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

近年来，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术在例如可穿戴设备（如智能眼镜、头盔等）中得到了应用并快速发展起来。虚拟现实技术的核心部件是VR光学系统，其显示图像效果的好坏将直接决定着可穿戴设备的质量。

随着消费需求的不断提升，对于虚拟现实产品的尺寸及成像质量要求越来越高，小型化及高分辨率是虚拟现实显示产品的发展趋势。VR产品的显示器的尺寸越小，分辨率越高，则对VR光学系统的要求越高，尤其是视场角度，但目前小尺寸的显示器很难做到大视场角。而视场角度会影响用户的沉浸感。

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，通过单眼对应双显示屏的光学方案，实现了增大光学模组的视场角的效果。

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；

所述成像镜组沿同一光轴包括至少第一透镜及第二透镜；

所述光学模组还包括第一显示屏及第二显示屏；

所述第一显示屏设于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧，且所述第一透镜位于所述第一显示屏的出光路径上；

所述第二显示屏位于所述第二透镜靠近所述第一显示屏的一侧，且所述第二显示屏围绕着所述第二透镜边缘上的至少部分区域设置。

可选地，所述第二显示屏为环形屏幕，所述第二显示屏环绕所述第二显示屏的整个边缘，以使得所述第二透镜的边缘位于所述第二显示屏的出光路径上。

可选地，所述第二显示屏为弧形屏幕，所述第二显示屏围绕所述第二透镜边缘上的第一区域，所述第二透镜边缘上的第二区域被去除，所述第二区域与所述第一区域相对。

可选地，所述第一显示屏显示的第一图像与所述第二显示屏的显示第二图像具有重叠区域，用以使所述光学模组能够形成完整的成像画面。

可选地，所述第二透镜与所述第一透镜为相邻且间隔设置；

所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面包括至少第一面型和第二面型，所述第二面型环设在所述第一面型的外周，所述第一面型位于所述第一显示屏的出光路径上，所述第二面型位于所述第二显示屏的出光路径上。

可选地，所述第一面型与所述第二面型的分界面位于所述第二透镜全口径的大于0.5口径处；

所述第二透镜的光焦度为正。

可选地，所述光学模组还包括第一偏振元件；

所述分光元件设于所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面；所述第一相位延迟器及所述偏振反射元件及所述第一偏振元件层叠设置形成复合膜，所述复合膜设于所述第二透镜背离所述第一透镜的表面。

可选地，所述成像镜组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第二透镜背离所述第一透镜的一侧，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜位于同一光轴上。

可选地，所述第一透镜的光焦度φ1为：-0.01＜φ1<0.01；所述第二透镜的光焦度φ2为：0＜φ2<0.1；所述第三透镜的光焦度φ3为：-0.1＜φ3<0.1。

可选地，所述光学模组还包括第一偏振元件；

所述分光元件设于所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面；所述第一相位延迟器及所述偏振反射元件及所述第一偏振元件层叠设置形成复合膜，所述复合膜设于所述第三透镜靠近所述第二透镜的表面。

可选地，所述第一显示屏及所述第二显示屏被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；

当所述第一显示屏及所述第二显示屏发射的光线均为自然光时，在所述第一显示屏及所述第二显示屏的出光一侧分别设置有叠合元件，所述叠合元件用以将自然光转变为圆偏振光；

其中，所述叠合元件包括第二相位延迟器、第三相位延迟器，以及位于所述第二相位延迟器和所述第三相位延迟器之间的第二偏振元件。

可选地，一个所述叠合元件设于所述第一透镜靠近所述第一显示屏的表面上；另一个所述叠合元件设于所述第二显示屏的出光面上。

可选地，所述光学模组的有效焦距EFL为15mm~100mm。

可选地，所述光学模组的光学系统总长TTL为15 mm~30mm。

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：

本申请实施例提供的光学模组，其为一种折叠光路，通过在光学模组中引入位于中心的显示屏及位于边缘/周边的显示屏，形成了单眼对应双显示屏的光学方案，以此能够增大光学模组的视场度，中心的显示屏为主屏幕可兼顾例如中心90°的视场角，边缘的显示屏可兼顾例如边缘30°的视场角，如此例如可实现至少120°的视场角，从而能提升用户的视觉体验感；整个光路结构简单，使得光学模组具有小型化及高分辨率的特点。

