光学放大模组及具有该光学放大模组的VR显示设备的制作方法

光学放大模组及具有该光学放大模组的vr显示设备
技术领域
1.本实用新型涉及光学设备领域，尤其涉及一种光学放大模组及具有该光学放大模组的vr显示设备。


背景技术：

2.随着光学设计及加工技术、显示技术及处理器的发展和升级，vr(virtual reality、虚拟现实)、ar(augmentedreality、增强现实)等头戴显示产品的形态和种类层出不穷，他们的应用领域也愈加广泛。
3.在相关技术中，头戴显示产品的光学模组位于显示器和用户的眼部之间，光学模组包括若干光学镜片，这些光学镜片对显示器显示的图像进行多次折射和反射，以放大显示器显示的图像，使人眼能够观察到经过光学模组放大后的图像。在上述过程中，头戴显示产品内光路的光程较长，整个头戴显示产品由人眼侧到显示器侧的厚度较大，导致头戴显示产品具有较大的体积，给用户穿戴产品带来更大负担。
4.因此，不少厂商提出了一种光学结构，即，通过在人眼前依次排列的第一吸收型偏振片、反射型偏振片、第一相位延迟片、特殊面型透镜、镀(贴)有半反半透膜的自由曲面透镜、及第二相位延迟片、第二吸收型偏振片、显示源等，用以实现大视场、轻薄体积、高清晰度的虚拟现实显示。
5.但在上述构型中，反射偏振器或者贴附在平面上，或者贴附在非平面上。其中，在当前的非平面的贴附方案中，大多为有一定顶点的旋转对称或非旋转对称的面型，如球面、非球面等，膜材在贴附于这些表面上时，需要有热成型、压合、除泡等工艺，技术难度较高，且其在进行信赖性测验时的表现较差。
6.因此，需要一种加工工艺难度较低的光学放大模组。


