光学模组以及头戴显示设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种光学模组以及头戴显示设备；其中，光学模组包括成像镜组及至少一个菲涅尔透镜，成像镜组包括第一透镜及第二透镜，菲涅尔透镜靠近发光的显示侧设置，第一透镜及第二透镜位于菲涅尔透镜的出光侧，第一透镜倾斜设于菲涅尔透镜的出光光路上；成像镜组还包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，分光元件设于第二透镜的任一侧，第一相位延迟器及偏振反射元件位于第一透镜与第二透镜之间，且第一相位延迟器位于分光元件与偏振反射元件之间；第一透镜为平面镜片，第二透镜为凹透镜。本实用新型专利技术的方案，在显示侧增设了菲涅尔透镜，在增加光学模组设计自由度的同时，实现了缩小光学模组的体积和重量，同时兼具大视场及高分辨率。具大视场及高分辨率。具大视场及高分辨率。

【技术实现步骤摘要】
光学模组以及头戴显示设备


[0001]本技术实施例涉及光学成像
，更具体地，本技术实施例涉及一种光学模组以及头戴显示设备。

技术介绍

[0002]随着计算机技术及光学设计的发展，头戴显示器快速发展。头戴显示器包括虚拟现实头戴显示器、增强现实头戴显示器及混合现实头戴显示器。
[0003]以混合现实头戴显示器为例，混合现实显示技术MR是利用透明光学元件在短距离内显示放大的虚像，同时呈现真实外界环境的光学特性，以实现用户虚拟画面和现实环境混合的视觉感受。用户在使用MR设备时，通常将MR设备佩戴在头部进行视觉体验。对于MR设备来说，应当满足低重量、体积小的要求。现有的混合现实显示的光学系统分为两种形式：光波导形式及自由曲面透镜形式，但这两种形式的光学系统均存在生产工艺复杂、制作成本高的缺陷，不便于头戴显示器的使用以及普及。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种光学模组以及头戴显示设备的新技术方案，在近显示侧设置了至少一个菲涅尔透镜，利于减小光学模组的体积和重量，光学模组还兼具大视场及高分辨率的特点。
[0005]第一方面，本技术提供了一种光学模组，所述光学模组包括成像镜组及至少一个菲涅尔透镜，所述成像镜组包括第一透镜及第二透镜，所述菲涅尔透镜靠近发光的显示侧设置，所述第一透镜及所述第二透镜位于所述菲涅尔透镜的出光侧，其中，所述第一透镜倾斜设于所述菲涅尔透镜的出光光路上；
[0006]所述成像镜组还包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，所述分光元件设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一透镜与所述第二透镜之间，且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；
[0007]所述第一透镜为平面镜片，所述第二透镜为凹透镜。
[0008]可选地，所述第一透镜相对于所述菲涅尔透镜呈倾斜45度倾斜设置；
[0009]所述第一相位延迟器与所述偏振反射元件为层叠设置，并设于所述第一透镜靠近所述第二透镜的表面；所述第一透镜远离所述第二透镜的表面设置有全透片。
[0010]可选地，所述成像镜组还包括偏振元件，所述偏振元件与所述偏振反射元件、所述第一相位延迟器依次叠设形成叠合元件，所述偏振元件与所述第一透镜的表面连接。
[0011]可选地，所述分光元件设于所述第二透镜远离所述第一透镜的表面；
[0012]所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面设置有全透片。
[0013]可选地，所述光学模组还包括位于所述显示侧的显示屏或者反射式光机；
[0014]所述菲涅尔透镜的入光面靠近所述显示屏，所述菲涅尔透镜的入光面为偶次非球
面；
[0015]所述菲涅尔透镜的出光面靠近所述第一透镜，所述菲涅尔透镜的出光面为环形菲涅尔面，所述菲涅尔透镜的出光面的光焦度为正，所述菲涅尔透镜的基底为偶次非球面。
[0016]可选地，所述光学模组的焦距为f，所述菲涅尔透镜的焦距为f
20
，所述第二透镜的焦距为f
12
，则满足：0.5＜f
20
/f＜0.85，0.65＜f
12
/f＜1.15，1.1＜f
12
/f
20
＜1.6。
[0017]可选地，所述菲涅尔透镜的光轴与所述第二透镜的光轴形成设定角度θ，所述设定角度θ设置为：75
°
＜θ＜105
°
。
[0018]可选地，所述菲涅尔透镜的中心与所述第二透镜的中心之间具有设定高度差h，所述设定高度差h设置为：12mm＜h＜23mm。
[0019]可选地，所述光学模组的系统总长TL与所述光学模组中最大镜片口径D之间满足：1.5＜TL/D＜2.1；
[0020]所述光学模组的总有效焦距EFFL设置为：23.5mm＜EFFL＜31.5mm。
[0021]可选地，所述第一相位延迟器的快轴方向与所述偏振反射元件的偏振透射方向形成45度夹角；
[0022]所述偏振元件的偏振方向与所述偏振反射元件的偏振透射方向相同。
[0023]可选地，所述发光的显示侧被配置能够向所述菲涅尔透镜发射出圆偏振光或者线偏振光；
