[发明专利]一种头戴式显示设备

权利要求书

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：壳体，设置在壳体内的离轴光学系统，所述离轴光学系统包括自由曲面镜片、透镜组、图像显示器；

所述图像显示器上发出的图像光依次经所述透镜组的折射、所述自由曲面镜片的反射后进入到所述头戴式显示设备的佩戴者的眼中，从而使所述佩戴者观看到所述图像；

所述透镜组包括N个非球面透镜，任意相邻的两个所述非球面透镜离轴设置，其中，N为大于2且小于6的正整数；

所述N个非球面透镜还满足以下条件中的至少一个：

任意相邻的两个所述非球面透镜的离轴角度不大于30°；

任意相邻的两个所述非球面透镜之间的偏离距离不大于30mm。

2.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述自由曲面镜片相对于所述壳体离轴设置，所述自由曲面镜片的离轴角度为30°～50°。

3.如权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述佩戴者观看所述图像时的对角线视场角为50°～60°；其中，所述对角线视场角为所述佩戴者观看所述图像时视线沿所述图像的对角线方向的最大视角。

4.如权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述佩戴者观看所述图像时的水平视场角和垂直视场角的比例为5:4；其中，所述水平视场角为所述佩戴者观看所述图像时视线沿所述图像的水平方向的最大视角，所述垂直视场角为所述佩戴者观看所述反射图像时视线沿所述图像的垂直方向的最大视角。

5.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，任意相邻的两个所述非球面透镜之间的最小空气间隔为1mm～10mm。

6.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述离轴光学系统的垂直高度为100mm～210mm。

7.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述离轴光学系统的出瞳距离不小于50mm。

8.如权利要求1至7中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述自由曲面镜片与所述透镜组的材质为树脂材料。

9.如权利要求1至7中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述N个非球面透镜中的其中一个为胶合透镜，所述胶合透镜由一个凸透镜和一个凹透镜胶合而成。

10.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述透镜组包括3个非球面透镜，所述3个非球面透镜沿靠近所述自由曲面镜片的方向依次包括第一非球面透镜、第二非球面透镜和第三非球面透镜，其中，所述第一非球面透镜和所述第三非球面透镜为凸透镜，所述第二非球面透镜为所述胶合透镜。

11.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述透镜组包括4个非球面透镜，所述4个非球面透镜沿靠近所述自由曲面镜片的方向依次包括第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜和第四非球面透镜；

其中，所述第一非球面透镜为正透镜，所述第二非球面透镜和所述第四非球面透镜为凸透镜，所述第三非球面透镜为所述胶合透镜。

12.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述透镜组包括5个非球面透镜，所述5个非球面透镜沿靠近所述自由曲面镜片的方向依次包括第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜、第四非球面透镜和第五非球面透镜；

其中，所述第一非球面透镜和所述第五非球面透镜为正透镜，所述第二非球面透镜和所述第四非球面透镜为凸透镜，所述第三非球面透镜为所述胶合透镜。