一种VR光学模组和显示设备
技术领域
本申请涉及头戴显示设备技术领域，特别涉及一种VR光学模组和显示设备。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality，VR)是一种利用计算机生成模拟环境，通过沉浸式的视觉、听觉等感知设备给予用户身临其境的真实感的技术。有报告认为，人的大脑获取的信息中的80％来自于视觉感知，因此，如何营造沉浸式的视觉体验是VR系统最为重要的问题之一。现有的VR设备通过分别对人的左右眼显示两幅稍有差异的图像的方式实现三维成像的视觉效果。但是人眼在进行聚焦观察时，晶状体的聚焦和眼球的转动是同时进行的。比如，人眼在从观看近处的物体改为观看远处的物体时，晶状体会变薄，以实现对远处物体的聚焦；眼球会稍稍向两侧转动，以使得两眼晶状体的光轴对准远处的物体，这两个变化是同时进行的。
由于VR设备的显示单元距离人眼很近，两眼转动至观察远处物体的位置的同时，晶状体也随之变薄向远处聚焦，因此需要设置一个凹透镜进行校正，呈现一个远处的虚像供人眼观看，防止眩晕。传统的VR设备由于校正镜组过于厚重，用户体验感太差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种VR光学模组，旨在解决传统的VR光学模组过于厚重的技术问题。
本申请是这样实现的，包括距所述显示单元由近及远依次设置的分光透镜、第一延迟元件和反射偏振元件，所述分光透镜设有半反半透膜，且所述分光透镜靠近所述第一延迟元件一侧的表面为凸面，所述反射偏振元件用于透射第一偏振方向的光线并反射第二偏振方向的光线；从所述显示单元一侧入射的圆偏振光依次经所述分光透镜、所述第一延迟元件后转化为所述第二偏振方向的光线；该第二偏振方向的光线被所述反射偏振元件反射后到达所述第一延迟元件，且经所述第一延迟元件后转化为圆偏振光到达所述分光透镜并被所述分光透镜反射；经所述分光透镜反射的圆偏振光再经所述第一延迟元件后转化为所述第一偏振方向的光线并穿透所述反射偏振元件进入人眼，所述第一偏振方向的光线与所述第二偏振方向的光线正交。
在本申请的一个实施例中，所述半反半透膜设置在所述分光透镜靠近所述显示单元一侧的表面上。
在本申请的一个实施例中，所述分光透镜靠近所述显示单元一侧的表面为平面、凸面或者凹面。
在本申请的一个实施例中，所述第一延迟元件为第一延迟片；所述反射偏振元件为反射偏振片；所述第一延迟片和所述反射偏振片均贴合在所述分光透镜远离所述显示单元一侧的表面上。
在本申请的一个实施例中，所述第一延迟片为四分之一波片。
在本申请的一个实施例中，当所述显示单元发出线偏振光时，所述VR光学模组还包括：设置于所述分光透镜与所述显示单元的之间的第二延迟元件，所述第二延迟元件用于将所述显示单元发出的线偏振光转化为圆偏振光。
在本申请的一个实施例中，还包括：设置于人眼与所述反射偏振元件之间的吸收型偏振元件。
在本申请的一个实施例中，所述吸收型偏振元件与所述反射偏振元件紧密贴合设置。
本申请的另一目的在于提供一种包括了如上所述的VR光学模组的显示设备，所述显示设备还包括：显示单元、用于承载所述显示单元和所述VR光学模组的壳体，以及连接于所述壳体外侧的穿戴组件。
在本申请的一个实施例中，所述壳体内侧还设置有用于挂载屈光校正镜片的卡接结构，所述卡接结构设置于所述反射偏振元件远离所述第一延迟元件的一侧。
实施本申请的一种VR光学模组，至少具有以下有益效果：
显示单元发出的圆偏振光，依次经过分光透镜和第一延迟元件，成为线偏振光并入射反射偏振元件，被反射后再次经过第一延迟元件，在半反半透膜处再次被反射并又一次经过第一延迟元件，此时光线的线偏振方向与第一次入射反射偏振元件时的偏振方向正交，故能够透过反射偏振元件并被人眼观察到。采用本实用新型的单透镜方案，光线在VR光学模组的半反半透膜和反射偏振元件之间来回传播，实现了光路折叠与图像的放大，同时有效地减小VR光学模组的厚度，进而减小VR光学模组的重量，以及应用该VR光学模组的显示设备的镜筒长度和重量，从而能够具备更优的人机功效，提升用户长时间佩戴 VR光学模组时的体验感。
