光学模组及头戴显示设备的制作方法

1.本技术属于光学显示技术领域，具体地，本技术涉及一种光学模组及头戴显示设备。


背景技术：

2.虚拟现实(virtual reality，vr)设备的主要工作原理为，显示器所显示的图像通过一系列光学器件的传递和放大后，其图像会被人眼所接收，人眼观察到的是放大的虚像。
3.为了得到成像品质佳、视觉体验效果好的虚拟现实设备：一方面在其内部使用折叠光路方案，折叠光路方案由于具有轻薄的特点，使其逐步取代传统的菲涅尔方案成为主流发展趋势。另一方面，现有的光学结构对近视人群的佩戴体验表现不友好，近视用户必须佩戴眼镜才能使用虚拟现实设备，目前的虚拟现实设备都不支持近视调节功能。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种光学模组及头戴显示设备的新技术方案。
5.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种光学模组，所述光学模组包括第一透镜和平板元件；
6.所述光学模组还包括分光元件、第一相位延迟器及偏振反射元件，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；所述分光元件和所述第一相位延迟器位于所述第一透镜的任一侧；
7.所述偏振反射元件设于所述平板元件的任一表面，所述平板元件被配置为能够相对于所述第一透镜发生翻转调换自身两个表面的位置，以使所述光学模组在第一状态与第二状态之间可切换；
8.当所述光学模组处于所述第一状态时，所述平板元件设有所述偏振反射元件的表面背离所述第一透镜；当所述光学模组切换至所述第二状态时，所述平板元件设有所述偏振反射元件的表面朝向所述第一透镜。
9.可选地，所述第一透镜位于所述分光元件与所述第一相位延迟器之间；
10.所述光学模组还包括偏光元件，所述偏光元件位于所述偏振反射元件背离所述第一相位延迟器的一侧。
11.可选地，所述光学模组还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述平板元件背离所述第一透镜的一侧，所述第二透镜与所述平板元件的间距为0.3mm～1mm。
12.可选地，所述光学模组还包括偏光元件，所述偏光元件位于所述第二透镜靠近所述平板元件的一侧。
13.可选地，所述偏光元件设于所述第二透镜靠近所述平板元件的表面。
14.可选地，所述光学模组还包括显示器，所述显示器位于所述第一透镜背离所述平板元件的一侧。
15.可选地，所述分光元件设于所述第一透镜靠近所述显示器的表面，所述第一相位
延迟器设于所述第一透镜远离所述显示器的表面。
16.可选地，所述第一透镜和所述第二透镜中最小的有效焦距为minefl，minefl满足：7f＞minefl＞5f；
17.所述第一透镜和所述第二透镜中最大的有效焦距为maxefl，maxefl满足：11f＞maxefl＞8f；
18.其中，f为所述光学模组的焦距。
19.可选地，所述光学模组的焦距f为27mm～33mm。
20.可选地，所述第一透镜的有效焦距efl1为170mm～225mm，所述第二透镜的焦距efl2为190mm～280mm。
21.可选地，所述第一透镜的有效焦距efl1与所述第二透镜的焦距efl2之和为400mm～460mm。
22.可选地，所述显示器被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；
23.当所述显示器发射的光线为线偏振光时，在所述显示器与所述第一透镜之间设置有第二相位延迟器，所述第二相位延迟器用以将线偏振光转变为圆偏振光。
24.可选地，所述第一透镜与所述平板元件的间距为l1，l1满足：4.5mm＜l1＜6.5mm；
25.所述第一透镜与所述显示器的间距为l2，l2满足：3mm＜l2＜4.5mm。
26.可选地，所述第一透镜的中心厚度为t1，t1满足：5mm＜t1＜7.5mm；
27.所述平板元件的厚度为2mm～4.5mm。
28.根据本技术实施例的第二方面，还提供了一种头戴显示设备，包括：
29.壳体；以及
30.如上述所述的光学模组。
31.根据本技术实施例提供的光学模组，在光路中引入平板元件，通过将偏振反射元件设于平板元件的一表面，并使平板元件在光路中可发生翻转，如此在光路中可以通过将平板元件的两个表面进行对调后改变偏振反射元件的朝向，以此可以实现光学模组的变焦功能，使光学模组可适用视度正常和近视不同的群体；其中，当平板元件设有偏振反射元件的表面背离人眼时，近视用户可以选择在不佩戴眼镜的情况下获得良好的视觉体验。
32.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
33.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技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
34.图1为本技术实施例提供的光学模组的结构示意图之一；
35.图2为本技术实施例提供的光学模组的结构示意图之二；
36.图3为本技术实施例提供的光学模组的结构示意图之三；
37.图4为本技术实施例提供的光学模组的结构示意图之四；
38.图5为本技术实施例提供的光学模组的结构示意图之五；
