CN117233972B - 一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实***，近眼显示光学模组包括显示屏以及沿显示屏的出光方向依次设置的第二透镜组、光学接收单元和第一透镜组；显示屏所出射的显示光束经第二透镜组和第一透镜组后进入人眼；光学接收单元和显示屏之间设置有光学选择反射面，用于根据目标光学特性，将人眼反射光束中的目标光束反射至光学接收单元，以实现眼部信息采集功能。本申请通过将光学接收单元内置于透镜组之间，使光学接收单元不再朝向人眼突出，解决了造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

Description

一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实***

技术领域

本发明涉及虚拟现实设备技术领域，更具体地，本发明涉及一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实***。

背景技术

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。如今，虚拟现实技术得到了快速的发展，其应用领域也趋于广泛。为了更好地提升用户体验感，VR产品的功能也更加多样化。目前，眼部信息采集技术在VR产品中逐渐成为重点改进突破的方向，眼部信息采集技术常见包括眼动追踪技术、眼球虹膜身份识别技术、眼部眼周图像采集技术、面部表情识别技术等等。

目前的眼部信息采集技术如眼动追踪技术中，通过向人眼眼部发出检测光线，利用摄像设备对眼部反射的检测光线进行采集，经过图像处理后分析推断用户注视方向，实现对用户注视方向的追踪。

目前主流眼球追踪方案，将眼部信息的采集装置设置在透镜组外，靠近人眼一侧，这样设计会造成采集装置突出不美观，容易造成脏污和磕碰，影响采集效果。

发明内容

为了解决以上的问题，本申请提供一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实***，通过将光学接收单元内置于透镜组之间，并在光学模组内设置光学选择反射面，采用反射式来实现眼部信息的采集，避免光学接收单元朝向人眼突出，解决了造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

为了达到上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种近眼显示光学模组，包括：显示屏以及沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二透镜组、光学接收单元和第一透镜组；

所述显示屏所出射的显示光束经所述第二透镜组和所述第一透镜组后进入人眼；

所述光学接收单元和所述显示屏之间设置有光学选择反射面，用于根据目标光学特性，将人眼反射光束中的目标光束反射至所述光学接收单元，以实现眼部信息采集。

在本申请的可选实施例中，所述目标光学特性包括以下至少一项：入射光偏振方向、入射光角度和入射光波长；所述光学选择反射面包括以下至少一项：偏振选择反射膜、角度选择反射膜和波长选择反射膜。

可以理解，本申请提供了一种近眼显示光学模组，配备有用于实现眼动追踪功能的光学接收单元，该光学接收单元设置于用于放大显示屏出射的显示光束的透镜组之间，避免了光学接收单元朝向人眼突出、造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

以该光学接收单元为分界点，光学接收单元与人眼之间构成第一透镜组，光学接收单元与显示屏之间构成第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组之间设置有光学选择反射面，用于将人眼反射光束中的目标光束反射至所述光学接收单元，该目标光束携带有眼部信息如眼球运动信息，根据目标光束采集眼部图像信息，再通过图像处理方法实现特定功能如眼动追踪功能。在此过程中，人眼反射光束通过第一透镜组折射和光学选择反射面反射，可以减少人眼反射光束的倾斜度，避免了由于人眼到光学接收单元的距离过近，对眼部拍摄的倾斜度过大，导致拍摄清晰度不足的问题。

在本申请的可选实施例中，所述光学选择反射面包括以下至少一项：

设置于所述第二透镜组中目标光学面上的光学选择反射膜；

设置于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的反射镜，以及所述反射镜上层叠的光学选择反射膜。

在本申请的可选实施例中，所述光学选择反射面包括以下至少一项：

设置于所述第二透镜组中目标光学面上的光学选择反射膜；

设置于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的反射镜，以及所述反射镜上层叠的光学选择反射膜。

在本申请的可选实施例中，用于实现眼动追踪功能的发光设备可以是用于产生显示光束的显示屏，也可以是增设的用于向人眼发出追踪光束的出光单元。以显示屏直接作为眼动追踪功能的发光设备，可以节省出近眼显示光学模组的整机空间和构造成本；以出光单元作为眼动追踪功能的发光设备，对光学选择反射面的设计和制造难度要求更低，反射至光学接收单元中的目标光束亮度更大，更易于眼动追踪的后期计算。

