CN115657310A - 近眼显示模组以及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种近眼显示模组以及头戴显示设置；近眼显示模组包括成像镜组以及设于成像镜组内的分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件；成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，分光元件位于第二透镜的任一侧，第一相位延迟器及偏振反射元件位于第二透镜与第三透镜之间；第二透镜的外径＞第三透镜的外径＞第一透镜的外径，以在第三透镜和第一透镜的外周形成容置空间；近眼显示模组还包括眼球追踪组件，眼球追踪组件包括照明器件及成像器件，照明器件设于第三透镜的外周，成像器件位于第一透镜的外周上方。本申请实施例为眼球追踪组件预留空间，且不会额外增加模组体积。

Description

近眼显示模组以及头戴显示设备

技术领域

本申请实施例涉及光学成像技术领域，更具体地，本申请实施例涉及一种近眼显示模组以及头戴显示设备。

背景技术

虚拟现实设备为了实现特定的功能，需要追踪用户的眼球。目前，在进行眼球追踪时通常引入眼球追踪模块来实现眼球位置的实时追踪。然而，在虚拟现实设备中引入眼球追踪模块之后会在一定程度上增加虚拟现实设备的体积，这就违背了用户对虚拟现实设备小体积的要求，影响用户的佩戴感。此外，眼球追踪模块设于虚拟现实设备中后，现有的布设方案可能会遮挡用户视线。

发明内容

本申请的目的是提供一种近眼显示模组以及头戴显示设备的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种近眼显示模组。所述近眼显示模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组内的分光元件、第一相位延迟器和偏振反射元件，其中，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；

所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述分光元件位于所述第二透镜的任一侧，所述第一相位延迟器及所述偏振反射元件位于所述第二透镜与所述第三透镜之间；所述第二透镜的外径 D₂＞所述第三透镜的外径D₃＞所述第一透镜的外径D₁，以在所述第三透镜和所述第一透镜的外周形成容置空间；

所述近眼显示模组还包括眼球追踪组件，所述眼球追踪组件包括照明器件及成像器件，所述照明器件设于所述第三透镜的外周，所述成像器件位于所述第一透镜的外周上方；所述照明器件出射的光线经人眼反射后透过所述第三透镜和所述第二透镜，之后射入所述成像器件形成眼球追踪光路。

可选地，所述第三透镜的外径D₃与所述第二透镜的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm。

可选地，所述第一透镜的外径D₁与所述第二透镜的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm。

可选地，所述第二透镜及所述第三透镜的组合光焦度为正。

可选地，所述第二透镜及所述第三透镜的组合光焦度为0.019。

可选地，所述照明器件包括红外光源，所述成像器件包括红外摄像装置。

可选地，所述成像器件还包括反射结构，所述反射结构位于所述红外光源的出光路径上，至少部分所述红外光源发出的光线能够经所述反射结构反射至所述红外摄像装置。

可选地，所述近眼显示模组还包括显示屏，所述显示屏位于所述第一透镜背离所述第二透镜的一侧；

所述显示屏被配置为能够发射出圆偏振光或者自然光；

其中，当所述显示屏发射的光线为自然光时，所述显示屏与所述第一透镜之间设置有叠合片，能够用以将自然光转变为圆偏振光后射入所述成像镜组。

可选地，所述叠合片设于所述第一透镜靠近所述显示屏的表面；

所述叠合片包括第二相位延迟器、第二偏光元件及第三相位延迟器，其中，所述第二偏光元件位于所述第二相位延迟器与所述第三相位延迟器之间。

可选地，所述成像镜组内还设置有第一偏光元件，所述第一偏光元件与所述偏振反射元件及所述第一相位延迟器依次叠设形成复合膜；

所述分光元件设于所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面，所述复合膜设于所述第三透镜靠近所述第二透镜的表面。

