光学放大模块和光学放大装置的制作方法

1.本实用新型涉及近眼显示的技术领域，尤其涉及一种光学放大模块和光学放大装置。


背景技术：

2.现有技术中光学放大模块结构中，为满足光学放大模块内的成像质量，模组内通常包含多个光学器件，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块往往尺寸和体积都比较大，尤其不能满足智能近眼显示(vr/ar等)穿戴设备在小体积的情况下还能有高放大倍数和高成像质量的显示要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的在于提供一种光学放大模块和光学放大装置，旨在解决光学放大模块结构不能在小体积的情况下还能有高放大倍数和高成像质量的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供一种光学放大模块，用于近眼显示，所述光学放大模块包括第一波片、部分透射镜片、第二波片和第一偏振片，所述部分透射镜片包括第一光学面和第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学曲面，所述第二光学面为平面，所述第一波片设置于所述部分透射镜片的第一光学面的一侧，所述第二波片的一侧贴合设置于所述部分透射镜片的第二光学面上，所述第一偏振片的一侧贴合设置于所述第二波片的另一侧；
5.所述第一光学面的反射面的光焦度p的范围为：4＜p＜0.2p，其中，p为所述光学放大模块的整体光焦度。
6.可选的，在一实施方式中，所述光学放大模块还包括第二偏振片，所述第二偏振片贴合设置于所述第一偏振片的另一侧。
7.可选的，在一实施方式中，所述第一偏振片的投射方向与所述第二偏振片的投射方向平行设置。
8.可选的，在一实施方式中，所述第一光学面的反射面的焦距j的范围为：f＞5f，其中，f为所述光学放大模块的整体焦距，并且f的范围为：10mm＜f＜60mm。
9.可选的，在一实施方式中，所述光学放大模块的直径设置为20mm-60mm。
10.可选的，在一实施方式中，所述光学放大模块的厚度设置为10mm-28mm。
11.可选的，在一实施方式中，所述部分透射镜片的反射率设置为大于65％，透射率设置为小于35％。
12.可选的，在一实施方式中，所述第一波片、部分透射镜片、所述第二波片、所述第一偏振片和所述第二偏振片同轴设置。
13.本实用新型还提供一种光学放大装置，所述光学放大装置包光学放大模块和影像显示屏，所述影像显示屏设置于所述光学放大模块的第一波片的一侧。
14.可选的，在一实施方式中，所述影像显示屏的大小设置为0.5寸-3.3寸。
15.本实用新型提供的技术方案中，光学放大模块中光线在第一偏振片处产生第一次反射，再经过第二波片到达部分透射镜片，在部分透射镜片处产生第二次反射，通过第一偏振片及部分透射镜片，让光线在光学放大模块内完成两次反射，并利用第二次反射实现大倍数的放大，利用光线在光学放大模块内完成两次反射，并利用第二次反射实现光线大角度的调整，扩大视场角。其次，通过将第二波片和第一偏振片贴合设置，并且将部分透射镜片一侧的第二光学面设置为平面，将第二波片也贴合设置于部分透射镜片上，从而大大减小了光学放大模块的尺寸和体积；并且，将部分透射镜片的一侧面设置为平面，能够减小曲面发生色散程度，保证光线传播的清晰度，并且对镜面加工而言，平面加工较曲面加工的工艺加工难度降低，可以降低加工成本；再通过将第一光学面的反射面的光焦度p限制在4＜p＜0.2p的范围内，还可以保证光学放大模块有高的成像质量。
附图说明
16.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
17.图1为本实用新型的光学放大模块的一个实施例的结构示意图；
18.图2为现有的部分透射镜片的光路传播示意图；
19.图3为本实用新型的部分透射镜片的光路传播示意图；
20.图4为本实用新型的光学放大模块的另一个实施例的结构示意图；
21.图5为本实用新型的光学放大装置的一个实施例的结构示意图；
22.图6为图5增加光学器件的一个实施例的结构示意图；
23.图7为图5增加光学器件的另一个实施例的结构示意图；
24.图8为图5增加光学器件的一个实施例的贴合设置的结构示意图。
25.其中，1、影像显示屏；2、第一波片；3、光学器件；4、部分透射镜片；5、第二波片；6、第一偏振片；7、第二偏振片；10、光学放大模组。
具体实施方式
26.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
27.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连