39.图6为本技术实施例1提供的光学模组在第一状态下的结构示意图；
40.图7为图6示出的光学模组的点列图；
41.图8为本技术实施例1提供的光学模组在第二状态下的结构示意图；
42.图9为图8示出的光学模组的点列图；
43.图10为本技术实施例2提供的光学模组在第一状态下的结构示意图；
44.图11为图10示出的光学模组的点列图；
45.图12为本技术实施例2提供的光学模组在第二状态下的结构示意图；
46.图13为图12示出的光学模组的点列图；
47.图14为本技术实施例3提供的光学模组在第一状态下的结构示意图；
48.图15为图14示出的光学模组的点列图；
49.图16为本技术实施例3提供的光学模组在第二状态下的结构示意图；
50.图17为图16示出的光学模组的点列图。
51.附图标记说明：
52.10、第一透镜；20、第二透镜；30、平板元件；40、分光元件；50、第一相位延迟器；60、偏振反射元件；70、偏光元件；80、显示器；01、人眼。
具体实施方式
53.现在将参照附图来详细描述本技术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技术的范围。
54.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，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
55.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
56.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。
57.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。
58.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种光学模组，该光学模组为一种折叠光路光学结构设计，其可适合应用于头戴显示设备(head mounted display，hmd)。例如，vr头戴设备如可以包括vr眼镜或者vr头盔等，本技术实施例对此不做具体限制。
59.本技术实施例提供了一种光学模组，如图1至图4所示，所述光学模组包括第一透镜10和平板元件30；所述光学模组还包括分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，所述第一相位延迟器50位于所述分光元件40与所述偏振反射元件60之间；所述分光元件40和所述第一相位延迟器50位于所述第一透镜10的任一侧；
60.所述偏振反射元件60设于所述平板元件30的任一表面，所述平板元件30被配置为能够相对于所述第一透镜10发生翻转调换自身两个表面的位置，以使所述光学模组在第一状态与第二状态之间可切换；
61.当所述光学模组处于所述第一状态时，所述平板元件30设有所述偏振反射元件60的表面背离所述第一透镜10；当所述光学模组切换至所述第二状态时，所述平板元件30设有所述偏振反射元件60的表面朝向所述第一透镜10。
62.本技术的实施例，在光学模组中布设有一个透镜，即上述的第一透镜10，同时在光路中还引入了一个平板元件30，该平板元件30的中心位于第一透镜10的光轴上，平板元件30与第一透镜10为相邻且间隔设置。其中，平板元件30具有两个相对的表面，如图1所示，这两个表面分别为第一表面p1s1和第二表面p1s2。
63.例如，将光学模组的第一状态设定为默认状态，此时，平板元件30的第一表面p1s1朝向第一透镜10，平板元件30的第二表面p1s2背离第一透镜10，可以将偏振反射元件60贴装于第二表面p1s2，这样，偏振反射元件60就为朝向人眼01设置。在这种情况下，光学模组适用于近视者戴眼镜状态下使用或不近视人群使用。
64.例如，当近视人群使用时，可以通过翻转平板元件30将其第一表面p1s1和第二表面p1s2进行位置对调。在这种情况下，光学模组适用于近视人群在不佩戴眼镜的情况下使用。
65.需要说明的是，本技术中包括但不限于将光学模组的第一状态设置为默认状态，将第二状态设置为调整之后状态。也就是说，也可以是将光学模组的第二状态设置为默认状态，将第一状态为调整之后的状态，本技术实施例中对此不做限制。
66.本技术的实施例中，将偏振反射元件60设于平板元件30的一个表面上。需要强调的是，平板元件30在光路中并非是固定不动的，而是可以通过机械翻转进行两个表面位置的对调。该设计使得用户仅需要通过翻转平板元件30，即可做到选择不同的体验场景，如佩戴眼镜场景或不佩戴眼镜场景。
67.例如，如图1和图2所示，将平板元件30设有所述偏振反射元件60的表面设定为第二表面p1s2，在光学模组中，当第二表面p1s2背离第一透镜10，也即朝向佩戴者面部时，则需要近视的用户佩戴眼镜来使用。而另一种情况下，如图3和图4所示，将平板元件30进行机械翻转，使第二表面p1s2(其上贴装有偏振反射元件60)与第一表面p1s1进行对调，对调之后，第二表面p1s2转向了朝向第一透镜10，此时，平板元件30未设有偏振反射元件60的第一表面p1s1,(第二表面p1s2的反面)会朝向佩戴者面部，则用户即使近视也不需要佩戴眼镜来使用。
