本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种光学透镜模组和虚拟现实设备。
背景技术：
随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高，人们对各类显示装置的显示效果提出了更高的要求。为了满足人们的需求以及市场的需要，近年来，虚拟现实(virtualreality,简称vr)技术在显示领域的运用发展迅速，是目前应用研究的一个热点。
其中，光学透镜模组是vr设备的核心器件，光学透镜模组的光学性能直接影响了vr设备的体验感。目前，现有的vr用光学透镜模组的焦距较长，导致显示屏与光学透镜之间的距离(又称为后截距)较长，此时整个vr设备的体积较大、重量较重，影响用户的体验。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种光学透镜模组和虚拟现实设备。
为实现上述目的，本发明提供了一种光学透镜模组，包括：包括透镜组件，所述透镜组件的入光侧的表面以及出光侧的表面均设置有与相应表面贴合的半透半反层。
可选地，所述透镜组件包括中心区域和环绕所述中心区域的至少一个环形区域；
其中，所述中心区域具有最小折射率，所述环形区域的折射率大于所述中心区域的折射率；
且当所述环形区域的数量大于1个时，各环形区域依次层层套置，位于最外侧的环形区域具有最大折射率，对于其它任意一个所述环形区域，该环形区域的折射率小于位于其外侧的所述环形区域的折射率。
可选地，所述中心区域呈圆形，所述环形区域呈圆环形。
可选地，所述透镜组件包括：沿所述透镜组件的光轴方向依次设置的至少一个放大透镜。
可选地，所述放大透镜包括：液晶透镜。
可选地，各所述放大透镜包括平凸形透镜、双凸形透镜、弯月形透镜中的至少一种。
可选地，所述放大透镜的数量为两个，分别为第一放大透镜和第二放大透镜，所述第一放大透镜的光轴与所述第二放大透镜的光轴共线。
可选地，所述第一放大透镜和/或所述第二放大透镜均为径向梯度折射率透镜，且所述径向梯度折射率透镜的中心处的折射率小于边缘处的折射率。
可选地，所述第一放大透镜和所述第二放大透镜均为平凸透镜，所述第一放大透镜的平面光学面与所述第二放大透镜的平面光学面相贴合，两个所述半透半反层分别贴合于所述第一放大透镜的凸面光学面和所述第二放大透镜的凸面光学面。
可选地，所述半透半反层为采用贴膜工艺粘贴于所述透镜组件表面的半透半反薄膜；
或，所述半透半反层为采用镀膜工艺沉积于所述透镜组件表面的半透半反薄膜。
为实现上述目的，本发明还提供了一种虚拟现实设备，包括：如上述的光学透镜模组。
可选地，还包括：显示屏，所述显示屏位于所述透镜组件的入光侧。
可选地，所述虚拟现实设备为眼镜式虚拟现实设备或头盔式虚拟现实设备。
附图说明
图1为vr成像技术的光路示意图；
图2为本发明实施例提供的一种光学透镜模组的结构示意图；
图3为图2所示光学透镜模组进行vr显示时的光路示意图；
图4为本发明中透镜组件的一种结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种光学透镜模组的结构示意图；
图6为图5中透镜组件侧视图；
图7为图6中a-a向的截面示意图；
图8为图5所示光学透镜模组的进行vr显示时的光路示意图；
图9为有效光在径向梯度折射率透镜组件内和在均匀折射率透镜组件内的光路对比示意图；
图10为本发明中透镜组件的又一种结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种光学透镜模组和虚拟现实设备进行详细描述。