[0024]当所述发光的显示侧发射的光线为线偏振光时，在所述显示侧与所述菲涅尔透镜之间设有第二相位延迟器，所述第二相位延迟器能够用以将线偏振光转变为圆偏振光。
[0025]第二方面，本技术提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括：
[0026]壳体；以及
[0027]如上所述的光学模组。
[0028]根据本技术实施例，提供了一种光学模组，该光学模组结构简单、制作成本低，通过在发光的显示侧前增加至少一个菲涅尔透镜，菲涅尔透镜可用于会聚显示侧的光线并射入光学模组中，菲涅尔透镜的使用能减轻光学模组的重量，且能在厚度尺寸小的情况下实现光线聚焦，如此可以在短距离下控制显示侧光线的发散角，利于减小光学模组中凹透镜的曲率以进一步减小光学模组的体积，同时能获得大视场的设计要求。
[0029]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
[0030]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。
[0031]图1为本技术实施例的光学模组的结构示意图；
[0032]图2为本技术实施例1提供的光学模组的结构示意图；
[0033]图3为图2示出的光学模组的点列图；
[0034]图4为本技术实施例2提供的光学模组的结构示意图；
[0035]图5为图4示出的光学模组的点列图。
[0036]附图标记说明：
[0037]10、成像镜组；11、第一透镜；12、第二透镜；13、分光元件；14、第一相位延迟器；15、偏振反射元件；16、偏振元件；20、菲涅尔透镜；21、入光面；22、出光面；30、显示屏；40、屏幕保护玻璃；01、光阑。
具体实施方式
[0038]现在将参照附图来详细描述本技术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技术的范围。
[0039]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，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
[0040]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。
[0041]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。
[0042]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括成像镜组(10)及至少一个菲涅尔透镜(20)，所述成像镜组(10)包括第一透镜(11)及第二透镜(12)，所述菲涅尔透镜(20)靠近发光的显示侧设置，所述第一透镜(11)及所述第二透镜(12)位于所述菲涅尔透镜(20)的出光侧，其中，所述第一透镜(11)倾斜设于所述菲涅尔透镜(20)的出光光路上；所述成像镜组(10)还包括分光元件(13)、第一相位延迟器(14)及偏振反射元件(15)，所述分光元件(13)设于所述第二透镜(12)的任一侧，所述第一相位延迟器(14)及所述偏振反射元件(15)位于所述第一透镜(11)与所述第二透镜(12)之间，且所述第一相位延迟器(14)位于所述分光元件(13)与所述偏振反射元件(15)之间；所述第一透镜(11)为平面镜片，所述第二透镜(12)为凹透镜。2.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(11)相对于所述菲涅尔透镜(20)呈倾斜45度倾斜设置；所述第一相位延迟器(14)与所述偏振反射元件(15)为层叠设置，并设于所述第一透镜(11)靠近所述第二透镜(12)的表面；所述第一透镜(11)远离所述第二透镜(12)的表面设置有全透片。3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述成像镜组(10)还包括偏振元件(16)，所述偏振元件(16)与所述偏振反射元件(15)、所述第一相位延迟器(14)依次叠设形成叠合元件，所述偏振元件(16)与所述第一透镜(11)的表面连接。4.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(13)设于所述第二透镜(12)远离所述第一透镜(11)的表面；所述第二透镜(12)靠近所述第一透镜(11)的表面设置有全透片。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括位于所述显示侧的显示屏(30)或者反射式光机；所述菲涅尔透镜(20)的入光面(21)靠近所述显示屏(30)，所述菲涅尔透镜(20)的入光面(21)为偶次非球面；所述菲涅尔透镜(20)的出光面(22)靠近所述第一透镜(11)，所述菲涅尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁磊，
申请(专利权)人：歌尔光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：