本實(shí)用新型屬于近眼顯示系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體為一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

在近眼顯示設(shè)備中，近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)是核心組成部分。一般情況下，近眼顯示系統(tǒng)中虛擬現(xiàn)實(shí)顯示屏距離使用者的眼球10cm左右，通過特殊的光學(xué)裝置將圖像清晰地投射在人眼的視網(wǎng)膜上，在使用者眼前呈現(xiàn)出虛擬大幅畫像。由此應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)即是在看到虛擬圖像的同時(shí)也會(huì)看到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。

目前，近眼顯示系統(tǒng)中的虛擬現(xiàn)實(shí)鏡片多數(shù)為非球面鏡片或者菲涅爾鏡片，無法滿足大視場(chǎng)成像要求及后工作距離(后工作距離又稱后焦距，是指鏡片曲面中心到同側(cè)焦點(diǎn)的距離)要求，同時(shí)無法矯正畸變、垂軸色差等軸外像差，使光軸上點(diǎn)不能成為一個(gè)白光點(diǎn)，而是成為彩色彌散斑，使用戶不能清晰的看清所呈現(xiàn)出的虛擬大幅畫像，只能通過其他軟件來矯正，導(dǎo)致市場(chǎng)上銷售的與之相關(guān)的VR眼鏡等產(chǎn)品制造成本高昂，進(jìn)而導(dǎo)致市場(chǎng)售價(jià)也比較貴，普通人根本無法接受此價(jià)格，不利于市場(chǎng)的推廣及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的一些缺陷，本實(shí)用新型第一個(gè)發(fā)明目的在于提供一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括了解決上述技術(shù)問題的目鏡，該目鏡具有大視場(chǎng)、短后工作距離及小像差等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在此虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)中，它具有低成本、大視場(chǎng)、短后工作距離及高成像質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的二個(gè)發(fā)明目在于提供一種頭戴顯示設(shè)備，它應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，同樣具有低成本、大視場(chǎng)、短后工作距離及高成像質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，有效提高使用者的沉浸感。

上述用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備技術(shù)上相互關(guān)聯(lián)，屬于同一個(gè)發(fā)明構(gòu)思。

為了實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，包括目鏡及用于構(gòu)建虛像的顯示屏；其中：

所述目鏡設(shè)置在所述顯示屏的一側(cè)；

所述目鏡由多個(gè)微透鏡陣列形成，所述微透鏡陣列形成陣列面，所述陣列面為曲面，所述曲面為凹凸面，凹面端朝向用戶的眼睛，凸面端朝向所述顯示屏；

所述目鏡位于入瞳和顯示屏之間；

所述微透鏡是凸透鏡。

作為優(yōu)選，所述目鏡為由多個(gè)所述微透鏡沿曲面拼成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體。

作為優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的中心位置的微透鏡是中心透鏡；中心透鏡的中心軸是目鏡的光軸；所述微透鏡的焦距及微透鏡的口徑分別由中心透鏡處向外周處逐漸變小。

作為優(yōu)選，所述微透鏡陣列還包括透明基板，所述透明基板上設(shè)有多個(gè)通孔，多個(gè)微透鏡通過分別填充所述通孔而設(shè)置在所述透明基板上。

作為優(yōu)選，所述目鏡的中心與顯示屏的中心同心設(shè)置。

作為優(yōu)選，所述微透鏡焦距在5mm～40mm之間。

作為優(yōu)選，所述微透鏡口徑的直徑在0.2mm～5mm之間。

作為優(yōu)選，所述微透鏡的陣列半徑R在50mm～∞mm之間。

作為優(yōu)選，所述目鏡中心到所述入瞳處的距離在5mm～40mm之間。

為了實(shí)現(xiàn)上述第二個(gè)發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，一種頭戴顯示設(shè)備，包括上述所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，還包括頭戴支架，頭戴支架對(duì)應(yīng)于人眼位置設(shè)有目鏡安裝通孔，微透鏡陣列形成的目鏡安裝在目鏡安裝通孔內(nèi)；顯示屏裝在頭戴支架周向外圍位置。