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为本申请实施例提供的光学模组复合膜的装配示意图；

图3为本申请实施例提供的光学模组中叠合元件的装配示意图；

图4为图1示出的光学模组的一种变形结构；

图5为图1示出的光学模组的中心成像点列图；

图6为图1示出的光学模组的中心MTF曲线图；

图7为图1示出的光学模组的中心场曲畸变图；

图8为图1示出的光学模组的中心垂轴色差图；

图9为图1示出的光学模组的边缘点列图；

图10为图1示出的光学模的边缘MTF曲线图；

图11为图1示出的光学模组的边缘场曲畸变图；

图12为图1示出的光学模组边缘成像的垂轴色差图；

图13为本申请实施例提供的光学模组的结构示意图之二；

图14为图13示出的光学模组的一种变形结构。

图15为图13示出的光学模组的中心点列图；

图16为图13示出的光学模组的中心MTF曲线图；

图17为图13示出的光学模组的中心场曲畸变图；

图18为图13示出的光学模组的中心垂轴色差图；

图19为图13示出的光学模组的边缘点列图；

图20为图13示出的光学模组的边缘MTF曲线图；

图21为图13示出的光学模组的边缘场曲畸变图；

图22为图13示出的光学模组的边缘垂轴色差图。

附图标记说明：

1、第一显示屏；11、第一出光面；2、第二显示屏；21、第二出光面；3、第一透镜；31、第一表面；32、第二表面；4、第二透镜；41、第三表面；42、第四表面；5、第三透镜；51、第五表面；52、第六表面；6、叠合元件；61、第二相位延迟器；62、第二偏振元件；63、第三相位延迟器；64、第二抗反射元件；7、分光元件；8、复合膜；81、第一相位延迟器；82、偏振反射元件；83、第一偏振元件；84、第一抗反射元件；01、人眼；001、第一光线；002、第二光线。

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。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。其中，所述VR头戴显示设备例如包括VR智能眼镜或者VR智能头盔等，本申请实施例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及图2，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81和偏振反射元件82，且所述第一相位延迟器81位于所述分光元件7与所述偏振反射元件82之间。所述成像镜组沿同一光轴包括至少第一透镜3及第二透镜4。所述光学模组还包括第一显示屏1及第二显示屏2。所述第一显示屏1设于所述第一透镜3背离所述第二透镜4的一侧，且所述第一透镜3位于所述第一显示屏1的出光路径上。所述第二显示屏2位于所述第二透镜4靠近所述第一显示屏1的一侧，且所述第二显示屏2围绕着所述第二透镜4边缘上的至少部分区域设置，参见图1及图4。

根据本申请上述实施例提供的光学模组，其为一种折叠光路（pancake）的光学模组，非常适应用于VR产品中。具体地，参见图1及图2，在所述成像镜组内的各透镜之间布设了所述分光元件7、所述第一相位延迟器81及所述偏振反射元件82等，用以使所述光学模组形成了一种折叠光路。

根据本申请上述实施例提供的光学模组，其包含了两个显示屏，也即上述的第一显示屏1及第二显示屏2，二者共同位于远离人眼01（光阑）的一侧。用户在使用光学模组时，形成了单眼对应两个显示屏的光学方案，该光学设计方案可以增大整个光学模组的视场角度（FOV值）。

例如，本申请实施例提供的光学模组，其包含了第一显示屏1及第二显示屏2。其中，所述第一显示屏1为中心显示屏，其为主要的显示屏，例如，所述第一显示屏1可以使用1.3英寸的显示屏，其可以兼顾中心90°的视场角度。所述第二显示屏2为边缘显示屏（或称周边显示屏），所述第二显示屏2使得光学模组能够兼顾边缘30°的视场，此时，整个光学模组能够实现120°的视场角度。这样的设计可以提升用户使用时的沉浸感。

根据本申请实施例提供的光学模组，其光路图可参见图1及图4，所述第一显示屏1发出的第一光线001进入所述成像镜组的中心区域，可形成中心图像，所述第二显示屏2发出的第二光线002进入所述成像镜组的边缘，可形成边缘图像。需要说明的是，进入所述成像镜组的所述第一光线001及所述第二光线002应当为圆偏振光。所述第一光线001及所述第二光线002能够在所述成像镜组中经折返之后再出射至例如人眼01中，最终可以在位于左侧的人眼01中呈现出高清质感的画面。