接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.本实用新型中的第一波片、第二波片、第一偏振片和部分透射镜片的作用为：光线每次经过第一波片和/或第二波片能够增加一定角度的相位延迟；第一偏振片能实现对偏振方向与其透射方向一致的线偏光通过，而对于偏振方向与其透射方向正交的线偏光完全反射，而对于有一定相位延迟的圆偏振光或者椭圆偏振光部分透射通过；部分透射镜片可以实现一定比例的光产生反射，剩余比例的光产生透射。
30.如图1所示，本实用新型实施例公开了一种光学放大模块，用于近眼显示，所述光学放大模块包括第一波片2、部分透射镜片4、第二波片5和第一偏振片6，所述部分透射镜片4包括第一光学面和第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学曲面，所述第二光学面为平面，所述第一波片2、第二波片5和第一偏振片6的两个侧面都为平面，所述第一波片2设置于所述部分透射镜片4的第一光学面的一侧，所述第二波片5的一侧贴合设置于所述部分透射镜片4的第二光学面上，所述第一偏振片6的一侧贴合设置于所述第二波片5的另一侧；所述第一光学面的反射面的光焦度p的范围为：4＜p＜0.2p，其中，p为所述光学放大模块的整体光焦度。
31.在本方案中，通常地，部分透射镜片4的镜面均是圆弧曲面，本实施例将靠近第二波片5的部分透射镜片4的一侧设置为平面，一方面实现了将第二波片5与部分透射镜片4相贴合，进一步地缩短两个光学组件间的距离，减小了光学放大模块的尺寸；另一方面，如图2所示，如果部分透射镜片4的两个面都是曲面的话，则曲面较大会导致光线发生色散，影响视觉成像效果；或者如果曲面的曲率较小会缩短光路路程，影响放大效果。所以，如图3所示，本实施例提供的部分透射镜片4的一侧设置为平面能够减小曲面发生色散的程度，或者曲率较小导致对光路的放大率降低的问题，有利于使光线在光学模组中发生的折射或反射更稳定，并且不影响光路的成像效果。
32.其中，所述第一偏振片6具体为反射型偏振片。部分透射镜片4为使入射光一部分反射，一部分透射的镜片。为了使人眼能够在第一偏振片6的轴线中心处看到图像，将所述第一波片2、所述部分透射镜片4、所述第二波片5、所述第一偏振片6和所述第二偏振片7同轴设置。
33.具体的，所述第一光学面的反射面的焦距j的范围限制为：f＞5f，其中，f为所述光学放大模块的整体焦距，并且f的范围满足10mm＜f＜60mm。从而使得光学放大模块能在小体积的情况下还具有较高的成像质量。
34.所述光学放大模块的工作原理为：在靠近光源的一侧，线性偏振光(偏振方向为平行于纸面的方向)经过第一波片2后变为相位延迟了的椭圆偏振光，特别地，当第一波片2为1/4波片时，该透过的线偏光经过第一波片2后变为圆偏振光，然后再经过部分透射镜片4的第一光学面(曲面)侧发生透射，使光线完成第一次透射放大，此次放大是小倍数的放大，透
射后的偏振光经过第二波片5后光线的偏振方向变成与反射型偏振片的透过方向正交(为垂直于纸面的方向)，该垂直的偏振光到达反射型偏振片后发生第一次全反射，反射后的偏振光再次经过第二波片5后变为线偏光，该线偏光再次经过部分透射镜片4的曲面侧实现一定比例能量的光的第二次反射放大，这次是大倍数的放大，经过大倍数放大的光线再次经过第二波片5，变为偏振方向与反射型偏振片的透过方向一致的线偏光(为平行于纸面方向)，最后该正交的偏振光通过反射型偏振片后进入观察者视线，从而在短距离(小于3cm)内实现光线的大倍数放大和超大视场角的目的。上述正交的偏振光即为人眼可直接观察的光线。
35.在本方案中，光学放大模块中光线在第一偏振片6处产生第一次反射，再经过第二波片5到达部分透射镜片4，在部分透射镜片4处产生第二次反射，通过第一偏振片6及部分透射镜片4，让光线在光学放大模块内完成两次反射，并利用第二次反射实现大倍数的放大，利用光线在光学放大模块内完成两次反射，并利用第二次反射实现光线大角度的调整，扩大视场角。其次，通过将第二波片5和第一偏振片6贴合设置，并且将部分透射镜片4一侧的第二光学面设置为平面，将第二波片5也贴合设置于部分透射镜片4上，在不影响光路的前提下，节省了第二波片5与第一偏振片6的距离，以及节省了部分透射镜片4与第二波片5的距离，从而大大减小了光学放大模块的尺寸和体积；并且，将部分透射镜片4的一侧面设置为平面，能够减小曲面发生色散程度，保证光线传播的清晰度，并且对镜面加工而言，平面加工较曲面加工的工艺加工难度降低，可以降低加工成本，进而能够提高生产效率；再通过将第一光学面的反射面的光焦度p限制在4＜p＜0.2p的范围内，还可以保证光学放大模块有较高的成像质量，该参数让画面中心锐利，边缘像大光圈离焦一样虚化符合人眼特征，使人眼观看更为舒服。在不影响光学成像质量的前提下，极大程度地减小光学放大模块的尺寸和体积，减轻了重量，从而增加了使用该光学放大模块的vr眼镜佩戴时的舒适感。
36.进一步地，还可以在第一波片2、部分透射镜片4、第二波片5和第一偏振片6中的任意相邻的两个之间根据需要来加入不影响光线相位延时的光学器件3，比如可以在第一波片2与部分透射镜片4之间加入校正色相变化的光学器件3。
