光学模组以及可穿戴设备

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光学模组以及可穿戴设备。

背景技术

在轻薄化虚拟现实光学设计领域中，色差难以校正，技术瓶颈在于轻薄化光学方案目前主要采用折叠光路(Pancake)光学架构，其采用的偏振光路需要控制镜片应力以保证光线的偏振特性。由于色差与视场成正相关函数关系，这就导致大视场FOV下的色差问题尤为凸显。

在相关技术中，是对待成像图像进行色差预校正，进而使用户在视觉体验中感受到无明显色差的画面。该解决方式的主要弊端在于虚拟现实一体机的运算能力有限，当面对高刷新率和超高分辨率的画面需求时，现有的数据计算、功耗及传输速度等硬件能力均无法满足超短时延的实际使用要求，且会提高模组整体温度，使用者在佩戴时会有明显发热感。这就使得色差问题在虚拟现实光学设计中难以得到良好的解决。

发明内容

本申请的目的是提供一种光学模组以及可穿戴设备的新技术方案，解决了轻薄化光学模组存在的色差难以校正的问题。

第一方面，本申请提供了一种光学模组。所述光学模组包括成像镜组，以及设于所述成像镜组的光路之间的分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件，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；

所述成像镜组包括沿同一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜远离所述第二透镜的表面为凹面，所述第二透镜为双凸透镜，且所述第一透镜的折射率大于所述第二透镜的折射率，所述第三透镜远离所述第二透镜的表面为凸面；

所述第一透镜及所述第二透镜为玻璃材质，所述第三透镜为塑料材质；

在出瞳距离Eye relief>16mm及眼盒Eyebox≥10mm的情况下，所述光学模组的全视场色差值＜10μm。

可选地，所述光学模组的光学系统总长TTL与所述成像镜组中最大透镜的口径L

可选地，所述第二透镜的口径L

可选地，所述第三透镜为变焦透镜，所述第三透镜被配置为能够沿光轴运动以靠近或远离所述第二透镜；其中，所述第三透镜与所述第二透镜之间的距离P设置为：1.8mm＜P＜4.8mm。

可选地，所述第一透镜远离所述第二透镜的表面的曲率半径R

所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面的曲率半径R

所述第三透镜远离所述第二透镜的表面的曲率半径R

可选地，所述光学模组的有效焦距f为：17mm＜f＜21mm。

可选地，所述第一透镜的折射率大于1.65，所述第二透镜的折射率小于1.5。

可选地，所述光学模组还包括显示屏，所述显示屏设于所述第三透镜背离所述第二透镜的一侧，所述显示屏被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；

当所述显示屏发射的光线为自然光时，所述第三透镜的任一侧设置有叠合元件，能够用以将自然光转变为圆偏振光，所述叠合元件包括第二偏振元件。

可选地，所述叠合元件还包括两个第二相位延迟器，且述第二偏振元件设于两个所述第二相位延迟器之间；

所述叠合元件设于所述第三透镜远离所述显示屏的表面或者设于所述显示屏的出光面。

可选地，所述分光元件设于所述第二透镜靠近所述显示屏的表面。

可选地，所述光学模组还包括第一偏振元件；

所述第一相位延迟器、所述偏振反射元件及所述第一偏振元件依次层叠设置形成复合膜层，所述复合膜层设于所述第一透镜靠近所述显示屏的表面；或者，

所述第一相位延迟器、所述偏振反射元件及所述第一偏振元件分设在所述第一透镜的两个表面上，且所述偏振反射元件位于所述第一相位延迟器与所述第一偏振元件之间。

第二方面，本申请提供了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：

壳体；以及

如第一方面所述的光学模组。

本申请的有益效果为：

根据本申请实施例提供的光学模组，其可应用于轻薄化的虚拟现实光学构架设计中，通过对光学模组中光学镜片的材质、面型及折射率进行新的设计及合理的搭配组合，能够有效降低光学模组的色差，从而实现了整个光学模组在全视场下低色差的光学设计需求，同时解决了因色差预校正运算力有限而引起的高时间延迟及光学模组温度升高的弊端问题。