進(jìn)一步的，所述頭戴支架對(duì)應(yīng)于目鏡位置設(shè)有顯示屏安裝槽，所述顯示屏安裝槽的大小與所述顯示屏相適配，所述顯示屏安裝在所述顯示屏安裝槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，頭戴顯示設(shè)備是單目單屏頭戴顯示設(shè)備，頭戴支架對(duì)應(yīng)于人左眼或右眼位置處設(shè)有目鏡安裝通孔，所述目鏡安裝在所述目鏡安裝通孔內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述顯示屏的尺寸在0.61英寸～3.5英寸之間。

進(jìn)一步的，頭戴顯示設(shè)備是雙目單屏頭戴顯示設(shè)備，頭戴支架對(duì)應(yīng)于人雙眼位置處設(shè)有目鏡安裝通孔，所述目鏡安裝在所述目鏡安裝通孔內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述顯示屏的尺寸在4.7英寸～6英寸之間。

進(jìn)一步的，所述頭戴支架上還裝有可調(diào)節(jié)頭戴顯示設(shè)備松緊的頭帶。

本實(shí)用新型提供的用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備，最終使得VR眼鏡等產(chǎn)品價(jià)格低廉、可被普通人接受的一種產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)人人可以體驗(yàn)VR產(chǎn)品，同時(shí)具有大視場(chǎng)、短后工作距離及高成像質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。具體地：

(一)針對(duì)本實(shí)用新型用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，其使用的目鏡不同于目前市場(chǎng)上所用的非球面鏡片或者菲涅爾鏡片等普通透鏡，目鏡通常是由若干個(gè)透鏡組合而成，普通透鏡成像，由于其口徑和視場(chǎng)都比較大，存在嚴(yán)重的像差，同時(shí)無法將視場(chǎng)做大、后工作距離無法做短。即使普通微透鏡整列可以將后工作距離做的很小，但成像質(zhì)量仍然較差，主要是由于光軸外透鏡對(duì)軸外區(qū)成像，同樣相當(dāng)于軸外成像，成像質(zhì)量很難提高，同時(shí)由于普通微透鏡的粘合處會(huì)帶來一定的的紗網(wǎng)效應(yīng)，影響視覺，而本實(shí)用新型中的目鏡，其是基于微透鏡陣列，但此微透鏡陣列不同于普通的微透鏡陣列，本實(shí)用新型中的微透鏡陣列的陣列面是曲面，光線基本分布在此微透鏡陣列的光軸附近，可認(rèn)為對(duì)近軸區(qū)成像，基本消除軸外像差，使整個(gè)視場(chǎng)的成像都比較清晰，有效提高成像質(zhì)量，且不需通過其他軟件來矯正，降低制造成本。

(二)針對(duì)本實(shí)用新型的頭戴顯示設(shè)備，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本實(shí)用新型的頭戴顯示設(shè)備，通過使用上述所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，采用曲面微透鏡陣列作為目鏡，打破了傳統(tǒng)的微透鏡在平面上陣列的方法，使每個(gè)微透鏡都對(duì)自己光軸附近的微視場(chǎng)成像，因此所有微透鏡組合起來，所有微視場(chǎng)組合起來，使整個(gè)視場(chǎng)都達(dá)到高清晰的像質(zhì)。

2)本實(shí)用新型的頭戴顯示設(shè)備，其使用的每個(gè)微透鏡的焦距可根據(jù)需求進(jìn)行變換，有效減小整個(gè)系統(tǒng)的后工作距離，矯正軸外像差，通過變換微透鏡口徑的方法能有效平衡紗網(wǎng)效應(yīng)及白霧效應(yīng)，減輕透鏡粘合處對(duì)視覺的影響，提高成像質(zhì)量，同時(shí)有效提高使用者的沉浸感。