可选地，所述第一透镜的光焦度为正。

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：

壳体；以及

如第一方面所述的近眼显示模组。

根据本申请实施例，提供了一种近眼显示模组，其为一种折叠光路结构设计，通过调整成像镜组中不同透镜的外径差异范围，可以在两侧的两个透镜外周分别形成容置空间，如此可以将引入的眼球追踪组件布设在不同的容置空间内，这样可以不在光轴方向(横向)及垂直于光轴的方向(纵向)引入尺寸的增加，也即不会额外增加整个近眼显示模组的体积，其中合理布设了眼球追踪组件中成像器件的位置，不会遮挡用户的视线。

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

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。

图1为本申请实施例提供的近眼显示模组的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的近眼显示模组的复合膜的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的近眼显示模组的叠合片的结构示意图；

图4为图1示出的近眼显示模组的点列图；

图5为图1示出的近眼显示模组的MTF曲线图；

图6为图1示出的近眼显示模组的场曲畸变图；

图7为图1示出的近眼显示模组的垂轴色差图；

图8为本申请实施例提供的近眼显示模组的结构示意图之二。

附图标记说明：

10、第一透镜；11、第一表面；12、第二表面；20、第二透镜；21、第三表面；22、第四表面；30、第三透镜；31、第五表面；32、第六表面； 40、显示屏；50、照明器件；51、红外光源；60、成像器件；61、红外摄像装置；62、反射结构；70、复合膜；71、第一偏光元件；72、偏振反射元件；73、第一相位延迟器；74、第一抗反射膜；80、叠合片；81、第二抗反射膜；82、第二相位延迟器；83、第二偏光元件；84、第三相位延迟器；90、分光元件；100、屏幕保护玻璃；01、人眼。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请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申请的范围。

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，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

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。

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。

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。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种近眼显示模组，所述近眼显示模组可适合应用于头戴显示设备(Head mounted display，HMD)，例如VR 头戴设备。其中，VR头戴设备例如可以包括VR眼镜或者VR头盔等，本申请实施例对此不做具体限制。

本申请实施例提供了一种近眼显示模组，如图1所示，所述近眼显示模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组内的分光元件90、第一相位延迟器73和偏振反射元件72，其中，所述第一相位延迟器73位于所述分光元件90与所述偏振反射元件72之间；所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30，所述分光元件90位于所述第二透镜20的任一侧，所述第一相位延迟器73及所述偏振反射元件72位于所述第二透镜20与所述第三透镜30之间；所述第二透镜20的外径D₂＞所述第三透镜30的外径D₃＞所述第一透镜10的外径D₁，以在所述第三透镜 30和所述第一透镜10的外周形成容置空间；

所述近眼显示模组还包括眼球追踪组件，所述眼球追踪组件包括照明器件50及成像器件60，所述照明器件50设于所述第三透镜30的外周，所述成像器件60位于所述第一透镜10的外周上方；所述照明器件50出射的光线经人眼01反射后透过所述第三透镜30和所述第二透镜20，之后射入所述成像器件60形成眼球追踪光路。

本申请实施例提供的近眼显示模组，在光路结构中引入了眼球跟踪组件，参见图1，该眼球跟踪组件从结构看包括照明器件50及成像器件60，所述照明器件50发出的光线可以经一侧的人眼01反射之后，再依次透过成像镜组中的第三透镜30、第二透镜20，之后光线被打入所述成像器件 60。所述成像器件60接收光线用以拍摄用户的眼部图像。通过所述眼球跟踪组件能够获取用户的眼球位置，也即由所述眼球跟踪组件来实现人眼01 中眼球位置的实时追踪。这就赋予了近眼显示模组的眼球追踪功能。

通过在所述近眼显示模组中增加眼球追踪组件，可以追踪到用户的眼球具***置，这可以带来两方面的效果：一方面，根据追踪到的眼球位置，可以获取用户的瞳距，使近眼显示模组能够启动精确的瞳距调节功能，使得近眼显示模组在使用时能够与用户的瞳距进行准确的匹配，这样可以避免出现用户的瞳距与佩戴的设备不匹配时产生的不舒适感；另一方面，根据追踪眼球的位置还可以实现凝视点(注视点)的渲染，也即使得模组可以捕捉到眼球凝视的角度以找到凝视点，这样可以在凝视点附近做一些细节方面的渲染，利于提升成像质量，从而利于使用户获得良好视觉体验感。

