一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实系统的制作方法

本发明涉及虚拟现实设备，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系统。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、为了解决以上的问题，本技术提供一种近眼显示光学模组、头戴式显示设备及虚拟现实系统，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。

2、为了达到上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术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；

4、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；

5、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。

6、在本技术的可选实施例中，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。

7、可以理解，本技术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。

8、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。

9、在本技术的可选实施例中，所述光学选择反射面包括以下至少一项：

10、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；

11、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。

12、在本技术的可选实施例中，所述光学选择反射面包括以下至少一项：

13、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；

14、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。

15、在本技术的可选实施例中，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。

16、在本技术的可选实施例中，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：

17、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；

18、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。

19、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°。

20、在本技术的可选实施例中，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。

21、在本技术的可选实施例中，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：

22、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；

23、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；

24、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。

25、在本技术的可选实施例中，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。

26、在本技术的可选实施例中，所述第一透镜组包括具有正光焦度的第一透镜；

27、所述第二透镜组包括以下至少一种情况：

28、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；

29、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；

30、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。

31、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。

32、第三方面，本技术提供了一种虚拟现实系统，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。

33、有益效果：

34、本技术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。

35、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。