CN218383492U - 光学模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请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：显示屏幕，所述显示屏幕的尺寸为D1；透镜组，所述透镜组位于所述显示屏幕的出光面，所述透镜组包括了至少一个透镜；所述光学模组还包括偏振元件、分光元件和第一相位延迟器，所述第一相位延迟器位于所述偏振元件和所述分光元件之间；所述分光元件的有效口径为B2；所述偏振元件至所述分光元件的距离为A2；所述分光元件至所述显示屏幕的距离为A3；其中当1＜(D1/2)/A3＜5时，所述光学模组满足于：2＜B2/A2‑D1/A3＜4，或者其中当5＜(D1/2)/A3＜9时，所述光学模组满足于：‑13＜B2/A2‑D1/A3＜‑6。

Description

光学模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请实施例涉及近眼显示成像技术领域，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

近年来，增强现实(Augmented Reality，AR)技术及虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术等，在例如智能穿戴设备中得到了应用并快速发展起来。增强现实技术和虚拟现实技术的核心部件均是光学模组。光学模组显示图像效果的好坏将直接决定着智能穿戴设备的质量。

其中在pancake光学系统设计方案中，随着分光元件至偏振元件之间的距离越大，分光元件至显示屏幕的距离则会减小，显示屏幕的出射的角度会增加，降低了整体画面的均匀度，因此如何将分光元件至偏振元件之间的距离、分光元件至显示屏幕的距离、分光元件的有效口径与显示屏幕的尺寸进行更好的搭配，以使得光学模组在紧凑性和亮度显示上达到均衡是亟待需要解决的问题。

实用新型内容

本申请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，本申请提供了一种光学模组，所述光学模组包括：

显示屏幕，所述显示屏幕的尺寸为D1；

透镜组，所述透镜组位于所述显示屏幕的出光面，所述透镜组包括了至少一个透镜；

所述光学模组还包括偏振元件、分光元件和第一相位延迟器，所述第一相位延迟器位于所述偏振元件和所述分光元件之间；

所述分光元件的有效口径为B2；

所述偏振元件至所述分光元件的距离为A2；

所述分光元件至所述显示屏幕的距离为A3；

其中当1＜(D1/2)/A3＜5时，所述光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4。

可选地，所述分光元件至所述显示屏幕的距离A3为6mm-18mm。

可选地，所述偏振元件至所述分光元件的距离A2为6mm-11mm；所述分光元件的有效口径B2为30mm-54mm。

可选地，在所述透镜组的近人眼侧设置有所述偏振元件；或者

所述透镜组包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述偏振元件。

可选地，在所述透镜组的近显示屏幕侧设置有所述分光元件，或者

所述透镜组包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述分光元件。

可选地，在所述透镜组的近人眼侧设置有所述第一相位延迟器；或者所述透镜组包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述第一相位延迟器；

其中所述第一相位延迟器相对于所述偏振元件更靠近显示屏幕侧设置。

可选地，所述偏振元件至所述显示屏幕的距离为L1；

所述偏振元件的有效口径为B1；

其中所述光学模组满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8。

第二方面，提供了一种光学模组。所述光学模组包括：

显示屏幕，所述显示屏幕的尺寸为D1；

透镜组，所述透镜组位于所述显示屏幕的出光面，所述透镜组包括了至少一个透镜；

所述光学模组还包括偏振元件、分光元件和第一相位延迟器，所述第一相位延迟器位于所述偏振元件和所述分光元件之间；

所述分光元件的有效口径为B2；

所述偏振元件至所述分光元件的距离为A2；

所述分光元件至所述显示屏幕的距离为A3；

其中当5＜(D1/2)/A3＜9时，所述光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6。

可选地，所述分光元件至所述显示屏幕的距离A3为：1mm＜A3＜2.5mm。

可选地，所述偏振元件至所述分光元件的距离A2为9mm-10mm；

所述分光元件的有效口径B2为40mm-47mm。

可选地，所述偏振元件至所述显示屏幕的距离为L1；

所述偏振元件的有效口径为B1；

其中所述光学模组满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8

第三方面，提供了一种头戴显示设备。包括：

壳体；以及

如第一方面所述的光学模组，或者如第二方面所述的光学模组。

根据本申请的实施例，通过限定二分之一的显示屏幕的尺寸，与分光元件至显示屏幕的比值，控制分光元件的有效口径，与偏振元件至分光元件的距离的比值，和显示屏幕的尺寸与分光元件至显示屏幕的距离的比值的差值，使得光学模组中的透镜组与显示屏幕能够更好的搭配使用，光学模组具有更好的紧凑性，缩小了光学模组的整体体积。

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所示为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图一。

图2所示为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图二。

图3所示为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图三。

图4所示为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图四。

图5所示为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图五。

附图标记说明：

1、显示屏幕；2、透镜组；21、第一透镜；22、第二透镜；23、第三透镜；3、偏振元件；4、光阑；5、分光元件；6、第一相位延迟器。

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。

其中，在pancake光学系统设计方案中，pancake光学系统设计方案是利用偏振元件对偏振光的调制作用来实现对特定偏振态的光线限定性透射或者反射，从而实现光路的折叠。其中在pancake光学系统设计方案中，偏振元件与分光元件之间的间距决定了光路可折叠的距离，以及决定了系统总长可缩减的程度，但是分光元件与偏振元件之间的距离越大，分光元件的有效口径则会越大，对光学模组的小型化设计产生负面效果；另外随着分光元件至偏振元件之间的距离越大，分光元件至显示屏幕的距离则会减小，显示屏幕的出射的角度会增加，降低了整体画面的均匀度，因此如何将分光元件至偏振元件之间的距离、分光元件至显示屏幕的距离、分光元件5的有效口径与显示屏幕1的尺寸进行更好的搭配，以使得光学模组在紧凑性和亮度显示上达到均衡是亟待需要解决的问题。

基于上述技术问题，第一方面，本申请实施例第一方面提供了一种光学模组，所述光学模组为一种折叠光路光学结构设计，其可以包含至少一个光学镜片，可应用于头戴显示设备(head mounted display，HMD)中，例如，VR头戴设备，如可以包括VR眼镜或者VR头盔等产品，本申请实施例中对此不做具体限制。

