本實用新型涉及領域頭戴技術領域，尤其涉及一種頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備。

背景技術：

目前頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備的光學放大元件均采用傳統(tǒng)透鏡，如球面透鏡、非球面透鏡或自由曲面光學透鏡，受光學加工技術及光學材料的限制，顯示設備中的光學放大鏡組的口徑通常會做得比較小(若口徑做大光學系統(tǒng)的重量和體積均會大幅增加)，使用者通過光學放大鏡組所能觀察到的視野被放大鏡組的口徑限制，放大鏡組的視野相對人眼自然狀態(tài)下的視野顯得很小，故此視野受限的圖像顯示系統(tǒng)給人眼帶來的視覺沖擊及沉浸感將會受到很大的影響。在保證頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備體積足夠小、重量足夠輕的前提下，如何增大光學放大鏡組的口徑以此來實現(xiàn)頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備大視場成為亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備，解決現(xiàn)有頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備使用的光學放大鏡組的口徑小導致的視野與產品體積和重量不可兼顧的問題。

本申請實施例提供了一種頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備，其特征在于，包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括圖像顯示源和光學放大鏡組，所述圖像顯示源包括左右顯示屏，所述光學放大鏡組包括左右光學放大組合鏡，所述光學放大組合鏡包括聚焦薄型光學元件和一組帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學元件和所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡邊緣相接，所述透明板裙邊具有與所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡的凸面同圓心的菲涅爾環(huán)帶。

可選的，所述左右顯示屏的顯示面之間具有夾角，所述左右光學放大組合鏡的出射面之間具有夾角。

可選的，所述光學放大鏡組還包括左右透明板，所述左透明板和所述左光學放大組合鏡疊合在一起，且所述左透明板設置在所述左光學放大組合鏡靠近人眼一端；所述右透明板和所述右光學放大組合鏡疊合在一起，且所述右透明板設置在所述右光學放大組合鏡靠近人眼一端。

可選的，所述左右透明板為光學塑料板或光學玻璃板。

可選的，所述光學放大組合鏡還包括保護片，所述保護片設置在所述透明板和所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡之間。

可選的，所述凸透鏡為球面透鏡或非球面透鏡或自由曲面光學透鏡；所述聚焦薄型光學元件為菲涅爾透鏡或菲涅爾波帶片或二元光學元件。

可選的，所述聚焦薄型光學元件呈平板結構或曲面結構。

可選的，所述聚焦薄型光學元件與所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡通過光學膠合方式或機械拼接方式結合在一起。

可選的，所述頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備包括用于實現(xiàn)頭戴裝置功能的主體結構及用于佩戴其主體結構的頭戴結構，所述頭戴結構的前端與所述主體結構的頂部邊框連接，所述光學系統(tǒng)設置在所述主體結構中。

可選的，所述頭戴結構包括額頭支撐部、后側支撐部和連接部，所述連接部呈弧形，其主體支架為具有彈性的剛性材料；所述連接部一端與所述額頭支撐部相連，另一端與所述后側支撐部相連。

本實用新型的有益效果如下：

基于上述技術方案，本實用新型實施例中光學系統(tǒng)中的光學放大組合鏡包括聚焦薄型光學元件和一組帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學元件和所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡邊緣相接，由于所述透明板裙邊具有與所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡的凸面同圓心的菲涅爾環(huán)帶，所述菲涅爾環(huán)帶的匯聚能力和所述凸面的匯聚能力等效，從而在所述凸面的邊界延伸一段口徑(即所述透明板裙邊的長度)，從而擴大了所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡的光學口徑，如此，能夠在保證頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備體積足夠小、重量足夠輕的前提下，實現(xiàn)頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備具有大視場的技術效果。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中光學系統(tǒng)的第一種結構示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本實用新型實施例中光學系統(tǒng)的第二種結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例中光學系統(tǒng)的第三種結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例中光學系統(tǒng)的第四種結構示意圖；

