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申请/专利权人：深圳多哚新技术有限责任公司

摘要：本发明公开了短距离光学放大模组，包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片，其中反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置还设有第一透镜和第二透镜，第三透镜中、靠近所述第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面；第三透镜的第一焦距f3满足以下条件：1F≤f3≤2F，其中F为所述短距离光学放大模组的系统焦距。通过对影响光学放大效果的f3进行参数细化，使得该模组在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，能应用在小尺寸VR设备中，使得该VR设备能实现较佳视场角、较大眼动范围、高质量成像效果，给用户带来更好的体验感。

主权项：1.短距离光学放大模组，其特征在于，包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片，其中反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置还设有第一透镜，以及位于反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置设有第二透镜，其中：所述第三透镜中、靠近所述第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面；所述第三透镜的第一焦距f3满足以下条件：1F≤f3≤2F，其中F为所述短距离光学放大模组的系统焦距，所述第一焦距f3为入射光透过第五光学面、由第六光学面反射后测得的焦距，所述第五光学面为所述第三透镜靠近所述第二透镜的面，所述第六光学面为所述第三透镜靠近所述第二相位延迟片的面，所述短距离光学放大模组的系统焦距F满足以下条件：10mm≤F≤32mm；所述半透射半反射光学面的焦距fS6满足以下条件：1.5F≤fS6≤5F；所述第三透镜中、靠近第二透镜的光学面的焦距fS5满足以下条件：|fS5|≥2F。

全文数据：短距离光学放大模组、眼镜、头盔及VR系统技术领域[0001]本发明涉及光学仪器技术领域，特别是涉及短距离光学放大模组、眼镜、头盔及VR系统。背景技术[0002]目前，已经存在短距离光学放大模组，为满足光学放大模组的成像质量，模组内通常包含多个光学器件，如图1所示，从像侧到物侧依次包括反射式偏振片01、第一相位延迟片02、透镜单元03和第二相位延迟片04,在所述透镜单元03中、靠近所述第二相位延迟片04的光学面为半透半反射光学面。在使用过程，物侧的光学图像通过所述透镜单元03进行透射放大，然后在所述反射式偏振片01上反射，再经过所述透镜单元03进行二次放大，最后通过所述反射式偏振片01进入人眼视线，其中，影响光学图像放大效果的核心部件为所述透镜单元。[0003]但是，由于各个光学器件需要一定的安装空间，因此将多个光学器件组成的光学放大模组往往尺寸和体积都比较大，尤其不能满足智能VRVirtualReality，虚拟现实）穿戴设备小尺寸超薄的结构要求。即需要针对的VR设备设计出在小空间内仍具高放大倍数的短距离光学。而且，VR设备也更加注重提供良好的用户体验感，这就又要求VR设备需要实现较佳的视场角、较大的眼动范围、高质量的成像效果等技术目的。这些技术目的直接与上述透镜组的光学特性相关。[0004]因此，为了达到上述目的，需要对短距离光学放大模组中的透镜组进行参数设定，保证在整个VR设备使用范围内均能实现上述目的，给用户带来更好的体验感。发明内容[0005]本发明实施例中提供了一种短距离光学放大模组，以满足能够在小尺寸的VR设备中使用，且实现VR设备有较佳的视场角、较大的眼动范围、高质量的成像效果的目的。同时，还提供了一种眼镜、头盔及VR系统。[0006]为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：[0007]—种短距离光学放大模组，包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片，其中反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置还设有第一透镜，以及位于反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置设有第二透镜，其中：所述第三透镜中、靠近所述第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面;所述第三透镜的第一焦距f3满足以下条件：IF2F4[0058]如果所述焦距fS5过小，则会导致所述第三透镜30面型过于弯曲，不利于像差矫正；同时和第二透镜20、第三透镜10综合来看，面型过于弯曲透镜厚度较大，会导致光学系统厚度增加，不利于VR穿戴设备轻薄化的要求。