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光学模组的结构示意图之一；

图2为传统全塑料镜片的Pancake光学方案的垂轴色差图；

图3为图1示出的光学模组的垂轴色差图；

图4为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之二；

图5为图4示出的光学模组无屈光度调节时的MTF曲线图；

图6为图4示出的光学模组无屈光度调节时的垂轴色差图；

图7为图4示出的光学模组近视700度屈光度调节时的MTF曲线图；

图8为图4示出的光学模组近视700度屈光度调节时的垂轴色差图；

图9为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之三；

图10为图9示出的光学模组无屈光度调节时的MTF曲线图；

图11为图9示出的光学模组无屈光度调节时的垂轴色差图；

图12为图9示出的光学模组近视700度屈光度调节时的MTF曲线图；

图13为图9示出的光学模组近视700度屈光度调节时的垂轴色差图。

附图标记说明：

1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、显示屏；5、屏幕保护玻璃；6、叠合元件；7、分光元件；8、第一相位延迟器；9、偏振反射元件；10、第一偏振元件；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光学模组以及可穿戴设备进行详细地描述。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种光学模组，所述光学模组可适合应用于可穿戴设备。而所述可穿戴设备例如为头戴显示设备(Head mounted display，HMD)，如VR头戴显示设备、MR头戴显示设备等。此外，头戴显示设备的具体形式例如为智能眼镜或者智能头盔等，本申请实施例中对于头戴显示设备的具体形式对此不做限制。

本申请实施例提出的光学模组，参见图1，所述光学模组包括成像镜组，以及设于所述成像镜组的光路之间的分光元件7、第一相位延迟器8和偏振反射元件9，且所述第一相位延迟器8位于所述分光元件7与所述偏振反射元件9之间。其中，所述成像镜组包括沿同一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3，所述第一透镜1远离所述第二透镜2的表面为凹面，所述第二透镜2为双凸透镜，且所述第一透镜2的折射率n

根据本申请上述实施例提供的光学模组，其可应用于虚拟现实光学构架设计中，其中利用了光的偏振特性，能够实现整个光学模组的光学系统总长缩短，同时能够保证兼顾良好的成像质量。

其中，所述出瞳距离Eye relief指从人的眼睛角膜最外侧顶点至光学模组之间的最短距离。所述眼盒Eyebox指光学模组可清晰成像的范围。需要说明的是，本申请上述实施例中提出的出瞳距离Eye relief>16mm，眼盒Eyebox≥10mm，这能够满足大多数用户的使用要求。

根据本申请上述实施例提供的光学模组，在所述成像镜组中设置了三片透镜，分别为上述的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3。例如，光学模组在使用状态下，所述第一透镜1及所述第二透镜2为靠近人眼01一侧的两片透镜，参见图1，通过对该两片透镜进行材质、面型进行新的设计及折射率的合理搭配组合，具体而言，所述第一透镜1及所述第二透镜2设计为玻璃材质，且所述第一透镜1远离所述第二透镜2的表面为凹面，使其具有负光焦度，所述第二透镜2的两个表面均为凸面，使其具有正光焦度，同时，所述第一透镜1采用了高折射率的材料，所述第二透镜2采用了低折射率的材料，二者还形成了一定折射率差异，这样，在两片透镜为玻璃材质，以及正负光焦度和折射率差异的搭配下形成了低色差的光学架构，能够有效的降低整个光学模组的色差。这就无需对待成像图像进行色差预校正。

也就是说，本申请实施例提供的光学模组，通过对靠近人眼01侧的两片透镜的材质、面型及折射率的合理设计，可以达到良好的消色差效果。对于传统的虚拟现实光学结构，其色差达到了150μm以上，甚至色差值会更高。但是，本申请实施例提供的光学模组，在大多数人使用的情况下，在光学模组的全视场范围内，例如在FOV值为60度的情况下，色差值仅在10μm以下，这使得成像画面的色彩和亮度都较佳，完全不需要进行任何色差的校正，这就能够给用户带来更好的沉浸式体验感。

并且，参见图1，所述光学模组，在远离人眼01的一侧还设置有第三透镜3，所述第三透镜3的材质与所述第一透镜1及所述第二透镜2不同，其被设置为塑料材质，可以减轻整个光学模组的重量。

在本申请上述实施例提供的光学模组中，所述第三透镜3位于远离人眼01的一侧或者说位于近显示屏侧，参见图1，所述第三透镜3远离人眼01的表面需要设置为凸面，这是为了使光线能够更好的聚焦在右侧的显示屏上。这样的设计，可以使得显示屏发出的光线完全能够被所述第三透镜3折射到人眼01的方向上，也即可以使得显示屏发出光线可以经所述第三透镜3尽可能多的进入成像镜组中，以提高光效，这利于提升成像亮度，实现良好的成像效果。

