一種拼接式頭盔顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于球面透鏡同軸目鏡的拼接式頭 藍顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的頭盔顯示裝置由于提供顯示物體沉浸感強、私密性 好、可移動性強一直以來是近年來顯示領(lǐng)域的熱門產(chǎn)品。頭盔圖像顯示裝置可以應(yīng)用于如 3D電影、視頻游戲和運動等應(yīng)用，也可以應(yīng)用于如科學(xué)研宄、醫(yī)療/業(yè)務(wù)培訓(xùn)、飛行訓(xùn)練、沉 浸式娛樂等高端應(yīng)用。
[0003] 對于針對每只眼采用具有單個微型顯示器的單顯示通道的傳統(tǒng)的頭盔顯示器光 學(xué)系統(tǒng)，其視場角和分辨率存在以下的關(guān)系：R = N/F0V ;
[0004] 其中R為顯示系統(tǒng)的分辨率，N為單個微型顯示器分辨率，F(xiàn)0V為顯示系統(tǒng)的視場 角。在N為一定值時，R與F0V相互制約，即視場角大時系統(tǒng)分辨率必然降低，因此采用單 個顯示通道的傳統(tǒng)的頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)很難同時滿足大視場和高分辨率的要求。
[0005] 為了打破這種制約，多種技術(shù)方法提出并且應(yīng)用在實際系統(tǒng)中，例如：注視區(qū)域 高清化頭藍顯示技術(shù)（High-resolution area of interest)、雙目分視頭藍顯示技術(shù) (Dichoptic area of interest);雙目交疊頭藍顯不技術(shù)（Partial binocular over lap)； 高分辨率微型圖像源頭盔顯示技術(shù)；光學(xué)拼接式頭盔顯示技術(shù)，在這些技術(shù)中拼接式頭盔 顯示技術(shù)由于其硬件易實現(xiàn)性、軟件易操作性而得到了廣泛關(guān)注。
[0006] 已有的光學(xué)拼接式頭盔顯示裝置，每個顯示通道大多使用不多于三片光學(xué)透鏡， 雖然實現(xiàn)了大視場，但是卻由于像質(zhì)不能達到要求而不能實現(xiàn)高分辨率；很多裝置引用非 球面、衍射表面、自由曲面以及離軸結(jié)構(gòu)，然而這樣會大大增加系統(tǒng)的加工成本和裝調(diào)成 本，進而限制了光學(xué)拼接式頭盔顯示裝置的商用化和普遍化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于球面透鏡同軸目鏡的拼接式頭盔顯示裝置，結(jié) 構(gòu)緊湊，易于加工，方便裝調(diào)。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：
[0009] -種拼接式頭盔顯示裝置，包括位于人眼前方且相對于人眼視線方向?qū)ΨQ分布的 多個顯示通道；各顯示通道的出瞳中心均位于人眼眼瞳中心，相鄰顯示通道的重疊部分采 用切割后拼接的方式結(jié)合在一起；其中，相鄰顯示通道的視場重疊范圍在5°至半個視場 角；
[0010] 所述顯示通道包括光學(xué)目鏡和微顯示器（8);光學(xué)目鏡包括依次排列在人眼前方 的第一透鏡（2)、第二透鏡（3)、第三透鏡（4)、第四透鏡（5)、第五透鏡（6)、第六透鏡（7); 所述微型顯示器8位于第六透鏡（7)的前方；第一透鏡（2)朝光闌一側(cè)的面凸向光闌側(cè)，曲 率半徑為正值；第一透鏡（2)、第二透鏡（3)和第五透鏡（6)均為正透鏡；第三透鏡（4)和 第四透鏡（5)組成正-負形式的雙膠合透鏡；第一透鏡（2)和第二透鏡（3)的組合焦距F 1 2,第三透鏡（4)和第四透鏡（5)的組合焦距F34,光學(xué)目鏡總焦距FT以及第一透鏡（2) 到第五透鏡（6)的組合焦距F15滿足如下關(guān)系：0. 8〈F12/FT〈3 ;0. 9〈F34/FT〈6 ;0. 8〈F15/ FT〈1. 9 ;第四透鏡（5)、第六透鏡（7)在d線的折射率均大于1. 7,第一透鏡（2)、第二透鏡 (3)、第三透鏡（4)、第五透鏡（6)在d線的阿貝數(shù)均大于40,并且第一透鏡（2)、第二透鏡 (3) 在d線的阿貝數(shù)大于第五透鏡（6)在d線的阿貝數(shù)；光學(xué)目鏡的出瞳尺寸小于10mm，出 瞳距離在15mm至25mm之間。