下面结合附图1至图5对本申请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。

本申请实施例提供了一种光学模组，如图1至图3所示，光学模组包括：显示屏幕1，所述显示屏幕1的尺寸为D1。透镜组2，所述透镜组2位于所述显示屏幕1的出光面，所述透镜组2包括了至少一个透镜；

所述光学模组还包括偏振元件3、分光元件5和第一相位延迟器6，所述第一相位延迟器6位于所述偏振元件3和所述分光元件5之间；

所述分光元件5的有效口径为B2。所述偏振元件3至所述分光元件5的距离为A2。所述分光元件5至所述显示屏幕1的距离为A3。

其中当1＜(D1/2)/A3＜5时，所述光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4。

换句话说，光学模组主要包括了显示屏幕1、透镜组2、偏振元件3、分光元件5和第一相位延迟器6，其中透镜组2是位于显示屏幕1的出光面。

其中显示屏幕1可以是LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器，或者是LED(Light Emitting Diode)发光二极管，OLED(Organic Light-Emitting Diode)有机发光二极管，Micro-OLED(Micro-Organic Light-Emitting Diode)微型有机发光二极管、ULED(Ultra Light Emitting Diode)极致发光二极管，或者DMD(Digital Micro mirrorDevice)数字微镜芯片等。

其中在该实施例中，显示屏幕1的尺寸为D1，其中显示屏幕1的尺寸定义为：用于显示图像画面的最大尺寸，例如显示屏幕1具有显示画面的区域，该区域的最大尺寸为显示屏幕1的尺寸。

其中透镜组2的作用在于放大解析光线。例如在VR(Virtual Reality，虚拟现实)等显示设备中，为了保证使用者获得放大后的显示画面，光线需要经过放大，通过透镜组2保证用户获得能够识别的放大画面。在折叠光路中，考虑到已经对光线折叠处理，相对于直射式光学架构，折叠光路的光学架构中透镜的数量可以至多是三个。

其中在该实施例中，为了实现折叠光路，光学模组还包括偏振元件3、分光元件5和第一相位延迟器6。其中偏振元件3和分光元件5之间设置有第一相位延迟器6，偏振元件3和分光元件5限定了折叠光路中折叠光线的长度。

在该实施例中，例如光线在经过分光元件5时，部分光线透射，另一部光线反射，这其中不考虑光线被吸收的情况。分光元件5可以是半反半透膜或者是偏光膜。无论分光元件5设置在哪一位置，限定分光元件5至显示屏幕1的距离为A3。

其中偏振元件3可用于透过P偏振光反射S偏振光；或者，偏振反射元件可用于透过S偏振光反射P偏振光。具体地，偏振元件3具有偏振透射方向，光线在沿偏振透射方向振动时，才能顺利通过偏振元件3，其余方向的振动光线，在遇到偏振元件3时光线被反射。例如偏振元件3可以为偏振反射膜、或者反射型偏振片等结构。

在该实施例中，其中第一相位延迟器6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。例如第一相位延迟器6可以为四分之一波片。

在该实施例中，限定分光元件5的有效口径为B2，其中在光学模组结构中，分光元件5是可以设置在透镜组2中的透镜的表面上，或者分光元件5可以设置在光学部件上，其中光学部件可以位于相邻两个透镜之间，或者光学部件可以位于显示屏幕和透镜之间。本实施例对分光元件5的具体设置位置不作限定。

在该实施例中，偏振元件3至分光元件5的距离为A2，具体是指：偏振元件3与分光元件5在光轴上的距离为A2。

在该实施例中，分光元件5至显示屏幕1的距离为A3，具体是指：分光元件5与显示屏幕1在光轴上的距离为A3。

在该实施例中，限定当1＜(D1/2)/A3＜5时，光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4，使得光学模组中的紧凑性和均衡的亮度均匀度能够得到很好的控制。

具体地，本申实施例不特别限定偏振元件3、分光元件5的具体设置位置，只限定偏振元件3至分光元件5的距离为A2，也即限定了偏振元件3至分光元件5在光轴上的距离为A2。其中光线在偏振元件3与分光元件5之间形成折叠，偏振元件3与分光元件5的距离A2是减少光学模组的系统总长度的重要因素，可以使得光线较直透式光路减少2*A2的长度。

其中随着偏振元件3至分光元件5的距离A2越大，光线在偏振元件3至分光元件5的折叠光路越长，由于光学模组的焦距是限定在预定范围内的(在VR光学模组中，光学模组的系统焦距在15mm-40mm)，光学模组的光学总长度是限定在预定范围内，偏振元件3至分光元件5的距离A2越大，势必会使得分光元件5至显示屏幕1的距离A3减小。另外当分光元件5至显示屏幕1的距离A3减小，显示屏幕1出射的光线的角度会增加，即显示屏幕1出射光线的入射角度会增加大，降低了显示画面的亮度均匀度。因此需要控制显示屏幕1的尺寸、与分光元件5至显示屏幕1距离的比值关系，使得光学模组具有均匀的亮度显示，以及紧凑性结构。

其中随着偏振元件3至分光元件5的距离A2越大，光线在偏振元件3与分光元件5之间进行折叠时，参照图1-图5，折叠光线在被偏振元件3反射后，传输至分光元件5的光路径是逐渐上向走的，因此需要扩大设置分光元件5的有效口径，使得有分光元件5可以将被反射的光线全部接收。因此随着偏振元件3至分光元件5的距离A2越大，分光元件5的有效口径需要增大。因此需要控制偏振元件3与分光元件5的距离，与分光元件5的有效口径的关系，使得光学模组具有紧凑性结构。