37.更进一步地，在所述光学放大模块的轴向侧面包裹设置吸光材料，能够使最终未透过第一偏振片6进入人眼的光线被吸收，防止这些光对最终显示结果造成影响。
38.在一实施例中，将部分透射镜片4的设置为反射率大于65％，透射率小于35％，可以抑制屏幕反射出现鬼影的现象。
39.在一实施例中，所述光学放大模块的直径范围为20mm-60mm，厚度范围为10mm-28mm。在这个范围内既能控制住光学放大模块的体积重量，也能兼顾视场角和眼动范围的大小，适合人眼观看，使使用者观看时更为舒适。
40.如图4所示，在一实施例中，所述光学放大模块除了包括上一实施例中的第一波片2、部分透射镜片4、第二波片5和第一偏振片6外，还包括第二偏振片7，所述第二偏振片7贴合设置于所述第一偏振片6的另一侧，并且所述第一偏振片6的投射方向与所述第二偏振片7的投射方向平行设置，所述第二偏振片7具体为吸收型偏振片。
41.本实施例中的光学放大模块还在第一偏振片6的外侧增设了吸收型偏振片，该吸收型偏振片能够吸收外界来的光，防止看到外界的反射像，进而防止外界光对显示的干扰；此外，将第二偏振片7与第一偏振片6贴合设置，可进一步减小模组的体积和尺寸，简化装
配。
42.以下件结合附表对提供光学放大模块做进一步的说明：
43.在实施例中，部分透射镜片4的具体设计参数表内，obj表示光学系统中的物，ima表示光学系统中的像，sto表示光学系统中的光阑，obj表示从物侧起的光学面，这个表格按光线实际走向排列镜片，在本系统中，光线从左往右走，遇到材质列为mirror即反射往相反方向走，反射到第二个mirror再次反向，恢复从左向右走，最终达到像面。
44.在短距的光学放大模块中，所述部分透射镜片4的第一光学面是表中的面5，其p＝0.0033，5*p＝0.0167《p(p＝0.0243)，其中，p为所述短距离光学放大模块的整体光焦度。
45.设计参见如下表一：
46.surftype曲率半径厚度材质镜片直径非球面系数objstandardinfinity-7000 6528.3070stostandardinfinity11 802standardinfinity4h-k9l4103standard-88.8035815 4104standard128.59494h-k9l4105standard-600-4mirror4106standard128.5949-15 4107standard-88.80358-4h-k9l4108standardinfinity4mirror4109standard-88.8035815 41010standard128.59494h-k9l41011standard-6000.5 41012standardinfinity0.5h-k9l35.523110imastandardinfinity
ꢀꢀ
35.520490
47.使用这个设计可以让光学放大模块10整体的厚度小于焦距。
48.如图5所示，本实用新型实施例还公开了一种光学放大装置，所述光学放大装置包括影像显示屏1和以上实施例所述的光学放大模块，所述影像显示屏1设置于所述第一波片2远离所述部分透射镜片4的一侧，并与所述第一波片2贴合设置；所述光学放大模块包括第一波片2、部分透射镜片4、第二波片5和第一偏振片6，所述部分透射镜片4包括第一光学面和第二光学面，所述第一光学面为部分透射部分反射的光学曲面，所述第二光学面为平面，所述第一光学面靠近物侧，所述第二光学面靠近像侧。其中，物侧为屏幕侧，像侧为所述光学放大模块成像侧。
49.在本实施例中，光学放大模块由于影像显示屏1与第一波片2相贴合，第二波片5与第一偏振片6相贴合，分别缩短了两组距离，在不影响光路传播的前提下，将光学放大模块中的部分组件相贴合，能够极大地减小光学放大模块的尺寸，将光学放大模块应用于近眼显示(如ar/vr领域)的产品中，能够缩短产品的尺寸厚度，减轻了体积，更接近于普通的眼镜尺寸，增加了使用者佩戴的舒适度。
50.优选的，影像显示屏1选择为微型高清显示屏，在选择微型高清显示屏的情况下还可以在小体积的情况下看到大视野高清晰度的显示效果。
51.具体地，所述光学放大模块的直径设置为20mm-60mm，厚度设置为10mm-28mm，所述影像显示屏1的大小设置为0.5寸-3.3寸。设置在该范围既能控制住体积重量，也能兼顾视场角和眼动范围的大小，适合人眼观看，提高人眼观看的舒适度。
52.进一步地，如图6至图8所示，还可以在影像显示屏1、第一波片2、部分透射镜片4、第二波片5和第一偏振片6中的任意相邻的两个之间都可以根据需要来加入不影响光线相位延时的光学器件3，比如可以在第一相位延迟片与部分透射部分反射曲面镜片间加入校正色相变化的光学器件3。
53.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。