【技术实现步骤摘要】
本申请涉及虚拟现实(virtual reality，vr)，特别涉及一种vr光学模组及vr设备。
技术介绍
1、vr技术是一种创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，它能够利用计算机生成一种虚拟环境，用户通过佩戴vr设备(比如vr眼镜、vr头盔等等)能够沉浸到该虚拟环境中。而且，vr设备呈现的虚像的质量越高，虚拟环境就越真实，从而能够给用户带来更强的沉浸感。
2、在相关技术中，vr设备采用硅基有机发光二极管(organic light emittingdiode，oled)屏幕作为图像源。该硅基oled屏幕能够提供更高像素密度的图像源，从而提升vr设备呈现的虚像的质量。然而，硅基oled屏幕价格昂贵，导致vr设备的成本提升。
技术实现思路
1、本申请提供了一种vr光学模组及vr设备，可以解决相关技术中vr设备的成本高的问题。所述技术方案如下：
2、第一方面，提供了一种vr光学模组，所述vr光学模组包括从图像源至人眼依次排布的第一透镜、第二透镜和分光组件，所述第一透镜的两个相背的面中的一个面至少存在一个光焦度反曲点，所述光焦度反曲点是指正光焦度与负光焦度的交点，所述第二透镜的两个相背的面中的一个面为部分反射面，所述部分反射面是指光束能够被部分透射和部分反射的面，所述图像源用于产生承载待投射图像的具有第一偏振态的光束，所述第一透镜用于透射具有第一偏振态的所述光束至所述第二透镜，所述第二透镜用于透射具有第一偏振态的所述光束至所述分光组件，所述分光组件用于反射具有第一偏
3、本申请所提供的vr光学模组利用人眼的分辨率特性，能够在图像源分辨率相同的情况下使呈现的虚像的中心区域的ppd提升，进而满足人眼对中心视场高ppd的需求，提升vr设备呈现的虚像的质量。并且由于第一透镜的两个相背的面中的一个面至少存在一个光焦度反曲点，这样可以补偿虚像的边缘区域的ppd急剧下降带来的场曲，从而提高虚像的成像质量。第二透镜的两个相背的面中的一个面为部分反射面，该部分反射面能够透射部分光束，还能够反射部分光束，从而使光路在分光组件和部分反射面之间产生折叠，使光束能够在较小的空间内实现光束的汇聚，进而减小光学模组的厚度。由于申请所提供的vr光学模组对图像源的像素密度的要求不高，因此本申请提供的vr光学模组在提升虚像的质量的同时还能够保证vr设备的成本较低、体积较小。
4、由于本申请中的vr光学模组生成的虚像的中心区域的像素相比于边缘区域要更为密集，也即是，从图像源的边缘区域出射的光束的焦距需要比中间区域的焦距短，这样，会导致虚像的边缘区域的ppd急剧下降，产生场曲，从而影响虚像的成像质量，因此，通过在第一透镜的两个相背的面中的一个面设置至少一个光焦度反曲点，这样可以补偿虚像的边缘区域的ppd急剧下降带来的场曲，从而提高虚像的成像质量。可选地，上述至少一个光焦度反曲点可以位于第一透镜靠近人眼的面，从而更好地提升补偿虚像的边缘区域的ppd急剧下降带来的场曲，进一步提高虚像的成像质量。
5、由于第二透镜的两个相背的面中的一个面为部分反射面，该部分反射面能够透射部分光束，还能够反射部分光束，所以通过第二透镜的部分反射面能够将第一次入射至该部分反射面的部分光束进行透射，并将第二次入射至该部分反射面的部分光束进行反射，从而使光路在分光组件和第二透镜的部分反射面之间产生折叠，使光束能够在较小的空间内实现汇聚，进而减小光学模组的厚度。
6、可选地，第二透镜靠近图像源的面为部分反射面。在这种情况下，分光组件和第二透镜的部分反射面之间的距离能够实现最大化，进而最大程度地增加光束在分光组件和第二透镜的部分反射面之间传播的距离，使光束在分光组件和第二透镜的部分反射面之间汇聚的效果更好，进一步减小光学模组的厚度。并且，光路还能够在第二透镜内反复经过三次，从而提高像差校正能力。
7、在实际应用中，光束到达第二透镜的部分反射面之后才进行汇聚，光束在第二透镜的部分反射面达到的高度为光束所能够传播的最高高度，因此，该高度决定了vr光学模组的口径大小。所以，可选地，第二透镜靠近人眼的面也可以为部分反射面，这样，能够降低光束在第二透镜的部分反射面所达到的高度，进而降低vr光学模组的口径。
8、可选地，第二透镜的部分反射面的反射率大于30％。这样能够保证第二透镜的部分反射面透射部分光束并反射部分光束。可选地，第二透镜的部分反射面的反射率是50％，也即是，第二透镜的部分反射面的透射率与反射率的比例为1:1，在这种情况下，能够保证第二透镜的部分反射面进行反射的光束最多，从而保证最多的光束能够在分光组件和第二透镜的部分反射面之间产生折叠。
9、基于上文描述，为了满足人眼对中心视场高ppd的需求，在图像源分辨率相同的情况下，需要提升虚像的中心区域的ppd。可选地，上述vr光学模组生成的虚像中距离人眼的凝视方向的目标角度范围内的最大径向ppd大于或等于虚像的平均径向ppd的1.3倍，凝视方向是指人眼看向正前方的方向。
