光学模组以及头戴显示设备的制作方法

本申请实施例涉及光学成像，更具体地，本申请实施例涉及一种光学模组以及头戴显示设备。

背景技术：

1、增强现实技术(ar)是采用近眼显示方案实现将虚拟图像叠加到现实场景上，给用户提供具有沉浸式和交互式的体验。目前，对于增强现实技术的显示方案通常采用的是衍射光波导。

2、但是，现有技术中的衍射光波导存在一些固有缺陷，如系统效率低、不同视场角光线在衍射光波导中传播时，所走路径不同，其效率利用率也不相同等。也就是说，现有技术中的衍射光波导存在显示效果差的问题。

技术实现思路

1、本申请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。

2、第一方面，本申请提供了一种光学模组。所述光学模组包括：

3、显示器；

4、第一成像元件，所述第一成像元件包括沿同一光轴设置的透镜组，及依次设置于所述透镜组的光路之间的分光元件、第一相位延迟器和第一偏振反射器，所述第一成像元件的光轴与所述显示器的中心轴形成第一夹角，且所述第一成像元件的光焦度φ1为零；

5、第二成像元件，所述第二成像元件包括转折元件及设置于所述转折元件任一侧的第二偏振反射器，所述第二成像元件位于所述显示器与所述第一成像元件之间，并与所述第一成像元件的光轴形成第二夹角。

6、可选地，所述第二成像元件的光焦度φ2为零。

7、可选地，所述光学模组还包括第二相位延迟器，所述第二相位延迟器位于所述第二偏振反射器与所述透镜组之间。

8、可选地，所述透镜组包括至少两个相互胶合的镜片以组成胶合镜组，且所述胶合镜组形成平板镜组，其光焦度为零。

9、可选地，所述透镜组包括依次胶合的第一镜片、第二镜片及第三镜片，所述第一镜片、所述第二镜片及所述第三镜片的组合光焦度为零，且所述第一镜片背离所述第二镜片的表面及所述第三镜片背离所述第二镜片的表面具有相同的面型；

10、所述第一镜片背离所述第二镜片的表面及所述第三镜片背离所述第二镜片的表面均为平面，或，弧面且弯向同一侧。

11、可选地，所述第二相位延迟器位于所述第一成像元件内，且设置于所述第三镜片背离所述第二镜片的表面。

12、可选地，所述第二偏振反射器设置于所述转折元件靠近所述显示器的表面。

13、可选地，所述转折元件为平板元件，其光焦度为零。

14、可选地，所述分光元件胶合设置于所述第二镜片与所述第三镜片之间；

15、所述第一相位延迟器及所述第一偏振反射器为叠设并胶合设置于所述第二镜片与所述第一镜片之间。

16、可选地，所述光学模组还包括第一偏振器，所述第一偏振器设置在所述第一偏振反射器背离所述第一相位延迟器的一侧；

17、所述第一偏振器与所述第一偏振反射器及所述第一相位延迟器依次层叠设置形成复合膜。

18、可选地，所述光学模组应用于ar设备。

19、可选地，所述显示器发出第一光线并传输到所述第二偏振反射器；

20、所述第二偏振反射器将所述第一光线的水平偏振分量反射形成水平线偏振光，所述水平线偏振光经过所述第二相位延迟器；

21、所述第二相位延迟器将所述水平线偏振光转变为左旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光在所述第一成像元件的分光元件与第一偏振反射器之间折返，最终经所述第一镜片出射至光阑。

22、可选地，外界的第二光线透过所述转折元件，所述第二偏振反射器将所述第二光线调制为竖直线偏振光，且所述竖直线偏振光经过所述第二相位延迟器；所述第二相位延迟器将所述竖直线偏振光转变为右旋圆偏振光，所述右旋偏振光投射进入所述第一成像元件内，被所述第一相位延迟器调制为竖直线偏振光，所述竖直线偏振光经过所述第一偏振反射器和所述第一镜片后，投射至光阑。