本申请实施例提出的光学模组，利于实现虚拟现实显示设备（VR显示设备）的小型化及高清成像的要求。也即可以在保证设备小体积的情况下还能兼具高分辨率的光学成像要求。基于小尺寸的设计，更加适合用户佩戴使用，能够提升佩戴的舒适性，即使长时间使用也不会有疲劳感。

本申请实施例提供的光学模组，其为一种折叠光路，通过在光学模组中引入两个显示屏，也即中心显示屏（第一显示屏1）及周边显示屏（第二显示屏2），形成了单眼对应两个显示屏的方案，以此能够增大光学模组的视场角度，可以实现至少120°的视场角度，能够提升用户的视觉体验感。整个光路结构简单，使得光学模组具有小型化及高分辨率的特点。

需要强调的是，所述第二显示屏2可以围绕所述第二透镜4边缘的少半圈或者半圈，又或者是多半圈。当然，所述第二显示屏2也可以环绕所述第二透镜4边缘一整圈。上述第二显示屏2的所有设置方式，都可以增大光学模组的视场角度，提升用户的视觉体验感。

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81及偏振反射元件82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各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。

本申请实施例提出的光学模组，对于其中的成像镜组而言，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。

可选的是，所述成像镜组可以包括2~3个透镜。

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81例如为四分之一波片。

当然，所述第一相位延迟器81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了所述第一相位延迟器81，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82例如为偏振反射膜/片。

所述偏振反射元件82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81与所述偏振反射元件82二者相配合，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81及所述偏振反射元件82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81要介于所述分光元件7与所述偏振反射元件82之间。

根据本申请上述实施例提供的光学模组，参见图1，光路传播路径如下：

中心成像：所述第一显示屏1（中心显示屏）发出的第一光线001（圆偏振光）进入所述成像镜组之内，所述第一光线001在所述成像镜组内的至少第一透镜3与第二透镜4之间折返，最后出射至人眼01形成中心图像；

边缘成像：所述第二显示屏2（边缘显示屏）发出的第二光线002（圆偏振光）进入所述成像镜组内，所述第二光线002在至少所述第二透镜4的边缘折返，最后出射至人眼01形成边缘图像。

在本申请的一些示例中，参见图1，所述第二显示屏2为环形屏幕，所述第二显示屏2环绕所述第二透镜4的整个边缘，以使得所述第二透镜4的边缘位于所述第二显示屏2的出光路径上。

上述示例中，所述第二显示屏2围绕所述第二透镜4边缘设置，以使得光学模组的视场角度得以明显增大（例如视场角度可以达到120°，甚至更大，特别是增大了边缘视场角度，例如可以兼顾边缘30°视场角度。

在本申请的一些示例中，参见图4，所述第二显示屏2为弧形屏幕，所述第二显示屏2围绕所述第二透镜4边缘上的第一区域，所述第二透镜4边缘上的第二区域被去除，所述第二区域与所述第一区域相对。

将所述第二显示屏2设置为弧形屏幕，其位于所述第二透镜4的入光一侧，且仅围绕着所述第二透镜4的边缘上的一部分区域（例如少半圈、半圈等），这样节省成本且占用空间小。在此基础上，可以将所述第二透镜4边缘的部分区域进行切除，如图4中示出的所述第二透镜4的最下方被去除，当光学模组应用于VR眼镜中时，这部分靠近用户的眼睛内侧，可以形成避让鼻梁、眉骨等位置的区域。

在本申请的一些示例中，所述第一显示屏1显示的第一图像与所述第二显示屏2的显示第二图像具有重叠区域，用以使所述光学模组能够形成完整的成像画面。

具体而言，参见图1，所述光学模组包括所述第一显示屏1和所述第二显示屏2，所述第一显示屏1位于中心，所述第二显示屏2位于边缘，当所述第二显示屏2为环形屏幕时，所述第一显示屏1外周边缘与所述第二显示屏2的内侧边缘所显示的图像内容是一致的，这样，可以保证在人眼01（用户单眼）中呈现出的图像不会断开，也即保证了成像画面的完整。