图1为vr成像技术的光路示意图，如图1所示，vr设备一般包括壳体(未示出)和光学透镜模组1，其中壳体用于承载光学透镜模组1和显示屏2，光学透镜模组用于将显示屏提供的显示画面进行放大。在使用时，将显示屏2固定于壳体1上，并使得显示屏2的显示面朝向光学透镜模组1，显示屏呈现的显示画面经过光学透镜模组1放大后，人眼会观察到一个正立放大的虚像3，从而实现vr显示。
为保障成像效果，需使得显示屏2与光学透镜模组1的光心o(位于光轴上的点，且凡是通过该点的光，其传播方向不变)之间的距离a略微小于光学透镜模组1的焦距b(焦点f与光心o之间的距离)，即显示屏2应放置于光学透镜模组1与焦点f之间且靠近焦点f的位置。
因此，当光学透镜模组1的焦距b较长时，所需显示屏2与光学透镜模组1的光心o之间的距离a也较长，此时所需壳体的体积也较大，最终导致整个vr设备的尺寸较大、重量较重，不便于用户佩戴，影响用户的体验感。
为解决上述技术问题，当前往往采用减小光学透镜模组1的焦距b的方式，以使得所需显示屏2与光学透镜模组1的光心o之间的距离a减小。具体地，选取厚度较厚的放大透镜来作为光学透镜模组,或选用表面曲率较大的放大透镜作为光学透镜模组。然而在实际应用中发现，上述两种方式虽然可在一定程度上减小光学透镜模组1的焦距b，但是选用厚度较厚的放大透镜来作为光学透镜模组，必然会使得光学透镜模组的重量增大，vr设备的整体重量较重，而选用曲率较大的放大透镜来作为光学透镜模组1，由于放大透镜曲率越大，生产工艺要求越高、制备难度越大，因此难以批量生产。
针对上述问题，本发明提供了一种光学透镜模组，相较于现有的光学透镜模组，本发明提供的光学透镜模组具有焦距短、轻薄、便于加工等优点。
图2为本发明实施例提供的一种光学透镜模组的结构示意图，如图2所示，该光学透镜模组1包括：透镜组件4，透镜组件4的入光侧表面以及出光侧的表面均设置有与相应表面贴合的半透半反层5；其中，半透半反层5可对射向其的光中的部分进行反射，另一部分进行透射。
其中，透镜组件4的“入光侧”具体是指，将透镜组件4组装于虚拟现实设备内时透镜组件4朝向显示屏2的一侧；透镜组件4的“出光侧”具体是指，将透镜组件4组装于虚拟现实设备内时供用户进行观看的一侧。
为方便描述，将与透镜组件4的入光侧的表面相贴合的半透半反层5称为第一半透半反层501，将与透镜组件4的出光侧的表面相贴合的半透半反层5称为第二半透半反层502。
在下面描述中，以第一半透半反层501和第二半透半反层502的透光率为50％、折射率为50％的情况为例。
图3为图2所示光学透镜模组1进行vr显示时的光路示意图，如图3所示，显示屏2发出的部分光达到第一半透半反层501的表面，其中一半光透射第一半透半反层501并射入至透镜组件4内；然后透射至透镜组件4中的光传播至第二半透半反层502处，其中一半光会发生反射，并射向第一半透半反层501；接着，位于透镜组件4内且射向第一半透半反层501的光，当其传播至第一半透半反层501时，其中一半光会发生反射，并射向第二半透半反层502；最后，经由第一半透半反层501反射并射向第二半透半反层502的光，当其传播至第二半透半反层502时，其中一半会透射第二半透半反层502并射向人眼，以在人眼形成图像。为方便描述，将最终射向人眼的光称作有效光。
对于有效光而言，其依次透射第一半透半反层501、经过第二半透半反层502反射、经过第一半透半反层501反射、透射第二半透半反层502的过程，三次经过透镜组件4，可等效看作是有效光通过3个沿光轴方向并排的透镜组件4；由此可见，光学透镜模组1对有效光的汇聚能力增强，因此仅针对有效光而言，光学透镜模组1的焦距变小。此时，显示屏2与光学透镜模组1的光心之间的距离可相应减小；相应地，vr设备的整体尺寸可减小。