[0059]同样基于达到小型化，轻量化的优化目的，所述第二负透镜的焦距f2满足以下条件：[0060]2F2F6[0064]如果所述焦距Fs3过小（IFs312F7[0067]如果所述焦距Fs4过小（IFS4|2F，则会导致所述第二透镜20面型过于弯曲，不利于像差矫正；同时和第一透镜10、第三透镜30综合来看，过于面型弯曲透镜厚度较大，会导致光学系统厚度增加，不利于VR穿戴设备轻薄化的要求。[0068]同样基于达到小型化，轻量化的优化目的，所述第一透镜的焦距5满足以下条件：[0069]4Ffi8[0070]如果所述焦距fi过小（IfiI4F，则会导致所述第一透镜10的面型过于弯曲，引入像差较大，导致整个系统的相差变大；同时，也会增加所述第一透镜10的厚度，不利于VR穿戴设备轻薄化的要求。[0071]为了达到VR穿戴设备小尺寸、超薄结构的要求，所述光学放大模组的厚度为8_〜30mm〇[0072]考虑VR设备佩戴舒适度的同时又能获得较好的成像质量，所述短距离光学放大模组的接目距设计为5mm〜10mm。[0073]如图2A所示，为了获得大的眼动范围、同时又能获得较好的成像质量，物侧的光圈的可调范围设计为1.7F〜3.5F，即经过所述第一透镜、所述第二透镜和第三透镜参与成像的光束所通过的口径D满足以下条件：[0074]0.3FD0.6F9[0075]与等式9相对应的，眼动范围A可达到为5mm〜9_。[0076]在上述每一种技术方案基础上，经过数次优化后的短距离光学放大模组可以应用于一种VR眼镜中，所述眼镜还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。如图2A所示为同轴设置的情况，图2B为非同轴设置的情况，无论是否同轴设置均不影响该模组的光学放大效果极其视场角和眼动范围。[0077]在上述每一种技术方案基础上，经过数次优化后的短距离光学放大模组也可以应用于一种头盔，所述头盔还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。[0078]还可以将本发明提供的短距离放大模组应用于一种VR系统，该系统可以包括上述眼镜或头盔，或者其他适合与用户体验的穿戴设备。[0079]以下结合附表对本实施例提供短距离光学放大模组做进一步的说明。[0080]在每个实施例中，所述第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30的具体设计参数表内，OBJ表;^光学系统中的物，IMA表;^光学系统中的像，STO表;^光学系统中的光阑，i表;^从物侧起的光学面的顺序（i〇+l，光线左侧的第一透镜10先射向右侧的第二透镜20,再射向第三透镜30，遇到材质Glass列为MIRROR即反射往相反方向走，反射到第二个MIRROR再次反向，再从左向右走，最终达到像面。[0081]实施例一[0082]如图2所示，在所述短距离光学放大模组中，设计所述第三透镜30的含反射面焦距f3等于系统焦距F，[0083]所述第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30的具体设计参数如表一：[0086]在表一中，第一行OBJ代表物面的相关设计参数;第三行STO代表光学系统中的光阑，所述孔径为9mm;第四行和第五行代表光学模组中的反射式偏振片和第一相位延迟片形成的膜片，所述膜片的类型为STANDARD标准面、材质为BK7、直径30.18156mm、非球面系数为〇;第六行和第七行分别代表所述第一透镜10的第一光学面El和第二光学面E2对应的数据，所述第一光学面E和第二光学面E2的曲率半径均为Infinity平面，所述第一透镜10的厚度为2mm即从第一光学面El到所述第二光学面E2之间的间距、第六行数据中的厚度值）、材质为H-LAK5A;第八行和第九行分别代表所述第二透镜20的第三光学面E3和第四光学面应的数据，所述第三光学面E3的曲率半径为Infinity平面、所述第四光学面E4的曲率半径为Infinity平面，所述第二透镜20的厚度为1.5mm即从第三光学面E3到所述第四光学面E4之间的间距、第八行数据中的厚度值）、材质为H-ZF13。