此外，参见图4，当所述第二显示屏2为弧形屏幕时，位于上方的第二显示屏2的最下方与所述第一显示屏1的最上方显示的内容是一致的。

在本申请的一些示例中，参见图1及图11，在所述光学模组中，所述第二透镜4与所述第一透镜3为相邻且间隔设置。所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面包括至少第一面型和第二面型，所述第二面型围设在所述第一面型的外周，所述第一面型位于所述第一显示屏1的出光路径上，所述第二面型位于所述第二显示屏2的出光路径上。

所述第二透镜4分别接收位于中心的所述第一显示屏1发出的第一光线001，以及位于边缘的所述第二显示屏2发出的第二光线002，因此，将所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面（图1中示出的第三表面41）设计为包括至少两种不同的面型，如上述的第一面型及第二面型。

根据上述示例，所述第一面型对应所述第一显示屏1，所述第二面型对应所述第二显示屏2，这样，所述第二透镜4的中心和边缘两种面型可以兼顾中心与边缘的成像质量。

需要说明的是，为了更好的提高成像质量，还可以将所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面设计为更多的面型，本申请中对此不做限制。

可选的是，所述第二透镜4背离所述第一透镜3的表面（即图1中示出的第四表面42）可以为平面或者非球面，且该表面上可以设置抗反射膜。

可选的是，所述第一面型与所述第二面型的分界面位于所述第二透镜4全口径的大于0.5口径处。所述第二透镜4的光焦度为正。

所述第一面型对应接收所述第一显示屏1发出的第一光线001，所述第二面型对应接收所述第二显示屏2发出的第二光线002。由于所述第一显示屏1为光学模组的中心屏幕，其为主要的屏幕，为了充分接收所述第一显示屏1发出的光线，可以将所述第一面型设计的尺寸大一些，因此，所述第一面型例如可以达到所述第二透镜4全口径的0.5以上，例如可以设计为0.55口径处。

所述第二透镜4的光焦度为正，可以使得最终成像画面的中心与边缘均清晰完整，从而提升了用户的视觉体验感。所述第二透镜4的光焦度为正还利于光线射入所述第三透镜5。

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83；所述分光元件7设于所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面；所述第一相位延迟器81及所述偏振反射元件82及所述第一偏振元件83层叠设置形成复合膜8，所述复合膜8设于所述第二透镜4背离所述第一透镜3的表面。

当所述成像镜组包括第一透镜3及第二透镜4时，所述第二透镜4位于靠近人眼01的一侧，将形成折叠光路的各个光学元件设计分布在所述第二透镜4的两个表面（第三表面41及第四表面42）上，可以在近人眼01侧对光线进行折返以延长光路，这利于提高最终的成像质量。

并且，在上述示例中，将形成折叠光路的光学元件直接设置在所述第二透镜4的两个表面上，这利于降低光学模组的组装难度及成本。

当然，所述分光元件7、所述第一相位延迟器81及、所述偏振反射元件82及所述第一偏振元件83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。

在本申请的一些示例中，参见图1及图11，所述成像镜组不限于包括上述的第一透镜3及第二透镜4，也就是说，所述成像镜组还包括第三透镜5，所述第三透镜5位于所述第二透镜4背离所述第一透镜3的一侧，所述第一透镜3、所述第二透镜4及所述第三透镜5位于同一光轴上。

需要强调的是，位于人眼01一侧的所述成像镜组例如包括上述的两个透镜，当然也可以包括两个以上的透镜。透镜的数量越少（本申请的方案设计至少两个透镜），可以降低光学模组的重量，同时可以减小体积尺寸和生产成本。

考虑到提高成像质量，可以在所述成像镜组中设计更多数量的透镜，例如上述示例中的三个透镜，本申请实施例中对此不做限制。

所述成像镜组包括上述的第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5。三个光学镜片相互配合可以提高成像质量。

可选的是，参见图1及图2，所述光学模组还包括第一偏振元件83；所述分光元件7设于所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面；所述第一相位延迟器81及所述偏振反射元件82及所述第一偏振元件83层叠设置形成复合膜8，所述复合膜8设于所述第三透镜5靠近所述第二透镜4的表面。

