本實用新型涉及增強現(xiàn)實技術領域，尤其涉及一種頭戴式顯示器及其光路結構。

背景技術：

頭戴式顯示器通過一組光學系統(tǒng)(主要是精密光學透鏡)放大超微顯示屏上的圖像，將影像投射于視網(wǎng)膜上,進而呈現(xiàn)于觀看者眼中大屏幕圖像的裝置。

頭戴式顯示器(Head Mounted Display)是近年來顯示領域的熱門產(chǎn)品，用于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的頭戴圖像顯示裝置取得了長足的發(fā)展。由于頭戴顯示裝置安裝在觀察者的頭部，因此它必須結構緊湊、重量輕，以減輕觀察者的負載。頭盔顯示器主要由三個部分構成：顯示部件、光學鏡頭和卡環(huán)，要減輕重量，光學系統(tǒng)是關鍵，但光學系統(tǒng)的緊湊型與頭戴顯示器對光學系統(tǒng)成像質量的要求之間存在一定的矛盾。對于頭戴顯示器而言，要求光學系統(tǒng)可以做到比較大的視場和出瞳直徑，因為觀察視場的增加，觀察范圍也會增加，觀察者才能更全神貫注的觀察優(yōu)質的動態(tài)圖像，出瞳直徑增加可以保證卡環(huán)適應不同瞳距的觀察者，而不必調整顯示器的瞳距，同時允許觀察者在觀察過程中眼珠能隨意轉動而不至于丟失圖像。但光學系統(tǒng)的視場、出瞳直徑、焦距三者之間有相互制約的關系，同時達到大視場，大出瞳直徑和短焦(即系統(tǒng)的緊湊化)并不容易。另外，像面的照度的均勻性也對使用頭盔顯示器觀看時的觀看質量有明顯影響，光學系統(tǒng)需要兼顧上述多種需求。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的問題是：本實用新型要解決的問題是提供一種頭戴式顯示器及其光路結構。

本實用新型的技術方案如下：一種用于頭戴式顯示器的光路結構，包括顯示器件、目鏡，所述顯示器件為微型顯示器，所述目鏡包括光闌和透鏡，所述顯示器件發(fā)出的光通過透鏡折射后進入光闌過濾，最終進入人眼的視網(wǎng)膜上成像.所述光路結構為像方遠心光路結構，所述透鏡為透鏡組，所述透鏡組包括第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡為相向放置且各項參數(shù)完全相同的兩塊透鏡；所述目鏡從人眼側到顯示器件側沿光軸方向依次排列著光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡；

其中，所述第一透鏡與第二透鏡的組合焦距為f12，所述第三透鏡的焦距為f3，由第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡組合而成的透鏡組的總焦距為fw，所述f12、f3、fw需同時滿足以下關系式(1)-(2)：

進一步，所述第一透鏡和第二透鏡均為正透鏡；所述第三透鏡為負透鏡。

再進一步，所述第一透鏡和第二透鏡為相向放置的兩塊各項參數(shù)完全相同的正透鏡，且兩者相向一側的面均凸向對方，兩者相向一側面的曲率半徑均為正值。

進一步，所述第三透鏡在d線的折射率Nd3＞1.6。

進一步，所述第一透鏡和第二透鏡在d線的阿貝數(shù)Vd1和Vd2均大于40。

進一步，所述焦距f12、f3、fw之間的關系還需滿足以下關系式(3)-(4)：

進一步，所述光闌面向第一透鏡一側的表面與第一透鏡面向光闌一側的表面兩者之間的光路距離大于30mm，所述目鏡的出瞳直徑不大于6mm。

進一步，所述光闌與第一透鏡之間設有若干反射鏡。

進一步，所述微型顯示器為微型OLED顯示器，且所述的微型OLED顯示器的對角長度不大于3英寸。

一種頭戴式顯示器，包含上述內(nèi)容中所述的光路結構。

本實用新型的有益效果在于：具有結構緊湊，質量輕的優(yōu)點；目鏡出瞳直徑大于一般的目鏡，出瞳距離長，視場角大，焦距小和F/#?。荒跨R像方遠心，所有視場主光線在像面上的入射角均小于3度，可以保證像面照度比較均勻，利于人眼觀看。