因此综上所述，本实施例将(D1/2)/A3控制在此范围内，即1＜(D1/2)/A3＜5，二分之一的显示屏幕1的尺寸，与分光元件5至显示屏幕1的距离A3的比值是较小的，合理的控制显示屏幕1的尺寸、与分光元件5至显示屏幕1的距离，可以使得显示屏幕1的尺寸，与分光元件5至显示屏幕1的距离A3同步增大或者同步减小，使得(D1/2)/A3控制在此范围内，以及使得光学模组中的透镜组2可以搭配不同尺寸的显示屏幕1(例如小尺寸显示屏幕1、中尺寸显示屏幕1或者大尺寸显示屏幕1)。另外本实施例将(D1/2)/A3控制在此范围内，合理的控制显示屏幕1的尺寸、与分光元件5至显示屏幕1的距离，使得显示屏幕1出射光线角度控制在减小的范围内，提升了显示画面的亮度均匀度。

另外当1＜(D1/2)/A3＜5时，光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4，光学模组可以搭配小尺寸显示屏幕1、中尺寸显示屏幕1以及大尺寸显示屏幕1，光学模组中分光元件5与偏振元件3的距离A2、分光元件5至显示屏幕1的距离A3、以及分光元件5的有效口径B2、以及显示屏幕1的尺寸D1之间具有较好的搭配效果，使得光学模组的紧凑性更好。

需要说明的是，在本申请的实施例中，本领域技术人员可以根据具体需要灵活调整B2/A2-D1/A3的比值关系，只要使得比值关系控制在预设范围内即可。

例如，当1＜(D1/2)/A3＜5时，B2/A2-D1/A3的范围可以为2.5-3.5。

又例如，当1＜(D1/2)/A3＜5时，B2/A2-D1/A3的范围可以为3-3.5。

在上述的各个比值范围之内，可以实现紧凑型的光学模组系统。

当然，在本申请的实施例中，当1＜(D1/2)/A3＜5时，B2/A2-D1/A3的范围并不限于上述例子，本领域技术人员可以根据需要灵活调整，本申请实施例对此不作具体限制。

在一个实施例中，所述分光元件5至所述显示屏幕1的距离A3为6mm-18mm。

在一个可选的实施例中，对显示屏幕1的尺寸进行限定，其中显示屏幕1的尺寸D1为18mm-55mm，例如显示屏幕1的尺寸D1为18mm-26mm(小尺寸)；显示屏幕1的尺寸D1为27mm-49mm(中尺寸)；显示屏幕1的尺寸D1为50mm-55mm(大尺寸)。

本实施例将(D1/2)/A3限定在此范围内，显示屏幕1的尺寸无论是大尺寸、小尺寸或者中尺寸屏幕，分光元件5与显示屏幕1的距离可以控制在合理的范围内，使得显示屏幕1出射光线的角度得到优化，提升显示画面的亮度均匀度。另外本实施例将(D1/2)/A3限定在此范围内，显示屏幕1的尺寸无论是大尺寸、小尺寸或者中尺寸屏幕，分光元件5与显示屏幕1的距离可以控制在合理的范围内，以使得光学模组具有紧凑性结构。

在该实施例中，对显示屏幕1的尺寸、分光元件5至显示屏幕1的距离进行限定，使得(D1/2)/A3比值限定在此范围内，以及使得B2/A2-D1/A3限定在预定范围内，以达到缩小光学模组的体积，提升光学模组的紧凑性的目的，以及以达到提升整体画面的亮度均匀度的目的。

在一个实施例中，所述偏振元件3至所述分光元件5的距离A2为6mm-11mm；所述分光元件的有效口径B2为30mm-54mm。

在该实施例中，对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2进行限定，根据折叠光路的走向，分光元件5的有效口径B2能够限定在30mm-54mm范围内，使得分光元件5的有效口径B2不至于过大或者过小，因此本实施例对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2，以及分光元件5的有效口径B2进行限定，使得光学模组的结构紧凑性更好。

另外对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2，以及分光元件5的有效口径B2进行限定，使得当1＜(D1/2)/A3＜5，B2/A2-D1/A3控制在预定范围内，以达到缩小光学模组的体积，提升光学模组的紧凑性的目的，以及以达到提升整体画面的亮度均匀度的目的。

在一个可选的实施例中，所述偏振元件3至所述分光元件5的距离A2为6mm-11mm；所述分光元件5至所述显示屏幕1的距离A3为6mm-18mm。

在该实施例中，对偏振元件3至分光元件5的距离进行限定，根据光学模组中的焦距会限定在预设范围内，使得分光元件5至显示屏幕1的距离限定在6mm-18mm范围内，将分光元件5至显示屏幕1的距离限定在此范围内，结合显示屏幕1的尺寸，使得显示屏幕1的出射光线的角度得到优化，提升整体画面的亮度均匀度。

另外对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2，以及分光元件5至显示屏幕1的距离进行限定，使得当1＜(D1/2)/A3＜5，B2/A2-D1/A3控制在预定范围内，以达到缩小光学模组的体积，提升光学模组的紧凑性的目的，以及以达到提升整体画面的亮度均匀度的目的。

在一个实施例中，参照图1-图3所示，在所述透镜组2的近人眼侧设置有所述偏振元件3；或者

所述透镜组2包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述偏振元件3。

在该实施例中，对偏振元件3的设置位置进行限定，使得偏振元件3至分光元件5的距离A2满足B2/A2-D1/A3的差值关系。

参照图1和图2所示，所述透镜组无论包括了一个透镜、两个透镜或者三个透镜等，透镜组均具有近人眼侧，其中透镜组均具有靠近人眼侧设置的透镜。在该透镜的近人眼侧设置偏振元件3。例如该透镜具有朝向人眼设置的表面，在该表面上设置偏振元件3，或者在该透镜和人眼之间设置偏振元件3。其中偏振元件3可以借助于光学部件位于该透镜和人眼之间。

其中至少两个透镜包括最远离显示屏幕1的透镜，最远离显示屏幕1的透镜，也即(靠近人眼的透镜)，其中最远离显示屏幕1的透镜用于直接将光线传输至人眼，并在人眼中成像。

例如至少两个透镜包括第一透镜21和第二透镜22，其中第一透镜21靠近人眼设置，第二透镜22靠近显示屏幕1设置，在第一透镜21和第二透镜22之间设置偏振元件3，例如在第一透镜21中背离人眼的表面上设置偏振元件3；或者在第一透镜21和第二透镜22之间额外设置光学部件，在光学部件上设置偏振元件3。

