本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種頭戴顯示裝置及其目鏡光學(xué)系統(tǒng)的加工方法。

背景技術(shù)：

隨著電子器件不斷向超微型化發(fā)展，以及新的計(jì)算機(jī)、微電子、光電器件和通信理論和技術(shù)的發(fā)展，可穿戴計(jì)算這種基于“以人為本”“人機(jī)合一”的新型模式已經(jīng)成為可能。在軍事、工業(yè)、醫(yī)療、教育、消費(fèi)等領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)應(yīng)用。在一個(gè)典型的可穿戴計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)中，頭戴式顯示裝置是關(guān)鍵的組成部分。頭戴顯示裝置通過光學(xué)技術(shù)，將微型圖像顯示器(例如透射式或反射式液晶顯示屏，有機(jī)電致發(fā)光器件，dmd器件)發(fā)出的視頻圖像光引導(dǎo)到使用者的瞳孔，在使用者的近目范圍實(shí)現(xiàn)虛擬、放大圖像，為使用者提供直觀、可視的圖像、視頻、文字信息。目鏡光學(xué)系統(tǒng)是頭戴顯示裝置的核心，實(shí)現(xiàn)將微型圖像顯示在人眼前形成虛擬放大圖像的功能。

頭戴顯示裝置向著體積緊湊，重量輕，便于頭戴，減輕負(fù)載等方向發(fā)展。同時(shí)，大視場角和視覺舒適體驗(yàn)也逐漸成為衡量頭戴顯示裝置優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，大視場角決定了高臨場感的視覺體驗(yàn)效果，高像質(zhì)、低畸變決定了視覺體驗(yàn)的舒適度。滿足這些要求，需要目鏡光學(xué)系統(tǒng)盡可能地實(shí)現(xiàn)大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等指標(biāo)，同時(shí)滿足上述光學(xué)性能對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和像差優(yōu)化是很大挑戰(zhàn)。

在加工目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，一般需要根據(jù)顯示屏尺寸的大小對目鏡光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行切邊加工，仍能保證在滿足上述光學(xué)性能的情況下，盡量減輕目鏡光學(xué)系統(tǒng)的重量和體積，使得頭戴顯示裝置產(chǎn)品佩帶更加舒適。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種光學(xué)性能好、體積緊湊、重量輕、可加工性好的帶寬邊切邊目鏡光學(xué)系統(tǒng)的頭戴顯示裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

構(gòu)造一種頭戴顯示裝置，包括對應(yīng)設(shè)置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和顯示屏；所述顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例范圍為：1:1-16:3，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少包括一片或多片透鏡；其中，至少有一片所述透鏡的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，且所述透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，至少有一片所述透鏡的長邊為進(jìn)行過切邊處理后的長邊，且進(jìn)行長邊切邊后的所述透鏡的正視圖是四角為圓弧狀的矩形；

在所述透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為1.03-1.1時(shí)，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，至少有一片所述透鏡的長邊為進(jìn)行過切邊處理后的長邊，且進(jìn)行長邊切邊后的所述透鏡的正視圖是四角為圓弧狀的矩形；

在所述透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為大于1.1時(shí)，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.9。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:16，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.66；

和/或，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:12，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值為：大于0.57；

和/或，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.87。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:10，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.51；

和/或，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.91。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:9，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.47；

和/或，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.93。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括兩片透鏡，分別為：第一透鏡和第二透鏡；其中，

所述第一透鏡的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊；

所述第二透鏡的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，同時(shí)所述第二透鏡的長邊為進(jìn)行切邊處理后的長邊。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括三片透鏡，分別為：第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡；其中，

第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，同時(shí)第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的長邊為進(jìn)行切邊處理后的長邊。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括四片透鏡，分別為：第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡；其中，

所述第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡的寬邊均為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述頭戴顯示裝置為單眼頭戴顯示裝置，包括：

一個(gè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)；和，一個(gè)與所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的顯示屏。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述頭戴顯示裝置為雙眼頭戴顯示裝置，包括：

一個(gè)左眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)；和，一個(gè)與所述左眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的左眼顯示屏；

一個(gè)右眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)；和，一個(gè)與所述右眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的右眼顯示屏。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括：

沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中第一透鏡靠近人眼側(cè)，第三透鏡靠近像源側(cè)，像源光線先后通過第三透鏡、第二透鏡、第一透鏡被人眼觀看；

