近眼显示模组以及可穿戴设备的制作方法

1.本实用新型实施例涉及光学成像技术领域，更具体地，本实用新型实施例涉及一种近眼显示模组以及可穿戴设备。


背景技术：

2.近年来，虚拟现实(virtual reality，vr)技术在例如头戴显示设备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光学模组。光学模组显示图像效果的好坏将直接决定着头戴显示设备的质量。
3.如今，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、轻薄化及高清显示是虚拟现实显示产品的发展趋势。虚拟现实显示产品做成眼镜形态对光学系统的尺寸及重量要求较高，缩减光学模组的尺寸及重量是需要解决的问题。而常规的vr折叠光路系统总长一般都设计大于15mm，且含有的光学镜片数量较多，导致光学系统的尺寸大且重量较重。而光学系统总长一旦减小，光学镜片数量减少将会影响最终的成像质量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种近眼显示模组以及可穿戴设备的新技术方案，在有效缩短光学系统总长及重量的同时，保证良好的光学成像质量。
5.第一方面，本实用新型提供了一种近眼显示模组。所述近眼显示模组包括透镜，以及分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件；
6.其中，所述分光元件为非球面结构并位于所述透镜的一侧；
7.所述第一相位延迟器与所述偏振反射元件位于所述透镜的另一侧，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；
8.所述透镜设置为菲涅尔镜片，且所述透镜的菲涅尔面位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；
9.所述分光元件的焦距f2与所述透镜的焦距f1的比值的绝对值设置为a，且a满足：0＜a≤30。
10.可选地，所述近眼显示模组还包括显示屏，所述分光元件通过所述非球面支撑件独立的设于所述显示屏与所述透镜之间，所述分光元件凸向所述显示屏。
11.可选地，所述分光元件的焦距f2为：0＜f2≤1000mm。
12.可选地，所述透镜的焦距f1的绝对值为≥33.3mm。
13.可选地，所述近眼显示模组的系统总长ttl满足：ttl＜11mm。
14.可选地，所述透镜的光焦度为正。
15.可选地，所述透镜包括第一表面及第二表面；
16.所述第一表面靠近所述分光元件，且所述第一表面设置为菲涅尔面，所述菲涅尔面具有齿形结构；
17.所述第二表面远离所述分光元件，所述第一相位延迟器及所述偏振反射元件依次设于所述第二表面。
18.可选地，所述近眼显示模组还包括第一偏振元件；
19.所述第一相位延迟器、所述偏振反射元件及所述第一偏振元件为层叠设置以形成复合膜，所述复合膜设于所述透镜的所述第二表面(12)上。
20.可选地，入射光线射入所述第一相位延迟器和所述偏振反射元件的最大入射角度＜5
°
。
21.可选地，所述近眼显示模组的焦距f为：f≤20mm。
22.可选地，所述显示屏被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；
23.当所述显示屏发射的光线为自然光时，所述显示屏的出光面一侧设置有叠合片，能够用以将所述显示屏发射的自然光转变为圆偏振光；其中，所述叠合片包括第二相位延迟器、第三相位延迟器及介于所述第二相位延迟器与所述第三相位延迟器之间的第二偏振元件。
24.第二方面，本实用新型提供了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：
25.壳体；以及
26.如第一方面所述的近眼显示模组。
27.本实用新型的有益效果为：
28.根据本实用新型实施例提供的近眼显示模组，其为一种折叠光路设计，通过在折叠光路设计中引入单个透镜且将该透镜设置为菲涅尔镜片，形成了菲涅尔面型与折叠光路的结合，利于获得较小的光学系统总长；并且，由于光路中透镜的使用数量较少，可降低整个近眼显示模组的重量及生产成本；通过调整分光元件与单个透镜的焦距比值范围，可以保证成像质量及减小系统总长；整个光路结构设计简单，实现了近眼显示模组的小型化、轻薄化及高质量成像。
29.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
