图示意图，图30是光学模组的MTF曲线图，图31是光学模组的场曲畸变图，图32是光学模组的垂轴色差图。

如图29所示，所有视场的点列图RMS半径相差不大，最大的RMS半径小于9μm。

如图20所示，MTF在30lp/mm下>0.7，高清成像。

如图21所示，场曲最大值小于0.1mm，畸变最大值小于12％。

如图22所示，光学模组的最大色差值小于140μm。

实施例3中，在上述的两种应用场景下，使用者观看到的虚像位置几乎是不变，均为1.6m，焦距变化量为<0.1mm。其中游戏应用场景焦距为22.25mm，文字阅读场景焦距为22.4mm。对比可见：焦距变化量小，对虚像位置影响小，本实施例3中虚像位置变化量为150mm。

根据本实用新型实施例的另一方面，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，本实用新型实施例对此不做具体限制。

本实用新型实施例的头戴显示设备的具体实施方式可以参照上述显示模组各实施例，在此不再赘述。

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实用新型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，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括第一透镜(10)及第二透镜(20)，所述第一透镜(10)包括第一表面(11)和第二表面(12)，所述第二透镜(20)包括第三表面(21)和第四表面(22)，所述第二表面(12)与所述第三表面(21)为相邻设置；

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)，所述分光元件(40)位于所述第一表面(11)的一侧，所述第一相位延迟器(50)与所述偏振反射元件(60)位于所述第二透镜(20)的任一侧；

其中，所述第一透镜(10)被配置为能够朝向远离所述第二透镜(20)的方向发生平移，且可移动的距离为0.05mm～0.3mm。

2.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遮光元件(30)，所述遮光元件(30)位于所述第四表面(22)的一侧，所述遮光元件(30)用于调整成像的视场范围。

3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述遮光元件(30)包括环状的遮光部(31)和位于所述遮光部(31)内的圆形通光部(32)；

其中，所述遮光部(31)用于遮挡住所述第二透镜(20)的边缘部分，所述遮光部(31)的直径为所述第二透镜(20)的最大口径，所述圆形通光部(32)的通光口径为15mm～30mm。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一透镜(10)向远离所述第二透镜(20)的方向平移0.05mm～0.3mm时，所述光学模组的焦距变化量为＜0.2mm，所述光学模组的成像的位置变化量为＜200mm。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一透镜(10)的中心厚度T₁为3mm＜T₁＜8mm，所述第一表面(11)和所述第二表面(12)均为非球面；

所述第二透镜(20)的中心厚度T₂为3mm＜T₂＜6mm，所述第三表面(21)为平面或者非球面，所述第四表面(22)为非球面。

6.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一相位延迟器(50)和所述偏振反射元件(60)依次设置在所述第二表面(12)与所述第三表面(21)之间。

7.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偏光元件(70)，所述偏光元件(70)位于所述偏振反射元件(60)与所述第三表面(21)之间。

8.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述偏光元件(70)、所述偏振反射元件(60)及所述第一相位延迟器(50)为层叠设置形成膜层结构，并贴设于所述第三表面(21)，其中，所述偏光元件(70)与所述第三表面(21)连接。

9.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(40)的反射率为47％至53％。

10.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显示器(80)，所述显示器(80)的出光面被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；

当所述显示器(80)的出光面发射的光线为线偏振光时，在所述显示器(80)的出光面与所述第一透镜(10)的第一表面(11)之间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。

11.根据权利要求10所述的光学模组，其特征在于，所述分光元件(40)贴装在所述第一表面(11)；或者，

所述分光元件(40)设置在所述显示器(80)的出光面与所述第一表面(11)之间。

12.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

壳体；以及

如权利要求1-11中任一项所述的光学模组。

Images