所述第一透鏡和第二透鏡組成的組合光焦度為正值，且第二透鏡靠近像源側(cè)的表面凸向像源方向；

所述第三透鏡的兩個(gè)光學(xué)表面曲率方向相同，均凹向像源方向。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括：

包括從人眼觀察側(cè)到顯示屏側(cè)沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負(fù)值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值；

所述第一透鏡組由兩片透鏡構(gòu)成，分別是靠近人眼側(cè)的第四透鏡和遠(yuǎn)離人眼側(cè)的第五透鏡，且所述第四透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第四透鏡是負(fù)透鏡；所述第五透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼側(cè)，曲率半徑為負(fù)值；

所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構(gòu)成，其中所述第二鏡片組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第六透鏡，以及包括第七透鏡，所述第六透鏡為正透鏡，所述第七透鏡位于所述第六透鏡與顯示屏側(cè)之間。

本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括：包括從人眼觀察側(cè)到顯示屏側(cè)沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負(fù)值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值；

所述第一透鏡組由兩片透鏡構(gòu)成，分別是靠近人眼側(cè)的第八透鏡和遠(yuǎn)離人眼側(cè)的第九透鏡，且所述第八透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第九透鏡是負(fù)透鏡；所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構(gòu)成，其中所述第二鏡片組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第十透鏡，所述第十透鏡為正透鏡；

所述第二透鏡組還包括第十一透鏡和第十二透鏡，第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按從人眼側(cè)到微型顯示器側(cè)依次排列；

第十一透鏡位于所述第十透鏡與顯示屏側(cè)之間。

本發(fā)明還提供了一種如前所述的頭戴顯示裝置目鏡光學(xué)系統(tǒng)的加工方法，其中，包括以下步驟：

對所述頭戴顯示裝置透鏡的寬邊進(jìn)行切邊處理；

其中，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66；所述顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例范圍為：1:1-16:3。

本發(fā)明所述的加工方法，其中，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸為d，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸為e，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)加工前外徑為b；其中，b、d、e滿足如下關(guān)系式(3)：

(3)；

在e/b的值大于0.92時(shí)，不對所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)行長邊切邊處理。

本發(fā)明所述的加工方法，其中，進(jìn)一步包括步驟：對所述頭戴顯示裝置透鏡的長邊進(jìn)行切邊處理；其中，

在所述透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為1.03-1.1時(shí)，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80；

或者進(jìn)一步包括步驟：對所述頭戴顯示裝置透鏡的長邊進(jìn)行切邊處理；其中，

在所述透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為大于1.1時(shí)，所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于 0.9。

本發(fā)明的有益效果在于：通過按照設(shè)定好的切割方法，對透鏡的寬邊進(jìn)行切邊，或者同時(shí)對其長邊進(jìn)行切邊，使得目鏡光學(xué)系統(tǒng)整體重量減輕，且易加工和裝配，同時(shí)可保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)在滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能的情況下，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的部分實(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)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖：

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的寬邊切邊方式示意圖；

圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)視圖；

圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中多個(gè)透鏡立體裝配示意圖；

圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊切邊前的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖；

圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖；

圖6是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的寬邊和長邊同時(shí)切邊方式示意圖一；

圖7是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊和長邊同時(shí)切邊后的 目鏡光學(xué)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)視圖一；

圖8是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊和長邊同時(shí)切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)視圖一；

圖9是圖7和圖8中所示的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖；

圖10是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的寬邊和長邊同時(shí)切邊方式示意圖二；

圖11是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的經(jīng)寬邊和長邊同時(shí)切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)視圖二；

圖12是本發(fā)明較佳實(shí)施例的經(jīng)寬邊和長邊同時(shí)切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)視圖二；

圖13是本發(fā)明較佳實(shí)施例的經(jīng)寬邊和長邊同時(shí)切邊前的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖；

圖14是本發(fā)明較佳實(shí)施例的經(jīng)寬邊和長邊同時(shí)切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖；

圖15是本發(fā)明較佳實(shí)施例的頭戴顯示裝置的對透鏡進(jìn)行切角處理方式示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的帶寬邊切邊目鏡光學(xué)系統(tǒng)的頭戴顯示裝置包括對應(yīng)設(shè)置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和顯示屏；顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例范圍為：1:1-16:3；目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少包括一片或多片透鏡；其中，至少有一片透鏡的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66，包括：0.22、0.27、0.32、0.36、0.40、0.44、0.47、0.51、0.54、0.57、0.59、0.62、0.64、0.66?；蛘哌M(jìn)一步地，顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例范圍為：1:1-2:1；目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少包括一片或多片透鏡；其中，至少有一片透鏡的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.44-0.66。