需要说明的是，在不具备眼球追踪的光学显示模组中，若需要对画面进行渲染，通常是对整个画面进行渲染，这对渲染的计算机硬件要求较高，也会增加生产成本。实际上，在对画面进行渲染时最佳的方式是对用户眼睛的凝视点附近进行渲染。这是因为在凝视点附近看到的图像比较清晰，越往周边看到的图像越模糊。本申请可以达到在用户眼睛的凝视点附近进行画面渲染。

在本申请的实施例中，所述眼球追踪组件中的照明器件50位于所述第三透镜30的外周部，所述眼球追踪组件中的成像器件60位于所述第一透镜 10的上侧，在本申请实施例提供的成像镜组中设计，所述第二透镜20的外径最大，所述第三透镜30的外径次之，所述第一透镜10的外径最小，通过这样的设计使得所述第三透镜30和所述第一透镜10的外径均与所述第二透镜20 的外径形成一定的差异量，如此可以为所述眼球追踪组件中的照明器件50及成像器件60留出用于容置的空间，且不会在近眼显示模组的横向与纵向引入任何尺寸的增加。这就很好的解决了在近眼显示模组中增设眼球追踪组件而带来的导致整个模组体积增大的问题。

本申请的实施例中，将所述照明器件50设于所述第三透镜30的周侧，也即将所述眼球追踪组件的照明器件50设置在所述第三透镜30上并位于所述第三透镜30的边缘区域；同时，将所述成像器件60设于所述照明器件50的出光路径上，并使其设计位于所述第一透镜10的上侧，这样的布局方式，所述照明器件50位于所述第三透镜30的成像区域之外，所述成像器件60位于所述第一透镜10的成像区域之外，这完全不会遮挡用户的视线。也就是说，本申请中利用成像镜组中不同透镜的外径尺寸差异量合理布设了所述眼球追踪组件的照明器件50及成像器件60。

本申请实施例提供的近眼显示模组为一种折叠光路，其中除包含成像镜组之外，该近眼显示模组还包含分光元件90、第一相位延迟器73及偏振反射元件72，这些光学元件(光学膜)可用以在成像镜组之间形成折叠光路，使光线在其中进行折返，利于最终的清晰成像。

在本申请实施例的近眼显示模组中，透镜的数量包括但不限于上述的三个，可以根据具体需要灵活调整透镜的数量。其中，随着折叠光路中透镜数量的增多，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(纵向)的尺寸，导致近眼显示模组的体积较大和重量增加。在本申请的实施例中，考虑到近眼显示模组的体积、重量、成像质量及生产成本等因素，在光路中设计了包含三个透镜。

其中，所述分光元件90例如为半透射半反射膜。

所述分光元件90可供一部分光线透射，另一部分光线反射。

需要说明的是，所述分光元件90的反射率可以根据具体需要灵活调整，本申请实施例中对此不作限制。

其中，所述第一相位延迟器73例如为四分之一波片。当然，也可根据需要设置为其他相位延迟片。

在位于靠近人眼01一侧的折叠光路中，所述第一相位延迟器73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。

其中，所述偏振反射元件72例如为偏振反射膜。

所述偏振反射元件72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。

在本申请的实施例中，所述第一相位延迟器73与所述偏振反射元件 72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 72具有透过轴，所述偏振反射元件72的透过轴方向与所述第一相位延迟器73的快轴或者慢轴夹角为45°。

需要说明的是，所述分光元件90、所述第一相位延迟器73及所述偏振反射元件72在成像镜组内的设置位置较为灵活，但需要保证第一相位延迟器73位于分光元件90与偏振反射元件72之间。