例如参图3所示，至少两个透镜包括第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，其中第一透镜21靠近人眼设置，第二透镜22位于第一透镜21和第三透镜23之间，第三透镜23最靠近显示屏幕1设置。其中在第二透镜22和第一透镜21之间设置偏振元件3，具体地，在第一透镜21朝向第二透镜22的表面上设置偏振元件3。

本实施例对偏振元件3的具体位置不作限定，只要能够使得光学模组在1＜(D1/2)/A3＜5时，满足于2＜B2/A2-D1/A3＜4即可。

在一个实施例中，参照图1-图3所示，在所述透镜组的近显示屏幕侧设置有所述分光元件5，或者

所述透镜组2包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述分光元件5。

在该实施例中，对分光元件5的设置位置进行限定，使得偏振元件3至分光元件5的距离A2、分光元件5的有效口径B2满足B2/A2-D1/A3的差值关系。

参照图1和图2所示，所述透镜组无论包括了一个透镜、两个透镜或者三个透镜等，透镜组2均具有近显示屏幕1侧，其中透镜组均具有靠近显示屏幕1侧设置的透镜。在该透镜的近显示屏幕1侧设置分光元件5。例如该透镜具有朝向显示屏幕1设置的表面，在该表面上设置分光元件5，或者在该透镜和显示屏幕1之间设置分光元件5。其中分光元件5可以借助于光学部件位于该透镜和显示屏幕1之间。

其中至少两个透镜包括最靠近显示屏幕1的透镜，其中最靠近显示屏幕1的透镜用于直接接收显示屏幕1出射的光线，并将光线传输至与其相邻设置的透镜。

例如至少两个透镜包括第一透镜21和第二透镜22，其中第一透镜21靠近人眼设置，第二透镜22靠近显示屏幕1设置，在第一透镜21和第二透镜22之间设置分光元件5，例如在第一透镜21中，与第二透镜22相邻设置的表面上设置分光元件5。或者分光元件3借助于光学部件位于第一透镜21和第二透镜22之间。

例如参照图3所示，至少两个透镜包括第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，其中第一透镜21靠近人眼设置，第二透镜22位于第一透镜21和第三透镜23之间，第三透镜23最靠近显示屏幕1设置。在第三透镜23和第二透镜22之间设置分光元件5，例如在第二透镜22中，与第三透镜23相邻设置的表面上设置分光元件5。

本实施例对分光元件5的具体位置不作限定，只要能够使得光学模组在1＜(D1/2)/A3＜5时，满足于2＜B2/A2-D1/A3＜4即可。

在一个实施例中，在所述透镜组的近人眼侧设置有所述第一相位延迟器6；或者所述透镜组2包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述第一相位延迟器6；

其中所述第一相位延迟器6相对于所述偏振元件3更靠近显示屏幕侧设置。

参照图1和图2所示，所述透镜组无论包括了一个透镜、两个透镜或者三个透镜等，透镜组均具有近人眼侧，其中透镜组均具有靠近人眼侧设置的透镜。在该透镜的近人眼侧设置偏振元件3。例如该透镜具有朝向人眼设置的表面，在该表面上设置第一相位延迟器6，或者在该透镜和人眼之间设置第一相位延迟器6。其中第一相位延迟器6可以借助于光学部件位于该透镜和人眼之间。

参图3所示，透镜组2包括了至少两个透镜，至少两个透镜包括第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，其中第一透镜21靠近人眼设置，第二透镜22位于第一透镜21和第三透镜23之间，第三透镜23最靠近显示屏幕1设置。其中在第二透镜22和第一透镜21之间设置第一相位延迟器6，具体地，在第一透镜21朝向第二透镜22的表面上设置第一相位延迟器6。

在该实施例中，第一相位延迟器6相对于所述偏振元件3更靠近显示屏幕侧设置。例如第一相位延迟器6和偏振元件3均设置在第一透镜21的第一表面(朝向人眼)上，第一相位延迟器6相对于偏振元件3更靠近第一透镜21设置，或者第一相位延迟器6和偏振元件3均设置在第一透镜21的第二表面(朝向第二透镜22设置)上，第一相位延迟器6相对于偏振元件3更远离第一透镜21设置。

经过第一相位延迟器6的光线的偏振态发生改变，其中光线第一次经过第一相位延迟器6的光线被偏振元件3反射，反射后的光线经过分光元件5的处理，再次经过第一相位延迟器6，其中第二次经过第一相位延迟器6的光线被偏振元件3所透射并传输至人眼。

在一个实施例中，所述偏振元件3至所述显示屏幕1的距离为L1；

所述偏振元件3的有效口径为B1；

其中所述光学模组满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8。

在该实施例中，通过限定(B1/2-D1/2)/L1在此范围内，调节了显示图像的亮度均匀度(差异越小代表均匀度越高，差异越大代表均匀度越低)，使得使用者在观察不同视角小的图像时，不同视角下的图像的亮度差异性较小，也即使用者在观察中心区域的图像和边缘区域的图像时，视觉感受到的亮度差异性较小，使用者观察屏幕时眼睛不容易疲倦，提升了用户体验。

具体地，其中偏振元件3作为折叠光路中对光线进行反射的最关键以及最有效的膜层，显示屏幕1发出的光线在偏振元件3和分光元件5之间进行折叠，偏振元件3反射的显示屏幕1中图像边缘区域的光线走向，能够基本对应于光源模组中边缘视场的光线走向，具体地，边缘光线的角度的正切值近似于设置有偏振元件3的有效口径B1与显示屏幕1的尺寸口径的差值，与偏振元件3至显示屏幕1的距离L1的比值。

因此本实施例为了更好的模拟显示屏幕1中图像中发出光线的入射角度(因为入射角度是不能准确控制)，限定了偏振元件3的有效口径B1、偏振元件3至显示屏幕1的距离L1、以及显示屏幕1的尺寸D1，这三个参数的关系，使得(B1/2-D1/2)/L1能够基本反应边缘视场的光线亮度与中心视场的光线亮度的亮度关系。