圖6為實用新型實施例中頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備的結構示意圖。

圖中標記：1-左光學放大組合鏡，11-左聚焦薄片型光學元件，12-凸透鏡，121-凸面，13-透明板裙邊，131-菲涅爾環(huán)帶，2-右光學放大組合鏡，21-右聚焦薄片型光學元件，22-凸透鏡，221-凸面，23-透明板裙邊，231-菲涅爾環(huán)帶，3-圖像顯示源，31-左顯示屏，32-右顯示屏，40-左眼，41-右眼，50-左透明板，51-右透明板，6-主體結構，70-額頭支撐部，71-后側支撐部，72-連接部，73-第三支撐部，a-夾角，b-夾角，c-夾角，d-夾角。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本申請實用新型中，為了更好的頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備，下面結合附圖對本實用新型的頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備的結構及原理進行敘述。

如圖1～圖2所示，本申請實施例提供了一種頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括圖像顯示源3和光學放大鏡組，圖像顯示源3包括左顯示屏31和右顯示屏32，所述左光學放大鏡包括左光學放大組合鏡1，所述右光學放大鏡包括右光學放大組合鏡2，左光學放大組合鏡1包括左聚焦薄型光學元件11和一組帶透明板裙邊13的凸透鏡12，左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12邊緣相接，透明板裙邊13具有與帶透明板裙邊13的凸透鏡12的凸面121同圓心的菲涅爾環(huán)帶131；右光學放大組合鏡2包括右聚焦薄型光學元件21和一組帶透明板裙邊23的凸透鏡22，右聚焦薄型光學元件21和凸透鏡22邊緣相接，透明板裙邊23具有與帶透明板裙邊23的凸透鏡22的凸面221同圓心的菲涅爾環(huán)帶231。

本申請實施例中，左聚焦薄型光學元件11可以與凸透鏡12通過光學膠合方式或機械拼接方式結合在一起；同理，右聚焦薄型光學元件21可以與凸透鏡22通過光學膠合方式或機械拼接方式結合在一起。

本申請實施例中，左聚焦薄型光學元件11可以是中心鏤空的平面基底菲涅爾透鏡，左聚焦薄型光學元件11內徑帶下沉的搭接沿，搭接沿與凸透鏡11的透明板裙邊13相吻合。將凸透鏡11與左聚焦薄型光學元件11組合在一起時，凸透鏡11正好嵌入左聚焦薄型光學元件11中心鏤空區(qū)域，凸透鏡11的透明板裙邊13與左聚焦薄型光學元件11下沉搭接沿重疊；同理，右聚焦薄型光學元件21可以是中心鏤空的平面基底菲涅爾透鏡，右聚焦薄型光學元件21內徑帶下沉的搭接沿，搭接沿與凸透鏡21的透明板裙邊23相吻合。將凸透鏡21與右聚焦薄型光學元件21組合在一起時，凸透鏡21正好嵌入右聚焦薄型光學元件21中心鏤空區(qū)域，凸透鏡21的透明板裙邊23與右聚焦薄型光學元件21下沉搭接沿重疊。

本申請實施例中，左聚焦薄型光學元件11和右聚焦薄型光學元件21可以均呈平板結構。

本申請實施例中，凸透鏡12和凸透鏡22還可以是組合凸透鏡，其中，所述凸透鏡為傳統(tǒng)球面透鏡、非球面透鏡或自由曲面光學透鏡；所述組合凸透鏡指至少兩塊凸透鏡組合在一起形成一個透鏡組，例如兩塊口徑一致的圓形的非球面透鏡膠合在一起形成組合凸透鏡；左聚焦薄型光學元件11或右聚焦薄型光學元件21可以為菲涅爾透鏡、菲涅爾波帶片或二元光學元件。

本申請實施例中，左顯示屏31和右顯示屏32均采用至少4K的顯示屏；例如圖像顯示源3的左顯示屏31可以采用4K或5K顯示屏；同理，圖像顯示源3的右顯示屏32也可以采用4K或5K顯示屏，其中，左顯示屏31和右顯示屏32位于同一個平面，也可以位于多個平面上，本申請不作具體限制。