68.参见图1至图4，由图3和图4示出的调整后的光学模组与图1和图2示出的调整前的光学模组对比可以看出：光学模组的整体光线传播路径没有太大变化，主要是光线经第一透镜10后传播到平板元件30时，调整前为靠近人眼01的表面设有偏振反射元件60，在调整之后变更为远离人眼01表面设有偏振反射元件60。通过上述调整，整体所用光学元件并无任何变化，仅为平板元件30的两个表面(p1s1和p1s2)在光路中的布设顺序进行了调换。调整后的光学模组的视场角fov与光学总长ttl基本无变化，最大spot size为最大视场处例如为70um，虚像距离例如为250mm，例如可满足近视为400度(-4d)人员。
69.本技术实施例的光学模组，通过调整偏振反射元件60在光路中相对于人眼01的位置，可以实现整个光学模组的调焦功能。具体地，本技术实施例的光学模组可适用于不同视度的群体，例如-0.5d或者-4d。
70.此外，需要说明的是，通过面型优化或增加光学元件个数，光学模组还可实现更大范围的近视视度调整。
71.本技术实施例的光学模组的一个技术效果在于能够支持用户自主选择佩戴或不佩戴眼镜进行视觉体验。
72.本技术实施例的光学模组可以满足一机多人使用的场景。例如，可以满足家庭中不近视的人群使用。具体地，将平板元件30调整为设有偏振反射元件60的表面朝向佩戴者面部，此时可以满足视度正常及佩戴眼镜用户使用。而将平板元件30经翻转后调整为未设有偏振反射元件60的表面朝向佩戴者面部，可以满足近视人群在不佩戴眼镜情况下使用。
73.根据本技术的实施例，提供了一种折叠光路方案，根据本技术实施例提供的光学模组，在光路中引入平板元件30，通过将偏振反射元件60设于平板元件30的一表面，并使平板元件30在光路中可发生翻转，如此在光路中可以通过将平板元件30的两个表面进行对调后改变偏振反射元件60的朝向，以此可以实现光学模组的变焦功能，使光学模组可适用视度正常和近视不同的群体；其中，当平板元件30设有偏振反射元件60的表面背离人眼01时，近视用户可以选择在不佩戴眼镜的情况下获得良好的视觉体验。
74.本技术实施例提供的光学模组对近视人群的佩戴体验表现良好，让用户可选择的佩戴眼镜使用产品或者摘掉眼镜使用产品。本技术实施例中，通过折叠光路的变焦方案，通过机械调节参与，使得近视用户可不佩戴眼镜使用产品。同时，光学模组的结构比较简单、制作成本低且良品率高。
75.此外，使平板元件30产生翻转运动的方式例如可以通过驱动机构，也可以人工驱动，本技术实施例中对此不作限制。
76.在本技术的实施例中，平板元件30的材质例如可以为玻璃材料，也可以为塑料材料，其具有极高的透光率，不会影响光线传播。
77.本技术实施例的光学模组还包含如上述的分光元件40及第一相位延迟器50。
78.其中，分光元件40可供一部分光线透过，一部分光线反射。
79.分光元件40例如为半反半透膜。
80.第一相位延迟器50可用于改变折叠光路结构中光线的偏振状态。例如，能够将线偏振光转化为圆偏振光，又或者将圆偏振光转化为线偏振光。
81.第一相位延迟器50例如为四分之一波片。
82.分光元件40和第一相位延迟器50二者可以设于第一透镜10的任一侧。
83.可选的是，分光元件40与第一相位延迟器50二者可以贴合在一起，形成叠合元件，该叠合元件可设于第一透镜10或者独立设置于光路中，本技术实施例中对此不做具体限制。
84.可选的是，分光元件40和第一相位延迟器50二者也可以呈间隔设置，如图1所示，二者之间通过第一透镜10隔开。
85.上述的偏振反射元件60可用于透过p偏振光反射s偏振光；或者，偏振反射元件60可用于透过s偏振光反射p偏振光。第一相位延迟器50与偏振反射元件60配合可用于解析光线并对光线进行传递。
86.可选的是，偏振反射元件60可以为薄膜状结构，其可以通过例如光学胶贴装在平板元件30的其中一个表面上(图1中示出的是贴装在平板元件30的第二表面p1s2，当然，也可以设置在第一表面p1s1，对此不做限制)。
87.本技术的光学模组中，偏振反射元件60与第一相位延迟器50分开设置，方便在光路中调整偏振反射元件60的位置。需要注意的是，第一相位延迟器50需要位于分光元件40和偏振反射元件60之间。本技术中将偏振反射元件60单独通过一个平板元件30支撑于光路
中，其与第一相位延迟器50分开，即使偏振反射元件60随平板元件30翻转改变位置，也不会影响分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60的排列顺序，第一相位延迟器50依然可以位于分光元件40与偏振反射元件60之间。
88.本技术实施例提供的光学模组，其是一种折叠光路光学结构设计，如图1至图4所示，光学模组中的各个光学镜片及光学元件可以按照设定的方式排列，并位于同一光轴上。整个光路结构的尺寸较小，并不会占用较大的空间。
89.在本技术的一些示例中，如图1至图4所示，所述第一透镜10位于所述分光元件40与所述第一相位延迟器50之间；所述光学模组还包括偏光元件70，所述偏光元件70位于所述偏振反射元件60背离所述第一相位延迟器50的一侧。
90.如图1至图4所示，分光元件40可以位于第一透镜10远离平板元件30的一侧，第一相位延迟器50可以位于第一透镜10靠近平板元件30的一侧，第一透镜10布设在分光元件40与第一相位延迟器50之间。也即，可以由第一透镜10将分光元件40与第一相位延迟器50分隔开。
91.当然，分光元件40与第一相位延迟器50也可以共同位于第一透镜10远离平板元件30的一侧，或者位于第一透镜10靠近平板元件30的一侧。