可选的是，所述分光元件90可设于所述第二透镜20的靠近所述第一透镜10的一侧的合适位置；所述第一相位延迟器73及所述偏振反射元件 72二者可贴装在一起并设于所述第二透镜20与所述第三透镜30之间的合适位置处；这样，所述分光元件90与所述第一相位延迟器73和所述偏振反射元件72通过所述第二透镜20隔开，这样光路设计的自由度更高，同时不会增加模组的装配难度。

可选的是，如图1及图2所示，所述分光元件90设于所述第二透镜 20的靠近所述第一透镜10的表面，所述第一相位延迟器73与所述偏振反射元件72贴装在一起并设于所述第三透镜30的靠近所述第二透镜20的表面。这样的装配方式较为简单。

当然，所述分光元件90、所述第一相位延迟器73及所述偏振反射元件72在光路中也可以分别设置在平板玻璃上，作为独立器件设于光路中。

如图1所示，本申请实施例的近眼显示模组的光路图有如下两条：

虚拟现实光路为：圆偏振光经第一透镜10、第二透镜20透射，经第三透镜30与第二透镜20之间的第一相位延迟器73将圆偏振光变成线偏振光(如 S光)，经偏振反射元件72反射，再次经过第一相位延迟器73变成圆偏振光，经过第二透镜20一侧的分光元件90反射，经过第一相位延迟器73变成线偏振光(如P光)，经第三透镜30透射后打入人眼01成像。

眼球追踪光路为：照明器件50发射的光线打入人眼01，经人眼01反射之后可以透过第三透镜30和第二透镜20，之后打入成像器件60。所述成像器件60用以拍摄用户的眼部图像。

本申请实施例提供的近眼显示模组，其为一种折叠光路结构设计，通过调整成像镜组中不同透镜的外径差异范围，可以在两侧的两个透镜外周分别形成容置空间，如此可以将引入的眼球追踪组件布设在不同的容置空间内，这样可以不在光轴方向(横向)及垂直于光轴的方向(纵向)引入尺寸的增加，也即不会额外增加整个近眼显示模组的体积，其中合理布设了眼球追踪组件中成像器件的位置，不会遮挡用户的视线。

在本申请的一些示例中，所述第三透镜30的外径D₃与所述第二透镜 20的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm。

如此的参数范围设计，在成像镜组中，使得所述第三透镜30的外侧可以形成较大的容置空间，以便于为所述眼球跟踪组件中的照明器件50预留出足够的可容置空间，这就不会增加整个模组在纵向和横向上的尺寸。

可选的是，所述第一透镜10的外径D₁与所述第二透镜20的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm。

在本申请实施例提供的成像镜组中，所述第二透镜20位于所述第一透镜10与所述第三透镜30之间，其外径尺寸是最大的。所述第三透镜30 的周侧因需要布设所述眼球跟踪组件中的照明器件50，为此预留了一定的空间，从而设计了第三透镜30的外径D₃小于第二透镜20的外径D₂。同时，还要在所述第一透镜10的外侧上方设置所述眼球跟踪组件中的成像器件60，由于所述成像器件60的体积会稍大一些，因此，所述第一透镜10 的外径D₁可以设计的更小一些，也即小于所述第二透镜20的外径D₂，本申请的实施例中设计第二透镜20与第一透镜10的外径差异量也大于1mm。

也就是说，所述第一透镜10的外径D₁和所述第三透镜30的外径D₃均设计为小于所述第二透镜20的外径D₂；其中，所述第一透镜10的外径 D₁只需要小于所述第三透镜30的外径D₃即可，本申请实施例中对所述第一透镜10的外径D₁及所述第三透镜30的外径D₃之间的差异量不做具体数值限制，可以根据装配空间的尺寸要求灵活调整。

