[发明专利]一种头戴式显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及头戴显示成像技术领域，尤其涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

近年来，应用在头戴式显示设备的光学显示系统随着光学、电子等领域的发展而得到了迅猛的发展，头戴光学显示系统通过显示器、光学透镜的组合，使人可以观看到屏幕信息。

由于可以大幅度的提高光学系统的出瞳直径以及出瞳距，并且可以更合理的分配重量，离轴式光学显示系统越来越多的应用在头戴式显示设备中。而对于头戴显示设备，为了满足与外界交互的不同场景，理想的离轴光学系统应当满足大视场角，重量轻、具有良好舒适度等特点。

目前的头戴显示设备中，为了矫正像差，保证光学成像质量，离轴光学系统的光学组件的数量较多，存在尺寸大、重量重、不利于佩戴的不足，并且在光学组件的数量较多的情况下，离轴光学系统整体设计较为复杂，受离轴光学系统整体设计的多因素影响，不容易满足大视场角。

综上，现有技术中头戴式显示设备的离轴光学系统的整体设计存在着不具备重量轻、体积小和大视场角的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种头戴式显示设备，用以解决现有技术中头戴式显示设备的离轴光学系统存在的不具备重量轻、体积小和大视场角的技术问题。

本发明实施例提供一种头戴式显示设备，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。

进一步的，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°。

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。

进一步的，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。

可选的实施例中，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。

可选的实施例中，所述离轴光学系统的垂直高度为100mm～210mm。

可选的实施例中，所述离轴光学系统的出瞳距离不小于50mm。

可选的实施例中，所述自由曲面镜片与所述透镜组的材质为树脂材料。

可选的实施例中，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。

可选的实施例中，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。

可选的实施例中，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。

可选的实施例中，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。