30.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。
31.图1为本实用新型实施例提供的近眼显示模组的结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例提供的近眼显示模组中透镜的表面设置的复合膜的示意图；
33.图3为本实用新型实施例提供的近眼显示模组的点列图；
34.图4为本实用新型实施例提供的近眼显示模组的mtf曲线图；
35.图5为本实用新型实施例提供的近眼显示模组的场曲畸变图；
36.图6为本实用新型实施例提供的近眼显示模组的垂轴色差图。
37.附图标记说明：
38.1、透镜；11、第一表面；12、第二表面；2、分光元件；3、显示屏；4、第一相位延迟器；5、偏振反射元件；6、第一偏振元件；7、抗反射膜；01、人眼。
具体实施方式
39.现在将参照附图来详细描述本实用新型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实用新型的范围。
40.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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
41.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。
42.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。
43.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。
44.下面结合附图，对本实用新型实施例提供的近眼显示模组以及可穿戴设备进行详细地描述。
45.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种近眼显示模组，所述近眼显示模组适合应用于可穿戴设备，例如头戴显示设备(head mounted display，hmd)，进一步地例如vr头戴显示设备。所述vr头戴显示设备例如可以包括vr智能眼镜或者vr智能头盔等，本实用新型实施例可穿戴设备的具体形式对此不做限制。
46.本实用新型实施例提出的近眼显示模组，参见图1和图2，所述近眼显示模组包括透镜1，以及分光元件2、第一相位延迟器4和偏振反射元件5；其中，所述分光元件2为非球面结构并位于所述透镜1的一侧；所述第一相位延迟器4与所述偏振反射元件5位于所述透镜1的另一侧，且所述第一相位延迟器4位于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间；所述透镜1设置为菲涅尔镜片，且所述透镜1的菲涅尔面位于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间；所述分光元件2的焦距f2与所述透镜1的焦距f1的比值的绝对值设置为a，且a满足：0＜a≤30。
47.根据本实用新型上述实施例提出的近眼显示模组，其为一种基于折叠光路(pancake)设计的光学模组，并且在其中采用了单片菲涅尔镜片，整个光路设计较为简单，包含的镜片数量少。
48.具体而言，参见图1所示，在整个近眼显示模组中可以仅引入单个具有菲涅尔面的透镜1，同时还在整个光路中合理布设了所述分光元件2、所述第一相位延迟器4及所述偏振反射元件5等，用以使所述近眼显示模组形成了一种折叠光路结构；其中，所述第一相位延迟器4要设计位于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间。由于整个近眼显示模组中光学镜片的使用数量少(可以仅采用一片透镜)且为菲涅尔镜片，较为轻薄，这利于降低系统总长以及整个近眼显示模组的重量和制作成本。
49.在本实用新型实施例提出的近眼显示模组中，请继续参见图1，所述透镜1与所述分光元件2为相互独立设置，具体地，所述透镜1靠近人眼01设置，所述分光元件2相对于所述透镜1远离人眼01(或者靠近显示侧)，通过调整所述分光元件2的焦距f2与所述透镜1的焦距f1的比值的绝对值为大于0而小于或者等于30这一范围，能够保证整个近眼显示模组在短焦的基础上兼具良好的成像质量。