經(jīng)驗(yàn)證，在對透鏡的寬邊進(jìn)行切邊后，使得其保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66，優(yōu)選為0.44-0.66，不僅能使目鏡光學(xué)系統(tǒng)整體重量減輕、易加工和裝配，同時(shí)可保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。

由于目鏡光學(xué)系統(tǒng)為軸對稱光學(xué)結(jié)構(gòu)，用來觀察矩形顯示區(qū)域時(shí)，有一部分通光范圍是沒有被有效利用到的，因此可以根據(jù)顯示屏的有效顯示畫面比例對透鏡的長邊和/或?qū)掃呥M(jìn)行切割，將其沒有被有效利用的通光范圍對應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)部分去除，剩余部分的光學(xué)結(jié)構(gòu)仍可保證滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能。

圖1示出了一種頭戴顯示裝置的寬邊切邊方式，其中兩條平行虛線位置即為切除線，直徑較大的實(shí)線圓環(huán)表示透鏡原始尺寸，直徑較小的實(shí)線圓環(huán)表示透鏡的最大有效光學(xué)尺寸。其中，a為透鏡的最大有效光學(xué)孔徑，b為透鏡外 徑，c為透鏡加工制造余量，d為透鏡寬邊切邊后的保留尺寸。

圖2示出了采用圖1的切邊方式進(jìn)行切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)，圖3示出了采用圖1的切邊方式進(jìn)行切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)立體裝配結(jié)構(gòu)，可見其中上下邊緣被切除，兩側(cè)的弧形被保留，便于目鏡光學(xué)系統(tǒng)在頭戴顯示裝置中的安裝固定。圖4示出了經(jīng)寬邊切邊前的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖，可以看出其光線覆蓋范圍并不涉及目鏡光學(xué)系統(tǒng)的整個(gè)表面，而是其中的某一矩形區(qū)域；圖5示出了經(jīng)寬邊切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖，可以看出經(jīng)過切除部分透鏡，并未影響其光線通過部分，保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，上述頭戴顯示裝置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中至少有一片透鏡的長邊為進(jìn)行過切邊處理后的長邊，且進(jìn)行長邊切邊后的透鏡的正視圖是四角為圓弧狀的矩形；在透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為1.03-1.1時(shí)，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80；或者，在透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為大于1.1時(shí)，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.9。

圖6示出了一種頭戴顯示裝置的長邊和寬邊同時(shí)切邊方式，其中兩組平行虛線位置即分別為長邊和寬邊切除線，直徑較大的實(shí)線圓環(huán)表示透鏡原始尺寸，直徑較小的實(shí)線圓環(huán)表示透鏡的最大有效光學(xué)尺寸。其中，a為透鏡的最大有效光學(xué)孔徑，b為透鏡外徑，c為透鏡加工制造余量，d為透鏡進(jìn)行寬邊切邊后的保留尺寸，e表示透鏡進(jìn)行長邊切邊后的保留尺寸。

圖7和圖8分別示出了本發(fā)明的頭戴顯示裝置按圖6中所示意的方式進(jìn)行寬邊和長邊同時(shí)切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)，可看出進(jìn)行寬邊 和長邊切邊后的透鏡是四角為圓弧狀的矩形。圖9示出了圖7和圖8中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)四分之一的光路圖，可看出即使進(jìn)行了長邊和寬邊切邊，其光路100并未受到影響，仍能保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:16時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.66；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:15時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.64；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.82。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:14時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.62；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.84。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:13時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.59；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.86。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:12時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值為：大于0.57；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡 的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.87。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例范圍為：大于16:11時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.54；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.89。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:10時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.51；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.91。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:9時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.47；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.93。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:8時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.44；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.94。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:7時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.40；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.96。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:6時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué) 孔徑比值范圍為：大于0.36；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.98。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:5時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.32；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.99。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:4時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.27；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于1.00。

優(yōu)選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:3時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.22；和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于1.02。

圖10示出了一種頭戴顯示裝置的長邊和寬邊同時(shí)切邊方式，其中兩組平行虛線位置即分別為長邊和寬邊切除線，直徑較大的實(shí)線圓環(huán)表示透鏡原始尺寸，直徑較小的實(shí)線圓環(huán)表示透鏡的最大有效光學(xué)尺寸。其中，a為透鏡的最大有效光學(xué)孔徑，b為透鏡外徑，c為透鏡加工制造余量，d為透鏡進(jìn)行寬邊切邊后的保留尺寸，e表示透鏡進(jìn)行長邊切邊后的保留尺寸。

