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] 本實(shí)用新型設(shè)及光學(xué)領(lǐng)域，尤其設(shè)及應(yīng)用于頭戴顯示設(shè)備上的光學(xué)放大組合鏡， W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(shí)顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)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(huì)做得比較?。ㄈ艨趶阶龃蠊鈱W(xué)系統(tǒng)的重量和體積均會(huì)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(huì)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(shí)現(xiàn)頭 戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)大視場成為亟待解決的問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是提供一種光學(xué)放大組合鏡，W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(shí)顯示設(shè)備，解決現(xiàn)有頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種光學(xué)放大組合鏡，在頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí) 顯示設(shè)備中使用，所述光學(xué)放大組合鏡包括主鏡和副鏡，主鏡分中屯、區(qū)域和邊緣區(qū)域，中屯、 區(qū)域?yàn)橥雇哥R或組合凸透鏡，邊緣區(qū)域?yàn)榫劢贡⌒凸鈱W(xué)元件；副鏡為一組中屯、縷空的聚焦 薄型光學(xué)元件，主鏡與副鏡疊合在一起，副鏡聚焦薄型光學(xué)元件中屯、縷空區(qū)域與主鏡中屯、 區(qū)域凸透鏡部分緊密配合，主鏡邊緣區(qū)域聚焦薄型光學(xué)元件與副鏡聚焦薄型光學(xué)元件重疊 在一起。
[0005] 優(yōu)選的，主鏡邊緣區(qū)域聚焦薄型光學(xué)元件與副鏡聚焦薄型光學(xué)元件重疊在一起后 的疊加焦距與主鏡中屯、區(qū)域焦距之差小于10毫米。
[0006] 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。
[0007] 優(yōu)選的，所述主鏡中屯、區(qū)域?yàn)榉乔蛎嫱哥R；所述主鏡邊緣區(qū)域和副鏡均為平面基 底菲涅爾透鏡，，二者形狀及大小一致。
[0008] 優(yōu)選的，所述主鏡中屯、區(qū)域凸透鏡表面刻有用于消色差的紋路。
[0009] 其中，所述主鏡具有一個(gè)中屯、區(qū)域，或左右對稱的兩個(gè)中屯、區(qū)域；所述副鏡中屯、縷 空區(qū)域個(gè)數(shù)與主鏡中屯、區(qū)域個(gè)數(shù)一致。
[0010] 優(yōu)選的，主鏡中屯、區(qū)域和邊緣區(qū)域?yàn)橐惑w注塑成型。
[0011] 相應(yīng)的，本實(shí)用新型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，光學(xué)放大 鏡組包括至少一片上述的光學(xué)放大組合鏡。
[0012] 優(yōu)選的，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(yuǎn)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。
[0013] 優(yōu)選的，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(yuǎn)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。
[0014] 相應(yīng)的，本實(shí)用新型還提供一種頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)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)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：
[0016] 1.本實(shí)用新型光學(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(yùn)用 于頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備上，既能保證中屯、畫質(zhì)，又同時(shí)擴(kuò)大了人眼的邊緣視野，增強(qiáng)了 使用者的沉浸感；
[0017] 2.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(shí)顯示設(shè)備的 重量，減輕了重量對佩戴造成的不適感。
[0018] 3.采用副鏡作為主鏡的補(bǔ)償鏡，與主鏡邊緣區(qū)域疊加，使得主鏡邊緣區(qū)域可W擁 有較大焦距，從而增加邊緣區(qū)域厚度，可降低對生產(chǎn)工藝高要求的限制，能有效降低注塑成 本。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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 是本實(shí)用新型的一些實(shí)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(dòng)性的前 提下，還可W根據(jù)該些附圖獲得其他的附圖：