[0011] 較佳的，所述拼接式頭盔顯示裝置中各光學(xué)器件的參數(shù)如下：
[0012]
[0013] 其中，面序號1-13依次表不光闌（1)、第一透鏡（2)的前表面、第一透鏡（2)的后 表面、第二透鏡（3)的前表面、第二透鏡（3)的后表面、第三透鏡（4)的前表面、第三透鏡 (4) 和第四透鏡（5)的膠合面、第四透鏡（5)的后表面、第五透鏡（6)的前表面、第五透鏡 (6)的后表面、第六透鏡（7)的前表面、第六透鏡（7)的后表面以及微顯示器（8)。
[0014] 較佳的，定義頭盔顯示裝置的坐標(biāo)系為：原點0位于人眼的眼瞳中心，Z軸為人眼 視線方向，Y軸垂直于Z軸向上；X軸垂直Y軸與Z軸，構(gòu)成笛卡爾坐標(biāo)系；所述顯示通道有 兩個，且兩個顯示通道的光軸位于平面yoz內(nèi)。
[0015] 較佳的，定義頭盔顯示裝置的坐標(biāo)系為：原點0位于人眼的眼瞳中心，Z軸為人眼 視線方向，Y軸垂直于Z軸向上；X軸垂直Y軸與Z軸，構(gòu)成笛卡爾坐標(biāo)系；所述顯示通道有 三個，且三個顯示通道的光軸均位于平面yoz內(nèi)；其中一個顯示通道的光軸與所述z軸重 合，另外兩個顯示通道的光軸相對于z軸對稱。
[0016] 較佳的，定義頭盔顯示裝置的坐標(biāo)系為：原點0位于人眼的眼瞳中心，Z軸為人眼 視線方向，Y軸垂直于Z軸向上；X軸垂直Y軸與Z軸，構(gòu)成笛卡爾坐標(biāo)系；所述顯示通道有 四個，其中兩個顯示通道的光軸位于平面yoz內(nèi)且該兩光軸相對于z軸對稱，另外兩個顯示 通道的光軸位于平面XOZ內(nèi)且該兩光軸相對于Z軸對稱。
[0017] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] (1)本發(fā)明的拼接式頭盔顯示裝置可應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實，具有出瞳直徑 大，出瞳距離長，視場角大，像面照度均勻以及F數(shù)小的特點，組成頭盔顯示裝置的每個光 學(xué)部件全部由球面透鏡組成，采用切割拼接的方式，使得顯示裝置結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工，方 便裝調(diào)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的頭盔顯示裝置中顯示通道的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明實施案例1中拼接式頭盔顯示裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明實施案例2中拼接式頭盔顯示裝置構(gòu)成圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明實施案例3中大視場高分辨率拼接式頭盔顯示裝置構(gòu)成圖。
[0023] 其中，I-光闌、2_第一透鏡、3_第二透鏡、4_第三透鏡、5_第四透鏡、6_第五透鏡、 7-第六透鏡、8-微顯示器。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0025] 本發(fā)明的拼接式頭盔顯示裝置的坐標(biāo)系定義為：全局坐標(biāo)原點0位于出瞳中心 (眼瞳），Z軸為人眼視線方向，Y軸垂直于Z軸且方向沿著人眼正上方；X軸垂直Y軸與Z 軸，構(gòu)成笛卡爾坐標(biāo)系。
[0026] 本發(fā)明的拼接式頭盔顯示裝置包括位于人眼前方且相對于人眼視線方向?qū)ΨQ分 布的多個顯示通道；各顯示通道的出瞳中心均位于人眼眼瞳中心，相鄰顯示通道的重疊部 分采用切割后拼接的方式結(jié)合在一起。多個顯示通道以馬賽克樣式拼接，類似于電視墻，使 得拼接后的多個顯示通道的總視場相當(dāng)于來自單個顯示通道的視場的鄰接在一起。為保證 大視場，同時保證拼接效果，相鄰顯示通道的視場重疊范圍在5°至半個視場角。
[0027] 如圖1所示，光學(xué)目鏡和微型顯示器8構(gòu)成了一個顯示通道，第一透鏡2、第二透鏡 3、第三透鏡4、第四透鏡5、第五透鏡6、第六透鏡7構(gòu)成了光學(xué)目鏡系統(tǒng)，人眼在光闌1處進 行觀察。第一透鏡2朝光闌1 一側(cè)的面凸向光闌側(cè)，曲率半徑為正值；第一透鏡2、第二透 鏡3和第五透鏡6均為正透鏡；第