用户通过使用本申请实施例提供的光学模组，所获得的成像画面在全视场内本身就具有低色差的优点，例如光学模组的全视场色差值＜10μm，可以看出，这一色差值是非常小的，可以提高成像画面的清晰度，从而提高了用户的视觉体验感。

可选的是，根据本申请实施例提供的光学模组，其中的所述成像镜组包括但并不限制三片透镜，还可以为两片透镜，或者大于三片透镜。

对于本申请实施例中的成像镜组而言，其中透镜的使用数量可以根据具体需要灵活调整。随着折叠光路中透镜使用数量的增多，可以提升光学模组的成像质量，但也会影响光学模组沿光轴方向(横向)的尺寸及生产成本，导致光学模组的体积较大、重量增加及成本增加。

作为本申请一种较为优选的方式，所述成像镜组中可以包括上述实施例中的三片透镜。

在本申请实施例的光学模组中，所述第一透镜1及第二透镜2采用玻璃材料，这不仅能够提升消色差效果，还可以提高耐温性能，而所述第三透镜3可以采用塑料材料，可以适当的降低整个光学模组的重量。也就是说，本申请实施例提供的光学模组，其中三片透镜的材料搭配可以保证成像质量的同时，不会过多的增加光学模组的重量。

进一步地，所述第一透镜1远离所述第二透镜2的表面为凹面，该凹面可以为球面、非球面或者自由曲面面型。并且，所述第一透镜1例如高折射率的玻璃材料。所述第二透镜2为双凸透镜，所述第二透镜2的面型可以为球面、非球面或者自由曲面面型。所述第二透镜2为低折射率玻璃材料。所述第三透镜3远离所述第二透镜2的表面为凸面，凸面例如可以为球面、非球面或者自由曲面面型。所述第三透镜3例如为塑料材料。

在一个例子中，所述第一透镜1为凹平模造玻璃，凹面为非球面面型。所述第二透镜2为双凸模造玻璃，两面均为非球面面型。所述第三透镜3为平凸塑料镜片。在这种搭配方式下，整个光学模组的色差非常小，成像质量好，且光学模组的重量轻，佩戴舒适感较佳。

本申请实施例提供的光学模组为一种折叠光路，其中除包含有成像镜组之外，所述光学模组还包含有分光元件7、第一相位延迟器8及偏振反射元件9等用于形成折叠光路的光学元件。上述的这些光学元件(光学膜)可用以在所述成像镜组的多个透镜之间形成折叠光路，使光线在其中进行折返，用以延长光线的传播路径，这利于最终的清晰成像，同时利于减小整个光学模组的体积。

其中，所述分光元件7例如为半透半反射膜。所述分光元件7可供一部分光线透射，另一部分光线反射。

可选的是，所述分光元件7的反射率为47％～53％。

需要说明的是，所述分光元件7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，所述第一相位延迟器8例如为四分之一波片。

当然，这里的所述第一相位延迟器8也可根据需要设置为其他相位延迟片如半波片等。

本申请实施例提出的光学模组中，在位于靠近人眼01一侧的折叠光路中，设置所述第一相位延迟器8可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。

其中，所述偏振反射元件9例如为偏振反射膜/片。

所述偏振反射元件9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。

在本申请的实施例中，所述第一相位延迟器8与所述偏振反射元件9二者相配合，能够用于解析光线并对光线进行传递。

需要强调的是，所述分光元件7、所述第一相位延迟器8及所述偏振反射元件9这些光学元件在近人眼01一侧的所述成像镜组内可形成折叠光路，上述的各个光学元件的布设位置较为灵活，但需要保证的是，所述第一相位延迟器8要介于所述分光元件7与所述偏振反射元件9之间。

根据本申请实施例提供的光学模组，其可应用于轻薄化的虚拟现实光学构架设计中，通过对光学模组中光学镜片的材质、面型及折射率进行新的设计及合理的搭配组合，能够有效降低光学模组的色差，从而实现了整个光学模组在全视场下低色差的光学设计需求，同时解决了因色差预校正运算力有限而引起的高时间延迟及光学模组温度升高的弊端问题。