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。
图1是本申请的一个实施例提供的VR光学模组的结构示意图；
图2-a是采用平凸透镜作为分光透镜时VR光学模组的结构示意图；
图2-b是采用凹凸透镜作为分光透镜时VR光学模组的结构示意图；
图2-c是采用双凸透镜作为分光透镜时VR光学模组的结构示意图；
图3是本申请的另一个实施例提供的VR光学模组的结构示意图；
图4是本申请提供的VR光学模组的工作原理示意图。
上述附图所涉及的标号明细如下：
1-显示单元；2-分光透镜；20-半反半透膜；3-第一延迟元件；4-反射偏振元件；40-反射偏振膜；5-第二延迟元件。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图1，本实施例提供了一种用于观看显示单元1呈现的影像的VR 光学模组，包括距显示单元1由近及远依次设置的分光透镜2、第一延迟元件3 和反射偏振元件4，分光透镜2设有半反半透膜20，且分光透镜2靠近第一延迟元件3一侧的表面为凸面，反射偏振元件4用于透射第一偏振方向的光线并反射第二偏振方向的光线，第一延迟元件3用于将显示单元1发出的光线在圆偏振光、第一偏振方向的光线和第二偏振方向的光线之间相互转化。其中，第一偏振方向的光线和第二偏振方向的光线时相互正交的。
从显示单元1一侧入射的圆偏振光依次经分光透镜2、第一延迟元件3后转化为第二偏振方向的光线；该第二偏振方向的光线被反射偏振元件4反射后到达第一延迟元件3，且经第一延迟元件3后转化为圆偏振光到达分光透镜2 并被分光透镜2反射；经分光透镜2反射的圆偏振光再经第一延迟元件3后转化为第一偏振方向的光线并穿透反射偏振元件4进入人眼。
具体而言，以第二偏振方向的光线为P线性偏振光，第一偏振方向的光线为S线性偏振光对本实施例提供的VR光学模组的工作过程进行描述。可以理解的是，第二偏振方向的光线也可以为S线性偏振光，第一偏振方向的光线也可以为P线性偏振光。
请参阅图4，显示单元1发出的圆偏振光依次经过分光透镜2和第一延迟元件3，转换为P线性偏振光并入射反射偏振元件4。由于反射偏振元件4能够透射第一偏振方向的光线(即S线性偏振光)并反射第二偏振方向的光线(P 线性偏振光)，因此，P线性偏振光到达反射偏振元件4时会被反射偏振元件4 反射，并再次经过第一延迟元件3，重新变为圆偏振光。该重新得到的圆偏振光在分光透镜2的半反半透膜20处被反射并又一次通过第一延迟元件3，变为 S线性偏振光。由于此时入射反射偏振元件4的光线(即S线性偏振光)的线偏振的方向与其第一次入射反射偏振元件4时的偏振方向(即P线性偏振光) 垂直(正交)，或者说此时入射反射偏振元件4的光线的线偏振方向与反射偏振元件4能够透过的偏振光的方向平行，因此S线性偏振光能够透过反射偏振元件4从而入射至人眼。
实施本申请的一种VR光学模组，至少具有以下有益效果：
显示单元1发出的圆偏振光，依次经过分光透镜2和第一延迟元件3，成为线偏振光并入射反射偏振元件4，被反射后再次经过第一延迟元件3，在半反半透膜20处再次被反射并又一次经过第一延迟元件3，此时光线的线偏振方向与第一次入射反射偏振元件4时的偏振方向垂直，故能够透过反射偏振元件4 并被人眼观察到。采用本实用新型的单透镜方案，光线在VR光学模组的半反半透膜20和反射偏振元件4之间来回传播，实现了光路折叠与图像的放大，同时有效地减小VR光学模组的厚度，进而减小VR光学模组的重量，应用了该 VR光学模组的显示设备的镜筒长度和重量，具备更优的人机功效，提升用户长时间佩戴VR光学模组时的体验感。
请参阅图1和图4，在本申请的一个实施例中，半反半透膜20设置在分光透镜2靠近显示单元1一侧的表面上。