在本申请的可选实施例中，所述人眼反射光束为所述显示屏出射的所述显示光束时，包括以下至少一种情况：

所述光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜，所述偏振选择反射膜设于所述目标光学面上，从所述显示屏出射到达偏振选择反射膜的所述显示光束的偏振方向与所述第一偏振方向正交，所述光学选择反射膜靠近第一透镜组的一侧还设置有第一四分之一波片；所述显示光束在射入所述人眼的过程中第一次经过所述第一四分之一波片，在被所述人眼反射至所述光学选择反射膜的过程中第二次经过所述第一四分之一波片；

所述光学选择反射膜为设于目标光学面上并用于反射第一入射角度范围光束的角度选择反射膜，所述显示屏出射的所述显示光束不满足所述第一入射角度范围，所述人眼反射光束满足所述第一入射角度范围。

可选地，所述第一入射角度范围为入射角度大于第一角度的范围，所述目标光学面为具有负光焦度的反射表面时，所述第一角度小于或等于40°；所述目标光学面为具有正光焦度的反射表面时，所述第一角度小于或等于25°；所述目标光学面为平面时，所述第一角度小于或等于32°。

在本申请的可选实施例中，上述近眼显示光学模组还包括出光单元；所述出光单元用于向所述人眼发出满足所述目标光学特性的检测光束。

在本申请的可选实施例中，所述人眼反射光束为所述出光单元出射的所述检测光束时，包括以下至少一种情况：

所述光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜，所述出光单元出射的所述检测光束的偏振方向为所述第一偏振方向；

所述光学选择反射膜为用于反射第二入射角度范围光束的角度选择反射膜，所述显示屏出射的所述显示光束不满足所述第二入射角度范围，所述检测光束满足所述第二入射角度范围；

所述光学选择反射膜为用于反射目标波段的波长选择反射膜，所述显示屏出射的所述显示光束不满足所述目标波段，所述检测光束满足所述目标波段。

在本申请的可选实施例中，所述第二透镜组包括折叠光路组件，所述折叠光路组件包括沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二四分之一波片，部分透射部分反射镜，第三四分之一波片和反射式偏振片，所述光学选择反射面设置于所述第一透镜组和反射式偏振片之间。

在本申请的可选实施例中，所述第一透镜组包括具有正光焦度的第一透镜；

所述第二透镜组包括以下至少一种情况：

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜背离所述显示屏的表面为平面；

沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜，所述第二透镜和所述第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜背离所述显示屏的表面为凸面；

沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜，所述第三透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，且所述第二透镜背离所述显示屏的表面为凹面。

第二方面，提供一种头戴式显示设备，包括：如第一方面任一项所述近眼显示光学模组。

第三方面，本申请提供了一种虚拟现实***，包括如第二方面任一项所述头戴显示设备，以及与所述头戴式显示设备建立连接的外部操作单元。

有益效果：

本申请提供的近眼显示光学模组，配备有用于实现采集眼球信息的光学接收单元，该光学接收单元设置于用于放大显示屏出射的显示光束的透镜组之间，避免了光学接收单元朝向人眼突出、造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。在人眼反射光束进入光学接收单元的过程中，人眼反射光束通过第一透镜组折射和光学选择反射面反射，可以减少人眼反射光束的倾斜度，避免了由于人眼到光学接收单元的距离过近，眼部信息采集过程中拍摄的倾斜度过大，导致拍摄清晰度不足的问题。

用于实现眼部信息采集功能的发光设备可以是用于产生显示光束的显示屏，也可以是增设的用于向人眼发出检测光束的出光单元。以显示屏直接作为眼部信息采集的发光设备，可以节省出近眼显示光学模组的整机空间和构造成本；以出光单元作为眼部信息采集的发光设备，对光学选择反射面的设计和制造难度要求更低，反射至光学接收单元中的目标光束亮度更大，更易于眼部信息采集的后期计算。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图中的方法、***和/或程序将根据示例性实施例进一步描述。这些示例性实施例将参照图纸进行详细描述。这些示例性实施例是非限制的示例性实施例，其中示例数字在附图的各个视图中代表相似的机构。