附圖說明

圖1為本實用新型中實施例1的結構示意圖。

圖2為本實用新型中實施例2的結構示意圖。

圖3為本實用新型中實施例3的結構示意圖。

圖4為本實用新型中f12與f3之間的等效距離d的示意圖。

其中：1、微型顯示器、 2、光闌、

3、第一透鏡、 4、第二透鏡、

5、第三透鏡、 6、第一反射鏡、

7、第二反射鏡。

具體實施方式

技術名詞說明：

焦距：焦距，是光學系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離。本案中f12為第一透鏡和第二透鏡組合后的組合焦距，f3為第三透鏡本身的焦距，fw為包含第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡的透鏡組的總體焦距。其中：fw≠f12+f3；

其中，d為f12與f3之間的等效距離，如圖4所示。

折射率：折射率，光在真空中的傳播速度與光在該介質中的傳播速度之比。材料的折射率越高，使入射光發(fā)生折射的能力越強。折射率越高，鏡片越薄，即鏡片中心厚度相同，相同度數(shù)同種材料，折射率高的比折射率低的鏡片邊緣更薄。本案中涉及Nd3，其解釋為第三透鏡在d線的折射率，也可以理解是介質在方和菲光譜d(氦黃線587.56nm)的折射率。

阿貝數(shù)，也稱″V-數(shù)″,用來衡量介質的光線色散程度。由于同一透明介質對不同波長的光存在折射率的差異，而白光又是由不同波長的各色光組成的，因此透明物質在折射白光時會發(fā)生色散這一特殊現(xiàn)象。阿貝數(shù)就是用以表示透明物質色散能力的反比例指數(shù)，數(shù)值越小色散現(xiàn)象越厲害。本案中涉及的Vd1和Vd2指的是第一透鏡和第二透鏡在d線的阿貝數(shù)，也可以理解為是介質在方和菲光譜d(氦黃線587.56nm)的阿貝數(shù)。

出瞳直徑：是指光線經(jīng)過目鏡匯聚后，在目鏡后形成的亮斑的直徑。

下面結合附圖本實用新型的3種實施例做出簡要說明。

實施例1：

如圖1所示，用于頭戴式顯示器的光路結構，包括顯示器件1、目鏡，所述顯示器件為1.3寸的OLED微型顯示器1，所述目鏡包括光闌2和透鏡，所述顯示器件發(fā)出的光通過透鏡折射后進入光闌2過濾，最終進入人眼的視網(wǎng)膜上成像，所述光路結構為像方遠心光路結構。

所述透鏡為透鏡組，所述透鏡組包括第一透鏡3、第二透鏡4和第三透鏡5，所述第一透鏡3和第二透鏡4為相向放置且各項參數(shù)完全相同的兩塊正透鏡，且兩者相向一側的面均凸向對方，兩者相向一側面的曲率半徑均為正值。所述第三透鏡5為負透鏡。

所述目鏡從人眼側到顯示器件側沿光軸方向依次排列著光闌2、第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5。

所述第一透鏡3與第二透鏡4的組合焦距為f12，所述第三透鏡5的焦距為f3，由第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5組合而成的透鏡組的總焦距為fw，所述f12、f3、fw滿足所述第三透鏡5在d線的折射率Nd3＞1.6，所述第一透鏡3和第二透鏡4在d線的阿貝數(shù)Vd1和Vd2均大于40。

所述光闌2面向第一透鏡3一側的表面與第一透鏡面3向光闌4一側的表面兩者之間的光路距離L大于30mm，所述目鏡的出瞳直徑M不大于6mm。

實施例2：

本實施例中所述光闌面向第一透鏡一側的表面與第一透鏡面向光闌一側的表面兩者之間的光路距離L由如圖2所示的L1和L2構成，即，L＝L1+L2.