92.需要说明的是，分光元件40和第一相位延迟器50可以为独立的光学器件设于光路中。分光元件40和第一相位延迟器50二者也可以均贴装在第一透镜10上，如此可以降低光学模组的装配难度。
93.在本技术的实施例中，如图1所示，在光学模组中还可包括偏光元件70，偏光元件70可以透过p偏振光，可以减少杂散光，利于提升成像质量。
94.本技术的实施例中，偏光元件70与偏振反射元件60二者可以为间隔设置，使得偏振反射元件60能独立随平板元件30独立进行翻转运动，改变在光路中的位置/朝向。
95.当光学模组中仅包含第一透镜10时，可以将偏光元件70作为独立器件设于光路中，使其位于偏振反射元件60背离第一相位延迟器50的一侧。当然，也可以将偏光元件70设于平板元件30。
96.其中，偏光元件70例如为偏光膜。
97.在本技术的一些示例中，如图1至图4所示，所述光学模组还包括第二透镜20，所述第二透镜20位于所述平板元件30背离所述第一透镜10的一侧，所述第二透镜20与所述平板元件30的间距为0.3mm～1mm。
98.可以理解的是，本技术的光学模组中也可以包含两个透镜，如图1所示，包括上述的第一透镜10和新引入的第二透镜20，此时，支撑偏振反射元件60的平板元件30可以位于第一透镜10与第二透镜20之间。
99.需要说明的是，本技术的光学模组中对透镜的数量不做具体限制，可以为一片、两片或者大于等于三片。随着透镜数量的增加可以提高成像品质，但是会影响光学模组的尺寸。其中，较为优选的是在光路中设置两个透镜，既可以提高成像质量，又可以使光学模组具有良好的成像质量。
100.可选的是，第一透镜10和第二透镜20为平凸透镜。
101.例如，第一透镜10包括两个表面，分别为第三表面l1s1和第四表面l1s2，其中，第三表面l1s1的面型设计为凸面，第四表面l1s2的面型设计为平面，第一透镜10的第三表面
l1s1的曲率满足如下条件：
102.85《abs(r_l1s1)《110，abs(conic_l1s1)《5。
103.例如，第二透镜20包括两个表面，分别为第五表面l2s1和第六表面l2s2，其中，第五表面l2s1的面型设计为平面，第六表面l2s2的面型设计凸面，第二透镜20的第六表面l2s2曲率满足如下条件：
104.90《abs(r_l2s2)《140，abs(conic_l2s2)《5。
105.当然，第一透镜10和第二透镜20包括但并不限于上述的面型，本技术实施例中对此不做限制。
106.此外，光学模组中透镜的材质可以为pmma材料，当然，透镜也可以为其他材料如玻璃，coc，cop等材料，本技术实施例中对此不做具体限制。
107.可选的是，平板元件30也可以为pmma平板或者玻璃平板等。
108.此外，平板元件30也可以替换为平凸元件、平凹元件、双凹元件、双凸元件等其他形状。
109.在本技术实施例的光学模组中，第二透镜20与平板元件30的间距可以设置为0.3mm～1mm，如此不会增加光学模组的尺寸，利于实现光学模组的轻薄化，同时可以保证成像质量，还可以调整虚像的位置，利用光学模组的调焦。
110.例如，第二透镜20与平板元件30的间距为0.3mm，可以更好地减小光学模组尺寸及保证较佳的成像质量，还可以使光学模组适用于-0.5d或者-4d的近视人群在不佩戴眼镜的情况下使用光学模组。
111.可选的是，如图1至图4所示，所述光学模组还包括偏光元件70，所述偏光元件70位于所述第二透镜20靠近所述平板元件30的一侧。
112.例如，所述偏光元件70设于所述第二透镜20靠近所述平板元件30的表面。
113.偏光元件70可以透过p偏振光，可以减少杂散光，利于提升成像质量。
114.当在光学模组中引入第二透镜20后，可以将偏光元件70靠近第二透镜20设置或者直接通过光学胶粘结在第二透镜20的表面。如此可以将偏光元件70与偏振反射元件60分开设置，使得偏振反射元件60能够随平板元件30独立运动，改变在光路中的位置/朝向，同时也不会影响光学膜的排列方式，例如可以使偏振反射元件60位于第一相位延迟器50与偏光元件70之间。
115.本技术的光学结构设计，实现了一种新的光学模组调焦方式或方法。既满足佩戴眼镜群体或不近视用户群体使用需求，也满足近视群体在不佩戴眼镜时的使用需求。
116.在本技术的一些示例中，如图1至图4所示，所述光学模组还包括：显示器80，所述显示器80位于所述第一透镜10背离所述平板元件30的一侧。
117.可选的是，所述显示器80被配置为能够发射圆偏振光或者线偏振光；当所述显示器80发射的光线为线偏振光时，在所述显示器80与所述第一透镜10之间设置有第二相位延迟器(图1至图4中未示出)，所述第二相位延迟器用以将线偏振光转变为圆偏振光。
118.其中，在显示器80具有出光面，在显示器80的出光面上例如可以贴装屏幕保护片。
119.其中，显示器80的出光面所发出的光线可以为线偏振光，也可以是圆偏振光或者自然光，本技术实施例中对此不作限制。
120.需要说明的是，当显示器80的出光面发出的光线为圆偏振光时，可以省去上述的
第二相位延迟器及第二偏振元件。
121.此外，当需要在显示器80的出光面处设置第二相位延迟器时，还可以再光路中再引入一个偏光元件(偏光膜)，此时，第二相位延迟器及新引入的偏光元件二者可以层叠设置并设于显示器80的出光面上。当然，二者也可以间隔设置。第二相位延迟器位于新引入的偏光元件与显示器80的出光面之间。