图1是本申请提供的第一种近眼显示光学模组的结构示意图。

图2是本申请提供的第二种近眼显示光学模组的结构示意图。

图3是本申请提供的第三种近眼显示光学模组的结构示意图。

图4是本申请提供的第四种近眼显示光学模组的结构示意图。

图5是本申请提供的第五种近眼显示光学模组的结构示意图。

图6是本申请提供的近眼显示光学模组中透镜组的第一种结构示意图。

图7是本申请提供的近眼显示光学模组中透镜组的第二种结构示意图。

图8是本申请提供的近眼显示光学模组中透镜组的第三种结构示意图。

图9是本申请提供的近眼显示光学模组中透镜组的第四种结构示意图。

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。

本申请提供了一种近眼显示光学模组，适合应用于头戴式显示设备(Headmounted display，HMD)，如VR头戴显示设备。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，本申请实施例对于头戴显示设备的具体形式对此不做限制。当然，本申请实施例提供的光学模组还可以应用于其他类型的电子设备。

随着头戴显示设备产品智能化地不断提升，对眼部信息采集功能的重视程度逐渐提升。其中，眼部采集信息可用于眼动追踪功能、虹膜身份识别功能、眼部及眼周图像采集、面部表情识别功能等等，主要依赖于采集的人眼眼部信息，通过图像处理和分析，实现相应的功能。以眼动追踪功能为例，目前主流的眼球追踪结构一般有两套关键器件，分别为红外光源及可捕捉红外光束的红外相机(IR camera)。通常，将红外光源设计位于近眼显示光学模组背离显示屏侧，红外相机一般位于产品镜筒的边缘位置，这种方案对于红外相机的摆放位置、FOV、景深及倾斜角度等要求相对严格，且由于红外相机摆放在边缘位置，导致眼球追踪的精度较低。

针对于以上背景技术，第一方面，本申请提供了一种近眼显示光学模组，如图1或图2所示，近眼显示光学模组包括：显示屏40以及沿显示屏40的出光方向依次设置的第二透镜组03、光学接收单元50和第一透镜组02。

显示屏40所出射的显示光束经第二透镜组03和第一透镜组02后进入人眼。VR头戴显示设备中，经第二透镜组03和第一透镜组02处理后，人眼可以看到一个放大的像，呈现虚拟现实的沉浸式效果。

光学接收单元50和显示屏40之间设置有光学选择反射面，用于根据第一光学特性，将人眼反射光束中的目标光束反射至光学接收单元50，以实现眼部信息采集功能。

在本申请方案中，所述眼部信息可包括眼球图像信息、眼部及眼周的图像信息等等，通过采集眼球图像信息，如眼球眼动情况，可用于眼动追踪功能，或者通过拍摄眼球的虹膜图像，来进行身份识别；也可以通过采集人眼的眼部及眼周图像，并通过前面板的显示区来展示图像，在头戴式显示设备外部可观察到使用者的眼部及面部图像；另外，还可以通过拍摄眼球和眼周的图像，观察眼球和眼周的变化，从而分析使用者的面部表情，获取使用者的情绪状态。在本实施例中，所述眼部信息优选为眼球信息，用于头戴式显示设备的眼动追踪功能。在其他实施例中，所述眼部信息还可以为上述的其他图像信息，通过不同的图像处理分析方式，来实现对应的功能。

可以理解，本申请提供了一种近眼显示光学模组，配备有用于实现眼动追踪功能的光学接收单元50，该光学接收单元50设置于用于放大显示屏40出射的显示光束的透镜组之间，避免了眼动追踪装置背离显示屏突出、造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

以该光学接收单元50为分界点，光学接收单元50与人眼之间的透镜构成第一透镜组02，光学接收单元50与显示屏40之间的透镜构成第二透镜组03，光学接收单元50和显示屏40之间设置有光学选择反射面，用于将人眼反射光束中的目标光束反射至光学接收单元50，该目标光束携带有眼球运动信息，根据目标光束形成眼动追踪图像，再通过图像处理方法实现眼动追踪功能。在此过程中，人眼反射光束通过第一透镜组02折射和光学选择反射面反射，可以减少人眼反射光束的倾斜度，避免了由于人眼到光学接收单元50的距离过近，眼动追踪图像中摄眼球拍摄的倾斜度过大，导致拍摄清晰度不足的问题。