当所述成像镜组包括第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5时，所述第三透镜5位于靠近人眼01的一侧，所述第二透镜4介于所述第一透镜3与所述第三透镜5之间，将形成折叠光路的各个光学元件设计分别设置在所述第二透镜4及所述第三透镜5上，可以在靠近人眼01的一侧对光线进行折返以延长光路，整个成像镜组设置了三个透镜，能更好的提高最终的成像质量。

在上述示例中，将形成折叠光路的光学元件直接设置在所述第二透镜4的两个表面上，利于降低光学模组的组装难度及成本。

当然，所述分光元件7、所述第一相位延迟器81及、所述偏振反射元件82及所述第一偏振元件83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。

可选的是，所述第一透镜3中心厚度范围为1mm

可选的是，所述第二透镜4中心厚度范围为1mm

具体地，所述第三表面41设置有分光元件7（例如半透射半反射膜），所述第三表面41包括两种不同的面型，且两种面型的分界在镜片全口径的0.55处。所述第四表面42为平面或非球面，其表面例如设置有抗反射膜。抗反射膜能够减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。抗反射膜可以通过粘贴或者镀膜的方式形成在光学元器件上形成一些界面，增加透过率，减少反射率，从而减少图像失真，使用户可以享受更清晰的影像品质，以达到减少眩光的现象。

例如，当所述成像镜组内仅包括第一透镜3及第二透镜4时，在所述第二透镜4的第三表面41上可以贴装分光元件7；在所述第二透镜4的第四表面42上可以设置复合膜8。参见图2，所述复合膜8例如包含第一抗反射元件84（例如抗反射膜）、第一相位延迟器81（例如1/4波片）、偏振反射元件82（例如偏振反射膜，可透P光反S光）以及第一偏振元件83（例如偏振膜，可透P光）。其中，所述第一抗反射元件84能够减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。所述第一偏振元件83可以减少杂散光。

可选的是，所述第三透镜5中心厚度范围为1mm

在所述成像镜组还包括第三透镜5的基础上，所述复合膜8可以设置在所述第三透镜5的任一表面上。

例如，所述复合膜8设于所述第五表面51上。所述复合膜8例如包含第一抗反射元件84（例如抗反射膜）、第一相位延迟器81（例如1/4波片）、偏振反射元件82（例如偏振反射膜，可透P光反S光）以及第一偏振元件83（例如偏振膜，可透P光）。其中，所述第一抗反射元件84能够减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。所述第一偏振元件83可以减少杂散光。

可选的是，参见图1及图11，所述成像镜组包括第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5，所述第一透镜3的光焦度φ1为：-0.01＜φ1<0.01；所述第二透镜4的光焦度φ2为：0＜φ2<0.1；所述第三透镜5的光焦度φ3为：-0.1＜φ3<0.1。

可选的是，参见图1及图11，所述成像镜组包括第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5，该三个透镜采用的材料折射率和色散系数范围为：1.4

例如，所述第一透镜3的折射率n1=1.54，色散系数v1=56.3。

例如，所述第二透镜4的折射率n2=1.54，色散系数v2=56.3。

例如，所述第三透镜5的折射率n3=1.54，色散系数v3=55.7。

通过调整上述三个透镜的折射率和色散系数，使其相匹配，可以提升光学模组的成像品质。

在本申请的一些示例中，参见图1及图3，所述第一显示屏1及所述第二显示屏2被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；当所述第一显示屏1及所述第二显示屏2发射的光线均为自然光时，在所述第一显示屏1及所述第二显示屏2的出光一侧分别设置有叠合元件6，所述叠合元件6用以将自然光转变为圆偏振光。其中，参见图3，所述叠合元件6包括第二相位延迟器61、第三相位延迟器63，以及位于所述第二相位延迟器61和所述第三相位延迟器63之间的第二偏振元件62。

可选的是，所述叠合元件6还可以包括第二抗反射元件64。

所述第二抗反射元件64例如为抗反射膜，抗反射膜能够减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。

所述第二抗反射元件64、所述第三相位延迟器63、所述第二偏振元件62及所述第二相位延迟器61依次叠合形成所述叠合元件6。所述第二抗反射元件64例如可以通过粘贴或者镀膜的方式直接形成在所述第二表面32上，可以增加光线透过率，同时减少反射率，从而减少图像失真，使用户可以享受更清晰的影像品质，以达到减少眩光的现象。