122.可选的是，显示器80的尺寸可以为2.5inch。光学模组在第一状态下，可以得到的fov约为100
°
，整个视场的spot size＜45um，成像质量高，设计所用虚像距离为2000mm，可匹配近视在50度(-0.5d)附近人群。
123.当将光学模组由第一状态调整为第二状态之后，光路结构如图3和图4所示，平板元件30设有偏振反射元件60的表面背离人眼01，整体光路没有太大变化，主要的是光路经第一透镜10后传播到平板元件30时，调整前为靠近人眼的面设有偏振反射元件60，调整后变更为远离人眼的面设有偏振反射元件60。通过调整，整体所用光学元件无任何变化，光学模组在调整后，其视场角fov与光学总长ttl基本无变化。最大spot size为最大视场处为70um，虚像距离为250mm，可满足近视为400度(-4d)人员。
124.在本技术的一些示例中，如图1所示，所述分光元件40设于所述第一透镜10靠近所述显示器80的表面，所述第一相位延迟器50设于所述第一透镜10远离所述显示器80的表面。
125.例如，分光元件40和第一相位延迟器50可以分别设于第一透镜10的两个表面上。其中，分光元件40可以通过镀膜的方式设于第一透镜10靠近显示器80的表面(l1s1表面)，第一相位延迟器50可以通过光学膜贴装于第一透镜10远离显示器80的表面(l1s2表面)。
126.其中，通常透镜上通过光学胶贴装光学膜的表面可以设计为平面。在光路中采用平面贴膜的方式可以降低光学膜贴装难度。当然，也可以采用曲面/柱面等贴膜，本技术实施例中对此不做具体限制。
127.在本技术的一些示例中，当光学模组中包含两个透镜时，即第一透镜10和第二透镜20，所述第一透镜10和所述第二透镜20二者中最小的有效焦距为minefl，minefl满足：7f＞minefl＞5f；所述第一透镜10和所述第二透镜20二者中最大的有效焦距为maxefl，maxefl满足：11f＞maxefl＞8f；其中，f为所述光学模组的焦距。
128.本技术实施例的光学模组，为了适应不同视度人群的使用需求，可以调整第一透镜10和第二透镜20在光学模组中的有效焦距，配合调整平板元件30上附着的偏振反射元件60在光学模组中的位置，使得本技术实施例的光学模组可适用于不同视度的群体。本技术实施例的光学模组，既可以满足佩戴眼镜人群或不近视人群使用，也满足近视人群不佩戴眼镜时使用。
129.此外，通过面型优化或增加光学元件个数，还可适合更大视度的近视者在不佩戴眼镜的情况下使用。
130.可选的是，所述光学模组的焦距f为27mm～33mm。
131.其中，所述第一透镜10的有效焦距efl1为170mm～225mm，所述第二透镜20的焦距efl2为190mm～280mm。
132.其中，所述第一透镜10的有效焦距efl1与所述第二透镜20的焦距efl2之和为400mm～460mm。
133.通过光学模组的焦距及两个透镜的有效焦距的参数调整，使得本技术实施例的光学模组可适用于例如-0.5d视度或者-4d视度，其中，在-0.5d时可以满足佩戴眼镜人群或不近视人群使用，在-4d时可以满足近视400度人群不佩戴眼镜时使用。
134.在本技术的一些示例中，如图5所述，所述第一透镜10与所述平板元件30的间距为l1，l1满足：4.5mm＜l1＜6.5mm；所述第一透镜10与所述显示器80的间距为l2，l2满足：3mm＜l2＜4.5mm。
135.可选的是，如图5所示，所述第一透镜10的中心厚度为t1，t1满足：5mm＜t1＜7.5mm；所述平板元件30的厚度为2mm～4.5mm。
136.本技术实施例中，第一透镜10与平板元件30都设计的较轻薄，且第一透镜10、平板元件30及显示器80的间距离也比较小，这有利于缩小光学模组的尺寸，实现最终产品的轻薄化，在用户佩戴时可以提升舒适感。同时可以使成像像质较佳。
137.如图5所示，当光学模组中还包括第二透镜20时，可选的是，第二透镜20的中心厚度t2为：4mm＜t2＜6mm。
138.近人眼01侧的第二透镜20也较为轻薄，不会增加光学模组的尺寸和重量，可以支撑偏光元件70，也可以提升光学模组的成像效果。
139.本技术实施例提供的光学模组的fov≥100
°
。
140.本技术实施例的光学模组，显示器80显示的图像可以通过折叠光路进行折反射传输及放大之后输入人眼01，人眼01将可以看到放大的虚像。
141.本技术实施例的光学模组，可以配合2.4或者2.5inch micro oled/lcd显示芯片，能够实现了100度视场角。
142.同时，光学模组的光学总长约为24mm，光学模组的尺寸较小，成像质量好。
143.以下以具体的实施例对本技术实施例的光学模组进行说明。
144.实施例1
145.本实施例1示出的光学模组，如图6及图8所示，包括第一透镜10、第二透镜20、平板元件30及显示器80，所述平板元件30位于所述第一透镜10和所述第二透镜20之间，所述第一透镜10靠近所述显示器80；
146.所述光学模组还包括分光元件40、第一相位延迟器50及偏振反射元件60，所述分光元件40设于所述第一透镜10靠近所述显示器80的第三表面l1s1，所述第一相位延迟器50设于所述第一透镜10远离所述显示器80的第四表面l1s2；所述偏振反射元件60设于所述平板元件30的第二表面p1s2，平板元件30还具有第一表面p1s1；所述偏光元件70设于所述第二透镜20靠近所述显示器80的第五表面l2s1；