在本申请实施例中，光学接收单元50可以是眼动追踪摄像机，为保证有效识别，眼动追踪摄像机可拍摄到人眼处的覆盖范围大于眼动范围，拍摄范围直径D>4mm。

在本申请实施例中，显示屏40可以是LCD、LED、OLED、Micro-OLED、ULED等自发光式屏幕，或者DMD等反射式屏幕。

图1和图2中，第一透镜组02和第二透镜组03只示出了一个透镜，实际上第一透镜组02和第二透镜组03均可以包括至少一个光学元件。优选地，第一透镜组02和第二透镜组03的边缘沿光轴方向的间距d大于3mm。

在本申请的可选实施例中，第二透镜组03包括折叠光路组件，折叠光路组件包括沿显示屏40的出光方向依次设置的第二四分之一波片，部分透射部分反射镜，第三四分之一波片和反射式偏振片。光学选择反射面设置于第一透镜组和反射式偏振片之间，部分透射部分反射镜优选为半透半反射镜。

在本实施例中，显示屏出射的光线为线偏振光，在经过第二四分之一波片之后变为圆偏振光，然后再依次透过部分透射部分反射镜和第三四分之一波片，再被反射式偏振片反射后经过第三四分之一波片，最后透过反射式偏振片，通过依次设置的第二四分之一波片、部分透射部分反射镜、第三四分之一波片和反射式偏振片，形成折叠光路，大大缩短光学模组厚度，减轻整机的重量。另外，由于光学选择反射面设置在第一透镜组和反射式偏振片之间，光学选择反射面不会对折叠光路产生影响，便于折叠光路的设计，确保成像品质。

如图6所示，近眼显示光学模组的透镜组为2片式光学模组，其中第一透镜组02为具有正光焦度的第一透镜20，第二透镜组03为具有正光焦度的第二透镜30，第二透镜30背离显示屏的表面301为平面。显示屏出射的显示光束通过第二透镜30后被第一透镜20的202面反射，光束在第二透镜30的表面302再次被反射后，通过第一透镜20进入人眼，人眼位于位置101处可以看到显示屏放大的像。用于眼动追踪的人眼反射光束经过第一透镜20后，被光学选择反射面，反射进入光学接收单元50，光学接收单元50可以对人眼进行清晰成像，通过后端分析推断人眼的注视方向，实现眼动追踪。第一透镜20和第二透镜30的具体光学参数，如下表所示：

表1透镜20和透镜30的具体光学参数

如图7所示，第一透镜组02为具有正光焦度的第一透镜500，第二透镜组03包括沿显示屏40的出光方向依次设置第三透镜70和第二透镜60，第二透镜60和第三透镜70均具有正光焦度，第二透镜60背离显示屏的表面为凸面。显示屏出射的显示光束通过第三透镜70后被第二透镜60的表面602反射，光束在第三透镜70的表面702再次被反射后，通过第一透镜500和第二透镜60进入人眼，人眼位于位置101处可以看到显示屏放大的像。用于眼动追踪的人眼反射光束经过第一透镜500后，被第二透镜60的表面601反射进入光学接收单元50，光学接收单元50可以对人眼进行清晰成像，被通过后端分析推断人眼的注视方向，实现眼动追踪。第一透镜500、第二透镜60和第三透镜70的具体光学参数，如下表所示：

表2透镜500、透镜60和透镜70的具体光学参数

如图8所示，第一透镜组02为具有正光焦度的第一透镜80，第二透镜组03包括沿显示屏40的出光方向依次设置第三透镜100和第二透镜90，第三透镜100具有正光焦度，第二透镜90具有负光焦度，且第二透镜90背离显示屏的表面901为凹面。显示屏出射的显示光束通过第三透镜100后被第二透镜90的表面902反射，光束在第三透镜100的表面1002再次被反射后，通过第一透镜80和第二透镜90进入人眼，人眼位于101处可以看到显示屏放大的像。用于眼动追踪的人眼反射光束经过第一透镜80后，被第二透镜90的表面901反射进入光学接收单元50，光学接收单元50可以对人眼进行清晰成像，被通过后端分析推断人眼的注视方向，实现眼动追踪。第一透镜80、第二透镜90和第三透镜100的具体光学参数，如下表所示：