作为本实施例的一个优选方案，半反半透膜20采用50/50镀膜，即对光线的反射率和透射率均为50％，能够最大程度上降低光线在经过半反半透膜20 的一次透射和一次反射后的光能损失，提高最终被人眼观察到的光线的亮度。
请参阅图2-a至2-c，在本申请的一个实施例中，分光透镜2靠近显示单元1一侧的表面为平面、凸面或者凹面。请参阅图2-a至图2-c，作为本实施例的一个优选方案，分光透镜2采用平凸透镜，双凸透镜或者凹凸透镜。当分光透镜2为平凸透镜时，分光透镜2正对显示单元1的一侧为平面，背对显示单元1的一侧为凸面，如图2-a所示；当分光透镜2为凹凸透镜时，分光透镜2正对显示单元1的一侧为凹面，背对显示单元1的一侧为凸面，如图2-b所示。双凸透镜则如图2-c所示。这样设计，能够进一步校正像差，提高成像质量。
请参阅图1，可选的，在本申请的一个实施例中，可以在反射偏振元件4 背对显示单元1的一侧设有反射偏振膜40，进而实现反射偏振元件4的功能。使得VR光学模组的透镜部分比原有校正透镜的更薄。
请参阅图1，在本申请的一个实施例中，第一延迟元件3为第一延迟片；反射偏振元件4为反射偏振片；第一延迟片和反射偏振片均贴合在分光透镜2 远离显示单元1一侧的表面上。具体而言，第一延迟片为四分之一波片。可选的，反射偏振元件4的呈现形式可以为一反射偏振膜40，用于透射第一偏振方向的光线并反射第二偏振方向的光线。反射偏振片4可以采用反射偏振膜40，其本贴设在第一延迟片上，以进一步减小VR光学模组的厚度和重量。
请参阅图3，在本申请的一个实施例中，当显示单元1发出线偏振光时，VR光学模组还包括设置于分光透镜2与显示单元1的之间的第二延迟元件5，第二延迟元件5用于将显示单元1发出的线偏振光转化为圆偏振光。具体而言，第二延迟元件5采用四分之一波片制成。
应当理解，本实施例提供的VR光学模组设置第二延迟元件5是针对显示单元1发出的光为线偏振光的情形，比如显示单元1采用手机等终端设备时，由于显示单元1未作预先处理，发出的光为线偏振光，因此需要设置额外的第二延迟元件5将显示单元1的线偏振光转化为圆偏振光；对于显示单元1采用专用的VR显示器的情形，如果该VR显示器已经设置有相应的结构，其呈现的光线本身就已经是圆偏振光，则本实施例提供的包含第二延迟元件5的VR 光学模组将不再适用。
需要说明的是，本申请中的VR光学模组，还可以包括吸收型偏振元件，该吸收型偏振元件设置于人眼与反射偏振元件4之间，优选地，吸收型偏振元件与反射偏振元件4紧密贴合设置。吸收型偏振元件用于吸收第二偏振方向的光线，透射第一偏振方向的光线，这样可以防止底部杂散光进入人眼，提升用户观看体验。
本申请的还提供了一种包括了如上所述的VR光学模组的显示设备，显示设备还包括显示单元1、用于承载显示单元1和VR光学模组的壳体，以及连接于壳体外侧的穿戴组件。应当理解，本实施例提供的显示设备可以是具有VR 功能的头盔、头箍或者帽子等，此处不对具有VR功能的产品形态一一举例。
作为本实施例的一个具体方案，显示设备显示左右两幅图像，用于供人的左眼和右眼分别观看，两幅图像和对应的人眼之间分别设有如上所述的VR光学模组，两幅图像略有不同，以实现视觉上的三维效果；具体的，显示设备还设置有重力感应装置，用于感应用户头部的朝向，进而根据用户头部的朝向改变显示的图案，以达到沉浸式的三维视觉效果。
在本申请的一个实施例中，壳体内侧还设置有用于挂载屈光校正镜片的卡接结构，卡接结构设置于反射偏振元件4远离第一延迟元件3的一侧，用于供双目视力本身已经需要屈光校正的用户(如本身双目视力存在近视、远视或者散光等问题的用户)架设合适的屈光校正镜片，以确保图像是正确聚焦在用户的视网膜上的，使得用户观看到的图像的清晰度。同样的，还可以通过移动显示单元1或者VR光学模组的位置来实现对近视或者远视的校正。如可以考虑让透镜移动或者屏幕移动去适配近视情况。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