50.也就是说，本实用新型实施例提出的近眼显示模组，利于实现虚拟现实显示设备(vr显示设备)的小型化、轻薄化及高清成像的要求，可以在保证模组小体积的情况下兼具较佳的成像画面的需求，从而使得应用该近眼显示模组的虚拟现实显示设备能够保证具有体积小的特点，如此就更加适合用户佩戴使用、能够提升佩戴的舒适性。
51.根据本实用新型上述实施例提供的近眼显示模组，其为一种折叠光路设计，通过在折叠光路设计中引入单个透镜1并该将透镜1设置为菲涅尔镜片，如此形成了菲涅尔面型与折叠光路的结合，这利于获得较小的光学系统总长。在整个近眼显示模组中，由于透镜1的使用数量较少，仅为一片，这样可以降低整个近眼显示模组的重量及生产成本。此外，还通过调整所述分光元件2与单个透镜1的焦距的比值范围，可以保证成像画面的质量同时实现系统总长的减小。整个光路结构设计简单，实现了近眼显示模组的小型化、轻薄化及高质量成像。
52.本实用新型实施例提供的近眼显示模组为一种折叠光路，其中除包含有透镜1之外，所述近眼显示模组还包含有分光元件、相位延迟器及偏振反射元件等用于形成折叠光路的光学元件。
53.上述的这些光学元件(光学膜)可与所述近眼显示模组内的透镜1相互配合以形成折叠光路，光线在近眼显示模组中进行折返，用以延长光线的传播路径，利于最终的清晰成像，也利于缩减整个近眼显示模组的体积。
54.在本实用新型实施例提出的近眼显示模组中，也可以根据具体需要灵活调整透镜1的使用数量。随着折叠光路中透镜1使用数量的增多，可以提升近眼显示模组的成像质量，但也会影响近眼显示模组沿光轴方向(横向)的尺寸，导致近眼显示模组的体积较大和重量增加。
55.在本实用新型的实施例中，考虑到折叠光路设计和与菲涅尔面的组合，以及调整了光学参数，可以仅用一个透镜1就达到良好的成像效果。这样的设计可以直接降低整个近眼显示模组的重量以及制作成本。
56.其中，所述分光元件2例如为半透半反射膜。
57.所述分光元件2可供一部分光线透射，另一部分光线反射。
58.需要说明的是，所述分光元件2的反射率及透射率可以根据具体需要灵活调整，本实用新型实施例中对此不作限制。
59.可选的是，所述分光元件2的反射率为47％～53％。
60.其中，所述第一相位延迟器4例如为四分之一波片。当然，这里的所述第一相位延迟器4也可根据需要设置为其他相位延迟片如半波片等。
61.本实用新型实施例提出的近眼显示模组中，参见图1及图2，在位于靠近人眼01一侧的折叠光路中，通过设置所述第一相位延迟器4，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。
62.其中，所述偏振反射元件5例如为偏振反射膜/片。
63.所述偏振反射元件5是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。
64.在本实用新型的实施例中，所述第一相位延迟器4与所述偏振反射元件5二者相配合，能够用于解析光线并对光线进行传递。其中，所述偏振反射元件5具有透过轴，所述偏振
反射元件5的透过轴方向与所述第一相位延迟器4的快轴或者慢轴夹角例如为45
°
。
65.在本实用新型的实施例中，所述分光元件2、所述第一相位延迟器4及所述偏振反射元件5这三个光学元件在所述近眼显示模组内的布设位置较为灵活，可根据需要布设在例如单片透镜1的两侧，但需要保证的是，所述第一相位延迟器4要介于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间。
66.本实用新型实施例的近眼显示模组的光路图，参见图1，光线传播路径为：入射光线例如为圆偏振光，入圆偏振光经过所述分光元件2透射，经过所述透镜1的菲涅尔面透射，经过所述透镜1的另一个表面发生反射，经过所述菲涅尔面透射，经过所述分光元件2反射，经过所述菲涅尔面、所述透镜1的另一表面透射后入射至人眼01中，最终可以在位于左侧的人眼01中呈现出高清的画面，画面质感较佳。
67.在本实用新型的一些示例中，参见图1，所述近眼显示模组还包括显示屏3，所述分光元件2通过所述非球面支撑件独立的设于所述显示屏3与所述透镜1之间，所述分光元件2凸向所述显示屏3。
68.在上述的示例中，所述近眼显示模组还包括一显示屏3，所述显示屏3能够用于发射入射光线也即成像光线。
69.可选的是，所述显示屏3的出光面可以设有屏幕保护玻璃。经所述显示屏3发射的入射光线可以透过所述屏幕保护玻璃进入左侧的所述分光元件2等光学元件中。