其中，左顯示屏31和右顯示屏32可以是一體成型的，也可以是獨立的兩塊顯示屏，當然，左顯示屏31和右顯示屏32還可以是分離式的；以及左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2可以是一體成型的，也可以是獨立的兩塊光學放大組合鏡，當然，左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2還可以是分離式的，本申請不作具體限制。

在本申請另一實施例中，為了防止左顯示屏31出射的光線入射到凸透鏡21上和右顯示屏32出射的光線入射到凸透鏡11上出現(xiàn)光線混淆情況，可以在設置有光遮擋片，其中，所述光遮擋片一端連接左顯示屏31和右顯示屏32的結合部，另一端連接左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2的結合部；即所述光遮擋片的另一端連接凸透鏡11和凸透鏡21的結合部。

本申請實施例中，所述頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備的顯示視場指的是左眼40的顯示視場和右眼41的顯示視場疊加之后的視場，使得雙眼視場能夠達到180°。

參見圖1和圖2，所述光學放大鏡組還包括左透明板50和右透明板51，左透明板50和左光學放大組合鏡1疊合在一起，且左透明板50設置在左光學放大組合鏡1靠近人眼一端；右透明板51和右光學放大組合鏡2疊合在一起，且右透明板51設置在右光學放大組合鏡2靠近人眼一端。圖像顯示元3發(fā)出的光信息經過左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2后射入人眼。

具體的，由于左光學放大組合鏡1包括左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12，而左透明板50和左光學放大組合鏡1疊合在一起，如此，使得左透明板50能夠增加左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12之間的連接強度；同理，右透明板51能夠增加右聚焦薄型光學元件21和凸透鏡22之間的連接強度，

具體的，左透明板50和右透明板51可以為光學塑料板或光學玻璃板，且左透明板50和右透明板51可以是一體成型的，也可以是獨立的兩塊透明板，本申請不作具體限制。

本申請實施例中，左透明板50和右透明板51可以是無匯聚功能的透明平板如亞克力板，也可以是具有匯聚功能的平面基底的菲涅爾透鏡；左透明板50和右透明板51為菲涅爾透鏡平板可以承擔光學系統(tǒng)的一部分匯聚功能，如此，可以減輕左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2的匯聚功能，使得透鏡更易加工。

本申請實施例中，所述光學放大組合鏡還包括保護片，在左透明板50和凸透鏡12之間和右透明板51和凸透鏡22之間均設置有所述保護片，即所述保護片分別貼合在菲涅爾環(huán)帶131和菲涅爾環(huán)帶231上，如此，可以通過所述保護片來防止菲涅爾環(huán)帶131和菲涅爾環(huán)帶231形成的槽劃傷左透明板50和右透明板51，而且也能夠在安裝所述左右光學放大組合鏡和所述左右透明板時槽劃傷手部的概率，從而能夠有效提高安裝的安全性能；其中，所述保護片可以為透明的光學塑料或光學玻璃制成。

具體來講，參見圖2，凸透鏡12帶有透明板裙邊13，由于凸透鏡12的凸面121受凸鏡中心的限制(中心厚度過大注塑加工中不易成型，易出現(xiàn)縮水，)其口徑不能過大，可以在凸面121的邊界延伸出一小段口徑(即透明板裙邊13的長度)，透明板裙邊13具有和凸面121同圓心的菲涅爾環(huán)帶131，菲涅爾環(huán)帶131的匯聚能力和凸面121的匯聚能力等效，由此能夠有效擴大了凸透鏡12的光學口徑；同理，菲涅爾環(huán)帶231的匯聚能力和凸面221的匯聚能力等效，由此能夠有效擴大了凸透鏡22的光學口徑；而光學口徑的擴大使得顯示的視場也隨之變大，而透明板裙邊13和透明板裙邊23與增加凸鏡中心厚度相比其重量更輕且體積也更?。蝗绱?，能夠在保證頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備體積足夠小、重量足夠輕的前提下，實現(xiàn)頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備具有大視場的技術效果。