在本申请的一些示例中，所述光学模组的光学系统总长TTL与所述成像镜组中最大透镜的口径L

光学模组的视场角FOV是指，以光学模组的光轴中心为顶点，以被显示图像的两条边缘构成的最大夹角。视场角与焦距的关系如下：

像高＝有效焦距*tan(半FOV)。

在像高值固定的情况下，光学模组的FOV值和有效焦距可以表征该光学模组的光学系统总长TTL。为了让光学模组的光学系统总长TTL尽可能的要小一些，可以使得整个光学模组更加轻薄化，这就需要适当的增加光学模组中透镜的口径，也可以将成像的光线尽可能的收进成像镜组中，以保证成像质量。通过上述示例中示出的制约关系，能够在保证成像质量的前提下，使得光学模组的光学系统总长TTL得以合理的减小，从而实现光学模组的轻薄化设计。

传统的折叠光路光学架构，光学系统总长与最大透镜的口径之比一般是大于0.8，甚至更大的。这是因为，传统的折叠光路光学模组的光学系统总长本身是比较大的。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述第二透镜2的口径L

根据本申请实施例提供的光学模组，当所述成像镜组包含三个透镜，也即图1中示出的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3时，所述第二透镜2介于所述第一透镜1与所述第三透镜3之间，并将所述第二透镜2设计的口径最大，此时，所述光学模组的光学系统总长TTL与所述第二透镜2的口径L

在本申请的一些示例中，所述第三透镜3为变焦透镜，所述第三透镜3被配置为能够沿光轴运动以靠近或远离所述第二透镜2；其中，所述第三透镜3与所述第二透镜2之间的距离P设置为：1.8mm＜P＜4.8mm。

根据上述示例，所述成像镜组中的第三透镜3设计为是可以移动的，这使得整个光学模组还具有可变焦的性能。在此基础上，所述第一透镜1及所述第二透镜2可以承担消除色差的作用，而所述第三透镜3则可以起到变焦的效果。也就是说，本申请实施例提供的光学模组为一种可变焦低色差的虚拟现实光学架构。

根据上述示例，在所述光学模组中，通过沿光轴平移所述第三透镜3，以靠近或者远离所述第二透镜2，使得所述第三透镜3与所述第二透镜2之间的距离可以在1.8mm至4.8mm之间变化，如此可以实现例如屈光度在0度(即0D)到700度(即-7D)之间的调整。这适用于目前大多数的用户的视度匹配要求。

本申请中，所述第三透镜3的可变焦设计，使得近视的用户，通过调整光学模组中所述第三透镜3与所述第二透镜2之间的距离，可以实现在不佩戴眼镜的情况下清晰观看成像画面。

例如，参见图4，从0D到-7D，所述第三透镜3距离所述第二透镜2的距离分别是4.743mm到2.328mm。

又例如，参见图9，从0D到-7D，所述第三透镜3距离所述第二透镜2的距离分别是4.219mm到1.896mm。

当然，也可以根据屈光度的具体需求，改变所述第三透镜3与所述第二透镜2之间的距离范围，都在本申请的保护范围之内。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜1远离所述第二透镜2的表面的曲率半径R

所述第二透镜2靠近所述第一透镜1的表面的曲率半径R

所述第三透镜3远离所述第二透镜2的表面的曲率半径R

根据上述示例，所述第一透镜1远离所述第二透镜2的表面为凹面，且进一步限定该凹面的面型。所述第二透镜2的两个表面均为凸面，且进一步限定了凸面的面型。所述第三透镜3远离所述第二透镜2的表面为凸面，且进一步限定了凸面的面型。在这样的面型搭配下，使得整个光学模组的色差极小，且能将大量的成像光线引入所述成像镜组，提升光效。

在本申请的一些示例中，参见图1、图4及图9，所述光学模组的有效焦距f为：17mm＜f＜21mm。

例如，参见图4，所述光学模组的有效焦距f为：17.5mm＜f＜21mm。

又例如，参见图9，所述光学模组的有效焦距f为：18mm＜f＜20mm。

所述光学模组在光学系统总长设计的较小的情况下，合理控制了有效焦距，使得光学模组在小体积下能兼具高清的成像性能，能更好的提升用户的佩戴舒适感及视觉体验感。

需要说明的是，上述示例提供的有效焦距范围是基于三片透镜能够达到的较短焦距。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜1的折射率大于1.65，所述第二透镜2的折射率小于1.5。

所述第一透镜1与所述第二透镜2之间形成了折射率差异。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述光学模组还包括显示屏4，所述显示屏4设于所述第三透镜3背离所述第二透镜2的一侧，所述显示屏4被配置为能够发射圆偏振光或者自然光。