70.在本实用新型实施例提供的近眼显示模组中，所述分光元件2被设计为例如可以通过一支撑件独立的设于光路中。具体而言，参见图1，所述分光元件2位于所述透镜1靠近所述显示屏3的一侧。也就是说，所述分光元件2独立的布设在所述显示屏3与所述透镜1之间的合适位置。
71.其中，所述分光元件2为非球面结构。例如，所述分光元件2为半透半反射膜，其可以直接贴设于或者镀附在一非球面的玻璃元件上，这样所述分光元件2就形成的具有弧度的半透半反射元件，其可以独立的设置在光路中。所述显示屏3发射出的入射光线经过所述分光元件2，50％的光线可以透过，50％的光线可以反射。
72.其中，所述分光元件2是非球面设计，其凹面朝向人眼01，而其凸面朝向所述显示屏3。采用这一设计的目的在于：可以将入射光线向下进行转折，如此可以有效的分担光路中的菲涅尔镜片(即透镜1)承担的焦距，这样设计可以减小所述显示屏3的尺寸，从而利于降低整个近眼显示模组的体积和重量。
73.可选的是，所述分光元件2的焦距f2为：0＜f2≤1000mm。
74.在整个近眼显示模组中，通过设置所述分光元件2的焦距可以调整整个近眼显示模组的焦距。通过将所述分光元件2的焦距f2与菲涅尔镜片(也即透镜1)的焦距f1的比值调整为大于0，而小于或者等于30，可以保证具有较小的系统总长，同时兼顾良好的成像质量。通过设置分光元件2的焦距范围利于调整上述的比值范围。
75.可选的是，所述透镜1的焦距f1的绝对值为≥33.3mm。在这一范围内，上述分光元件2的焦距f2与所述透镜1的焦距f1的比值可以满足大于大于0，而小于或者等于30这一范围。
76.具体地，所述分光元件2的焦距f2可以设置为664mm，所述透镜1的焦距f1的绝对值可以设置为36mm，所述分光元件2的焦距f2与所述透镜1的焦距f1的比值的绝对值为18.4。
77.在本实用新型的一些示例中，所述近眼显示模组的系统总长ttl满足：ttl＜11mm。
78.常规折叠光路vr设备中光学系统的系统总长都大于15mm，而且应用的光学镜片数量较多，这明显导致光学系统的系统总长较大且重量较重。
79.本实用新型实施例提供的近眼显示模组与常规的折叠光路设计不同，通过引入一个菲涅尔面型与折叠光路相结合，并合理的调整了光学参数例如所述分光元件2的焦距f2与所述透镜1的焦距f1的比值的绝对值设置为0～30(不包括0)，获得了系统总长小于11mm的近眼显示模组，同时兼顾了较佳的成像画面品质。而且，由于整个近眼显示模组中采用的是单成像镜片的设计，且该成像镜片为菲涅尔镜片，可以明显降低这个近眼显示模组的重量，如此就可以降低生产成本。
80.本实用新型实施例提供的近眼显示模组的光学总长很小，从而使得所述近眼显示模组的横向尺寸较小，同时能兼具优异的成像性能，能更好的提升用户的佩戴舒适感及视觉体验感。
81.可选的是，在所述近眼显示模组中，所述透镜1的光焦度设置为正。
82.也就是说，在所述近眼显示模组中，所述透镜1的光焦度设计为大于0。当所述透镜1的光焦度设置为正时，入射光线经所述透镜1透射入射到偏振反射元件5的角度较小，利于使大量的光线打入人眼01中进行成像。
83.具体地，所述透镜1的光焦度为φ，所述光焦度为φ设置为：0＜φ＜0.1。
84.在本实用新型的一些示例中，参见图1，所述透镜1包括第一表面11及第二表面12；所述第一表面11靠近所述分光元件2，且所述第一表面11设置为菲涅尔面，所述菲涅尔面具有齿形结构；所述第二表面12远离所述分光元件2，所述第一相位延迟器4及所述偏振反射元件5依次设于所述第二表面12。
85.可选的是，所述透镜1的中心厚度t范围为1mm＜t＜5mm，其包含两个光学面，参见图1，分别为靠近所述分光元件2的第一表面11及远离所述分光元件2的第二表面12。所述透镜1设置为菲涅尔镜片，其较为轻薄。
86.在上述的示例中，所述透镜1的第二表面12靠近人眼01，当在所述第二表面12上设置所述第一相位延迟器4及所述偏振反射元件5时，所述分光元件2位于所述第一表面11的一侧，此时，设计成菲涅尔面型的所述第一表面11就可以始终位于折叠光路之中。如此设计，可以有效的减少入射光线入射到所述第一相位延迟器4(四分之一波片)以及所述偏振反射元件5的角度，不仅改善入射光线的偏振态变化，还能有效的降低杂散光。
87.本实用新型实施例提供的近眼显示模组，其系统总长(例如所述透镜1的第二表面12到所述显示屏3的距离)可以小于11mm。整个模组只有一个透镜1，且该透镜1为菲涅尔镜片，能够实现轻量化。