圖11和圖12分別示出了本發(fā)明的頭戴顯示裝置按圖10中所示意的方式進(jìn)行寬邊和長邊同時(shí)切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)，可看出進(jìn)行寬邊和長邊切邊后的透鏡30是矩形；透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.683-0.992。圖13示出了按圖6、圖 10的方式進(jìn)行長邊及寬邊切邊前的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路圖，圖14示出了按圖6、圖10的方式進(jìn)行長邊及寬邊切邊后的目鏡光學(xué)系統(tǒng)光路圖，可看出即使進(jìn)行了長邊和寬邊切邊，其光路100并未受到影響，仍能保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能。

優(yōu)選地，上述實(shí)施例中，按圖10所示意的方式進(jìn)行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:16時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.66；透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.683；

優(yōu)選地，上述實(shí)施例中，按圖10所示意的方式進(jìn)行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:12時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值為：大于0.57；透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.778。

優(yōu)選地，上述實(shí)施例中，按圖10所示意的方式進(jìn)行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:10時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.51；透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.832。

優(yōu)選地，上述實(shí)施例中，按圖10所示意的方式進(jìn)行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例為16:9時(shí)，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.47；透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.860。

在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，按圖15所示意的方式進(jìn)行切邊處理，透鏡的長邊為進(jìn)行過切邊處理后的長邊，透鏡的正視圖是由矩形切去四角后形成的多邊形；透鏡的正視圖中四角被切去的部分均為三角形；三角形與透鏡的寬邊對應(yīng) 邊z1的邊長記為f，三角形與透鏡的長邊對應(yīng)邊z2的邊長記為g，三角形的第三條邊z3的邊長記為h，z1到z3對應(yīng)的角為∠α，顯示屏有效顯示畫面對角線到顯示屏有效畫面長邊的角為∠β；其中，滿足下述關(guān)系式(1)和(2)：

∠α＝∠β＝atan(b/a)(1)；

f/d≤0.26(2)；

上述關(guān)系式(1)和(2)中，a為顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度，b為顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的寬度，d為透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸。

本發(fā)明提供的各實(shí)施例中，頭戴顯示裝置可以為單眼頭戴顯示裝置，包括：一個(gè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)；和，一個(gè)與目鏡光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的顯示屏?；蛘?，頭戴顯示裝置為雙眼頭戴顯示裝置，包括：一個(gè)左眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)；和，一個(gè)與左眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的左眼顯示屏；一個(gè)右眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)；和，一個(gè)與右眼目鏡光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的右眼顯示屏。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，如圖7、圖8和圖9所示，頭戴顯示裝置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括兩片透鏡20：第一透鏡21和第二透鏡22。其中，第一透鏡21的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊；第二透鏡22的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，同時(shí)第一透鏡21和第二透鏡22的長邊為進(jìn)行切邊處理后的長邊。第一透鏡21和第二透鏡22寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66。在透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為1.03-1.1時(shí)，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80。在透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為大于1.1時(shí)，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.9。

在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，如圖13和圖14所示，頭戴顯示裝置的目鏡光 學(xué)系統(tǒng)包括三片透鏡：沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23，其中第一透鏡21靠近人眼側(cè)，第三透鏡23靠近像源側(cè)，像源光線先后通過第三透鏡23、第二透鏡22、第一透鏡21被人眼觀看；所述第二透鏡22靠近像源側(cè)的表面凸向像源方向；所述第三透鏡23的兩個(gè)光學(xué)表面曲率方向相同，均凹向像源方向。

其中，優(yōu)選地，第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23的寬邊為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊，寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66，更優(yōu)選為：0.44-0.66；同時(shí)第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23的長邊為進(jìn)行切邊處理后的長邊；且第二透鏡22、第三透鏡23長邊切邊后的保留尺寸最小值與第二透鏡22、第三透鏡23的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.8，第一透鏡21長邊切邊后的保留尺寸最小值與第二透鏡22、第三透鏡23的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.683-0.992。

在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，如圖2、圖3、圖4和圖5所示，頭戴顯示裝置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括四片透鏡10：包括從人眼觀察側(cè)到顯示屏側(cè)沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負(fù)值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值；所述第一透鏡組由兩片透鏡構(gòu)成，分別是靠近人眼側(cè)的第四透鏡11和遠(yuǎn)離人眼側(cè)的第五透鏡12，且所述第四透鏡11是雙凸形狀的正透鏡，所述第四透鏡11是負(fù)透鏡；所述第五透鏡12靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼側(cè)，曲率半徑為負(fù)值；所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構(gòu)成，其中所述第二鏡片組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第六透鏡13，以及包括第七透鏡14，所述第六透鏡13為正透鏡，所述第七透鏡14位于所述第六透鏡13與顯示屏側(cè)之間。

