光學(xué)放大組合鏡、頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用于頭戴顯示設(shè)備上的光學(xué)放大組合鏡，以及 帶有該光學(xué)放大組合鏡的頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)和頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)的光學(xué)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(xué)透鏡，受光學(xué)加工技術(shù)及光學(xué)材料的限制，顯示系統(tǒng)中的光學(xué)放 大鏡組的口徑通常會做得比較?。ㄈ艨趶阶龃蠊鈱W(xué)系統(tǒng)的重量和體積均會大幅增加），使 用者通過光學(xué)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。在保證頭戴設(shè)備體積足夠小、重量足夠輕的前提下，如何實現(xiàn)頭 戴式虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)大視場成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)放大組合鏡，以及帶有該光學(xué)放大組合鏡的頭戴顯 示光學(xué)系統(tǒng)和頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備，解決現(xiàn)有頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)使用傳統(tǒng)透鏡 導(dǎo)致的視野與產(chǎn)品體積和重量不可兼顧的問題。
[0004] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種光學(xué)放大組合鏡，在頭戴式虛擬現(xiàn)實 顯示設(shè)備中使用，所述光學(xué)放大組合鏡包括中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，中心區(qū)域為凸透鏡或組 合凸透鏡，邊緣區(qū)域為聚焦薄型光學(xué)元件，中心區(qū)域?qū)?yīng)主視場成像，邊緣區(qū)域?qū)?yīng)邊緣視 場成像。
[0005] 優(yōu)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(xué)透鏡；所述聚焦薄 型光學(xué)元件為菲涅爾透鏡或菲涅爾波帶片或二元光學(xué)元件。
[0006] 優(yōu)選的，所述光學(xué)放大組合鏡具有一個中心區(qū)域，或左右對稱的兩個中心區(qū)域。
[0007] 在一實施方式中，所述中心區(qū)域為非球面透鏡；所述邊緣區(qū)域為平面基底菲涅爾 透鏡，其一面為光面，另一面刻有同心鋸齒圓環(huán)。
[0008] 在一實施方式中，所述凸透鏡表面刻有用于消色差的紋路。
[0009] 在一實施方式中，所述中心區(qū)域與邊緣區(qū)域之間的焦距差小于10毫米。
[0010] 在一實施方式中，所述中心區(qū)域和邊緣區(qū)域為一體注塑成型。
[0011] 在一實施方式中，所述中心區(qū)域和邊緣區(qū)域分別為單獨元件，邊緣區(qū)域元件的鏤 空區(qū)域輪廓形狀與中心區(qū)域元件的外圍輪廓形狀一致，且能緊密配合；中心區(qū)域元件和邊 緣區(qū)域元件通過光學(xué)膠合或機械組合方式結(jié)合在一起。
[0012] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)，包括圖像顯示源和光學(xué)放大鏡組， 圖像顯示源顯示的光信息，經(jīng)光學(xué)放大鏡組放大后的投影虛像由人眼接收，其特征在于，光 學(xué)放大鏡組包括至少一片上述的光學(xué)放大組合鏡。
[0013] 在一實施方式中，所述光學(xué)放大鏡組還包括一片或多片聚焦薄型光學(xué)元件，聚焦 薄型光學(xué)元件位于光學(xué)放大組合鏡遠離人眼一端，圖像顯示源顯示的光信息先經(jīng)過聚焦薄 型光學(xué)元件，再經(jīng)光學(xué)放大組合鏡射入人眼。
[0014] 在另一實施方式中，所述光學(xué)放大鏡組還包括一片或多片凸透鏡，凸透鏡位于光 學(xué)放大組合鏡遠離人眼一端，圖像顯示源顯示的光信息先經(jīng)過凸透鏡，再經(jīng)光學(xué)放大組合 鏡射入人眼。
[0015] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備，包括一組和或兩組上述的 頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)。
[0016] 優(yōu)選的，當所述頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備為雙目頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備時，其 兩組頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)中的部分光學(xué)元件為左右一體成型。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] 本發(fā)明光學(xué)放大組合鏡，采用傳統(tǒng)透鏡與聚焦薄型光學(xué)元件的結(jié)合，運用于頭戴 式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè)備上，既能保證中心畫質(zhì)，又同時擴大了人眼的邊緣視野，增強了使用者 的沉浸感；另外由于聚焦薄型光學(xué)元件的使用，很大程度上減小了頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示設(shè) 備的重量，減輕了重量對佩戴造成的不適感。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖：