具体地，(B1/2-D1/2)/L1在此范围内，使得偏振元件3与显示屏幕1具有好的搭配效果，以及设置有偏振元件3的有效口径与显示屏幕1具有较好的搭配效果。具体地，(B1/2-D1/2)/L1主要调节了边缘视场的亮度，使得边缘视场亮度相对于中心视场的亮度的下降范围控制在30％以内，满足人眼观察图像亮度的敏感度。

因此在该实施例中，当1＜(D1/2)/A3＜5时，光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4，以及满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8，光学模组在满足紧凑性要求的前提下，使得使用者视觉观察到的成像图像亮度是均匀化的，即边缘视场亮度和中心视场亮度是均匀的。

在一个可选的实施例中，所述偏振元件3至所述显示屏幕1的距离L1为11mm-21mm。所述偏振元件3的有效口径B1为30mm-48mm。

在该实施例中，在光学模组中，无论偏振元件3设置在光学模组中的哪一位置，需要使得偏振元件3至显示屏幕1的距离满足在此范围内。本实施例对偏振元件3至显示屏幕1的距离进行控制，一方面使得(B1/2-D1/2)/L1的范围在0-0.8这一范围内，降低边缘视场光线亮度和中心视场光线亮度的差异；另一方面，通过对偏振元件3至显示屏幕1的距离进行控制，使得光学模组的整体光学总长限定在一定范围内，使得光学模组满足小型化、轻量化要求。

另外本实施例对偏振元件3至所述显示屏幕1的距离L1进行限定，结合偏振元件3至分光元件5的距离A2，可以对偏振元件3至所述显示屏幕1的距离L1，与偏振元件3至分光元件5的距离A2的比值进行限定，使得光学模组具有紧凑性结构。

在该实施例中，对支撑有偏振元件3的有效口径进行限定，一方面使得(B1/2-D1/2)/L1的范围在0-0.8这一范围内，降低边缘视场光线亮度和中心视场光线亮度的差异；另一方面，使得设置在承载部件上的偏振元件3对光学进行处理后，使得处理后的光线能够更好的模拟光学模组边缘视场的光线，使得(B1/2-D1/2)/L1更能够反应边缘视场光线的传输特性。

第二方面，本申请实施例提供了一种光学模组，如图4至图5所示，光学模组包括：显示屏幕1，所述显示屏幕1的尺寸为D1；透镜组2，所述透镜组2位于所述显示屏幕1的出光面，所述透镜组2包括了至少一个透镜；所述光学模组还包括偏振元件3、分光元件5和第一相位延迟器6，所述第一相位延迟器6位于所述偏振元件3和所述分光元件5之间；

所述分光元件5的有效口径为B2；所述偏振元件3至所述分光元件5的距离为A2；所述分光元件5至所述显示屏幕1的距离为A3；

其中当5＜(D1/2)/A3＜9时，所述光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6。

在该实施例中，与上述实施例的区别在于，当5＜(D1/2)/A3＜9时，所述光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6。

其中本实施例与上述实施例所要解决的技术问题和实用新型构思是相同的。本实施例(第二方面)与上述实施例(第一方面)均是通过考虑到光学模组中分光元件5与偏振元件3的距离A2、分光元件5至显示屏幕1的距离A3、以及分光元件5的有效口径B2、以及显示屏幕1的尺寸D1的搭配关系，对分光元件5与偏振元件3的距离A2、分光元件5至显示屏幕1的距离A3、以及分光元件5的有效口径B2、以及显示屏幕1的尺寸D1进行整体考量，使得光学模组能够获得较佳的紧凑性和显示画面的亮度均匀度。

其中当1＜(D1/2)/A3＜5时，光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4，光学模组可以与大尺寸屏幕、中尺寸屏幕、小尺寸屏幕进行搭配使用。而在本实施例中，当5＜(D1/2)/A3＜9时，所述光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6，光学模组是与小尺寸屏幕进行搭配使用的。

具体地，本实施例将(D1/2)/A3控制在此范围内，即5＜(D1/2)/A3＜9，二分之一的显示屏幕1的尺寸，与分光元件5至显示屏幕1的距离A3的比值是较大的，因此当分光元件5至显示屏幕1的距离在满足于第一方面光学模组的要求情况下，显示屏幕1的尺寸需要足够大，才能够实现5＜(D1/2)/A3＜9；但是显示屏幕1的尺寸太大，则会影响显示屏幕1的小型化设置。因此在本实施例中，适当的缩小了显示屏幕1的尺寸，在满足于分光元件5至显示屏幕1的距离的情况下，将(D1/2)/A3控制在合理的范围内。因此当5＜(D1/2)/A3＜9，光学模组适用于小尺寸显示屏幕1搭配使用。

另外当5＜(D1/2)/A3＜9时，光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6，光学模组可以搭配小尺寸显示屏幕1，光学模组中分光元件5与偏振元件3的距离A2、分光元件5至显示屏幕1的距离A3、以及设置有分光元件5的有效口径B2、以及显示屏幕1的尺寸D1之间具有较好的搭配效果，使得光学模组的紧凑性更好，光学模组显示画面的亮度均匀性更好。

具体地，在该实施例中，限定5＜(D1/2)/A3＜9，显示屏幕1的尺寸是较小的，以及分光元件5至显示屏幕1的距离是较短的，显示屏幕1的尺寸，与分光元件5至显示屏幕1的距离得到合理的搭配；以及限定-13＜B2/A2-D1/A3＜-6，因此B2/A2的比值是小于D1/A3的，在小尺寸显示屏幕1的搭配下，B2/A2的比值小于D1/A3，因此设置有分光元件5的有效口径B2是较小的，对光学模组的小型化要求产生正面效果，有利于实现光学模组的紧凑性设计。

需要说明的是，在本申请的实施例中，本领域技术人员可以根据具体需要灵活调整B2/A2-D1/A3的比值关系，只要使得比值关系控制在预设范围内即可。

例如，当5＜(D1/2)/A3＜9时，B2/A2-D1/A3的范围可以为-12～-5。

又例如，当5＜(D1/2)/A3＜9时，B2/A2-D1/A3的范围可以为-10～-1。

再例如，当5＜(D1/2)/A3＜9时，B2/A2-D1/A3的范围可以为-8～-3.5。

在上述的各个比值范围之内，可以实现紧凑型的光学模组系统。

当然，在本申请的实施例中，当5＜(D1/2)/A3＜9时，B2/A2-D1/A3的范围并不限于上述例子，本领域技术人员可以根据需要灵活调整，本申请实施例对此不作具体限制。