其中，優(yōu)選地，第四透鏡11、第五透鏡12、第六透鏡13和第七透鏡14的寬邊均為進(jìn)行過切邊處理后的寬邊；且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66。

在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，頭戴顯示裝置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括五片透鏡(未圖示)：包括從人眼觀察側(cè)到顯示屏側(cè)沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負(fù)值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值；所述第一透鏡組由兩片透鏡構(gòu)成，分別是靠近人眼側(cè)的第八透鏡和遠(yuǎn)離人眼側(cè)的第九透鏡，且所述第八透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第九透鏡是負(fù)透鏡；所述第九透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼側(cè)，曲率半徑為負(fù)值；所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構(gòu)成，其中所述第二鏡片組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第十透鏡，所述第十透鏡為正透鏡；所述第二透鏡組還包括第十一透鏡和第十二透鏡，第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按從人眼側(cè)到微型顯示器側(cè)依次排列；第十一透鏡位于所述第十透鏡與顯示屏側(cè)之間。其中，第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按前述各實(shí)施例中的方式進(jìn)行寬邊切邊，或同時(shí)進(jìn)行寬邊和長邊切邊。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還提供了一種根據(jù)的頭戴顯示裝置目鏡光學(xué)系統(tǒng)的加工方法，參考圖1，包括以下步驟：對頭戴顯示裝置透鏡的寬邊進(jìn)行切邊處理；其中，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66；顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度與寬度比例范圍為：1:1-16:3。經(jīng)驗(yàn)證，在對透鏡的寬邊進(jìn)行切邊后，使得其保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.22-0.66，不僅能使目鏡光學(xué)系統(tǒng)整體重量減輕、易加工和裝配，同時(shí)可保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能，使得頭戴顯示裝置佩帶更加 舒適。

上述加工方法中，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸為d，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸為e，目鏡光學(xué)系統(tǒng)加工前外徑為b；其中，b、d、e滿足如下關(guān)系式(3)：

(3)；

在e/b的值大于0.92時(shí)，不對目鏡光學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)行長邊切邊處理。

參閱圖6，在e/b的值小于或等于0.92時(shí)，上述加工方法進(jìn)一步包括步驟：對頭戴顯示裝置透鏡的長邊進(jìn)行切邊處理；其中，在透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為1.03-1.1時(shí)，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.80。

參閱圖6，在e/b的值小于或等于0.92時(shí)，上述加工方法進(jìn)一步包括步驟：對頭戴顯示裝置透鏡的長邊進(jìn)行切邊處理；其中，在透鏡外徑與最大有效光學(xué)孔徑比值為大于1.1時(shí)，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：大于0.9。

參閱圖10，上述加工方法進(jìn)一步包括步驟：對頭戴顯示裝置透鏡的長邊進(jìn)行切邊處理；其中，透鏡的正視圖為矩形；透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學(xué)孔徑比值范圍為：0.683-0.992。

參閱圖15，上述加工方法進(jìn)一步包括步驟：對透鏡進(jìn)行切角處理，透鏡的正視圖是由矩形切去四角后形成的多邊形；透鏡的正視圖中四角被切去的部分均為三角形；三角形與透鏡的寬邊對應(yīng)邊z1的邊長記為f，三角形與透鏡的長邊對應(yīng)的邊記為z2，三角形的第三條邊記為z3，z1到z3對應(yīng)的角為∠α，顯示屏有效顯示畫面對角線到顯示屏有效畫面長邊的角為∠β；

其中，滿足下述關(guān)系式(1)和(2)：

∠α＝∠β＝atan(b/a)(1)；

f/d≤0.26(2)；

上述關(guān)系式(1)和(2)中，a為顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的長度，b為顯示屏有效顯示畫面對應(yīng)的寬度，d為透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸。

綜上，本發(fā)明通過按照設(shè)定好的切割方法，對透鏡的寬邊進(jìn)行切邊，或者同時(shí)對其長邊進(jìn)行切邊，使得目鏡光學(xué)系統(tǒng)整體重量減輕，且易加工和裝配，同時(shí)可保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)在滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學(xué)性能的情況下，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。