88.可选的是，参见图2，所述近眼显示模组还可以包括第一偏振元件6；所述第一相位延迟器4、所述偏振反射元件5及所述第一偏振元件6为层叠设置以形成复合膜，所述复合膜设于所述透镜1的所述第二表面12上。
89.所述第一偏振元件6的引入可用于减少杂散光。
90.在本实用新型可选的例子中，例如所述第一相位延迟器4、所述偏振反射元件5及所述第一偏振元件6可以设计为依次层叠设置并设于所述透镜1的第二表面12上。其中，所述第一相位延迟器4应当始终位于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间，以保证能够
形成折叠光路。
91.当然，还可以选择在所述第二表面12上设置抗反射膜。在此基础上，上述的复合膜可以与所述抗反射膜7叠设于所述第二表面12。
92.所述第二表面12上的抗反射膜能减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。该处的抗反射膜也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。
93.具体地，在本实用新型中，菲涅尔面型与所述复合膜(包括上述的第一相位延迟器4、偏振反射元件5及第一偏振元件6等)可以分设于透镜1的两个表面上。这样，入射光线射入所述第一相位延迟器4和所述偏振反射元件5的最大入射角度＜5
°
。如此，可以降低杂散光，利于提高成像画面的质量和清晰度。
94.在本实用新型的一些示例中，参见图1，所述显示屏3被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；当所述显示屏3发射的光线为自然光时，所述显示屏的出光面一侧设置有叠合片，能够用以将所述显示屏3发射的自然光转变为圆偏振光；其中，所述叠合片包括第二相位延迟器、第三相位延迟器及介于所述第二相位延迟器与所述第三相位延迟器之间的第二偏振元件。
95.需要说明的是，进入所述折叠光路中的入射光线应当为圆偏振光。
96.而当所述显示屏3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折叠光路中，最终经折叠光路出射的光线打入人眼01进行成像。
97.其中，所述叠合片可用于将自然光转变圆偏振光。所述叠合片例如包括两个相位延迟器及设于该两个相位延迟器之间的偏振元件。具体而言，所述显示屏3发出自然光，所述自然光先经过一个相位延迟器(例如第三相位延迟器)后依然为自然光，经过所述第二偏振元件后变为线偏振光，再经过另一个相位延迟器(例如第二相位延迟器)变为圆偏振光。
98.在上述示例示出的叠合片中，两个相位延迟器例如均为四分之一波片；其中一个四分之一波片能够用于调整光的偏振态，还有一个四分之波片位于最外侧，可用于阻挡一部分入射的光线，具体而言，这部分光线属于成像中不想要的光线，若这部分光线不被阻挡，就会通过显示屏3的出光面反射回来打入人眼01，这对于最终的成像不利。
99.可选的是，所述显示屏3的出光面设有屏幕保护玻璃。这样，所述显示屏3发出的光线经过表面的所述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。
100.上述示例中的所述叠合片例如为一种复合膜，通过将两个四分一之波片之间夹设偏振膜形成。在本实用新型的实施例中，可以设计将所述叠合片设于所述分光元件2与所述显示屏3之间的合适位置。
101.通过在所述显示屏3与所述分光元件2之间设置所述叠合片，实现了自然光偏振态变换，可以将显示屏3发出的自然光转变为圆偏振光后进入近人眼01一侧的折叠光路结构中进行光线折返，最终可以将光线经所述透镜1出射后形成清晰的图像。这利于提升近眼显示模组的显示效果，使得最终的成像质量佳。如此，可以提升用户的观看体验。
102.在本实用新型的一些示例中，所述近眼显示模组的焦距f为：f≤20mm。
103.本实用新型实施例提供的近眼显示模组具有较小的焦距，在上述的焦距范围内，
用户能观看到清晰完整的画面。需要说明的是，焦距会影响系统总长以及成像质量。
104.例如，所述近眼显示模组的焦距f可以设置为15mm。
105.本实用新型实施例的近眼显示模组，其可以仅包括一个透镜1。
106.可选的是，所述透镜1的折射率n范围为1.4＜n＜1.7，色散系数v范围为20＜v＜75。
107.例如，所述透镜1的折射率为1.54，色散系数为56.3。