如圖2所示，用于頭戴式顯示器的光路結構，包括顯示器件1、目鏡和第一反射鏡6，所述顯示器件為2.3寸的OLED微型顯示器1，所述目鏡包括光闌2和透鏡，所述顯示器件發(fā)出的光通過透鏡折射后，再經(jīng)第一反射鏡5改變方向后進入光闌2過濾，最終進入人眼的視網(wǎng)膜上成像，所述光路結構為像方遠心光路結構。

所述透鏡為透鏡組，所述透鏡組包括第一透鏡3、第二透鏡4和第三透鏡5，所述第一透鏡3和第二透鏡4為相向放置且各項參數(shù)完全相同的兩塊正透鏡，且兩者相向一側的面均凸向對方，兩者相向一側面的曲率半徑均為正值。所述第三透鏡5為負透鏡。

所述目鏡從人眼側到顯示器件側沿光軸方向依次排列著光闌2、第一反射鏡6、第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5。

所述第一透鏡3與第二透鏡4的組合焦距為f12，所述第三透鏡3的焦距為f3，由第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5組合而成的透鏡組的總焦距為fw，所述f12、f3、fw滿足所述第三透鏡在d線的折射率Nd3＞1.6，所述第一透鏡3和第二透鏡4在d線的阿貝數(shù)Vd1和Vd2均大于40。

所述光闌2與第一反射鏡6之間的光路距離為L1，所述第一反射鏡6與第一透鏡3之間的光路距離為L2，所述光闌2與第一透鏡3之間的光路距離L為L＝L1+L2，且L大于30mm，所述目鏡的出瞳直徑M不大于6mm。

實施例3

本實施例中所述光闌面向第一透鏡一側的表面與第一透鏡面向光闌一側的表面兩者之間的光路距離L由如圖3所示的L1、L2和L3構成，即，L＝L1+L2+L3。

如圖3所示，用于頭戴式顯示器的光路結構，包括顯示器件1、目鏡、第一反射鏡6和第二反射鏡7，所述顯示器件為1.04寸的OLED微型顯示器1，所述目鏡包括光闌2和透鏡，所述顯示器件發(fā)出的光通過透鏡折射后，再經(jīng)第一反射鏡6和第二反射鏡7改變方向后進入光闌2過濾，最終進入人眼的視網(wǎng)膜上成像，所述光路結構為像方遠心光路結構。

所述透鏡為透鏡組，所述透鏡組包括第一透鏡3、第二透鏡4和第三透鏡5，所述第一透鏡3和第二透鏡4為相向放置且各項參數(shù)完全相同的兩塊正透鏡，且兩者相向一側的面均凸向對方，兩者相向一側面的曲率半徑均為正值。所述第三透鏡5為負透鏡。

所述目鏡從人眼側到顯示器件側沿光軸方向依次排列著光闌2、第二反射鏡7、第一反射鏡6、第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5。

所述第一透鏡3與第二透鏡4的組合焦距為f12，所述第三透鏡3的焦距為f3，由第一透鏡3、第二透鏡4、第三透鏡5組合而成的透鏡組的總焦距為fw，所述f12、f3、fw滿足所述第三透鏡在d線的折射率Nd3＞1.6，所述第一透鏡3和第二透鏡4在d線的阿貝數(shù)Vd1和Vd2均大于40。

所述光闌2與第二反射鏡6之間的光路距離為L1’，所述第一反射鏡與第二反射鏡之間的光路距離為L2’,所述第一反射鏡6與第一透鏡3之間的光路距離為L3’，所述光闌2與第一透鏡3之間的光路距離L為L＝L1+L2+L3，且L大于30mm，所述目鏡的出瞳直徑M不大于6mm。

本實用新型提出了一種結構非常緊湊、質量很輕的光路結構，用于頭戴式顯示器中，將頭盔微型顯示器件顯示的圖像放大并經(jīng)位于光闌處的人眼成像。該目鏡出瞳直徑大于一般的目鏡，出瞳距離長，視場角大，采用微型顯示器保證結構緊湊，因此焦距小和F/#??；并且本實用新型的目鏡像方遠心，所有視場主光線在像面上的入射角均小于3度，可以保證像面照度比較均勻，利于人眼觀看。

以上對本實用新型的三個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。