在一个实施例中，所述分光元件5至所述显示屏幕1的距离A3为：1mm＜A3＜2.5mm。

在一个可选的实施例中，所述显示屏幕1的尺寸D1为18mm-26mm；

在该实施例中，对显示屏幕1的尺寸进行限定，显示屏幕1的尺寸是小尺寸屏幕。显示屏幕1的尺寸在此范围内，结合5＜(D1/2)/A3＜9，分光元件5与显示屏幕1的距离也会相对于的缩短，例如分光元件5可以设置在透镜组2的近显示屏幕1侧。

在该实施例中，对显示屏幕1的尺寸、分光元件5至显示屏幕1的距离进行限定，使得(D1/2)/A3比值限定在此范围内，以及使得B2/A2-D1/A3限定在预定范围内，以达到缩小光学模组的体积，提升光学模组的紧凑性的目的，以及以达到提升整体画面的亮度均匀度的目的。

在一个实施例中，所述偏振元件3至所述分光元件5的距离A2为9mm-10mm；

所述分光元件5的有效口径B2为40mm-47mm。

在该实施例中，在该实施例中，对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2进行限定，根据折叠光路的走向，分光元件5的有效口径B2能够限定在40mm-47mm范围内，使得分光元件5的有效口径B2不至于过大或者过小，因此本实施例对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2，以及分光元件5的有效口径B2进行限定，使得光学模组的结构紧凑性更好。

另外对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2，以及分光元件5的有效口径B2进行限定，使得当5＜(D1/2)/A3＜9，B2/A2-D1/A3控制在预定范围内，以达到缩小光学模组的体积，提升光学模组的紧凑性的目的，以及以达到提升整体画面的亮度均匀度的目的。

在一个可选的实施例中，所述偏振元件3至所述分光元件5的距离A2为9mm-10mm；

所述分光元件5至所述显示屏幕1的距离A3为：1mm＜A3＜2.5mm。

在该实施例中，在该实施例中，对偏振元件3至分光元件5的距离进行限定，根据光学模组中的焦距会限定在预设范围内，使得分光元件5至显示屏幕1的距离限定在9mm-10mm范围内，将分光元件5至显示屏幕1的距离限定在此范围内，结合显示屏幕1的尺寸，使得显示屏幕1的出射光线的角度得到优化，提升整体画面的亮度均匀度。

另外对偏振元件3至所述分光元件5的距离A2，以及分光元件5至显示屏幕1的距离进行限定，使得当5＜(D1/2)/A3＜9，B2/A2-D1/A3控制在预定范围内，以达到缩小光学模组的体积，提升光学模组的紧凑性的目的，以及以达到提升整体画面的亮度均匀度的目的。

在一个实施例中，所述偏振元件3至所述显示屏幕1的距离为L1；

所述偏振元件3的有效口径为B1；

其中所述光学模组满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8

在该实施例中，通过限定(B1/2-D1/2)/L1在此范围内，调节了显示图像的亮度均匀度(差异越小代表均匀度越高，差异越大代表均匀度越低)，使得使用者在观察不同视角小的图像时，不同视角下的图像的亮度差异性较小，也即使用者在观察中心区域的图像和边缘区域的图像时，视觉感受到的亮度差异性较小，使用者观察屏幕时眼睛不容易疲倦，提升了用户体验。

具体地，其中偏振元件3作为折叠光路中对光线进行反射的最关键以及最有效的膜层，显示屏幕1发出的光线在偏振元件3和分光元件5之间进行折叠，偏振元件3反射的显示屏幕1中图像边缘区域的光线走向，能够基本对应于光源模组中边缘视场的光线走向，具体地，边缘光线的角度的正切值近似于设置有偏振元件3的有效口径B1与显示屏幕1的尺寸口径的差值，与偏振元件3至显示屏幕1的距离L1的比值。

因此本实施例为了更好的模拟显示屏幕1中图像中发出光线的入射角度(因为入射角度是不能准确控制)，限定了偏振元件3的有效口径B1、偏振元件3至显示屏幕1的距离L1、以及显示屏幕1的尺寸D1，这三个参数的关系，使得(B1/2-D1/2)/L1能够基本反应边缘视场的光线亮度与中心视场的光线亮度的亮度关系。

具体地，(B1/2-D1/2)/L1在此范围内，使得偏振元件3与显示屏幕1具有好的搭配效果，以及设置有偏振元件3的有效口径与显示屏幕1具有较好的搭配效果。具体地，(B1/2-D1/2)/L1主要调节了边缘视场的亮度，使得边缘视场亮度相对于中心视场的亮度的下降范围控制在30％以内，满足人眼观察图像亮度的敏感度。

因此在该实施例中，当5＜(D1/2)/A3＜9时，光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6，以及满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8，光学模组在满足紧凑性要求的前提下，使得使用者视觉观察到的成像图像亮度是均匀化的，即边缘视场亮度和中心视场亮度是均匀的。

在一个实施例中，参照图4-图5，在所述透镜组的近人眼侧设置有所述偏振元件3；或者所述透镜组2包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述偏振元件3。

在所述透镜组的近显示屏幕侧设置有所述分光元件5，或者所述透镜组2包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述分光元件5。

在所述透镜组的近人眼侧设置有所述第一相位延迟器6；或者所述透镜组2包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述第一相位延迟器6；其中所述第一相位延迟器6相对于所述偏振元件3更靠近显示屏幕侧设置。

根据本申请实施例第三方面，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。例如头戴显示设备包括壳体，和第一方面所述的光学模组；或者头戴显示设备包括壳体、和第二方面所述的光学模组

