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(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(duì)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(chǎng)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，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(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)放大組合鏡包括一組中心鏤空的聚焦薄型光學(xué)元件和一組帶透 明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學(xué)元件和所述帶透明平板裙邊的凸透 鏡或組合凸透鏡疊合在一起，聚焦薄型光學(xué)元件中心鏤空區(qū)域與凸透鏡或組合凸透鏡的凸 起部分緊密配合。
[0005] 在一實(shí)施方式中，所述聚焦薄型光學(xué)元件和所述帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合 凸透鏡疊合在一起時(shí)，凸透鏡或組合凸透鏡的裙邊與聚焦薄型光學(xué)元件部分或完全重疊在 一起。
[0006] 在一實(shí)施方式中，所述聚焦薄型光學(xué)元件內(nèi)徑帶下沉的搭接沿，搭接沿與凸透鏡 或組合凸透鏡的裙邊相吻合。
[0007] 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。
[0008] 在一實(shí)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(shí)施方式中，所述凸透鏡或組合凸透鏡的焦距與聚焦薄型光學(xué)元件之間的焦 距差小于10毫米。
[0010] 優(yōu)選的，聚焦薄型光學(xué)元件與帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡通過光學(xué)膠 合方式結(jié)合在一起。
[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] 在一實(shí)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(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] 在一實(shí)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(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，包括一組和或兩組權(quán) 利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，既能保證中心畫質(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(duì)佩戴造成的不適感。
[0018] 3.若用普通不帶裙邊凸統(tǒng)透鏡與中心鏤空的聚焦薄型光學(xué)元件結(jié)合，很容易發(fā)生 偏斜，錯(cuò)位等影響光學(xué)放大組合鏡精度的問題，本實(shí)用新型采用帶裙邊的凸透鏡與聚焦薄 型光學(xué)元件的疊合，能有效降低二者結(jié)合難度，提高光學(xué)放大組合鏡正品率。
【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(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(duì)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，還可以根據(jù)這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為圖1各組件剖面圖示意圖；
[0022] 圖3為圖1結(jié)構(gòu)組合好后的光學(xué)放大時(shí)組合鏡示意圖；
[0023] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡的又一種結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0024] 圖5為圖4結(jié)構(gòu)組合好后的光學(xué)放大時(shí)組合鏡示意圖；
[0025] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡主鏡的又一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖7為對(duì)應(yīng)圖4主鏡的副鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖8(a)、（b)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；
[0028] 圖9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；
[0029] 圖10為圖9和圖14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(biāo)注示意 圖；
[0030] 圖11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；
[0031] 圖12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；
[0032] 圖13為圖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(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4結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖15為圖14中凸透鏡4的參數(shù)標(biāo)注示意圖；
[0035] 圖16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；
[0036] 圖中標(biāo)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(shí)施方式】
[0037] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)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。基于本實(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。
[0038] 本實(shí)用新型光學(xué)放大組合鏡主要針對(duì)頭戴式VR顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，VR指虛擬現(xiàn)實(shí)，是 Virtual Reality 的簡(jiǎn)稱。
[0039] 本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡包括一組中心鏤空的聚焦薄型光學(xué)元件和一 組帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學(xué)元件和所述帶透明平板裙邊 的凸透鏡或組合凸透鏡疊合在一起，聚焦薄型光學(xué)元件中心鏤空區(qū)域與凸透鏡或組合凸透 鏡的凸起部分緊密配合，凸透鏡對(duì)應(yīng)主視場(chǎng)成像，具有優(yōu)質(zhì)的畫質(zhì)；聚焦薄型光學(xué)元件對(duì)應(yīng) 邊緣視場(chǎng)成像，可有效擴(kuò)大VR顯示系統(tǒng)的周邊視野。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)元件為菲涅爾透鏡、菲涅爾波帶片或二元光學(xué)元件。凸透鏡的透明平板裙邊不具任何光 學(xué)作用，其主要作用在于方便凸透鏡與聚焦薄型光學(xué)元件相結(jié)合。
[0040] 將本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)放大組合鏡運(yùn)用到頭戴式VR設(shè)備上時(shí)，在不采用特定 補(bǔ)償光學(xué)元件的情況下，需要所述凸透鏡或組合凸透鏡的焦距與聚焦薄型光學(xué)元件之間的 焦距差小于10毫米。
[0041] 在一些實(shí)施例中，聚焦薄型光學(xué)元件與帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡通 過光學(xué)膠合方式結(jié)合在一起。
[0042] 在一些實(shí)施例中，光學(xué)放大組合鏡的凸透鏡表面刻有用于消色差的紋路，也就是 說，光學(xué)放大組合鏡的中心區(qū)域A可以為折衍混合消色差透鏡。
[0043] 下面結(jié)合圖1~圖7介紹三種本實(shí)用新型光學(xué)放大組合