[发明专利]头戴显示装置及其目镜光学系统的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种头戴显示装置及其目镜光学系统的加工方法。

背景技术

随着电子器件不断向超微型化发展，以及新的计算机、微电子、光电器件和通信理论和技术的发展，可穿戴计算这种基于“以人为本”“人机合一”的新型模式已经成为可能。在军事、工业、医疗、教育、消费等领域不断涌现应用。在一个典型的可穿戴计算系统架构中，头戴式显示装置是关键的组成部分。头戴显示装置通过光学技术，将微型图像显示器(例如透射式或反射式液晶显示屏，有机电致发光器件，DMD器件)发出的视频图像光引导到使用者的瞳孔，在使用者的近目范围实现虚拟、放大图像，为使用者提供直观、可视的图像、视频、文字信息。目镜光学系统是头戴显示装置的核心，实现将微型图像显示在人眼前形成虚拟放大图像的功能。

头戴显示装置向着体积紧凑，重量轻，便于头戴，减轻负载等方向发展。同时，大视场角和视觉舒适体验也逐渐成为衡量头戴显示装置优劣的关键因素，大视场角决定了高临场感的视觉体验效果，高像质、低畸变决定了视觉体验的舒适度。满足这些要求，需要目镜光学系统尽可能地实现大视场角、高图像分辨力、低畸变、小场曲、小体积等指标，同时满足上述光学性能对系统的设计和像差优化是很大挑战。

在加工目镜光学系统时，一般需要根据显示屏尺寸的大小对目镜光学系统进行切边加工，仍能保证在满足上述光学性能的情况下，尽量减轻目镜光学系统的重量和体积，使得头戴显示装置产品佩带更加舒适。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光学性能好、体积紧凑、重量轻、可加工性好的带宽边切边目镜光学系统的头戴显示装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种头戴显示装置，包括对应设置的目镜光学系统和显示屏；所述显示屏有效显示画面对应的长度与宽度比例范围为：1:1-16:3，所述目镜光学系统至少包括一片或多片透镜；其中，至少有一片所述透镜的宽边为进行过切边处理后的宽边，且所述透镜宽边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：0.22-0.66。

本发明所述的头戴显示装置，其中，至少有一片所述透镜的长边为进行过切边处理后的长边，且进行长边切边后的所述透镜的正视图是四角为圆弧状的矩形；

在所述透镜外径与最大有效光学孔径比值为1.03-1.1时，所述透镜的长边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.80。

本发明所述的头戴显示装置，其中，至少有一片所述透镜的长边为进行过切边处理后的长边，且进行长边切边后的所述透镜的正视图是四角为圆弧状的矩形；

在所述透镜外径与最大有效光学孔径比值为大于1.1时，所述透镜的长边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.9。

本发明所述的头戴显示装置，其中，所述显示屏有效显示画面对应的长度与宽度比例为16:16，所述透镜的宽边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.66；

和/或，所述透镜的长边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.80。

本发明所述的头戴显示装置，其中，所述显示屏有效显示画面对应的长度与宽度比例为16:12，所述透镜的宽边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值为：大于0.57；

和/或，所述透镜的长边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.87。

本发明所述的头戴显示装置，其中，所述显示屏有效显示画面对应的长度与宽度比例为16:10，所述透镜的宽边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.51；

和/或，所述透镜的长边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.91。

本发明所述的头戴显示装置，其中，所述显示屏有效显示画面对应的长度与宽度比例为16:9，所述透镜的宽边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.47；

和/或，所述透镜的长边切边后的保留尺寸最小值与所述透镜的最大有效光学孔径比值范围为：大于0.93。

本发明所述的头戴显示装置，其中，所述目镜光学系统包括两片透镜，分别为：第一透镜和第二透镜；其中，

所述第一透镜的宽边为进行过切边处理后的宽边；