需要说明的是，进入所述成像镜组中的光线应当为圆偏振光。而当所述第一显示屏1及所述第二显示屏2发出的是自然光时，则需要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之后在射入左侧的所述成像镜组中，最终经成像镜组出射的光线打入人眼01进行成像。

用于将自然光转变为圆偏振光的器件为上述的叠合元件6。具体地，所述第一显示屏1及所述第二显示屏2分别发出自然光，自然光先经过所述第二相位延迟器61后依然为自然光，经过所述第二偏振元件62后变为线偏振光，再经过所述第三相位延迟器63变为圆偏振光。

可选的是，一个所述叠合元件6设于所述第一透镜3靠近所述第一显示屏1的表面上。另一个所述叠合元件6设于所述第二显示屏2的出光面上。

也就是说，位于所述第一显示屏1出光一侧的叠合元件6设置于所述第一透镜3的第一表面31上，所述第一表面31靠近所述第一显示屏1。位于所述第二显示屏2的出光一侧的叠合元件6可以直接设置在所述第二显示屏2的出光面（也即图1中示出的第二出光面21）上。

根据本申请实施例提供的光学模组，在所述成像镜组包括第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5的情况下，参见图1，光学模组的光线传播路径如下：

所述第一显示屏1（中心显示屏）的第一出光面11发出自然光，经过所述第一透镜3表面上设置的第二相位延迟器61（第二表面32上的四分之一波片）依然为自然光，经过所述第二偏振元件62（线偏振片）后变为线偏振光，经过所述第三相位延迟器63后变为圆偏振光，经所述第二透镜4透射，经所述第三透镜5表面上设置的第一相位延迟器81（第五表面51上的四分之一波片）变成线偏振光（S光），经过所述偏振反射元件82反射，再经过所述第一相位延迟器81变成圆偏振光，经过所述第二透镜4表面上设置的分光元件7（第三表面41上的半反半透膜）反射，再次经过所述第一相位延迟器81变成线偏振光（P光），经过所述第三透镜5透射，最终打入人眼01形成中心成像。

所述第二显示屏2（边缘显示屏）的第二出光面21发出自然光，经所述第二出光面21表面上设置的第二相位延迟器61（四分之一波片）变为自然光，经过第二偏振元件62（线偏振片）后变为线偏振光，经过第三相位延迟器63（四分之一波片）后变为圆偏振光；经过所述第二透镜4透射，经所述第三透镜5表面的第一相位延迟器81（第五表面51上的四分之一波片）变成线偏振光（S光），经过所述偏振反射元件82反射，经过所述第一相位延迟器81变成圆偏振光，经过所述第二透镜4表面的分光元件7（第三表面41上的半反半透膜）反射，经过所述第一相位延迟器81变成线偏振光（P光），经过所述第三透镜5透射，打入人眼01形成边缘成像。

在所述成像镜组中仅包括第一透镜3及第二透镜4的情况下，其光路传播路径原理与所述成像镜组中包含三个透镜的光路传播路径原理相同。

可选的是，参见图1，所述第一显示屏1的第一出光面11及所述第二显示屏2的第二出光面21可以设置屏幕保护玻璃。此时，所述第一显示屏1和所述第二显示屏2发出的光线分别经过各自的屏幕保护玻璃透射后进入所述叠合片进行光的偏振态转变。

在本申请的一些示例中，所述光学模组的有效焦距EFL为15mm~100mm。

在本申请的一些示例中，所述光学模组的光学系统总长TTL为15 mm~30mm。

所述光学模组的有效焦距及光学总长较小，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。

以通过实施例1和实施例2对本申请提供的光学模组进行详细描述。

实施例1

参见图1至图3，所述光学模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组内的分光元件7、第一相位延迟器81、偏振反射元件82及第一偏振元件83；所述成像镜组包括相邻且间隔设置的第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5，所述第一透镜3的光焦度φ1为：-0.01＜φ1<0.01；所述第二透镜4的光焦度φ2为：0＜φ2<0.1；所述第三透镜5的光焦度φ3为：-0.1＜φ3<0.1；