3)本實(shí)用新型的頭戴顯示設(shè)備，其通過微透鏡曲面陣列能有效提高像質(zhì)，不需通過其他軟件來補(bǔ)償軸外像差，降低了制造成本，有極高的量產(chǎn)性，可以滿足大眾使用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1微透鏡曲面陣列成像的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1普通透鏡成像的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1普通微透鏡成像的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1微透鏡曲面陣列成像的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例2中頭戴顯示設(shè)備雙目單屏的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例2中頭戴顯示設(shè)備單目單屏的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的舉例詳細(xì)說明，不能作為本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1

如圖1所示的用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，包括目鏡1及用于構(gòu)建虛像的顯示屏2；其中：目鏡1設(shè)置在所述顯示屏2的一側(cè)，目鏡1是由多個(gè)凸透鏡微透鏡11陣列形成的，微透鏡11陣列形成陣列面12，陣列面12為曲面，曲面為凹凸面，凹面端朝向用戶的眼睛，凸面端朝向所述顯示屏2；顯示屏2發(fā)出的光線經(jīng)過目鏡1在入瞳3處成像；目鏡1位于入瞳3和顯示屏2之間。微透鏡陣列是由通光孔徑及浮雕深度為微米級(jí)的透鏡組成的陣列，此結(jié)構(gòu)制作的時(shí)候充分考慮了微透鏡11陣列形成的陣列面12對(duì)該虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)的影響，同時(shí)對(duì)多個(gè)微透鏡11粘合處進(jìn)行處理，使其減輕微透鏡11結(jié)合處對(duì)視覺及成像質(zhì)量的影響。

如圖1所示，為了使多個(gè)微透鏡11粘合形成的目鏡1結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，在微透鏡陣列面設(shè)置供微透鏡11安裝的基板13，基板13上根據(jù)微透鏡11口徑的大小設(shè)有大小不一的多個(gè)通孔，多個(gè)微透鏡11通過分別填充上述通孔而設(shè)置在基板13上，實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。

本實(shí)用新型的虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)屬于同軸系統(tǒng)，即光軸4從入瞳3處穿過目鏡1和顯示屏2的中心，如圖1所示，光軸4穿過的微透鏡為中心透鏡110，此系統(tǒng)使每個(gè)微透鏡11的成像區(qū)都在各自的光軸4附近，可基本消除外像差，使整個(gè)視場(chǎng)都比較清晰，形成較高質(zhì)量的像質(zhì)。

目鏡1為微透鏡11組成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，從其微透鏡陣列形成的陣列面12為曲面，可以看出目鏡1是凹凸鏡，為了使其可以消除軸外像差，可以根據(jù)需要設(shè)定面曲率，其從入瞳3一側(cè)凸向顯示屏2一側(cè)，顯示屏2發(fā)出的光線經(jīng)過目鏡1在入瞳3處成像。

如圖2所示，普通透鏡成像，由于普通透鏡的口徑和視場(chǎng)都比較大，導(dǎo)致形成的像質(zhì)存在嚴(yán)重的像差，即使使用非球面透鏡，也只是在光軸4上或者近軸區(qū)成像質(zhì)量較好，而光軸4外光的成像質(zhì)量仍然很差，同時(shí)無法將視場(chǎng)做大，后工作距離無法做短。

如圖3所示，普通外透鏡陣列可以將后工作距離做的很小，但成像質(zhì)量仍然較差，主要是由于軸外透鏡對(duì)軸外區(qū)成像，同樣相當(dāng)于軸外成像，成像質(zhì)量很難提高，同時(shí)由于普通微透鏡粘合處會(huì)帶來一定紗網(wǎng)效應(yīng)，影響視覺，且全口徑區(qū)對(duì)屏幕成像為軸外成像，由于視場(chǎng)較大，因此軸外像差會(huì)很嚴(yán)重，同樣無法兼顧小后工作距離、高成像質(zhì)量的要求。