108.在本实用新型一个具体例子中，参见图1，所述近眼显示模组包括一个透镜1，还包括分光元件2、第一相位延迟器4、偏振反射元件5和第一偏振元件6；所述分光元件2为非球面结构并设于所述透镜1的一侧；所述第一相位延迟器4位于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间；
109.所述透镜1设置为菲涅尔镜片，所述透镜1包括第一表面11及第二表面12；所述第一表面11靠近所述分光元件2，且所述第一表面11设置为菲涅尔面，所述菲涅尔面具有齿形结构；所述第二表面12远离所述分光元件2，所述第一相位延迟器4、所述偏振反射元件5及所述第一偏振元件6为层叠设置以形成复合膜，所述复合膜设于所述透镜1的所述第二表面12上；
110.所述菲涅尔面位于所述分光元件2与所述偏振反射元件5之间；所述透镜1的光焦度φ为：0＜φ＜0.1；
111.所述分光元件2的焦距f2为664mm，所述透镜1的焦距f1的绝对值为36mm，所述分光元件2的焦距f2与所述透镜1的焦距f1的绝对值比值设置为18.4；
112.所述近眼显示模组还包括显示屏3，所述分光元件2通过所述非球面支撑件独立的设于所述显示屏3与所述透镜1之间，所述分光元件2凸向所述显示屏3，所述分光元件2凹向人眼01；
113.所述近眼显示模组的系统总长ttl满足：ttl＜11mm；
114.入射光线射入所述第一相位延迟器4和所述偏振反射元件5的最大入射角度＜5
°
；
115.所述近眼显示模组的焦距为15mm。
116.上述具体例子提供的近眼显示模组，参见图1，光线的传播如下：
117.所述显示屏3发出圆偏振光，经过所述分光元件2、所述透镜1的第一表面11透射，经过所述透镜1的第二表面12的所述第一相位延迟器4变成线偏振光(p光)，经过所述偏振反射元件5反射，再经过所述第一相位延迟器4后变成圆偏振光，经过所述第一表面11透射，经过所述分光元件2反射，之后经过所述第一相位延迟器4后变成线偏振光(s光)，最终经过所述偏振反射元件5、所述第一偏振元件6透射之后，打入人眼01中显示图像。
118.下述的表1中示出了近眼显示模组中各透镜的具体光学参数。
119.表1
[0120][0121]
针对上述具体例子提供的近眼显示模组，其光学性能可如图3至图6所示：图3是近眼显示模组的点列图示意图，图4是近眼显示模组的mtf曲线图，图5是近眼显示模组的场曲畸变图，图6是近眼显示模组的垂轴色差图。
[0122]
点列图是指由一点发射出的许多光线经近眼显示模组之后，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，可用于评价近眼显示模组的成像质量。参见图3所示，所述点列图中像点的最大值与最大视场相对应，所述点列图中全波段像点的最大值小于48μm，能够清晰成像。
[0123]
mtf曲线图是调制传递函数图，通过黑白线对的对比度表征近眼显示模组的成像清晰度。参见图4所示，mtf在12lp/mm下》0.2，成像清晰。
[0124]
畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，参见图5左侧，畸变最大发生在1视场，最大值小于25％。参见图5右侧，最大场曲小于1mm。
[0125]
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。参见图6所示，近眼显示模组的最大色差值小于300μm。
[0126]
根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种可穿戴设备。
[0127]
所述可穿戴设备包括壳体，以及如上述所述的近眼显示模组。
[0128]
所述可穿戴设备例如为vr头戴设备，包括vr眼镜或者vr头盔等，本实用新型实施例对此不做具体限制。
[0129]
本实用新型实施例的可穿戴设备的具体实施方式可以参照上述近眼显示模组各实施例，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。
[0130]
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。
[0131]