147.所述平板元件30被配置为能够相对于所述第一透镜10发生翻转运动调换两个表面的位置，以使所述光学模组在第一状态与第二状态之间可切换；当所述光学模组处于所述第一状态时，如图6所示，所述平板元件30设有所述偏振反射元件60的表面背离所述第一透镜10；当所述光学模组切换至所述第二状态时，如图8所示，所述平板元件30设有所述偏振反射元件60的表面被翻转至朝向所述第一透镜10。
148.如图6及图8所示，所述光学模组的光线传播路径如下：
149.显示器80出射圆偏振光，圆偏振光经第一透镜10靠近显示器80的第三表面l1s1(其上有分光元件40)后，将约50％的光透射后经第一透镜10传递到第二表面l1s2，经第一
相位延迟器50转换后变为线偏光，然后经平板元件30的第一表面p1s1后经过第二表面p1s2，然后被贴附在第二表面p1s2的偏振反射元件60反射后回到第一表面p1s1进而再到第一透镜10的第四表面l1s2，并经第一相位延迟器50后变为圆偏光，再次返回至第一透镜10的第三表面l1s1，经分光元件40后再有一部分光反射回第一透镜10后再次到第一透镜10的第四表面l1s2，经过第一相位延迟器50后变为线偏光，再次经过平板元件30的第一表面p1s1和第二表面p1s2。由于经分光元件40反射后，该线偏光与偏振反射元件60的透射光轴方向一致，透射出偏振反射元件60后经第二透镜20上的偏光元件70后，经第二透镜20的表面l2s2传递后最终进入人眼01。
150.本实施例1提供的光学模组，其中的显示器80为2.4inch micro oled/lcd显示芯片。可以实现100度视场角，光学模组的光学总长ttl为24mm。
151.当光学模组处于第一状态时，如图6所示，平板元件30的第二表面p1s2为朝向人眼01，也即偏振反射元件60朝向人眼01，此时，光学模组的虚像距离vid为2000mm，光学模组的焦距f为29.19mm，其中第一透镜10的有效焦距efl1为172.96mm，第二透镜20的有效焦距efl2为260.6mm。
152.光学模组(视度为-0.5d)在第一状态下可以匹配戴眼镜状态或者不近视的人群。如图7所示，全视场内，spot size最大在1.0f处小于35.1um。
153.表1示出了光学模组处于第一状态下的光学参数；
154.其中，平板元件30的第二表面p1s2上贴装偏振反射元件60，偏振反射元件60朝向人眼01。
155.表1
156.surftyperadiusthicknessglasscleardiammechdiamconic4thobjstandardinfinity-2000.000 2383.5072383.50700stostandardinfinity13.000 2.0002.000002evenasph128.7864.500pmma21.00022.000-0.878-1.746e-063standardinfinity0.300 21.00022.000004standardinfinity2.313pmma27.40027.500005standardinfinity5.426 27.40027.500006standardinfinity7.000pmma28.80029.000007evenasph-95.251-7.000mirror28.80029.000-0.706-1.879e-078standardinfinity-5.426 28.80029.000009standardinfinity-2.313pmma27.40027.5000010standardinfinity2.313mirror27.40027.5000011standardinfinity5.426 27.40027.5000012standardinfinity7.000pmma28.80029.0000013evenasph-95.2514.000 28.80029.000-0.706-1.879e-0714standardinfinity0.500bk723.00023.0000015standardinfinity0.020 23.00023.00000imastandardinfinity0.000 22.14722.14700
157.如图8所示，当光学模组处于第二状态时，平板元件30的第一表面p1s1和第二表面p1s2在光路中对调位置，即平板元件30的第一表面p1s1朝向人眼01，也即由偏振反射元件
60由朝向人眼01变为背离人眼01，此时，光学模组的虚像距离vid为250mm，光学模组的焦距f为28.74mm，其中第一透镜10的有效焦距efl1为172.96mm，第二透镜20的有效焦距efl2为260.6mm。
158.光学模组(视度为-4d)在第二状态下可以匹配400度左右近视人群在不佩戴眼镜的情况下使用光学模组。如图9所示，全视场内，spot size最大在1.0f处小于70um。
159.表2示出了光学模组在第二状态下的光学参数；
160.其中，平板元件30的第二表面p1s2上贴装偏振反射元件60，偏振反射元件60背离人眼01。
161.表2