表3透镜80、透镜90和透镜100的具体光学参数

如图9所示，第一透镜组02为具有负光焦度的第一透镜110时，第二透镜组03包括沿显示屏40的出光方向依次设置第三透镜130和第二透镜120，第二透镜120和第三透镜130均具有正光焦度，且第二透镜120背离显示屏的表面1201为凹面。

显示屏出射的显示光束通过第三透镜130后被第二透镜120的表面1202反射，光束在第三透镜130的表面1302再次被反射后，通过第一透镜110和第二透镜120进入人眼，人眼位于位置101处可以看到显示屏40放大的像。用于眼动追踪的人眼反射光束经过第一透镜110后，被第二透镜120的表面1201反射进入光学接收单元50，光学接收单元50可以对人眼进行清晰成像，被通过后端分析推断人眼的注视方向，实现眼动追踪。第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130的具体光学参数，如下表所示：

表4透镜110、透镜120和透镜130的具体光学参数

表面	半径(mm)	厚度(mm)	材料	Conic
					1	-100	3	APEL	19.5782309
2	无限	2.6622544		0
					3	-200	6.2691914	OKP	-46.191696
4	-64063996	4.6220937		0
					5	-68.02882	7.0005629	APEL	-3.9481777
6	-48.6258	2.6		-0.1925834

在本申请的可选实施例中，光学选择反射面包括以下至少一项：

如图1所示，设置于第二透镜组03中任意一层目标光学面001上的光学选择反射膜；

如图2所示，设置于第一透镜组02和第二透镜组03之间的反射镜M1，以及反射镜M1上层叠的光学选择反射膜。

在本申请的可选实施例中，第一光学特性包括以下至少一项：入射光偏振方向、入射光角度和入射光波长；光学选择反射膜包括以下至少一项：偏振选择反射膜、角度选择反射膜和波长选择反射膜。

在本申请的可选实施例中，用于实现眼动追踪功能的发光设备可以是用于产生显示光束的显示屏40，也可以是增设的用于向人眼发出追踪光束的出光单元。以显示屏40直接作为眼动追踪功能的发光设备，可以节省出近眼显示光学模组的整机空间和构造成本；以出光单元作为眼动追踪功能的发光设备，对光学选择反射面的设计和制造难度要求更低，反射至光学接收单元50中的目标光束亮度更大，更易于眼动追踪的后期计算。

人眼反射光束为显示屏40出射的显示光束时，包括以下至少一种情况：

情况1：光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜，显示屏出射的显示光束的偏振方向与第一偏振方向垂直，光学选择反射膜到人眼之间还设置有第一四分之一波片；显示光束在射入人眼的过程中第一次经过第一四分之一波片，在被人眼反射至光学选择反射膜的过程中第二次经过第一四分之一波片。在情况1时，显示屏40的出光表面可以设置有偏振片，用于确保显示屏出射的显示光束的偏振方向与第一偏振方向垂直。

情况2：光学选择反射膜为用于反射第一入射角度范围光束的角度选择反射膜，显示屏出射的显示光束不满足第一入射角度范围，人眼反射光束满足第一入射角度范围。

在本实施例中，显示屏出射并被光学接收单元采集的显示光束不限于可见光。

可选地，第一入射角度范围为入射角度大于第一角度的范围，目标光学面为凸面时，第一角度小于或等于40°；目标光学面为凹面时，第一角度小于或等于25°；目标光学面为平面时，第一角度小于或等于32°。

在本申请的可选实施例中，如图3和图4所示，人眼反射光束为出光单元出射的检测光束时，上述近眼显示光学模组还包括出光单元50；出光单元50用于向人眼01发出满足第一光学特性的检测光束。人眼反射光束为出光单元出射的检测光束时，包括以下至少一种情况：

情况1：光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜时，出光单元出射的检测光束的偏振方向为第一偏振方向。

情况2：光学选择反射膜为用于反射第二入射角度范围光束的角度选择反射膜，显示屏出射的显示光束不满足第二入射角度范围，检测光束满足第二入射角度范围。

情况3：光学选择反射膜为用于反射目标波段的波长选择反射膜，显示屏出射的显示光束不满足目标波段，检测光束满足目标波段。可以理解，目标波段可以是可见光波段的任意波段，也可以是非可见光波段的任意波段，针对于不可见光可选择的范围有红外光、紫外光和x光，在本申请实施例中，优选红外光。