在本申请的一些示例中，所述第二透镜20及所述第三透镜30的组合光焦度为正。

本申请实施例的近眼显示模组，参见图1，在人眼01与眼球跟踪组件中的成像器件60之间通过第三透镜30与第二透镜20的透射，当所述第三透镜30与所述第二透镜20的组合光焦度设置为正，经人眼01反射的光线在依次透过所述第三透镜30、所述第二透镜20后相对于所述成像器件60 的入射角度会相应的变小，这样可以提高眼球定位的精准度。

较为优选的是，所述第二透镜20及所述第三透镜30的组合光焦度为 0.019。使得眼球定位的精准度更高。

其中，所述第二透镜20的光焦度为正。

例如，所述第二透镜20的光焦度范围为

其中，所述第二透镜20的中心厚度T₂范围为3mm＜T₂＜8mm，其包含两个光学面，参见图1，分别为靠近所述第一透镜10的第三表面21及靠近所述第三透镜30的第四表面22。

可选的是，所述分光元件90设于所述第三表面21，所述第三表面21例如为非球面。

可选的是，在所述第四表面22上可以选择性的设有抗反射膜。所述第四表面22可以是平面或者非球面。

抗反射膜能减少反射，降低反射能量，提升光效利用率。抗反射膜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。

其中，所述第三透镜30的光焦度为正。

例如，所述第三透镜30的光焦度范围为

其中，所述第三透镜30的中心厚度T₃范围为3mm＜T₃＜6mm，其包含两个光学面，参见图1，分别为靠近所述第二透镜20的第五表面31及远离所述第二透镜20的第六表面32。

可选的是，所述第五表面31及所述第六表面32可以设计为非球面。

可选的是，形成折叠光路的第一相位延迟器73及偏振反射元件72可以为层叠设置，并设于所述第三透镜30的第五表面31。

可选的是，在所述第六表面32上也以选择性的设有抗反射膜。

在本申请的一些示例中，参见图1所示，所述照明器件50包括红外光源51，所述成像器件60包括红外摄像装置61。

照明器件50包含红外光源，可以发出红外光线，在本申请的实施例中，红外光线经人眼01反射后透过所述第三透镜30、所述第二透镜20，然后射入至所述成像器件60。红外光线人眼看不到，这样不会影响虚拟现实光路在人眼01中形成的图像。

可选的是，参见图1及图8所示，所述成像器件60还包括反射结构 62，所述反射结构62位于所述红外光源51的出光路径上，至少部分所述红外光源51发出的光线能够经所述反射结构62反射至所述红外摄像装置 61。

也就是说，对于近眼显示模组中引入的眼球跟踪组件，可以在其中的成像器件60中增加反射结构62，所述反射结构62将透过所述第三透镜30 和所述第二透镜20的红外光线反射至所述红外摄像装置61内，可以适当的增加光程长度，且能更加多的接收红外光线，这也在一定程度上利于提升眼球跟踪的准确程度。

其中，所述反射结构62例如为反射镜。

在本申请的一些示例中，参见图1及图8所示，所述近眼显示模组还包括显示屏40，所述显示屏40位于所述第一透镜10背离所述第二透镜20 的一侧；

所述显示屏40被配置为能够发射出圆偏振光或者自然光；

其中，当所述显示屏40发射的光线为自然光时，所述显示屏40与所述第一透镜10之间设置有叠合片80，能够用以将自然光转变为圆偏振光后射入所述成像镜组。

也就是说，进入成像镜组中的光线应当为圆偏振光。

当显示屏40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成像镜组中，最终经成像镜组出射的光线打入人眼01进行成像。

可选的是，所述叠合片80设于所述第一透镜10靠近所述显示屏40 的表面；所述叠合片80包括第二相位延迟器82、第二偏光元件83及第三相位延迟器84，其中，所述第二偏光元件83位于所述第二相位延迟器82 与所述第三相位延迟器84之间。