当所述显示屏4发射的光线为自然光时，所述第三透镜3的任一侧设置有叠合元件6，能够用以将自然光转变为圆偏振光，所述叠合元件6包括第二偏振元件。

进入所述成像镜组中的入射光线应当为圆偏振光。而当所述显示屏4发出的是自然光时，就需要先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，最终经成像镜组出射的光线打入人眼01进行成像。

根据上述示例，所述叠合元件6就是用于将自然光转变为圆偏振光。

所述叠合元件6包括偏振片即上述示例中提及的第二偏振元件。所述第二偏振元件能够反射水平/竖直方向的线偏振光线，透过竖直/水平方向的线偏振光，所述第二偏振元件的吸收方向与第二相位延迟器的快轴方向成45°夹角。所述第二偏振元件能够将所述显示屏4发出的自然光转变为圆偏振光。

可选的是，所述第二相位延迟器设置为两个，所述第二偏振元件设于两个所述第二相位延迟器之间。

例如，所述叠合元件6为三层复合膜材，其包括位于中间层的所述第二偏振元件以及分别设置在所述第二偏振元件两侧的所述第二相位延迟器。其中，所述第二相位延迟器例如为四分之一波片。

可选的是，所述叠合元件6设于所述第三透镜3远离所述显示屏4的表面或者设于所述显示屏4的出光面。

当所述叠合元件6包括两个所述第二相位延迟器及一个所述第二偏振元件时，其中的一个所述第二相位延迟器靠近所述显示屏4，其中的另一个所述第二相位延迟器远离所述显示屏4。具体地，对于靠近所述显示屏4设置的所述第二相位延迟器，其作用为防止杂散光进入显示屏4再反射回来进入所述成像镜组形成杂散光。而对于远离所述显示屏4设置的所述第二相位延迟器来说，所述显示屏4发出光是自然光时，通过所述第二偏振元件配合可以将自然光变为圆偏振光再变为线偏振光后进入所述成像镜组中。

其中，所述显示屏4的出光面上设置有屏幕保护玻璃5，参见图1。

可以将所述叠合元件6贴设在所述屏幕保护玻璃5的外表面上，这样可以释放一个镜片例如第三透镜3面型表面的自由度，有利于提升成像质量。

可选的是，所述显示屏4可以为快速液晶显示器(Fast LCD)、Micro OLED、MicroLED等任何发光表面为平面的屏幕。

可选的是，所述屏幕保护玻璃5为平面结构。

在本申请的一些示例中，所述分光元件7设于所述第二透镜2靠近所述显示屏4的表面。

在本申请的一些示例中，所述光学模组还包括第一偏振元件10；所述第一相位延迟器8、所述偏振反射元件9及所述第一偏振元件10依次层叠设置形成复合膜层，所述复合膜层设于所述第一透镜1靠近所述显示屏4的表面；或者，所述第一相位延迟器8、所述偏振反射元件9及所述第一偏振元件10分设在所述第一透镜1的两个表面上，且所述偏振反射元件9位于所述第一相位延迟器8与所述第一偏振元件10之间。

其中，将构成折叠光路的一些光学元件设计按照设定顺序形成复合膜层再贴装在光学镜片上，这样利于降低光学模组的组装难度。

而将所述偏振反射元件9与所述第一相位延迟器8分离设置，例如二者贴装在不同的面型表面上，这有利于减小角度误差引起的鬼影。

当然，上述的形成折叠光路的光学元件也可以分别设置在平板玻璃(透光支撑件)上，再作为独立器件布设于光路中，本申请实施例中对此不做限制。

在本申请实施例提供的光学模组中，并不限定平面面型的数量。而作为一种优选方式，成像镜组中可以设置两个平面面型，分别为所述第一透镜1远离人眼01的表面及所述第三透镜3靠近人眼01的表面，这样可以简化膜层贴合工艺制程，便于批量生产。

当然，所述第一透镜1远离人眼01的表面及所述第三透镜3靠近人眼01的表面也可以设置为非球面或者自由曲面，以增加面型设计自由度，有利于提升成像质量。

此外，所述复合膜层还可以增加增透膜，此时，所述复合膜包括第一偏振元件10、偏振反射元件9、第一相位延迟器8及增透膜。增透膜的加入可以提高光线的透过率，减小杂散光。

参见图1，本申请实施例提供的光学模组，左旋圆偏振光线自所述显示屏4发射，依次透过所述屏幕保护玻璃5、所述第三透镜3、所述叠合元件6，之后在所述分光元件7、所述第二透镜2和所述复合膜层(包括第一相位延迟器8及偏振反射元件10等)之间进行折返后，再透过所述第一透镜1后出射，在人眼01(或光阑)位置处，即模拟人眼位置处显示成像。