第十行和第十一行分别代表所述第三透镜30的第五光学面E5和第六光学面E6对应的数据，所述第五光学面E5的曲率半径分别为-68和-66.19397，所述第三透镜30的厚度为2mm即从第五光学面E5到所述第六光学面E6之间的间距、第十行数据中的厚度值）、材质为H-LAK10。[0087]第十二行至第二十五行代表光线在所述膜片、第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30之间的反射和透射中的相关参数。第二十六行代表显示屏液晶层中的玻璃膜，所述玻璃膜的厚度为〇.3mm、材质为BK7。第二十七行IM代表光学系统中的像。[0088]所述短距离光学放大模组相对应的其它参数如表二：[0089]表二[0092]从图5的MTF图中，得出各个视场平均纵坐标（调制传递函数）高于0.18的横坐标每毫米空间频率值，图3中的畸变率控制在-3O%，O的范围内，图4中的场曲控制在-10mm，IOmm范围内，而得出所述短距离光学放大模组的视角解析力可以支持400*400的分辨率，也就是说当第三透镜含反射面焦距为lF，fS6焦距为IF时，在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，使得该模组能够应用在小尺寸的VR设备中，而且使得该VR设备能实现较佳的视场角100°、较大的眼动范围9mm、高质量的成像效果，屏幕分辨率为800*800,给用户带来更好的体验感。[0093]实施例二[0094]如图6所示，在所述短距离光学放大模组中，设计所述第三透镜30的含反射面焦距f3等于系统焦距1.37F，[0095]所述第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30的具体设计参数如表三：[0096]表三[0097][0099]在表三中，第一行OBJ代表物面的相关设计参数;第三行STO代表光学系统中的光阑，所述孔径为9mm;第四行和第五行代表光学模组中的反射型偏振片和第一相位延迟片形成的膜片，所述膜片的类型为STANDARD标准面、材质为BK7、直径26.09264mm、非球面系数为〇;第六行和第七行分别代表所述第一透镜10的第一光学面El和第二光学面E2对应的数据，所述第一光学面E和第二光学面E2的曲率半径分别为Infinity平面和-89.75873，所述第一透镜10的厚度为2mm即从第一光学面El到所述第二光学面E2之间的间距、第六行数据中的厚度值）、材质为H-K9L;第八行和第九行分别代表所述第二透镜20的第三光学面E3和第四光学面E4对应的数据，所述第三光学面E3的曲率半径分别为84.66267和54.38812、所述第二透镜20的厚度为Imm即从第三光学面E3到所述第四光学面E4之间的间距、第八行数据中的厚度值）、材质为H-ZFll。第十行和第^^一行分别代表所述第三透镜30的第五光学面E5和第六光学面E6对应的数据，所述第五光学面E5的曲率半径分别为160.6342和-54.28037，所述第三透镜30的厚度为4mm即从第五光学面E5到所述第六光学面E6之间的间距、第十行数据中的厚度值）、材质为D-LAK70。[0100]第十二行至第二十五行代表光线在所述膜片、第一透镜10、第二透镜20和第三透镜之间的反射和透射中的相关参数。第二十六行代表显示屏液晶层中的玻璃膜，所述玻璃膜的厚度为1mm、材质为BK7。第二十七行IM代表光学系统中的像。[0101]所述短距离光学放大模组相对应的其它参数如表四：[0102]表四[0104]从图9的MTF图中，得出各个视场平均纵坐标（调制传递函数）高于0.18的横坐标每毫米空间频率值，图7中的畸变率控制在-30.5%，0的范围内，图8中的场曲控控制在_0.2mm，0.2mm范围内，进而得出所述短距光学放大模组的视角解析力可以支持400*400的分辨率，也就是说当第三透镜含反射面焦距为1.37F，fS6焦距为2F时，在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，使得该模组能够应用在小尺寸的VR设备中，而且使得该VR设备能实现较佳的视场角96°、较大的眼动范围7mm、高质量的成像效果1800*1800，给用户带来更好的体验感。