在本申请的实施例中，用于将自然光转变为圆偏振光的器件为上述的叠合片80。所述叠合片80包括两个相位延迟器及设于该两个相位延迟器之间的偏光元件。具体而言，显示屏40发出自然光，自然光会经过第三相位延迟器 84后依然为自然光，经过第二偏光元件83后变为线偏振光，经过第二相位延迟器82变为圆偏振光。

在叠合片80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40的出光面反射回来打入人眼01，这对于最终的成像不利。

参见图1，所述第一透镜10位于靠近显示屏40的一侧，所述第一透镜 10的中心厚度T₁范围为1mm＜T₁＜6mm，其包含两个光学面，分别为靠近所述显示屏40的第一表面11及远离所述显示屏40的第二表面12。

可选的是，所述第一表面11及所述第二表面12为非球面或者平面。

其中，所述叠合片80被设计位于所述第一透镜10的第一表面11上，参见图3，所述叠合片80包括依次叠设的第二抗反射膜81、第二相位延迟器82、第二偏光元件83及第三相位延迟器84，所述第二抗反射膜81与所述第一表面11贴合在一起。

具体地，叠合片80为一种复合膜结构，是将两个四分之波片之间夹设偏光膜而形成。本申请中设计将叠合片80通过例如光学胶直接贴装于第一表面11上。这种组装方式简单、可以降低生产成本及提高产品良率。

其中，所述第一透镜10的光焦度为正。

例如，所述第一透镜10的光焦度范围为

在本申请实施例提供的近眼显示模组中，通过在显示屏40与第一透镜 10之间设置叠合片80，实现了自然光偏振态变换，可以将显示屏40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第三透镜30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。

可选的是，所述显示屏40的出光面设有屏幕保护玻璃100。

所述显示屏40发出的光线经过表面的屏幕保护玻璃100透射后进入所述叠合片80进行光的偏振态转变。

在本申请的一些示例中，参见图1及图2，所述成像镜组内还设置有第一偏光元件71，所述第一偏光元件71与所述偏振反射元件72及所述第一相位延迟器73依次叠设形成复合膜70；所述分光元件90设于所述第二透镜20靠近所述第一透镜10的表面，所述复合膜70设于所述第三透镜 30靠近所述第二透镜20的表面。

其中，所述第一偏光元件71可用于减少杂散光。

可选的是，如图2所示，所述复合膜70还可包括第一抗反射膜74，则所述第一抗反射膜74、所述第一相位延迟器73、所述偏振反射元件72 和所述第一偏光元件71依次层叠设置。所述复合膜70贴装于所述第三透镜30靠近所述第二透镜20的表面上，此时，可以在所述第三透镜30远离所述第二透镜20的表面上也设置抗反射膜。

抗反射膜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。

在本申请实施例的近眼显示模组中，所述分光元件90与所述第一相位延迟器73二者为间隔设置。例如，所述分光元件90设于所述第二透镜20靠近所述第一透镜10的一侧，所述第一相位延迟器73设于所述第二透镜20与所述第三透镜30之间，这样，所述分光元件90与所述第一相位延迟器73分设在所述第二透镜20的两侧，也即通过所述第二透镜20将所述分光元件90与所述第一相位延迟器73隔开。

当然，所述分光元件90与所述第一相位延迟器73二者可以贴装在一起并设于所述第二透镜20的任一侧，本申请实施例对此不做具体限制。

可选的是，将所述偏振反射元件72与所述第一相位延迟器73贴装在一起，然后设于所述第三透镜30靠近所述第二透镜20的表面。

此外，所述偏振反射元件72与所述第一相位延迟器73也可独立设置。

本申请实施例的近眼显示模组包括第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30，所述第一透镜10、所述第二透镜20及所述第三透镜30的折射率 n范围为：1.4＜n＜1.7；所述第一透镜10、所述第二透镜20及所述第三透镜30的色散系数v范围为：20＜v＜75。通过调整三个透镜的折射率和色散系数，使其相匹配，可以提升近眼显示模组的成像品质。