在本发明中，可采用贴膜工艺在透镜组件4表面粘贴半透半反薄膜，以得到半透半反层5；或者，采用镀膜工艺在透镜组件4表面沉积半透半反材料(形成半透半反薄膜)，以得到半透半反层5。贴膜工艺和镀膜工艺均属于本领域的成熟工艺，工艺难度相对较低，适合批量生产。
与此同时，半透半反层5具备重量轻、膜厚薄的特点，不会对光学透镜模组1的整体重量和整体尺寸产生实质影响。
本实施例中，可选地，透镜组件4包括：沿透镜组件4的光轴方向依次设置的至少一个放大透镜。进一步可选地，放大透镜可选自平凸形透镜、双凸形透镜、弯月形透镜；当然，本发明中放大透镜还可以为液晶透镜；当放大透镜采用液晶透镜时，可通过电场控制来对液晶透镜各区域的折射率进行灵活调整，以满足不同场景的需求。
需要说明的是，本发明的技术方案对放大透镜的类型、形状均不作限定。
图4为本发明中透镜组件的一种结构示意图，如图4所示，透镜组件4包括两个放大透镜，分别为第一放大透镜401和第二放大透镜402，第一放大透镜401的光轴与第二放大透镜402的光轴共线。第一放大透镜401和第二放大透镜402可接触设置(在两者相对的表面的形貌能够完全匹配的情况下，两者可以完全贴合设置)或间隔设置。
此时，两个半透半反层5分别设置于第一放大透镜401背向第二放大透镜402的一侧表面和第二放大透镜402背向第一放大透镜401的一侧表面。
进一步可选地，第一放大透镜401和第二放大透镜402均为平凸透镜，第一放大透镜401的平面光学面与第二放大透镜402的平面光学面相贴合，两个半透半反层5分别贴合于第一放大透镜401的凸面光学面和第二放大透镜402的凸面光学面。
在本发明中，两个平凸透镜的组合能够实现一个双凸透镜相同的放大效果。而就加工工艺而言，两个平凸透镜的加工工艺难度要小于一个双凸透镜的加工工艺难度。
需要说明的是，本发明中放大透镜的数量可以为1个、2个或多个(放大透镜数量大于2个的情况未给出相应附图)；当放大透镜的数量大于1个时，仅需保证全部放大透镜的光轴位于同一直线上即可，相邻放大透镜之间可接触设置或间隔设置。
图5为本发明实施例二提供的一种光学透镜模组的结构示意图，图6为图5中透镜组件侧视图，图7为图6中a-a向的截面示意图，如图5至图7所示，本实施例的技术方案为基于上述实施例一的一种改进方案。具体地，透镜组件4包括：中心区域n1和环绕所述中心区域的至少一个环形区域n2/n3/n4/n5；其中，中心区域n1具有最小折射率，环形区域n2/n3/n4/n5的折射率大于中心区域的折射率；且当环形区域n2/n3/n4/n5的数量大于1个时，各环形区域n2/n3/n4/n5依次层层套置，位于最外侧的环形区域n5具有最大折射率，对于其它任意一个环形区域n2/n3/n4，该环形区域的折射率小于位于其外侧的环形区域的折射率，透镜组件4上关于光轴对称的任意两个区域，该两个区域的折射率相同。
此时，该透镜组件4为径向梯度折射率透镜组件，且在由中心指向边缘的径向方向上，各环形区域n2/n3/n4/n5的折射率依次增大。
可选地，中心区域n1呈圆形，环形区域n2/n3/n4/n5呈圆环形。
需要说明的是，附图中环形区域n2/n3/n4/n5的数量为4个、中心区域n1呈圆形、环形区域n2/n3/n4/n5呈圆环形的情况，仅起示例性作用，其不会对本发明的技术方案产生限制。在本发明中，可根据实际需要来设定中心区域的形状以及环形区域的数量、形状。
