[发明专利]光学放大组合镜、头戴显示光学系统及设备

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及应用于头戴显示设备上的光学放大组合镜，以及带有该光学放大组合镜的头戴显示光学系统和头戴式虚拟现实显示设备。

背景技术

目前头戴式虚拟现实显示系统的光学放大元件均采用传统透镜，如球面透镜、非球面透镜或自由曲面光学透镜，受光学加工技术及光学材料的限制，显示系统中的光学放大镜组的口径通常会做得比较小(若口径做大光学系统的重量和体积均会大幅增加)，使用者通过光学放大镜组所能观察到的视野被放大镜组的口径限制，放大镜组的视野相对人眼自然状态下的视野显得很小，故此视野受限的图像显示系统给人眼带来的视觉冲击及沉浸感将会受到很大的影响。在保证头戴设备体积足够小、重量足够轻的前提下，如何实现头戴式虚拟现实显示系统大视场成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学放大组合镜，以及带有该光学放大组合镜的头戴显示光学系统和头戴式虚拟现实显示设备，解决现有头戴式虚拟现实显示系统使用传统透镜导致的视野与产品体积和重量不可兼顾的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种光学放大组合镜，在头戴式虚拟现实显示设备中使用，所述光学放大组合镜包括中心区域和边缘区域，中心区域为凸透镜或组合凸透镜，边缘区域为聚焦薄型光学元件，中心区域对应主视场成像，边缘区域对应边缘视场成像。

优选的，所述凸透镜为球面透镜或非球面透镜或自由曲面光学透镜；所述聚焦薄型光学元件为菲涅尔透镜或菲涅尔波带片或二元光学元件。

优选的，所述光学放大组合镜具有一个中心区域，或左右对称的两个中心区域。

在一实施方式中，所述中心区域为非球面透镜；所述边缘区域为平面基底菲涅尔透镜，其一面为光面，另一面刻有同心锯齿圆环。

在一实施方式中，所述凸透镜表面刻有用于消色差的纹路。

在一实施方式中，所述中心区域与边缘区域之间的焦距差小于10毫米。

在一实施方式中，所述中心区域和边缘区域为一体注塑成型。

在一实施方式中，所述中心区域和边缘区域分别为单独元件，边缘区域元件的镂空区域轮廓形状与中心区域元件的外围轮廓形状一致，且能紧密配合；中心区域元件和边缘区域元件通过光学胶合或机械组合方式结合在一起。

相应的，本发明还提供一种头戴显示光学系统，包括图像显示源和光学放大镜组，图像显示源显示的光信息，经光学放大镜组放大后的投影虚像由人眼接收，其特征在于，光学放大镜组包括至少一片上述的光学放大组合镜。

在一实施方式中，所述光学放大镜组还包括一片或多片聚焦薄型光学元件，聚焦薄型光学元件位于光学放大组合镜远离人眼一端，图像显示源显示的光信息先经过聚焦薄型光学元件，再经光学放大组合镜射入人眼。

在另一实施方式中，所述光学放大镜组还包括一片或多片凸透镜，凸透镜位于光学放大组合镜远离人眼一端，图像显示源显示的光信息先经过凸透镜，再经光学放大组合镜射入人眼。

相应的，本发明还提供一种头戴式虚拟现实显示设备，包括一组和或两组上述的头戴显示光学系统。

优选的，当所述头戴式虚拟现实显示设备为双目头戴式虚拟现实显示设备时，其两组头戴显示光学系统中的部分光学元件为左右一体成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明光学放大组合镜，采用传统透镜与聚焦薄型光学元件的结合，运用于头戴式虚拟现实显示设备上，既能保证中心画质，又同时扩大了人眼的边缘视野，增强了使用者的沉浸感；另外由于聚焦薄型光学元件的使用，很大程度上减小了头戴式虚拟现实显示设备的重量，减轻了重量对佩戴造成的不适感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例光学放大组合镜的一种结构示意图；

图2为图1光学放大组合镜的一种结构分解图；

图3(a)、(b)、(c)分别为图1光学放大时组合镜的左视图、俯视图和主视图的示意图；

图4(a)、(b)为本发明实施例光学放大组合镜边缘区域的两种外形轮廓示意图；

图5为本发明实施例光学放大组合镜的另一种结构示意图；

图6(a)、(b)均为本发明实施例光学放大组合镜在光路图中的元件示意图；