在本申请一个具体的例子中，所述第一透镜10的折射率为1.54，色散系数为56.3；所述第二透镜20的折射率为1.54，色散系数为56.3；所述第三透镜30的折射率为1.54，色散系数为55.7。

以下通过三个实施例对本申请实施例提供的近眼显示模组进行详细描述。

实施例1

如图1至图3所示，所述近眼显示模组包括成像镜组以及设于所述成像镜组内的分光元件90、第一相位延迟器73、偏振反射元件72和第一偏光元件71；所述第一偏光元件71与所述偏振反射元件72及所述第一相位延迟器73依次叠设形成复合膜70，且所述第一相位延迟器73位于所述分光元件90与所述偏振反射元件72之间；

所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜10、第二透镜20及第三透镜30，其中，所述第一透镜10的光焦度为正，所述第二透镜20及所述第三透镜30的组合光焦度为0.019；所述分光元件90位于所述第二透镜 20的第三表面21，所述复合膜70设于所述第三透镜30的第五表面31；

所述第二透镜20的外径D₂＞所述第三透镜30的外径D₃＞所述第一透镜10的外径D₁，以在所述第三透镜30和所述第一透镜10的外周形成容置空间；其中，所述第三透镜30的外径D₃与所述第二透镜20的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm，所述第一透镜10的外径D₁与所述第二透镜20的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm；

所述近眼显示模组还包括眼球追踪组件，所述眼球追踪组件包括照明器件50及成像器件60，所述照明器件50设于所述第三透镜30的外周，所述成像器件60位于所述第一透镜10的外周上方；所述照明器件50包括红外光源51，所述成像器件60包括红外摄像装置61，所述红外光源51出射的红外光线经人眼01反射后透过所述第三透镜30和所述第二透镜20，之后射入所述红外摄像装置61形成眼球追踪光路；

所述近眼显示模组还包括显示屏40，所述显示屏40位于所述第一透镜10背离所述第二透镜20的一侧；所述显示屏40能够发射出自然光，所述第一透镜10的第一表面11设有叠合片80，用以将自然光转变为圆偏振光后射入所述成像镜组；所述叠合片80包括第二相位延迟器82、第二偏光元件83及第三相位延迟器84，其中，所述第二偏光元件83位于所述第二相位延迟器82与所述第三相位延迟器84之间。

表1示出了实施例1提供的近眼显示模组中各透镜的光学参数。

表1

根据上述例子中示出的近眼显示模组，请继续如图1所示，虚拟成像光线的传播理解为：显示屏40发出自然光，经过第三相位延迟器84变为自然光，经过第二偏光元件83变为线偏振光，经过第二相位延迟器82变为圆偏振光，经过第二透镜20透射，经过第一相位延迟器73变成线偏振光(S光)，经过偏振反射元件72反射，经过第一相位延迟器73变成圆偏振光，经过分光元件 90反射，经过第一相位延迟器73变成线偏振光(P光)，经过第三透镜30透射后打入人眼01。

针对上述实施例1提供的近眼显示模组，其光学性能可如图4至图7 所示：图4是近眼显示模组的点列图示意图，图5是近眼显示模组的MTF曲线图，图6是近眼显示模组的场曲畸变图，图7是近眼显示模组的垂轴色差图。

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。如图4所示，本实施例1中，所述点列图中像点的最大值与最大视场相对应，所述点列图中像点的最大值小于19μm。

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。如图5所示，本实施例1中MTF在60lp/mm下>0.4，成像清晰。

畸变图反应的是不同视场成清晰像的像面位置差异，本实施例1中，如图6所示，畸变最大发生在1视场，绝对值小于30％。

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***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。在实施例1中，如图7所示，近眼显示模组的最大色差值小于120μm。

实施例2

实施例2提供的近眼显示模组，参见图8所示，其与实施例1提供的近眼显示模组的区别在于，所述眼球跟踪组件中的成像器件60增设了反射结构 62，所述反射结构62为反射镜，经所述红外光源51发出的红外光线在透过第三透镜30及第二透镜20之后经所述反射结构62反射进入红外摄像装置61。