[0105]实施例三[0106]如图10所示，在所述短距离光学放大模组中，设计所述第三透镜30的含反射面焦距f3等于系统焦距1.5F，[0107]所述第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30的具体设计参数如表五：[0108]表五[0110]在表五中，第一行OBJ代表物面的相关设计参数;第三行STO代表光学系统中的光阑，所述孔径为9mm;第四行和第五行代表光学模组中的反射型偏振片和第一相位延迟片形成的膜片，所述膜片的类型为STANDARD标准面、材质为BK7、直径30.18156mm、非球面系数为〇;第六行和第七行分别代表所述第一透镜10的第一光学面El和第二光学面E2对应的数据，所述第一光学面E和第二光学面E2的曲率半径分别为Infinity平面和-126.3604,所述第一透镜10的厚度为4mm即从第一光学面El到所述第二光学面E2之间的间距、第六行数据中的厚度值）、材质为H-LAK5A;第八行和第九行分别代表所述第二透镜20的第三光学面E3和第四光学面E4对应的数据，所述第三光学面E3的曲率半径分别为252.9636和123.3701、所述第二透镜20的厚度为1.5mm即从第三光学面E3到所述第四光学面E4之间的间距、第八行数据中的厚度值）、材质为H-ZF13。第十行和第十一行分别代表所述第三透镜30的第五光学面E5和第六光学面E6对应的数据，所述第五光学面E5的曲率半径分别为269.2846和-101.0977，所述第三透镜30的厚度为5.5mm即从第五光学面E5到所述第六光学面E6之间的间距、第十行数据中的厚度值）、材质为H-LAK10。[0111]第十二行至第二十五行代表光线在所述膜片、第一透镜10、第二透镜20和第三透镜之间的反射和透射中的相关参数。第二十六行代表显示屏液晶层中的玻璃膜，所述玻璃膜的厚度为0.3mm、材质为BK7。第二十七行IM代表光学系统中的像。[0112]所述短距离光学放大模组相对应的其它参数如表六：[0113]表六[0115]从图13的MTF图中，得出各个视场平均纵坐标调制传递函数高于0.18的横坐标每毫米空间频率值，图11中的畸变率控制在-34%，0的范围内，图12中的场曲控控制在_0.2mm，0.2mm范围内，进而得出所述短距光学放大模组的视角解析力可以支持400*400的分辨率。也就是说当第三透镜含反射面焦距为1.5F，fS6焦距为2.IF时，在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，使得该模组能够应用在小尺寸的VR设备中，而且使得该VR设备能实现较佳的视场角100°、较大的眼动范围9mm、高质量的成像效果4000*4000，给用户带来更好的体验感。[0116]实施例四[0117]如图14所示，在所述短距离光学放大模组中，设计所述第三透镜30的含反射面焦距f3等于系统焦距2F，[0118]所述第一透镜10、第二透镜20和第三透镜30的具体设计参数如表七：[0119]表七[0120][0122]在表七中，第一行OBJ代表物面的相关设计参数;第三行STO代表光学系统中的光阑，所述孔径为9mm;第四行和第五行代表光学模组中的反射型偏振片和第一相位延迟片形成的膜片，所述膜片的类型为STANDARD标准面、材质为BK7、直径30.18156mm、非球面系数为〇;第六行和第七行分别代表所述第一透镜10的第一光学面El和第二光学面E2对应的数据，所述第一光学面E和第二光学面E2的曲率半径分别为Infinity平面和-90.62525,所述第一透镜10的厚度为6mm即从第一光学面El到所述第二光学面E2之间的间距、第六行数据中的厚度值）、材质为H-LAK5A;第八行和第九行分别代表所述第二透镜20的第三光学面E3和第四光学面E4对应的数据，所述第三光学面E3的曲率半径分别为99和84.62125、所述第二透镜20的厚度为1.5mm即从第三光学面E3到所述第四光学面E4之间的间距、第八行数据中的厚度值）、材质为H-ZF13。第十行和第^^一行分别代表所述第三透镜30的第五光学面E5和第六光学面E6对应的数据，所述第五光学面E5的曲率半径分别Infinity平面为和-160,所述第三透镜30的厚度为4mm即从第五光学面E5到所述第六光学面E6之间的间距、第十行数据中的厚度值）、材质为H-LAK10。[0123]第十二行至第二十五行代表光线在所述膜片、第一透镜10、第二透镜20和第三透镜之间的反射和透射中的相关参数。第二十六行代表显示屏液晶层中的玻璃膜，所述玻璃膜的厚度为〇.3mm、材质为BK7。第二十七行IM代表光学系统中的像。[0124]所述短距离光学放大模组相对应的其它参数如表八：[0125]表八[0128]从图17的MTF图中，得出各个视场平均纵坐标调制传递函数高于0.18的横坐标每毫米空间频率值，图15中的畸变率控制在-33.6%，0的范围内，图16中的场曲控制在-2mm，2mm范围内，进而得出所述短距离光学放大模组的视角解析力可以支持400*400的分辨率。