图8为图5所示光学透镜模组的进行vr显示时的光路示意图，如图8所示，光线在径向梯度折射率透镜组件4中进行传播时，中心区域-环形区域的界面、环形区域-环形区域的界面发生折射，且光线整体运动趋势为向靠近光心的位置进行传播；有效光在由外侧环形区域进入内侧的环形区域(或中心区域)时，由于外侧环形区域的折射率大于内侧的环形区域(或中心区域)的折射率，因此有效光会发生折射，且折射后的有效光与水平方向之间的夹角减小。
图9为有效光在径向梯度折射率透镜组件内和在均匀折射率透镜组件内的光路对比示意图，如图9所示，有效光在径向梯度折射率透镜组件内传播时，有效光会发生折射，且每发生一次折射，有效光与水平方向的夹角均会减小，有效光从透镜组件中的点p射出并射向人眼；有效光在均匀折射率透镜组件内不会发生折射(直线传播)，有效光从透镜组件4中的点q射出并射向人眼。其中，通过附图可见，点p与光轴在竖直方向上的距离大于点q与光轴在竖直方向上的距离，且角α大于角β。
假定图9中有效光为来自显示屏2上侧边缘处像素所发出的光，则采用径向梯度折射率透镜组件4时，人眼的竖直视场角(fieldofview，简称fov)为2α；采用均匀折射率透镜组件4时，人眼的竖直视场角为2β；由于角α大于角β，因此相较于均匀折射率透镜组件4，采用径向梯度折射率透镜组件4可有效提升人眼的竖直视场角。同理，人眼的水平视场角也能得到提升。
由此可见，采用径向梯度折射率透镜组件4，且在中心指向边缘的径向方向上各环形区域的折射率依次增大，可有效提升人眼的视场角，有利于提升用户的体验感。
在本实施例中，半透半反层5配合径向梯度折射率透镜组件4，可使得光学透镜模组1具备短焦距、广视角、轻薄化等优点。
图10为本发明中透镜组件的又一种结构示意图，如图10所示，该透镜组件为图6所示透镜组件的一种具体化方案，该透镜组件4包括第一放大透镜401和第二放大透镜402，第一放大透镜401和第二放大透镜402均为平凸透镜，第一放大透镜401的平面光学面与第二放大透镜402的平面光学面相贴合，两个半透半反层5分别贴合于第一放大透镜401的凸面光学面和第二放大透镜402的凸面光学面。
其中，第一放大透镜401和/或第二放大透镜402均为径向梯度折射率透镜，且径向梯度折射率透镜的中心处的折射率小于边缘处的折射率，以使得所构成的透镜组件4的中心区域具有最小折射率，位于最外侧的环形区域具有最大折射率，对于其它任意一个环形区域，该环形区域的折射率小于位于其外侧的环形区域的折射率；透镜组件4上关于光轴对称的任意两个区域，该两个区域的折射率相同(即图6所示透镜组件)。
需要说明的是，附图中仅示例性给出了第一放大透镜401和第二放大透镜402均为径向梯度折射率透镜的情况。
在本实施例中，径向梯度折射率透镜可采用分段注塑加工工艺或者分段拼接工艺来制备；当然径向梯度折射率透镜也可以采用液晶透镜，通过电场控制来对液晶透镜各区域的折射率进行调整。
本发明实施例三提供了一种虚拟现实设备，该虚拟现实设备包括：光学透镜模组，该光学透镜模组可采用上述实施例一或实施例二提供的光学透镜模组，具体描述可参见实施例一和实施例二的内容。
通过前述内容可见，拥有上述实施例一和实施例二所提供的光学透镜模组的虚拟现实设备，可具备体积小、重量轻、视角广、便于生产等特点。
可选地，虚拟现实设备还包括：显示屏，该显示屏类型既可以为液晶显示屏也可以为有机电致发光显示屏。其中，显示屏可采用柔性显示屏或透明显示屏。
在本发明中，该虚拟现实设备具体可以为眼镜式虚拟现实设备(壳体可以为眼镜式壳体)或头盔式虚拟现实设备(壳体可以为头盔式壳体)。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。