表2示出了实施例2提供的近眼显示模组中各透镜的光学参数。

表2

针对上述实施例2提供的近眼显示模组，其光学性能与上述实施例1 示出的近眼显示模组的光学性能差异不大，可继续参见图4至图7。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括壳体，以及如上述所述的近眼显示模组。

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，本申请实施例对此不做具体限制。

本申请实施例的头戴显示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。

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。

虽然已经通过示例对本申请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，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种近眼显示模组，其特征在于，包括成像镜组以及设于所述成像镜组内的分光元件(90)、第一相位延迟器(73)和偏振反射元件(72)，其中，所述第一相位延迟器(73)位于所述分光元件(90)与所述偏振反射元件(72)之间；

所述成像镜组沿同一光轴依次包括第一透镜(10)、第二透镜(20)及第三透镜(30)，所述分光元件(90)位于所述第二透镜(20)的任一侧，所述第一相位延迟器(73)及所述偏振反射元件(72)位于所述第二透镜(20)与所述第三透镜(30)之间；所述第二透镜(20)的外径D₂＞所述第三透镜(30)的外径D₃＞所述第一透镜(10)的外径D₁，以在所述第三透镜(30)和所述第一透镜(10)的外周形成容置空间；

所述近眼显示模组还包括眼球追踪组件，所述眼球追踪组件包括照明器件(50)及成像器件(60)，所述照明器件(50)设于所述第三透镜(30)的外周，所述成像器件(60)位于所述第一透镜(10)的外周上方；所述照明器件(50)出射的光线经人眼(01)反射后透过所述第三透镜(30)和所述第二透镜(20)，之后射入所述成像器件(60)形成眼球追踪光路。

2.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第三透镜(30)的外径D₃与所述第二透镜(20)的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm。

3.根据权利要求1或2所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第一透镜(10)的外径D₁与所述第二透镜(20)的外径D₂之间差异量的绝对值为大于1mm。

4.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第二透镜(20)及所述第三透镜(30)的组合光焦度为正。

5.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第二透镜(20)及所述第三透镜(30)的组合光焦度为0.019。

6.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述照明器件(50)包括红外光源(51)，所述成像器件(60)包括红外摄像装置(61)。

7.根据权利要求6所述的近眼显示模组，其特征在于，所述成像器件(60)还包括反射结构(62)，所述反射结构(62)位于所述红外光源(51)的出光路径上，至少部分所述红外光源(51)发出的光线能够经所述反射结构(62)反射至所述红外摄像装置(61)。

8.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(40)，所述显示屏(40)位于所述第一透镜(10)背离所述第二透镜(20)的一侧；

所述显示屏(40)被配置为能够发射出圆偏振光或者自然光；

其中，当所述显示屏(40)发射的光线为自然光时，所述显示屏(40)与所述第一透镜(10)之间设置有叠合片(80)，能够用以将自然光转变为圆偏振光后射入所述成像镜组。

9.根据权利要求8所述的近眼显示模组，其特征在于，所述叠合片(80)设于所述第一透镜(10)靠近所述显示屏(40)的表面；

所述叠合片(80)包括第二相位延迟器(82)、第二偏光元件(83)及第三相位延迟器(84)，其中，所述第二偏光元件(83)位于所述第二相位延迟器(82)与所述第三相位延迟器(84)之间。

10.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述成像镜组内还设置有第一偏光元件(71)，所述第一偏光元件(71)与所述偏振反射元件(72)及所述第一相位延迟器(73)依次叠设形成复合膜(70)；

所述分光元件(90)设于所述第二透镜(20)靠近所述第一透镜(10)的表面，所述复合膜(70)设于所述第三透镜(30)靠近所述第二透镜(20)的表面。

11.根据权利要求1所述的近眼显示模组，其特征在于，所述第一透镜(10)的光焦度为正。

12.一种头戴显示设备，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。

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