虽然已经通过示例对本实用新型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，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种近眼显示模组，其特征在于，包括透镜(1)，以及分光元件(2)、第一相位延迟器(4)和偏振反射元件(5)；其中，所述分光元件(2)为非球面结构并位于所述透镜(1)的一侧；所述第一相位延迟器(4)与所述偏振反射元件(5)位于所述透镜(1)的另一侧，且所述第一相位延迟器(4)位于所述分光元件(2)与所述偏振反射元件(5)之间；所述透镜(1)设置为菲涅尔镜片，且所述透镜(1)的菲涅尔面位于所述分光元件(2)与所述偏振反射元件(5)之间；所述分光元件(2)的焦距f2与所述透镜(1)的焦距f1的比值的绝对值设置为a，且a满足：0＜a≤30。2.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述近眼显示模组还包括显示屏(3)，所述分光元件(2)通过非球面支撑件独立的设于所述显示屏(3)与所述透镜(1)之间，所述分光元件(2)凸向所述显示屏(3)。3.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述分光元件(2)的焦距f2为：0＜f2≤1000mm。4.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述透镜(1)的焦距f1的绝对值为≥33.3mm。5.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述近眼显示模组的系统总长ttl满足：ttl＜11mm。6.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述透镜(1)的光焦度为正。7.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述透镜(1)包括第一表面(11)及第二表面(12)；所述第一表面(11)靠近所述分光元件(2)，且所述第一表面(11)设置为菲涅尔面，所述菲涅尔面具有齿形结构；所述第二表面(12)远离所述分光元件(2)，所述第一相位延迟器(4)及所述偏振反射元件(5)依次设于所述第二表面(12)。8.根据权利要求7所述的近眼显示模组，其特征在于，所述近眼显示模组还包括第一偏振元件(6)；所述第一相位延迟器(4)、所述偏振反射元件(5)及所述第一偏振元件(6)为层叠设置以形成复合膜，所述复合膜设于所述透镜(1)的所述第二表面(12)上。9.根据权利要求7所述的近眼显示模组，其特征在于，入射光线射入所述第一相位延迟器(4)和所述偏振反射元件(5)的最大入射角度＜5
°
。10.根据权利要求1-9中任一项所述的近眼显示模组，其特征在于，所述近眼显示模组的焦距f为：f≤20mm。11.根据权利要求2所述的近眼显示模组，其特征在于，所述显示屏(3)被配置为能够发射圆偏振光或者自然光；当所述显示屏(3)发射的光线为自然光时，所述显示屏的出光面一侧设置有叠合片，能够用以将所述显示屏(3)发射的自然光转变为圆偏振光；其中，所述叠合片包括第二相位延迟器、第三相位延迟器及介于所述第二相位延迟器与所述第三相位延迟器之间的第二偏振元件。
12.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：壳体；以及如权利要求1-11中任一项所述的近眼显示模组。

技术总结
本实用新型实施例提供了一种近眼显示模组以及可穿戴设备；其中，所述近眼显示模组包括透镜，以及分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件；其中，所述分光元件为非球面结构并位于所述透镜的一侧；所述第一相位延迟器与所述偏振反射元件位于所述透镜的另一侧，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；所述透镜设置为菲涅尔镜片，且所述透镜的菲涅尔面位于所述分光元件与所述偏振反射元件之间；所述分光元件的焦距f2与所述透镜的焦距f1的比值的绝对值设置为a，且a满足：0＜a≤30。本实用新型实施例提供的近眼显示模组具有光学总长短且重量较轻的特点，同时具有较佳的成像质量。具有较佳的成像质量。具有较佳的成像质量。


技术研发人员：史柴源
受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/9/7