需要说明的是，对于传统全塑料镜片的Pancake光学方案，其垂轴色差图可参见图2，以FOV为60°，波长为450nm-630nm为例，传统全塑pancake光学方案的全视场角色差约为170um。可见，色差明显较大。

参见图1，图1为本申请实施例提供的光学模组，本申请的技术方案可实现全视场角色差<10um，色差缩减可以达到90％以上，如图3所示。以1.03”的MicroOLED为例，像素单位尺寸为7.2um，满足色差<1.5pixel的成像设计要求，无需额外进行色差校正。

本申请实施例提供的光学模组，可以用于虚拟现实光学模组，也可搭配全彩立体视透视(VST)成为MR混合现实模组。

以下通过实施例1和实施例2进一步说明本申请的光学模组。

实施例1

参见图4，所述光学模组包括成像镜组，以及设于所述成像镜组的光路之间的分光元件7、第一相位延迟器8和偏振反射元件9，且所述第一相位延迟器8位于所述分光元件7与所述偏振反射元件9之间；所述成像镜组包括沿同一光轴依次设置的第一透镜1、第二2及第三透镜3，所述第一透镜1远离所述第二透镜2的表面为凹面，所述第二透镜2为双凸透镜，所述第一透镜1的折射率大于1.65，所述第二透镜2的折射率小于1.5；所述第三透镜3远离所述第二透镜2的表面为凸面；

其中，所述第三透镜3为变焦透镜，所述第三透镜3被配置为能够沿光轴运动以靠近或远离所述第二透镜2，且所述第三透镜3与所述第二透镜2之间的距离P设置为4.743mm到2.328mm；

所述光学模组还包括显示屏4，所述显示屏4设于所述第三透镜3背离所述第二透镜2的一侧，所述显示屏4被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；当所述显示屏4发射的光线为自然光时，在所述第三透镜3远离所述显示屏4的表面设置有叠合元件6，能够用以将自然光转变为圆偏振光，所述叠合元件6包括第二偏振元件以及两个第二相位延迟器，且所述第二偏振元件设于两个所述第二相位延迟器之间；所述叠合元件6设于所述第三透镜3远离所述显示屏4的表面；

所述分光元件7设于所述第二透镜2靠近所述显示屏4的表面；所述光学模组还包括第一偏振元件10，所述第一相位延迟器8、所述偏振反射元件9及所述第一偏振元件10依次层叠设置形成复合膜层，所述复合膜层设于所述第一透镜1靠近所述显示屏4的表面；

其中，使用1.03英寸的显示屏，像元尺寸7.2μm，发光有效区18.4mm×18.4mm，Eyerelief为16.2mm，光学模组的视场角为60度，光学模组的眼盒为10mm，满足0-700度近视屈光度调节。所述光学模组的有效焦距f为17.5mm＜f＜21mm；所述光学模组的光学系统总长TTL与所述第二透镜2的口径L

参见图5及图6，在无屈光度调节下，MTF@35lp/mm>0.57，色差<8.4μm。

参见图7及图8，在近视700度屈光度调节下，MTF@35lp/mm>0.43，色差<6.9μm。

下表1示出了实施例1提供的光学模组的具体光学参数。

表1

实施例2

参见图9，所述光学模组的基本光学结构与实施例1示出的光学模组相同，二者的不同之处在于光学参数存在区别。

下表2示出了图9示出的光学模组的光学参数。

表2

使用1.03英寸的显示屏，像元尺寸7.2μm，发光有效区18.4mm×18.4mm，Eyerelief为16.1mm，光学模组的视场角为60度，光学模组的眼盒为10mm，满足0-700度近视屈光度调节。所述光学模组的光学系统总长TTL与所述第二透镜2的口径L

参见图10及图11，在无屈光度调节下，MTF@35lp/mm>0.59，色差<6.9μm。

参见图12及图13，在近视700度屈光度调节下，MTF@35lp/mm>0.62，色差<5.7μm。

需要说明的是，在上述的表1和表2中，1R1为第一透镜1靠近人眼01的表面，1R2为第一透镜1远离人眼01的表面；2R1为第二透镜2靠近人眼01的表面，2R2为第二透镜2远离人眼01的表面；3R1为第三透镜3靠近人眼01的表面，3R2为第三透镜3远离人眼01的表面。

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。

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光学模组各实施例，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。