也就是说当第三透镜含反射面焦距为2F，fS6焦距为2.67F时，在获得较大光学放大效果的同时还能保持整体厚度较小，使得该模组能够应用在小尺寸的VR设备中，而且使得该VR设备能实现较佳的视场角1〇〇°、较大的眼动范围9mm、高质量的成像效果1200*1200,给用户带来更好的体验感。同时，需要指出的时，当第三透镜含反射面焦距为2F，fS6焦距也可以不设置为2.67F，只要通过调整第一透镜和或第二透镜的焦距，fS6在1F-5F范围内均可实现上述技术目的。[0129]需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0130]以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。[0131]以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.短距离光学放大模组，其特征在于，包括依次排列布置的反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片，其中反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置还设有第一透镜，以及位于反射式偏振片、第一相位延迟片、第三透镜和第二相位延迟片中任意一个光学器件两侧的任一位置设有第二透镜，其中：所述第三透镜中、靠近所述第二相位延迟片的光学面为半透射半反射光学面;所述第三透镜的第一焦距f3满足以下条件：IFf32F，其中F为所述短距离光学放大模组的系统焦距。2.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第三透镜的第一焦距ft满足以下条件:1.5Ff32F。3.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述半透射半反射光学面的焦距fs6满足以下条件：1.5FfS65F。4.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第三透镜中、靠近第二透镜的光学面的焦距fss满足以下条件：Ifssl22F。5.根据权利要求1-4中任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述短距离光学放大模组的系统焦距F满足以下条件:IOmmF32_。6.根据权利要求5所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第二透镜的焦距f2满足以下条件:2F-f2。7.根据权利要求5所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第二透镜中靠近第一透镜的光学面的焦距fS3满足以下条件：|fS3|22F。8.根据权利要求5所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第二透镜中靠近第三透镜的光学面的焦距fS4满足以下条件：|fS4|22F。9.根据权利要求5所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第一透镜的焦距心满足以下条件dFgfu10.根据权利要求9所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述第一透镜中靠近所述第二透镜的光学面的焦距fS2与所述第一透镜的焦距A相等。11.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述光学放大模组的厚度为8mm〜30mm。12.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，经过所述第一透镜、第二透镜和所述第三透镜参与成像的光束所通过的口径D满足以下条件：0.3F^D0.6F〇13.根据权利要求1-5任一所述的短距离光学放大模组，其特征在于，所述短距离光学放大模组的接目距为5〜10mm。14.一种眼镜，其特征在于，包括权利要求1-13中任意一项所述的短距离光学放大模组，所述眼镜还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。15.—种头盔，其特征在于，包括权利要求1-13中任意一项所述的短距离光学放大模组，所述头盔还包括显示屏，所述显示屏与所述短距离光学放大模组同轴或非同轴设置。16.—种VR系统，其特征在于，包括权利要求14所述的眼镜或权利要求15所述的头盔。

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