第二方面，本申请还提供了另一种近眼显示光学模组，与上述情况3中的近眼显示光学模组相比，除了在光学接收单元50和显示屏40之间设置有波长选择反射面，将经人眼反射的检测光束反射至光学接收单元，以实现眼动追踪功能之外，于光学接收单元50和显示屏40之间还设置有可见光分光面，用于根据第二光学特性，将经人眼反射的显示光束反射至光学接收单元，以实现眼动追踪功能。

可以理解，本申请公开了一种近眼显示光学模组，显示屏40出光方向上设置的第二透镜组中除了设置有波长选择反射面之外，还设置有可见光分光面。其中，波长选择反射面用于将向人眼发出非可见光波段的检测光束反射至用于实现眼动追踪的光学接收单元，即常规的产生检测光束的出光单元作为眼动追踪功能的发光设备，优选地，该出光单元发出的检测光束为红外光或仅红外光，优选波长范围为700nm<w<1400nm；可见光分光面，用于将经人眼反射的显示光束反射至用于实现眼动追踪的光学接收单元，即将产生显示光束的显示屏40作为眼动追踪功能的发光设备。本近眼显示光学模组增加了眼动追踪功能的发光设备，以便于临时切换，减少单个光源的使用时长，降低发光设备的故障率。

可以理解，控制上述出光单元在显示屏40的显示亮度大于亮度阈值时关闭，在显示屏的显示亮度小于亮度阈值时开启。这样可以避免出光单元长期处于启动状态，无效地增加了能耗。

更加具体地，当显示屏40显示场景处于亮场情况下，显示屏40出射的光线具有足够的光强，用于发射红外光的出光单元不启动，显示屏出射的光线透过两个透镜组后照射眼球，眼球反射的光束经过可见光分光面反射到光接收单元，实现眼动追踪。当显示屏40显示场景处于暗场情况下，显示屏40出射光线光强不足，出光单元启动，利用出光单元向眼球发出红外检测光束，眼球反射的检测光束经过波长选择膜反射到光接收单元，实现眼球追踪。利用感应装置识别显示屏40的亮暗程度，控制出光单元的启闭，充分利用显示屏40出射的光线，提高光能利用率。

在本申请的可选实施例中，波长选择反射面包括以下至少一项：

如图5所示，设置于第二透镜组03中第一光学面001的波长选择反射膜；

设置于所述光学接收单元和所述显示屏之间的第一反射镜(图中未示出)，以及第一反射镜上层叠的波长选择反射膜；

可见光分光面包括以下至少一项：

如图5所示，设置于第二透镜组03中第二光学面002的可见光分光膜；

设置于所述光学接收单元和所述显示屏之间的第二反射镜(图中未示出)，以及第二反射镜上层叠的可见光分光膜。

可以理解，第一透镜组和第二透镜组均可以包括至少一个透镜等光学元件，上述第一光学面和第二光学面可以是第二透镜组中任一透镜的任一表面。

在本申请的可选实施例中，近眼显示光学模组包括以下至少一种情况：

情况1：第一反射镜和第二反射镜可以同一反射镜或不同反射镜；第一反射镜和第二反射镜为同一反射镜时，波长选择反射膜和可见光分光膜层叠设置于该反射镜上；第一反射镜和第二反射镜为不同反射镜时，波长选择反射膜和可见光分光膜各自设置于对应反射镜表面上。

情况2：第一光学面和第二光学面可以是同一光学面或不同光学面；第一光学面和第二光学面为同一光学面时，波长选择反射膜和可见光分光膜层叠设置于第二透镜组中同一透镜的同一表面上；第一光学面和第二光学面为不同光学面时，波长选择反射膜和可见光分光膜设置于第二透镜组中同一透镜的不同表面上，或者，波长选择反射膜和可见光分光膜设置于第二透镜组中不同透镜的表面上。

可以理解，显示屏出射的显示光束与出光单元出射的检测光束的出光角度一般不同，因此可以将可见光分光膜和波长选择反射膜设置在不同的光学面上，更便于光路设计以及出光单元的位置设计，另外，在不同光学面上分别镀膜，可以大大降低镀膜工艺的难度。