[0020] 圖1為本發(fā)明實施例光學(xué)放大組合鏡的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為圖1光學(xué)放大組合鏡的一種結(jié)構(gòu)分解圖；
[0022] 圖3(a)、（b)、（c)分別為圖1光學(xué)放大時組合鏡的左視圖、俯視圖和主視圖的示意 圖；
[0023] 圖4(a)、（b)為本發(fā)明實施例光學(xué)放大組合鏡邊緣區(qū)域的兩種外形輪廓示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明實施例光學(xué)放大組合鏡的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖6(a)、（b)均為本發(fā)明實施例光學(xué)放大組合鏡在光路圖中的元件示意圖；
[0026] 圖7為本發(fā)明頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖8為圖7和圖12中光學(xué)放大組合鏡中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的光學(xué)參數(shù)標注示意 圖；
[0028] 圖9為本發(fā)明頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實施例3結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖11為圖10中光學(xué)放大組合鏡中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的光學(xué)參數(shù)標注示意圖；
[0031] 圖12為本發(fā)明頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實施例4結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖13為圖12中凸透鏡4的參數(shù)標注示意圖；
[0033] 圖14為本發(fā)明頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實施例5結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖中標記：A-光學(xué)放大組合鏡的中心區(qū)域，B-光學(xué)放大組合鏡的邊緣區(qū)域1-圖像 顯示源，2-光學(xué)放大組合鏡，3-聚焦薄型光學(xué)元件，4-凸透鏡。
【具體實施方式】
[0035] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)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，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0036] 本發(fā)明光學(xué)放大組合鏡主要針對頭戴式VR顯示系統(tǒng)設(shè)計，VR指虛擬現(xiàn)實，是 Virtual Reality 的簡稱。
[0037] 下面結(jié)合圖1~圖4介紹本發(fā)明實施例光學(xué)放大組合鏡的一種結(jié)構(gòu)，圖1~圖4介 紹的光學(xué)放大組合鏡結(jié)構(gòu)為單目結(jié)構(gòu)。本實施例光學(xué)放大組合鏡包括中心區(qū)域A和邊緣區(qū) 域B兩部分，邊緣區(qū)域B的內(nèi)徑與中心區(qū)域A的外徑緊密配合。中心區(qū)域A為凸透鏡（單 凸或雙凸）或組合凸透鏡，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(xué)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；邊緣區(qū)域B為聚焦薄型光學(xué)元件（有聚焦功能 的薄片型光學(xué)元件），所述聚焦薄型光學(xué)元件包括菲涅爾透鏡、菲涅爾波帶片和二元光學(xué)元 件。中心區(qū)域A對應(yīng)主視場成像，具有優(yōu)質(zhì)的畫質(zhì)；邊緣區(qū)域B對應(yīng)邊緣視場成像，可有效 擴大VR顯示系統(tǒng)的周邊視野。
[0038] 本發(fā)明實施例中，光學(xué)放大組合鏡中心區(qū)域A的外圍輪廓形狀不限，可以是圓形 的，也可以是矩形或其它非規(guī)則形狀，邊緣區(qū)域B的鏤空區(qū)域輪廓形狀與區(qū)域A的外圍輪廓 形狀一致，并能緊密配合；邊緣區(qū)域B外圍輪廓形狀不限，根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境可任意調(diào)整，邊 緣區(qū)域B形狀如圖4(a)和圖4(b)均可。
[0039] 本發(fā)明實施例中，中心區(qū)域A和邊緣區(qū)域B的材質(zhì)可以是相同的，如都是光學(xué)塑料 PMMA，也可以是不同的，如區(qū)域A材質(zhì)為光學(xué)塑料PMMA，區(qū)域B的材質(zhì)為E48R。
[0040] 將本發(fā)明實施例光學(xué)放大組合鏡運用