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显示模组各实施例，在此不再赘述。

以下通过五个实施例对本申请实施例提供的光学模组进行具体说明。

实施例1

参照图1所示，本申请实施例提供的光学模组，包括显示屏幕1，第一透镜21、第二透镜22、偏振元件3、分光元件5和光阑4，其中第一透镜21具有与第二透镜22相邻设置的第二表面，和朝向人眼的第一表面；第二透镜22具有与第一透镜21相邻设置的第一表面、和朝向显示屏幕1的第二表面；在第二透镜22的第二表面上设置分光元件5，在第一透镜21的第一表面上设置偏振元件3和第一相位延迟器6。其中光阑4的设置位置为人眼所在位置。

其中偏振元件3至分光元件5的距离A2为10.91mm，分光元件5(其中分光元件5设置在第二透镜22上，此处也指第二透镜22的有效口径B2为53.3mm)的有效口径B2为53.3mm，分光元件5至显示屏幕1的距离A3为18mm；偏振元件3至显示屏幕1的距离L1为28.91mm，偏振元件3(其中偏振元件3设置在第一透镜21上，此处也指第一透镜21的有效口径B1为52.7mm)的有效口径B1为52.7mm，显示屏幕1的尺寸D1为52mm。

其中显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22和光阑4的光学参数可以参照表1所示：

本实施例适配100°FOV和52mm(大尺寸屏幕)像面大小，本实施例(D1/2)/A3＝1.44，B2/A2-D1/A3＝2.11，使得光学模组具有良好的紧凑性和亮度均匀性。

本案例适配100°FOV和52mm像面大小，边缘视场的光线入射角度为1.4°，本实施例(B1/2-D1/2)/L1＝0.012，此时控制边缘视场光线的显示亮度较0°角度(中心视场)下亮度会下降10％，即降低了边缘视场的光线亮度，提升了显示屏幕1亮度的均匀度。

实施例2

参照图2所示，本申请实施例提供的光学模组，包括显示屏幕1，第一透镜21、第二透镜22、偏振元件3、分光元件5和光阑4，其中第一透镜21具有与第二透镜22相邻设置的第二表面，和朝向人眼的第一表面；第二透镜22具有与第一透镜21相邻设置的第一表面、和朝向显示屏幕1的第二表面；在第二透镜22的第二表面上设置分光元件5，在第一透镜21的第一表面上设置偏振元件3和第一相位延迟器6。其中光阑4的设置位置为人眼所在位置。

其中偏振元件3至分光元件5的距离A2为8.2078mm，分光元件5(其中分光元件5设置在第二透镜22上，此处也指第二透镜22的有效口径B2为47.3mm)的有效口径B2为47.3mm，分光元件5至显示屏幕1的距离A3为12.688mm；偏振元件3至显示屏幕1的距离L1为20.89mm，偏振元件3(其中偏振元件3设置在第一透镜21上，此处也指第一透镜21的有效口径B1为47.6mm)的有效口径B1为47.6mm，显示屏幕1的尺寸D1为38mm。

其中显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22和光阑4的光学参数可以参照表2所示：

本实施例适配100°FOV和38mm(中尺寸屏幕)像面大小，本实施例(D1/2)/A3＝1.497，B2/A2-D1/A3＝2.768，使得光学模组具有良好的紧凑性和亮度均匀性。

本案例适配100°FOV和38mm像面大小，边缘视场的光线入射角度为-10°，本实施例(B1/2-D1/2)/L1＝0.23，此时控制边缘视场光线的显示亮度较0°角度(中心视场)下亮度会下降20％，即降低了边缘视场的光线亮度，提升了显示屏幕1亮度的均匀度。

实施例3

参照图3所示，本申请实施例提供的光学模组，包括显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，其中第一透镜21相对于第三透镜23更远离显示屏幕1设置，第三透镜23与显示屏幕1相邻设置，第二透镜22位于第一透镜21和第三透镜23之间。

第一透镜21具有背离第二透镜22的第一表面，以及与第二透镜22相邻设置的第二表面，第二透镜22具有与第一透镜21相邻设置的第一表面，以及与第三透镜23相邻设置的第二表面，第三透镜23具有与第二透镜22相邻设置的第一表面，以及朝向显示屏幕1设置的第二表面。

在第一透镜21的第二表面上设置偏振元件3和第一相位延迟器6，在第二透镜22的第二表面上设置分光元件5。

其中偏振元件3至分光元件5的距离A2为6.382mm，分光元件5(其中分光元件5设置在第二透镜22上，此处也指第二透镜22的有效口径B2为32.9mm)的有效口径B2为32.9mm，分光元件5至显示屏幕1的距离A3为6.263mm；偏振元件3至显示屏幕1的距离L1为12.645mm，偏振元件3(其中偏振元件3设置在第一透镜21上，此处也指第一透镜21的有效口径B1为30mm)的有效口径B1为30mm，显示屏幕1的尺寸D1为18.5mm。

其中显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和光阑4的光学参数可以参照表3所示：

本实施例适配100°FOV和18.5mm(小尺寸屏幕)像面大小，本实施例(D1/2)/A3＝1.517，B2/A2-D1/A3＝2.2，使得光学模组具有良好的紧凑性和亮度均匀性。

本案例适配100°FOV和56mm像面大小，边缘视场的光线入射角度为28.85°，本实施例(B1/2-D1/2)/L1＝0.455，此时控制边缘视场光线的显示亮度较0°角度(中心视场)下亮度会下降20％，即降低了边缘视场的光线亮度，提升了显示屏幕1亮度的均匀度。

实施例4

参照图4所示，本申请实施例提供的光学模组，包括显示屏幕1，第一透镜21、第二透镜22、偏振元件3、分光元件5和光阑4，其中第一透镜21具有与第二透镜22相邻设置的第二表面，和朝向人眼的第一表面；第二透镜22具有与第一透镜21相邻设置的第一表面、和朝向显示屏幕1的第二表面；在第二透镜22的第二表面上设置分光元件5，在第一透镜21的第一表面上设置偏振元件3和第一相位延迟器6。其中光阑4的设置位置为人眼所在位置。

其中偏振元件3至分光元件5的距离A2为9.6088mm，分光元件5(其中分光元件5设置在第二透镜22上，此处也指第二透镜22的有效口径B2为46.34mm)的有效口径B2为46.34mm，分光元件5至显示屏幕1的距离A3为2.3821mm；偏振元件3至显示屏幕1的距离L1为12mm，偏振元件3(其中偏振元件3设置在第一透镜21上，此处也指第一透镜21的有效口径B1为44.5mm)的有效口径B1为44.5mm，显示屏幕1的尺寸D1为26mm。