在本申请的可选实施例中，第二光学特性包括以下至少一项：入射光偏振方向和入射光角度；可见光分光面包括以下至少一项：偏振选择反射膜和角度选择反射膜。

在本申请的可选实施例中，可见光分光面为设于第二透镜组的第二光学面上并用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜，显示屏出射的显示光束的偏振方向与第一偏振方向垂直，可见光分光面到人眼之间还设置有第一四分之一波片；显示光束在射入人眼的过程中第一次经过第一四分之一波片，在被人眼反射至可见光分光面的过程中第二次经过第一四分之一波片。

在本申请的可选实施例中，可见光分光面为设于第二透镜组的第二光学面上并用于反射第一入射角度范围光束的角度选择反射膜，显示屏出射的显示光束不满足第一入射角度范围，经人眼反射的显示光束满足第一入射角度范围。

在本申请的可选实施例中，第一入射角度范围为入射角度大于第一角度的范围，第二光学面为凸面时，第一角度小于或等于40°；第二光学面为凹面时，第一角度小于或等于25°；第二光学面为平面时，第一角度小于或等于32°。

在本实施例中，所述出光单元可设置于第一透镜组02和第二透镜组03的任意一个中的任一侧，优选地，所述出光单元设置于第一透镜组02远离第二透镜组03的一侧，即设置在靠近人眼的一侧，这样设置可以让出光单元出射的光线直接照射到人眼，减少因光线透过镜片带来的光强损耗。

第三方面，本申请提供一种头戴式显示设备，包括：如第一方面或第二方面任一项近眼显示光学模组。

本申请实施例中，对头戴式显示设备的类型不做限制，可以包括VR头戴显示设备、AR头戴显示设备和MR头戴显示设备的任一种。

第四方面，本申请提供了一种虚拟现实***，包括如第三方面任一项头戴显示屏，以及与头戴式显示设备建立连接的外部操作单元。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 (4)

1.一种近眼显示光学模组，其特征在于，包括：

显示屏以及沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二透镜组、光学接收单元和第一透镜组；

所述显示屏所出射的图像光束经所述第二透镜组和所述第一透镜组后进入人眼；

所述光学接收单元和所述显示屏之间设置有光学选择反射面，用于根据目标光学特性，将人眼反射光束中的目标光束反射至所述光学接收单元，以实现眼动追踪功能；

所述目标光学特性包括入射光偏振方向；所述光学选择反射面包括偏振选择反射膜；

所述光学选择反射面包括以下至少一项：设置于所述第二透镜组中目标光学面上的光学选择反射膜；设置于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的反射镜，以及所述反射镜上层叠的光学选择反射膜；

所述人眼反射光束为所述显示屏出射的所述图像光束时，包括：

所述光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜，所述偏振选择反射膜设于所述目标光学面上，从所述显示屏出射到达偏振选择反射膜的所述图像光束的偏振方向与所述第一偏振方向正交，所述光学选择反射膜靠近所述第一透镜组的一侧还设置有第一四分之一波片；所述图像光束在射入所述人眼的过程中第一次经过所述第一四分之一波片，在被所述人眼反射至所述光学选择反射膜的过程中第二次经过所述第一四分之一波片；

所述第二透镜组包括折叠光路组件，所述折叠光路组件包括沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二四分之一波片，部分透射部分反射镜，第三四分之一波片和反射式偏振片，所述光学选择反射面设置于所述第一透镜组和所述反射式偏振片之间。

2.根据权利要求1所述的近眼显示光学模组，其特征在于，

所述第一透镜组为具有正光焦度的第一透镜时，所述第二透镜组包括以下至少一种情况：

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜背离所述显示屏的表面为平面；

沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜，所述第二透镜和所述第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜背离所述显示屏的表面为凸面；

沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜，所述第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，且所述第二透镜背离所述显示屏的表面为凹面；

所述第一透镜组为具有负光焦度的第一透镜时，所述第二透镜组包括沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜，所述第二透镜和所述第三透镜均具有正光焦度，且所述第二透镜背离所述显示屏的表面为凹面。

3.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括如权利要求1或2中任一项所述近眼显示光学模组。

4.一种虚拟现实***，包括如权利要求3所述头戴式显示设备，以及与所述头戴式显示设备建立连接的外部操作单元。