10、可选地，目标角度范围为0度至20度的范围，这样能够使虚像中心区域的ppd高于虚像平均ppd，从而提高清晰度体验。当然，目标角度范围还可以是其他的范围，本申请对此不做限定。
11、本申请所提供的vr光学模组中的第二透镜能够汇聚光束，使图像源的边缘区域出射的光束的焦距比中心区域的焦距短，但是这样会导致第二透镜的薄厚比过大并且虚像的边缘区域的ppd急剧下降。为了补偿虚像的边缘区域的ppd急剧下降带来的场曲，第一透镜的薄厚比就需要设置的更大。而且图像源的边缘区域出射的光束的焦距过短还会导致虚像中边缘部位的像差增大，并且透镜的薄厚比过大还会导致透镜的良品率降低。为了避免上述情况，可以减小第二透镜和第一透镜的薄厚比，此时，vr光学模组生成的虚像中边缘部位的ppd存在上升趋势。这样，能够减小vr光学模组生成的虚像中边缘部位的像差，从而提升该边缘部位的成像质量，避免边缘模糊，并且能够降低第一透镜和第二透镜的薄厚比，从而提高透镜的良品率。
12、可选地，分光组件包括相位延迟片和偏振分光片，相位延迟片位于第二透镜与偏振分光片之间，相位延迟片用于第一次透射光束至偏振分光片，其中，第一次入射至相位延迟片的光束具有第一偏振态，从相位延迟片第一次出射的光束具有第三偏振态，偏振分光片用于反射具有第三偏振态的光束，相位延迟片还用于第二次透射光束至第二透镜的部分反射面，其中，第二次入射至相位延迟片的光束具有第三偏振态，从相位延迟片第二次出射的光束具有第一偏振态，相位延迟片还用于第三次透射光束至偏振分光片，其中，第三次入射至相位延迟片的光束具有第二偏振态，从相位延迟片第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种虚拟现实VR光学模组，其特征在于，所述VR光学模组包括从图像源至人眼依次排布的第一透镜、第二透镜和分光组件；
2.如权利要求1所述的VR光学模组，其特征在于，所述VR光学模组生成的虚像中距离所述人眼的凝视方向的目标角度范围内的最大径向单位角度像素数PPD大于或等于所述虚像的平均径向PPD的1.3倍，所述凝视方向是指所述人眼看向正前方的方向。
3.如权利要求2所述的VR光学模组，其特征在于，所述目标角度范围为0度至20度的范围。
4.如权利要求1-3任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述VR光学模组生成的虚像中边缘部位的PPD存在上升趋势。
5.如权利要求1-4任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述第一透镜靠近所述人眼的面至少存在一个所述光焦度反曲点。
6.如权利要求1-5任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述第二透镜靠近所述图像源的面为所述部分反射面。
7.如权利要求1-6任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述部分反射面的反射率大于30％。
8.如权利要求1-7任一所述的VR光学模
9.如权利要求8所述的VR光学模组，其特征在于，所述第一偏振态和所述第二偏振态为圆偏振态，所述第三偏振态和所述第四偏振态为线偏振态。
10.如权利要求8或9所述的VR光学模组，其特征在于，所述偏振分光片为平面偏振分光片或者曲面偏振分光片。
11.如权利要求8-10任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述相位延迟片为1/4波片。
12.如权利要求11所述的VR光学模组，其特征在于，所述1/4波片的快轴与所述偏振分光片能够透射的偏振态的方向呈45度夹角。
13.如权利要求8-12任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述分光组件还包括光学支撑件，所述相位延迟片和所述偏振分光片固定于所述光学支撑件上。
14.如权利要求1-7任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述分光组件为胆甾型液晶CLC。
15.如权利要求8-12任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述VR光学模组还包括光学偏振片，所述光学偏振片位于所述偏振分光片靠近所述人眼的一侧，所述光学偏振片能够透射的偏振态的方向与所述偏振分光片能够透射的偏振态的方向相同。
16.如权利要求1-15任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述分光组件的面型为轴对称偶次非球面。
17.如权利要求1-15任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述分光组件的面型为非中心对称的自由曲面。