而且，凸透鏡12與左聚焦薄型光學元件11的邊緣相接，可以使用光學膠如環(huán)氧樹脂膠合拼接或機械方式拼接；使得凸透鏡12與左聚焦薄型光學元件11拼接處具有拼接痕跡，理論上該拼接痕跡將被人眼觀察到，然而考慮到人眼的視角和注視情況，如被觀察的物體和人眼中心視野的角度超過120度甚至更大時，對該物體成像模糊，且需要轉動身體或頭去清晰捕捉該物體；因此將凸透鏡12以透明板裙邊13的形式延伸而使得凸透鏡12的邊界相對人眼中心的角度大于120度甚至更大，可以很大程度上削弱注凸透鏡12和左聚焦薄型光學元件11的拼接痕跡的影響；同時在垂直方向，凸透鏡12以透明板裙邊裙邊13的形式延伸滿足垂直視場的需求，與左聚焦薄型光學元件11無拼接，故在垂直方向無拼接痕跡；同理，凸透鏡22以透明板裙邊23的形式延伸而使得凸透鏡22的邊界相對人眼中心的角度大于120度甚至更大，可以很大程度上削弱注凸透鏡22和右聚焦薄型光學元件21的拼接痕跡的影響，以及凸透鏡鏡在垂直方向無拼接痕跡。

在另一實施例中，參見圖3，左顯示屏31的左顯示面和右顯示屏32的右顯示面之間可以具有夾角a，a為不小于145°且不大于180°的角，例如可以為145°、150°、155°、165°和175°等。優(yōu)選的，左顯示屏31和右顯示屏32之間的夾角a為160°。

由于左顯示屏31的左顯示面和右顯示屏32的右顯示面之間具有夾角a，與平行的左顯示屏31和右顯示屏32相比，其顯示視場明顯擴大，如此，能夠有效提高頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備的顯示視場；而且在通過左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2之間也具有夾角a，使得圖像顯示源3顯示的光信息，經左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2放大后的投影虛像由人眼接收，圖像顯示源3顯示的光信息經左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2放大后的顯示視場進一步擴大，使得頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備的顯示視場能夠達到180°。

其中，左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2的光線出射面之間具有夾角b，夾角a和夾角b的角度相同，使得左光學放大組合鏡1與左顯示屏31平行，右光學放大組合鏡2與右顯示屏32平行，使得左顯示屏31和右顯示屏32發(fā)出的光線能夠絕大部分或全部入射到左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2上，減少左顯示屏31和右顯示屏32發(fā)出的光線未入射到左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2上的數量，如此，使得通過左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2放大后的由人眼接收的投影虛像與圖像顯示源3的顯示圖像更匹配，使得用戶看到的投影虛像更精確。

進一步的，由于左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2的光線出射面之間具有夾角b，使得左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2位于兩個平面上，而且左光學放大組合鏡1和右光學放大組合鏡2是分離式，通過固定結構例如支架等固定在所述頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備中。

在另一實施例中，參見圖4，左顯示屏31和右顯示屏32位于同一平面上，而左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12的透明板裙邊13相接，且左聚焦薄型光學元件11和透明板裙邊13相接的兩個面之間具有夾角c，通過夾角c可以使得左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12通過折轉的方式來增大視野包裹感和視場，使得沉浸感也隨之提高；同理，右聚焦薄型光學元件21和凸透鏡22的透明板裙邊23相接，且右聚焦薄型光學元件21和透明板裙邊23相接的兩個面之間具有夾角d，通過夾角d可以使得右聚焦薄型光學元件21和凸透鏡22通過折轉的方式來增大視野包裹感和視場，使得沉浸感也隨之提高。