162.surftyperadiusthicknessglasscleardiammechdiamconic4thobjstandardinfinity-250.000 297.938297.93800stostandardinfinity13.000 2.0002.000002evenasph128.7864.500pmma21.00022.000-0.878-1.746e-063standardinfinity0.300 21.00022.000004standardinfinity2.313pmma27.40027.500005standardinfinity5.426 27.40027.500006standardinfinity7.000pmma28.80029.000007evenasph-95.251-7.000mirror28.80029.000-0.706-1.879e-078standardinfinity-5.426 28.80029.000009(虚拟面)standardinfinity0.000 27.40027.5000010(虚拟面)standardinfinity0.000 27.40027.5000011standardinfinity5.426mirror27.40027.5000012standardinfinity7.000pmma28.80029.0000013evenasph-95.2514.000 28.80029.000-0.706-1.879e-0714standardinfinity0.500bk723.00023.0000015standardinfinity0.020 23.00023.00000imastandardinfinity0.000 22.54522.54500
163.实施例2
164.本实施例2示出的光学模组，如图10及图12所示，其与实施例1示出的光学模组的不同之处在于：
165.当光学模组处于第一状态时，如图10所示，光学模组的焦距f为27.08mm，第一透镜10的有效焦距efl1为176.86mm，第二透镜20的有效焦距efl2为276.5mm。
166.光学模组(视度为-0.5d)在第一状态下可以匹配戴眼镜状态或者不近视的人群。如图11所示，全视场内，spot size最大在1.0f处小于78um。
167.表3示出了实施例2的光学模组处于第一状态下的光学参数；
168.表3
169.surftyperadiusthicknessglasscleardiammechdiamconic4th0standardinfinity-2000.000 2383.5072383.507001standardinfinity13.000 2.0002.000002evenasph136.6124.500pmma20.50021.000-1.0011.22e-063standardinfinity0.300 21.00021.00000
4standardinfinity2.000pmma26.50026.500005standardinfinity6.033 26.50026.500006standardinfinity5.416pmma27.70027.700007evenasph-87.392-5.416mirror27.70027.700-1.0012.78e-078standardinfinity-6.033 27.70027.700009standardinfinity-2.000pmma26.40026.5000010standardinfinity2.000mirror26.50026.5000011standardinfinity6.033 26.50026.5000012standardinfinity5.416pmma27.70027.7000013evenasph-87.3923.499 27.70027.700-1.0012.78e-0714standardinfinity0.500bk722.28822.2880015standardinfinity0.019 22.22622.2880016standardinfinity0.000 22.12322.12300
170.本实施例2示出的光学模组，其与实施例1的不同之处还在于：
171.如图12所示，当光学模组处于第二状态时，光学模组的焦距f为26.69mm，第一透镜10的有效焦距efl1为176.86mm，第二透镜20的有效焦距efl2为276.5mm。
172.光学模组(视度为-4d)在第二状态下可以匹配400度左右近视人群在不佩戴眼镜的情况下使用光学模组。如图13所示，全视场内，spot size最大在0.8f处小于93um。
173.表4示出了实施例2的光学模组处于第二状态下的光学参数；
174.表4
[0175][0176][0177]
实施例3
[0178]
本实施例3示出的光学模组，如图14及图16所示，其与实施例1示出的光学模组的不同之处在于：
[0179]
当光学模组处于第一状态时，如图14所示，光学模组的焦距f为32.4mm，第一透镜
10的有效焦距efl1为221.5mm，第二透镜20的有效焦距efl2为191mm。
[0180]
光学模组(视度为-0.5d)在第一状态下可以匹配戴眼镜状态或者不近视的人群。如图15所示，全视场内，spot size最大在0.6f处小于66um。
[0181]
表5示出了实施例3的光学模组处于第一状态下的光学参数；
