[发明专利]基于分辨率高的光学镜头系统的头戴式显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于分辨率高的光学镜头系统的头戴式显示装置，且尤其是与应用六片式透镜的头戴式显示装置与其光学镜头系统相关。

背景技术

近年来，由于可穿戴电子设备的兴起，使得包含光学镜头系统及微型显示器等微小型化的显示模块蓬勃发展，大量应用于头戴式显示设备中。头戴式显示设备广泛应用于军事、航天、医疗、娱乐、模拟训练等领域。随着头戴式显示设备越来越广泛地被应用，对其的成像质量和使用舒适度(视场角、出瞳直径和出瞳距离越大，体积越小，重量越轻则使用舒适度越高)要求也越来越高，而成像质量的好坏以及使用舒适度的高低主要取决于光学目镜系统的设计。

公开专利：CN104570323A提出一种头戴目镜系统和头戴显示设备，是采用4片式透镜的目镜系统，虽然体积较小，重量较轻，但其畸变较大，出瞳较小，不能满足消费者日益提高的需求；基于ZEMAX的3D虚拟头盔显示器的光学设计方法研究，红外与激光工程，2008,37:279-282提出一种用于头盔显示的光学系统，其采用六片透镜组合而成，虽然具有较好的成像质量，但其系统总长太长，出瞳直径不够大，有效的出瞳距离较短；公开专利：CN101609208A提出的目镜，也是采用六片透镜组合而成，虽然具有较好的成像质量，但其出瞳直径较小，出瞳距离较短，降低了用户使用舒适度，且加工难度大，基片较厚。

另外，对于目镜系统而言，在物体尺寸确定的情况下，焦距越小，视场角越大，系统的放大倍率越大，设计难度也随之增加。市面上头戴系统虽然不少，但大部分产品的视场角、出瞳直径和出瞳距离较小，降低用户使用舒适度。

发明内容

本发明目的在于为解决上述问题而提供一种重量较轻，结构紧凑，视场角、出瞳直径和出瞳距离较大，提高用户体验，成像质量优良，分辨率高，成本低的光学镜头系统及头戴式显示装置。

为此，本发明公开了一种光学镜头系统，从出光侧至入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，每一透镜都具有屈光率，且具有一朝向出光侧且使光线通过的第一表面及一朝向入光侧且使光线通过的第二表面，其中：

该第一透镜是一正光焦度透镜，该第一透镜的第一表面为凸面部；

该第二透镜是一正光焦度透镜，该第二透镜第一表面为凸面部；

该第三透镜是一正光焦度透镜，该第三透镜的第一表面为凸面部，第二表面为凸面部；

该第四透镜是一负光焦度透镜，该第四透镜的第一表面为凹面部，其第二表面为凹面部；

该第五透镜是一正光焦度透镜，该第五透镜的第一表面为凸面部；

该第六透镜是一负光焦度透镜；

该第三透镜与该第四透镜构成一个组合透镜；

其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该组合透镜的焦距为f34，该第五透镜的焦距为f5，该第六透镜的焦距为f6，该光学镜头系统的系统焦距为fs，并满足以下关系式：

2.3<f1/fs<5.5

1.8<f2/fs<2.8

-4<f34/fs<-1.4

0.5<f5/fs<1.2

-2<f6/fs<-0.8。

进一步的，所述第三透镜的第二表面的曲率半径与第四透镜的第一表面的曲率半径相同。

更进一步的，所述第三透镜的第二表面与第四透镜的第一表面相互胶合。

进一步的，所述第五透镜、第六透镜的材质均为光学塑胶。

进一步的，所述第五透镜、第六透镜的第一表面和第二表面均为非球面。

进一步的，所述光学镜头系统的出瞳距离为lep，并满足关系式：0.9≤lep/fs≤1.3。

进一步的，所述第一透镜至第六透镜之间在光轴上的空气间隙总和为AGa，并还满足下列条件式：7≤lep/AGa≤19。

本发明还提供一种头戴式显示装置，包括：

一机壳；及

一显示模块，安装于该机壳内，包括：

至少一如上所述的光学镜头系统，

至少一显示屏，位于该第六透镜的第二表面朝向入光侧的光轴上。

进一步的，所述光学镜头系统的用于人眼观测的观测点与所述第一透镜的第一表面在光轴上的距离大于等于21mm。

本发明的有益技术效果：