其中，所述光學放大鏡組還包括左透明板50和右透明板51(未在圖4中示出，具體參考圖1)，左透明板50和左光學放大組合鏡1疊合在一起，且左透明板50設置在左光學放大組合鏡1靠近人眼一端；右透明板51和右光學放大組合鏡2疊合在一起，且右透明板51設置在右光學放大組合鏡2靠近人眼一端。

在另一實施例中，參見圖5，左顯示屏31和右顯示屏32位于同一平面上，而左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12的透明板裙邊13相接，透明板裙邊13和左聚焦薄型光學元件11均呈曲面結構，通過曲面結構可以使得左聚焦薄型光學元件11和凸透鏡12通過折轉的方式來增大視野包裹感和視場，使得沉浸感也隨之提高；同理，右聚焦薄型光學元件21和凸透鏡22的透明板裙邊23相接，透明板裙邊23和右聚焦薄型光學元件21均呈曲面結構，通過曲面結構可以使得右聚焦薄型光學元件21和凸透鏡22通過折轉的方式來增大視野包裹感和視場，使得沉浸感也隨之提高。

其中，所述光學放大鏡組還包括左透明板50和右透明板51(未在圖4中示出，具體參考圖1)，左透明板50和左光學放大組合鏡1疊合在一起，且左透明板50設置在左光學放大組合鏡1靠近人眼一端；右透明板51和右光學放大組合鏡2疊合在一起，且右透明板51設置在右光學放大組合鏡2靠近人眼一端。

為了滿足某些特定需求，上述各實施例頭戴顯示光學系統(tǒng)中的光學元件均可以選擇性的增鍍增透膜，加硬膜，防霧膜等功能性膜層。

本申請實施例中，參見圖6，所述頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備包括用于實現(xiàn)頭戴裝置功能的主體結構6及用于佩戴其主體結構的頭戴結構，所述頭戴結構的前端與主體結構6的頂部邊框連接，所述光學系統(tǒng)設置在主體結構6中。

其中，所述頭戴結構包括額頭支撐部70、后側支撐部71和連接部72，連接部72一端與額頭支撐部70相連，另一端與后側支撐部71相連。進一步的，所述頭戴結構的前端與主體結構6的頂部邊框連接，

在本實用新型中，連接部72可以采用彈性帶，也可以采用具有彈性的剛性材料，本實用新型實施例中，連接部72主體支架優(yōu)選采用弧形彈簧鋼，且為了實現(xiàn)美觀輕便，連接部72的主體支架由兩根弧度一致的彈簧鋼組成。彈簧鋼在前端頭戴主體結構及后側支撐部的合力下，會發(fā)生擠壓變形，使頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備更穩(wěn)定的固定在用戶頭上。

在連接部72的主體支架外側，可以設置一個軟管將主體支架包住，頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備如果需要走線，可沿連接部72主體支架與軟管之前的間隙將信號電源線從頭戴主體機構端連接至后側支撐部71。

為了更好的提供支撐固定功能，優(yōu)選的，所述頭戴結構還包括第三支撐部73，第三支撐部73緊靠后側支撐部71，采用可拆卸的方式連接于連接部72上。

優(yōu)選的，后側支撐部71的左側和/或右側下方設置有耳機孔，用于外接耳機。

本實用新型實施例的有益效果如下：

本申請實施例中光學系統(tǒng)中的光學放大組合鏡包括聚焦薄型光學元件和一組帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學元件和所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡邊緣相接，由于所述透明板裙邊具有與所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡的凸面同圓心的菲涅爾環(huán)帶，所述菲涅爾環(huán)帶的匯聚能力和所述凸面的匯聚能力等效，從而在所述凸面的邊界延伸一段口徑(即所述透明板裙邊的長度)，從而擴大了所述帶透明板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡的光學口徑，如此，能夠在保證頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備體積足夠小、重量足夠輕的前提下，實現(xiàn)頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設備具有大視場的技術效果。

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本實用新型并不局限于前述的具體實施方式。本實用新型擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。