其中显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22和光阑4的光学参数可以参照表4所示：

本实施例适配100°FOV和26mm(小尺寸屏幕)像面大小，本实施例(D1/2)/A3＝5.457，B2/A2-D1/A3＝-6.092，使得光学模组具有良好的紧凑性和亮度均匀性。

本案例适配100°FOV和26mm像面大小，边缘视场的光线入射角度为-41°，本实施例(B1/2-D1/2)/L1＝0.77，此时控制边缘视场光线的显示亮度较0°角度(中心视场)下亮度会下降30％以内，即降低了边缘视场的光线亮度，提升了显示屏幕1亮度的均匀度。

实施例5

参照图5所示，本申请实施例提供的光学模组，包括显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，其中第一透镜21相对于第三透镜23更远离显示屏幕1设置，第三透镜23与显示屏幕1相邻设置，第二透镜22位于第一透镜21和第三透镜23之间。

第一透镜21具有背离第二透镜22的第一表面，以及与第二透镜22相邻设置的第二表面，第二透镜22具有与第一透镜21相邻设置的第一表面，以及与第三透镜23相邻设置的第二表面，第三透镜23具有与第二透镜22相邻设置的第一表面，以及朝向显示屏幕1设置的第二表面。

在第一透镜21的第二表面上设置偏振元件3和第一相位延迟器6，在第三透镜23的第二表面上设置分光元件5。

其中偏振元件3至分光元件5的距离A2为9.6613mm，分光元件5(其中分光元件5设置在第三透镜23上，此处也指第三透镜23的有效口径B2为44.05mm)的有效口径B2为44.05mm，分光元件5至显示屏幕1的距离A3为1.497mm；偏振元件3至显示屏幕1的距离L1为11.1583mm，偏振元件3(其中偏振元件3设置在第一透镜21上，此处也指第一透镜21的有效口径B1为40.26mm)的有效口径B1为40.26mm，显示屏幕1的尺寸D1为26mm。

其中显示屏幕1、第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和光阑4的光学参数可以参照表3所示：

本实施例适配100°FOV和26mm(小尺寸屏幕)像面大小，本实施例(D1/2)/A3＝8.684，B2/A2-D1/A3＝-12.8，使得光学模组具有良好的紧凑性和亮度均匀性。

本案例适配100°FOV和26mm像面大小，边缘视场的光线入射角度为-37.1°，本实施例(B1/2-D1/2)/L1＝0.64，此时控制边缘视场光线的显示亮度较0°角度(中心视场)下亮度会下降30％以内，即降低了边缘视场的光线亮度，提升了显示屏幕1亮度的均匀度。

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。

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，包括：

显示屏幕(1)，所述显示屏幕(1)的尺寸为D1；

透镜组(2)，所述透镜组(2)位于所述显示屏幕(1)的出光面，所述透镜组(2)包括了至少一个透镜；

所述光学模组还包括偏振元件(3)、分光元件(5)和第一相位延迟器(6)，所述第一相位延迟器(6)位于所述偏振元件(3)和所述分光元件(5)之间；

所述分光元件(5)的有效口径为B2；

所述偏振元件(3)至所述分光元件(5)的距离为A2；

所述分光元件(5)至所述显示屏幕(1)的距离为A3；

其中当1＜(D1/2)/A3＜5时，所述光学模组满足于：2＜B2/A2-D1/A3＜4。

2.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(5)至所述显示屏幕(1)的距离A3为6mm-18mm。

3.根据权利要求1或2所述的光学模组，其特征在于，所述偏振元件(3)至所述分光元件(5)的距离A2为6mm-11mm；

所述分光元件的有效口径B2为30mm-54mm。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，在所述透镜组的近人眼侧设置有所述偏振元件(3)；或者

所述透镜组(2)包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述偏振元件(3)。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，在所述透镜组的近显示屏幕侧设置有所述分光元件(5)，或者

所述透镜组(2)包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述分光元件(5)。

6.根据权利要求1或4所述的光学模组，其特征在于，在所述透镜组的近人眼侧设置有所述第一相位延迟器(6)；或者所述透镜组(2)包括了至少两个透镜，在相邻透镜之间设置有所述第一相位延迟器(6)；

其中所述第一相位延迟器(6)相对于所述偏振元件(3)更靠近显示屏幕侧设置。

7.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述偏振元件(3)至所述显示屏幕(1)的距离为L1；

所述偏振元件(3)的有效口径为B1；

其中所述光学模组满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8。

8.一种光学模组，其特征在于，包括：

显示屏幕(1)，所述显示屏幕(1)的尺寸为D1；

透镜组(2)，所述透镜组(2)位于所述显示屏幕(1)的出光面，所述透镜组(2)包括了至少一个透镜；

所述光学模组还包括偏振元件(3)、分光元件(5)和第一相位延迟器(6)，所述第一相位延迟器(6)位于所述偏振元件(3)和所述分光元件(5)之间；

所述分光元件(5)的有效口径为B2；

所述偏振元件(3)至所述分光元件(5)的距离为A2；

所述分光元件(5)至所述显示屏幕(1)的距离为A3；

其中当5＜(D1/2)/A3＜9时，所述光学模组满足于：-13＜B2/A2-D1/A3＜-6。

9.根据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述分光元件(5)至所述显示屏幕(1)的距离A3为：1mm＜A3＜2.5mm。

10.根据权利要求8或9所述的光学模组，其特征在于，所述偏振元件(3)至所述分光元件(5)的距离A2为9mm-10mm；

所述分光元件的有效口径B2为40mm-47mm。

11.根据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述偏振元件(3)至所述显示屏幕(1)的距离为L1；

所述偏振元件(3)的有效口径为B1；

其中所述光学模组满足于：0＜(B1/2-D1/2)/L1＜0.8。

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1-7中任一项所述的光学模组，或者如权利要求8-11中任一项所述的光学模组。

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