如圖4所示，本實(shí)用新型中的光線基本分布在微透鏡11光軸附件，可認(rèn)為對(duì)近軸區(qū)成像，微透鏡11陣列的曲面率可以根據(jù)需要設(shè)定，此陣列半徑R的尺寸在50mm～∞mm之間，可使每個(gè)微透鏡11的成像區(qū)都在各自的光軸4附近，基本可以消除軸外像差，使整個(gè)視場(chǎng)的成像都達(dá)到高質(zhì)量。同時(shí)，本實(shí)用新型中微透鏡11的口徑可以根據(jù)不同要求設(shè)置微透鏡11的口徑排布，微透鏡11口徑的直徑在0.2mm～5mm之間，為了使成像質(zhì)量較高，微透鏡11口徑的大小可由中心透鏡110處向四周逐漸遞減，且微透鏡11陣列密度越高，紗網(wǎng)效應(yīng)越不明顯，但成像白霧較高；微透鏡11陣列密度越低，紗網(wǎng)越明顯，但白霧越低，因此可以根據(jù)使用過程中，使用者的需求對(duì)微透鏡11的口徑排布進(jìn)行設(shè)置。

微透鏡11的后工作距離的尺寸在5mm～40mm之間，解決了傳統(tǒng)普通透鏡及普通微透鏡使用時(shí)不能縮短后工作距離、無法滿足大視場(chǎng)的問題。

實(shí)施例2

如圖5和圖6所示，一種頭戴顯示設(shè)備，包括使用上述所述的用于虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示系統(tǒng)，還包括頭戴支架51，頭戴支架51對(duì)應(yīng)于人眼位置設(shè)有目鏡安裝通孔，微透鏡11陣列形成的目鏡1安裝在目鏡安裝通孔內(nèi)；顯示屏2裝在頭戴支架51周向外圍位置。

為了如手機(jī)及視屏播放器等帶有顯示屏2的設(shè)備能夠較好的安裝在頭戴支架上，還可以在頭戴支架上設(shè)置顯示屏安裝槽52，可以將手機(jī)、視屏播放器等放置在顯示屏安裝槽52內(nèi)，顯示屏2一側(cè)對(duì)準(zhǔn)人眼位置放置，還可以在頭戴支架51上設(shè)置可活動(dòng)的夾板夾。

為了使使用者獲得較高的舒適度且使頭戴顯示設(shè)備固定在使用者的頭上，使其雙目對(duì)焦屏幕，還在頭戴顯示設(shè)備上設(shè)置了可調(diào)節(jié)松緊的頭帶53，使用者可根據(jù)需要調(diào)節(jié)頭帶53的松緊，使用平滑的頭帶53，還可使使用著不論坐著還是躺著都可以使用，不受姿勢(shì)的限制，適用范圍更廣。

其中屏幕的大小決定整個(gè)系統(tǒng)的厚度，對(duì)于消費(fèi)類頭戴顯示設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)越薄越好，而屏幕越小，視場(chǎng)角越小，此處視場(chǎng)角FOV＝2α＝90°～180°，因此對(duì)于產(chǎn)品需要在屏幕尺寸、系統(tǒng)厚度、視場(chǎng)角之間平衡。對(duì)于單目單屏，屏幕的大小一般滿足：對(duì)角線長(zhǎng)＝0.61英寸～3.5英寸；對(duì)于雙目單屏，屏幕的大小一般滿足：對(duì)角線長(zhǎng)＝4.7英寸～6英寸。

本實(shí)用新型提供了一種大視場(chǎng)、短后工作距離及高成像質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及頭戴顯示設(shè)備，有效解決了目前市場(chǎng)上使用單鏡片存在的缺陷，增大視場(chǎng)角可有效提高使用者的沉浸感，短的后工作距離可有效減小設(shè)備的尺寸，使設(shè)備更輕便，同時(shí)，目鏡可適配較小尺寸的屏幕，解決了單鏡片無法適配小尺寸屏幕的缺點(diǎn)。

盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。