[0182]
表5
[0183]
surftyperadiusthicknessglasscleardiammechdiamconic4th0standardinfinity-2000.000 2383.5072383.507001standardinfinity13.000 2.0002.000002evenasph94.4914.499pmma21.00021.000-5.000-6.427e-063standardinfinity0.680 21.00021.000004standardinfinity2.800pmma29.60029.600005standardinfinity6.468 29.60029.600006standardinfinity6.433pmma31.50031.500007evenasph-109.427-6.433mirror31.50031.500-5.000-9.479e-078standardinfinity-6.468 31.50031.500009standardinfinity-2.800pmma29.60029.6000010standardinfinity2.800mirror29.60029.6000011standardinfinity6.468 29.60029.6000012standardinfinity6.433pmma31.50031.5000013evenasph-109.4274.000 31.50031.500-5.000-9.479e-0714standardinfinity0.500bk723.15523.1550015standardinfinity0.020 23.07423.1550016standardinfinity0.000 22.96922.96900
[0184]
本实施例3示出的光学模组，其与实施例1的不同之处还在于：
[0185]
如图16所示，当光学模组处于第二状态时，光学模组的焦距f为31.85mm，第一透镜10的有效焦距efl1为221.5mm，第二透镜20的有效焦距efl2为191mm。
[0186]
光学模组(视度为-4d)在第二状态下可以匹配戴眼镜状态或者不近视的人群。如图17所示，全视场内，spot size最大在1.0f处小于82um。
[0187]
表6示出了实施例3的光学模组处于第二状态下的光学参数；
[0188]
表6
[0189]
surftyperadiusthicknessglasscleardiammechdiamconic4th0standardinfinity-250.000 297.938297.938001standardinfinity13.000 2.0002.000002evenasph94.4914.499pmma21.00021.000-5.00-6.427e-063standardinfinity0.680 21.00021.000004standardinfinity2.800pmma29.60029.600005standardinfinity6.468 29.60029.600006standardinfinity6.433pmma31.50031.500007evenasph-109.427-6.433mirror31.50031.500-5.00-9.479e-078standardinfinity-6.468 31.50031.500009(虚拟面)standardinfinity0.000 29.60029.60000
10(虚拟面)standardinfinity0.000 29.60029.6000011standardinfinity6.468mirror29.60029.6000012standardinfinity6.433pmma31.50031.5000013evenasph-109.4274.000 31.50031.500-5.00-9.479e-0714standardinfinity0.500bk723.77523.7750015standardinfinity0.022 23.63223.7750016standardinfinity0.000 23.52223.52200
[0190]
本技术实施例的光学模组，是一种基于折叠光路方案，通过调整关键光学元件实现调焦的光学系统，既满足佩戴眼镜群体或不近视用户群体的使用需求，也满足不佩戴眼镜时的使用需求。
[0191]
根据本技术实施例的另一方面，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。
[0192]
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，本技术实施例对此不做具体限制。
[0193]
本技术实施例的头戴显示设备的具体实施方式可以参照上述显示模组各实施例，在此不再赘述。
[0194]
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。
[0195]
虽然已经通过示例对本技术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，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。