其中，所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面，也即图1中示出的第一表面31包括第一面型和第二面型，所述第二面型围设在所述第一面型的外周，所述第一面型位于所述第一显示屏1的出光路径上，所述第二面型位于所述第二显示屏2的出光路径上；所述第一面型与所述第二面型的分界面位于所述第二透镜4全口径的大于0.5口径处；

所述分光元件7设于所述第二透镜4靠近所述第一透镜3的表面，也即图1中示出的第三表面41；所述第一相位延迟器81、所述偏振反射元件82及所述第一偏振元件83依次层叠设置形成复合膜8，所述复合膜8设于所述第三透镜5靠近所述第二透镜4的表面，也即图1中示出的第五表面51；其中，所述第一相位延迟器81位于所述第五表面51的最外层；

所述第一显示屏1及所述第二显示屏2被配置为能够发射自然光，所述第一透镜3靠近所述第一显示屏1的表面，也即图1中示出的第二表面32设置有叠合元件6，所述第二显示屏2的第二出光面21上也设置有叠合元件6，所述叠合元件6能够将自然光转变为圆偏振光；其中，所述叠合元件6包括第二相位延迟器61、第三相位延迟器63，以及位于所述第二相位延迟器61和所述第三相位延迟器63之间的第二偏振元件62。

本实施例1提供的光学模组，其中心焦距为22.8mm，其边缘焦距24.2mm；所述光学模组的系统总长为26mm。

表1示出了本实施例1提供的光学模组中各透镜的具体光学参数。表2示出了光学模组中第二透镜4的第三表面41的边缘系数。

表1

表2

针对上述实施例1提供的光学模组，光学性能如图5至图12所示：

点列图是指由一点发出的许多光线经光学系统后，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，用于评价所述投影光学系统的成像质量。在本实施例1中，参见图5，所述第一显示屏1（中心显示屏）点列图中像点的最大值小于22μm，参见图9，所述第二显示屏2（边缘显示屏）点列图中像点的最大值小于67μm。

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系统的成像清晰度，在本实施例1中，参见图6，所述第一显示屏1（中心显示屏）MTF在20lp/mm下>0.4，参见图10，所述第二显示屏2（边缘显示屏）MTF在20lp/mm下>0.1。

本实施例1中，参见图7及图11，光学模组的畸变最大发生在1视场，绝对值小于40%。

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。本实施例1中，参见图8及图12光学模组的最大色差值小于160μm。

实施例2

参见图13示出的光学模组，与实施例1示出的光学模组的区别在于，光学模组中各个透镜的光学参数不同，具体可参见如下的表3及表4。

表3示出了本实施例2提供的光学模组中各透镜的具体光学参数，表4示出了光学模组中第二透镜4的第三表面41的边缘系数。

本实施例2提供的光学模组，其中心焦距为20mm，边缘焦距为82mm；所述光学模组的系统总长为25mm。

表3

表4

针对上述实施例2提供的光学模组，光学性能如图15至图22所示：

点列图是指由一点发出的许多光线经光学系统后，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，用于评价所述投影光学系统的成像质量。在本实施例2中，参见图15，所述第一显示屏1（中心显示屏）点列图中像点的最大值小于16μm，参见图19，所述第二显示屏2（边缘显示屏）点列图中像点的最大值小于80μm。

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系统的成像清晰度，在本实施例2中，参见图16，所述第一显示屏1（中心显示屏）MTF在20lp/mm下>0.8，参见图20，所述第二显示屏2（边缘显示屏）MTF在20lp/mm下>0.1。

本实施例2中，参见图17及图21，场曲中心小于0.2，边缘小于60%，畸变中心小于0.3，边缘小于35%。

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。本实施例2中，参见图18及图22光学模组的最大色差值小于260μm。

此外，参见图14，图14示出了图13的一种变形光学结构，其中的所述第二显示屏2为弧形屏幕，且位于所述第二透镜4的第三表面41的一侧也即入光的一侧，所述第二透镜4的边缘最下方被去除形成切边镜片，可以避让用户的鼻梁和眉骨等区域。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括壳体，以及如上述所述的光学模组。

所述可穿戴设备例如为所述头戴显示设备，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。

本申请实施例的可穿戴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。