23、可选地，所述光学模组的焦距为f，所述第一成像元件沿光轴方向的厚度为d，则d与f满足：0.3≤d/f≤0.6。

24、可选地，所述第一镜片与所述第二镜片相互胶合的两个表面的曲率半径的绝对值均为c1，所述第二镜片与所述第三镜片相互胶合的两个表面的曲率半径的绝对值均为c2，则-0.6≤(c1-c2)/c1≤0.6。

25、第二方面，本申请提供了一种头戴显示设备。所述头戴显示设备包括：

26、壳体；以及

27、如第一方面所述的光学模组。

28、本申请的有益效果为：

29、根据本申请实施例，提供了一种新型的ar近眼显示光学架构，该光学架构包括一个现实的显示器、一个设置有偏振反射器的转折元件及一组折叠光路模组，整个光学架构通过将折叠光路和转折元件结合实现了虚拟图像光线和现实图像光线共用光路进行传输，从而实现了增强现实显示，且成像质量佳。

30、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。

技术特征：

1.一种光学模组，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第二成像元件的光焦度φ2为零。

3.根据权利要求1或2所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括第二相位延迟器(5)，所述第二相位延迟器(5)位于所述第二偏振反射器(7)与所述透镜组之间。

4.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述透镜组包括至少两个相互胶合的镜片以组成胶合镜组，且所述胶合镜组形成平板镜组，其光焦度为零。

5.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述透镜组包括依次胶合的第一镜片(2)、第二镜片(3)及第三镜片(4)，所述第一镜片(2)、所述第二镜片(3)及所述第三镜片(4)的组合光焦度为零，且所述第一镜片(2)背离所述第二镜片(3)的表面及所述第三镜片(4)背离所述第二镜片(3)的表面具有相同的面型；

6.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述第二相位延迟器(5)位于所述第一成像元件内，且设置于所述第三镜片(4)背离所述第二镜片(3)的表面。

7.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述第二偏振反射器(7)设置于所述转折元件(6)靠近所述显示器(1)的表面。

8.根据权利要求1或2所述的光学模组，其特征在于，所述转折元件(6)为平板元件，其光焦度为零。

9.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述分光元件(10)胶合设置于所述第二镜片(3)与所述第三镜片(4)之间；

10.根据权利要求9所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括第一偏振器(11)，所述第一偏振器(11)设置在所述第一偏振反射器(8)背离所述第一相位延迟器(9)的一侧；

11.根据权利要求9或10所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组应用于ar设备。

12.根据权利要求11所述的光学模组，其特征在于，所述显示器(1)发出第一光线(001)并传输到所述第二偏振反射器(7)；

13.根据权利要求12所述的光学模组，其特征在于，外界的第二光线透过所述转折元件(6)，所述第二偏振反射器(7)将所述第二光线调制为竖直线偏振光，且所述竖直线偏振光经过所述第二相位延迟器(5)；

14.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组的焦距为f，所述第一成像元件沿光轴方向的厚度为d，则d与f满足：

15.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述第一镜片(2)与所述第二镜片(3)相互胶合的两个表面的曲率半径的绝对值均为c1，所述第二镜片(3)与所述第三镜片(4)相互胶合的两个表面的曲率半径的绝对值均为c2，则-0.6≤(c1-c2)/c1≤0.6。

16.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种光学模组以及头戴显示设备；所述光学模组包括显示器、第一成像元件及第二成像元件；所述第一成像元件包括沿同一光轴设置的透镜组及依次设于所述透镜组的光路之间的分光元件、第一相位延迟器和第一偏振反射器，所述第一成像元件的光轴与所述显示器的中心轴形成第一夹角，所述第一成像元件的光焦度φ<subgt;1</subgt;为零；所述第二成像元件包括转折元件及设于所述转折元件任一侧的第二偏振反射器，所述第二成像元件位于所述显示器与所述第一成像元件之间，并与所述第一成像元件的光轴形成第二夹角。本申请实施例提供了一种新的光学构架，将折叠光路与转折元件搭配，实现了虚拟画面与现实画面共用光路的AR光学方案。

技术研发人员：宋文宝,刘德安,王婉荣
受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15