[0020] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡的一種結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0021] 圖2(a)、（b)、（c)分別為圖1光學(xué)放大時(shí)組合鏡組合好后的左視圖、俯視圖和主視 圖的示意圖；
[0022] 圖3 (a)、化）為本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡主鏡邊緣區(qū)域和副鏡的兩種外 形輪廓示意圖；
[0023] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡主鏡的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5為對應(yīng)圖4主鏡的副鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[00巧]圖6(a)、化）均為本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡在光路圖中的元件示意圖；
[0026] 圖7為本實(shí)用新型頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖8為圖7和圖12中光學(xué)放大組合鏡中屯、區(qū)域和邊緣區(qū)域的光學(xué)參數(shù)標(biāo)注示意 圖；
[0028] 圖9為本實(shí)用新型頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖10為本實(shí)用新型頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖11為圖10中光學(xué)放大組合鏡中屯、區(qū)域和邊緣區(qū)域的光學(xué)參數(shù)標(biāo)注示意圖；
[0031] 圖12為本實(shí)用新型頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實(shí)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(biāo)注示意圖；
[0033]圖14為本實(shí)用新型頭戴顯示光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例5結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖中標(biāo)記；A-光學(xué)放大組合鏡的中屯嘔域，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，21-主鏡，22-副鏡，3-聚焦薄型光學(xué)元件，4-凸透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0036] 本實(shí)用新型光學(xué)放大組合鏡主要針對頭戴式VR顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，VR指虛擬現(xiàn)實(shí)，是 VirtualReality的簡稱。
[0037] 下面結(jié)合圖1~圖3介紹本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡的一種結(jié)構(gòu)，圖1~ 圖3介紹的光學(xué)放大組合鏡結(jié)構(gòu)為單目結(jié)構(gòu)。如圖1，本實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡2包括主 鏡21和副鏡22,主鏡21分中屯、區(qū)域A和邊緣區(qū)域B，中屯、區(qū)域A為凸透鏡（單凸或雙凸） 或組合凸透鏡，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），邊緣區(qū) 域B的內(nèi)徑與中屯、區(qū)域A的外徑緊密配合；副鏡22為一組中屯、縷空的聚焦薄型光學(xué)元件， 主鏡21與副鏡22疊合在一起，副鏡22聚焦薄型光學(xué)元件中屯、縷空區(qū)域與主鏡中屯、區(qū)域凸 透鏡部分緊密配合，主鏡21邊緣區(qū)域聚焦薄型光學(xué)元件與副鏡22聚焦薄型光學(xué)元件重疊 在一起。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(gè)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；所述聚焦薄型光學(xué)元件可W為菲涅爾透鏡、菲涅爾波帶片或二元 光學(xué)元件。主鏡中屯、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(kuò)大VR顯示系統(tǒng)的周邊視野。主鏡21和副鏡22通過光學(xué)膠合或機(jī)械組合方式 結(jié)合在一起，光學(xué)放大組合鏡2的左視圖、俯視圖和主視圖可參考圖2。副鏡22可安裝于主 鏡21任一側(cè)，即當(dāng)本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡2安裝于頭戴式顯示設(shè)備上時(shí)，副鏡 可位于主鏡遠(yuǎn)離人眼一側(cè)，也可W位于靠近人眼一側(cè)。
[0038] 本實(shí)用新型實(shí)施例中，光學(xué)放大組合鏡2的主鏡21邊緣區(qū)域B聚焦薄型光學(xué)元件 與副鏡22聚焦薄型光學(xué)元件重疊在一起后的疊加焦距，與主鏡中屯、區(qū)域焦距相當(dāng)，本處焦 距相當(dāng)可理解為焦距接近，可定義為二者焦距差在10毫米W內(nèi)。
[0039] 一種實(shí)施例中，所述主鏡21的中屯、區(qū)域A為非球面透鏡，邊緣區(qū)域B和副鏡22均 為平面基底菲涅爾透鏡，，二者形狀及大小一致。平面基底菲涅爾透鏡一面為光面，另一面 刻有同屯、銀齒圓環(huán)，該類光學(xué)放大組合鏡安裝于頭戴式VR顯示設(shè)備上時(shí)，菲涅爾透鏡優(yōu)選 光面面對人眼。
[0040] 本實(shí)用新型實(shí)施例中，主鏡21中屯、區(qū)域A的外圍輪廓形狀不限，可W是圓形的，也