技术实现要素：

7.为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种光学放大模组及具有该光学放大模组的vr显示设备，可降低对传统的呈弧面的曲面贴膜工艺的难度。
8.本实用新型公开了一种光学放大模组，包括依次排列的第一透镜及第二透镜，第一透镜具有远离第二透镜的第一光学面s1、面向第二透镜的第二光学面s2；
9.第二透镜具有面向第一透镜的第三光学面s3、远离第一透镜的第四光学面s4；
10.第一光学面s1呈第一多项式面，第一多项式面的表达式为：z＝a
·
x^2，a∈(-0.01，0)u(0，0.01)；
11.第二光学面s2呈平面；
12.第三光学面s3呈分别关于光学放大模组的x轴和y轴对称的第一自由曲面，第四光学面s4呈分别关于光学放大模组的x轴和y轴对称的第二自由曲面，且第一自由曲面和第二自由曲面呈非弧面。
13.优选地，第一自由曲面和第二自由曲面的曲率半径、非球面k值、以及自由曲面表
达式中的至少一个多次项系数中的至少一个不同。
14.优选地，第一自由曲面和第二自由曲面的自由曲面表达式中的x自变量与y自变量的奇次项的系数为0。
15.优选地，第二透镜的中心厚度为1mm-15mm，边缘厚度大于1mm。
16.优选地，当中心厚度大于等于边缘厚度时，中心厚度与边缘厚度的厚薄比小于7:1；
17.当中心厚度小于边缘厚度时，中心厚度与边缘厚度的厚薄比应当大于1：7。
18.优选地，第一光学面s1贴附有：非平面的反射偏振器与四分之一波片组成的二合一膜材、或吸收型偏振片、反射偏振器与四分之一波片组成的三合一膜材、或反射偏振器、四分之一波片、增透膜组成的三合一膜材、或吸收型偏振片、反射偏振器、四分之一波片、增透膜组成的四合一膜材中的之一；
19.第二光学表面s2贴附或蒸镀有增透膜；
20.第三光学表面s3蒸镀有增透膜；
21.第四光学表面s4蒸镀有半反半透膜。
22.优选地，第一光学面s1贴附有：非平面的反射偏振器、或吸收型偏振片、反射偏振器组成的二合一膜材、或反射偏振器、增透膜组成的二合一膜材、或吸收型偏振片、反射偏振器、增透膜组成的三合一膜材；
23.第二光学表面s2贴附有四分之一波片；
24.第三光学表面s3蒸镀有增透膜；
25.第四光学表面s4蒸镀有半反半透膜。
26.本实用新型还公开了一种vr显示设备，包括如上所述的光学放大模组，还包括显示屏，显示屏与光轴垂直放置，并设置于光学放大模组上靠近于第四光学表面s4的一侧。
27.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
28.1.降低传统的弧形曲面贴膜工艺的难度，避免贴膜后出现褶皱的情况；
29.2.通过特殊面型透镜和自由曲面透镜的使用及优化，使得光学放大模组达到较高的mtf和显示效果。
附图说明
30.图1为符合本实用新型一优选实施例中光学放大模组的yoz截面图；
31.图2为符合本实用新型一优选实施例中光学放大模组的xoz截面图。
32.附图标记：
33.10-第一透镜；
34.20-第二透镜。
具体实施方式
35.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。
36.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附
权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
37.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
38.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
40.在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
41.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
42.参阅图1及图2，为实现对光学放大模组中对透镜贴膜工艺优化，以及特殊面型透镜的显示效果优化，提出了一种新型的光学放大模组，其包括有面向使用者眼部，并依次排列的第一透镜10和第二透镜20，第一透镜10和第二透镜20分别对一光源产生的光线多次反射和折射后，将光路折叠以缩小光路，从而实现光学放大模组的尺寸减小。具体地，将光学放大模组的沿第一透镜10和第二透镜20的光轴方向定义为z轴，与z轴垂直、并基本接近于水平方向定义为x轴，与z轴垂直、并基本接近于竖直方向定义为y轴。第一透镜10具有远离第二透镜20的第一光学面s1、面向第二透镜20的第二光学面s2，第二透镜20具有面向第一透镜10的第三光学面s3、远离第一透镜10的第四光学面s4。第一光学面s1呈第一多项式面，第一多项式面的表达式为：z＝a
·
x^n，其中n为偶数，a∈(-0.01，0)u(0，0.01)，通过将第一光学面s1配置为具有一定系数，且仅具有x项，无y项，使得第一光学面s1关于x轴对称，也就是说，第一光学面s1在不呈平面的情况下，无“波浪形”的面型，在其上贴膜后，不会出现褶皱的情况。
43.优选实施例中，第一多项式面的矢高定义为：
44.z＝γ1x2 γ2x4 γ3x6 γ4x8 γ5y2 γ6y4 γ7y6 γ8y8。
45.第二光学面s2呈平面，第三光学面s3呈分别关于光学放大模组的x轴和y轴对称的第一自由曲面，第四光学面s4呈分别关于光学放大模组的x轴和y轴对称的第二自由曲面，且第一自由曲面和第二自由曲面上凸起有至少2个凸起部，使得第一自由曲面和第二自由
曲面呈非弧面，换句话说，第三光学面s3和第四光学面s4的表面可有凸起，且凸起的位置随意，使得两者的面型具有自由度(但仍需满足关于x轴和y轴对称)，且进一步地，第一自由曲面和第二自由曲面呈非弧面意味着，当第三光学面s3和第四光学面s4绕中心点旋转时，需旋转一定的角度才可满足与原面型完全重合，而非球面或弧面的面型下，旋转任意角度均可与原面型完全重合的形态。由此，光学设计、加工和装调过程中无损传递。一般而言，第三光学面s3和第四光学面s4的面型的公式表达可以是zernike多项式，贝塞尔曲面、b样条曲面、q-type曲面等。
46.进一步地，第一自由曲面和第二自由曲面具有与光学放大模组的光轴共线的第一中心点和第二中心点，使得最终成像无需调整，匹配人眼的对称性。
47.优选实施例中，在以扩展多项式形式表述第一自由曲面和第二自由曲面的面型时，其曲率半径、非球面k值、以及自由曲面表达式中的至少一个多次项系数中的至少一个不同，使得第三光学面s3和第四光学面s4不完全一致，且第三光学面s3和第四光学面s4的面型与表达式间，最终相互转换的形态为判定依据，如，将其他曲面类型以某种方式转化为扩展xy多项式的形态；或者，以其最终曲面的对称性来确定。
48.进一步地，第一自由曲面和第二自由曲面的自由曲面表达式中的x自变量与y自变量的奇次项的系数为0，以满足关于x轴和y轴对称的面型。
49.一优选实施例中，对于第二透镜20的尺寸，配置为其中心厚度为1mm-15mm，边缘厚度大于1mm。且更进一步地，当中心厚度大于等于边缘厚度时，中心厚度与边缘厚度的厚薄比小于7:1，更为优选地，以3：1以下为优；当中心厚度小于边缘厚度时，中心厚度与边缘厚度的厚薄比应当大于1：7，更为优选地，以1：3以上为优。
50.对于第一光学面s1、第二光学面s2、第三光学面s3、第四光学面s4的表面贴膜选取，可配置如下：第一光学面s1贴附有：非平面的反射偏振器与四分之一波片组成的二合一膜材、或吸收型偏振片、反射偏振器与四分之一波片组成的三合一膜材、或反射偏振器、四分之一波片、增透膜组成的三合一膜材、或吸收型偏振片、反射偏振器、四分之一波片、增透膜组成的四合一膜材中的之一；第二光学表面s2贴附或蒸镀有增透膜；第三光学表面s3蒸镀有增透膜；第四光学表面s4蒸镀有半反半透膜。
51.另一实施例中，可配置为：第一光学面s1贴附有：非平面的反射偏振器、或吸收型偏振片、反射偏振器组成的二合一膜材、或反射偏振器、增透膜组成的二合一膜材、或吸收型偏振片、反射偏振器、增透膜组成的三合一膜材；第二光学表面s2贴附有四分之一波片；第三光学表面s3蒸镀有增透膜；第四光学表面s4蒸镀有半反半透膜。
52.具有上述任一实施例中的光学放大模组后，可将其应用至vr显示设备内，vr显示设备还包括显示屏，显示屏与光轴垂直放置，并设置于光学放大模组上靠近于第四光学表面s4的一侧。
53.应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。