18.如权利要求17所述的VR光学模组，其特征在于，所述非中心对称的自由曲面的面型方程为：
19.如权利要求1-18任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述VR光学模组还包括调节机构，所述调节机构与所述第二透镜或者所述分光组件或者所述图像源连接，所述调节机构用于沿光路传播方向移动所述第二透镜或者所述分光组件或者所述图像源，以调节虚像距。
20.如权利要求19所述的VR光学模组，其特征在于，所述调节机构具有多个调节挡位，所述多个调节挡位与多个反畸变参数一一对应。
21.如权利要求1-20任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述VR光学模组还包括至少一个第三透镜，所述第三透镜位于所述图像源和所述人眼之间。
22.如权利要求1-21任一所述的VR光学模组，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜、液晶透镜或者超透镜。
23.一种VR设备，其特征在于，所述VR设备包括两套权利要求1-22任一所述的VR光学模组，所述两套VR光学模组分别为第一光学模组和第二光学模组，所述第一光学模组对应第一图像源，所述第二光学模组对应第二图像源。
24.如权利要求23所述的VR设备，其特征在于，第一图像源方向与第一凝视方向之间具有第一夹角，所述第一图像源方向为所述第一光学模组对应的第一人眼看向所述第一图像源的几何中心的方向，所述第一凝视方向为所述第一人眼看向正前方的方向，所述第一图像源的几何中心相比所述第一人眼的凝视点远离所述第二光学模组；
25.如权利要求24所述的VR设备，其特征在于，所述第一夹角和所述第二夹角均位于0度到20度的范围内。
...【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实vr光学模组，其特征在于，所述vr光学模组包括从图像源至人眼依次排布的第一透镜、第二透镜和分光组件；
2.如权利要求1所述的vr光学模组，其特征在于，所述vr光学模组生成的虚像中距离所述人眼的凝视方向的目标角度范围内的最大径向单位角度像素数ppd大于或等于所述虚像的平均径向ppd的1.3倍，所述凝视方向是指所述人眼看向正前方的方向。
3.如权利要求2所述的vr光学模组，其特征在于，所述目标角度范围为0度至20度的范围。
4.如权利要求1-3任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述vr光学模组生成的虚像中边缘部位的ppd存在上升趋势。
5.如权利要求1-4任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述第一透镜靠近所述人眼的面至少存在一个所述光焦度反曲点。
6.如权利要求1-5任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述第二透镜靠近所述图像源的面为所述部分反射面。
7.如权利要求1-6任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述部分反射面的反射率大于30％。
8.如权利要求1-7任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述分光组件包括相位延迟片和偏振分光片，所述相位延迟片位于所述第二透镜与所述偏振分光片之间；
9.如权利要求8所述的vr光学模组，其特征在于，所述第一偏振态和所述第二偏振态为圆偏振态，所述第三偏振态和所述第四偏振态为线偏振态。
10.如权利要求8或9所述的vr光学模组，其特征在于，所述偏振分光片为平面偏振分光片或者曲面偏振分光片。
11.如权利要求8-10任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述相位延迟片为1/4波片。
12.如权利要求11所述的vr光学模组，其特征在于，所述1/4波片的快轴与所述偏振分光片能够透射的偏振态的方向呈45度夹角。
13.如权利要求8-12任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述分光组件还包括光学支撑件，所述相位延迟片和所述偏振分光片固定于所述光学支撑件上。
14.如权利要求1-7任一所述的vr光学模组，其特征在于，所述分光组件为胆甾型液晶clc。
15.如权利要求8-12任一所述的v...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦仲亚，高少锐，邱孟，罗伟城，吴巨帅，华夏，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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