[发明专利]头戴式显示器以及头戴式显示器中使用的广焦点透镜的设计方法

权利要求书

1.一种头戴式显示器，具备：

显示装置，其将左眼用图像和右眼用图像显示于画面上；

左眼用虚像成像光学系统及右眼用虚像成像光学系统，所述左眼用虚像成像光学系统针对所述画面上的左眼用图像配置，所述右眼用虚像成像光学系统针对所述画面上的右眼用图像配置；以及

左眼用广焦点透镜及右眼用广焦点透镜，所述左眼用广焦点透镜以在所述左眼用虚像成像光学系统的光轴方向上与所述左眼用虚像成像光学系统重叠的方式进行配置，所述右眼用广焦点透镜以在所述右眼用虚像成像光学系统的光轴方向上与所述右眼用虚像成像光学系统重叠的方式进行配置，所述左眼用广焦点透镜及右眼用广焦点透镜通过具备以下区域而焦距为负且具有幅度：在光学中心处具有值为负且绝对值最小、或者值为零的折射力，离所述光学中心越远，具有的折射力的值为负且绝对值越大，其中，该折射力通过焦距的倒数来表示。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述左眼用广焦点透镜的光学中心以相对于所述左眼用虚像成像光学系统的光学中心向左右方向上的两个透镜的中心侧偏移的方式配置，所述右眼用广焦点透镜的光学中心以相对于所述右眼用虚像成像光学系统的光学中心向左右方向上的两个透镜的中心侧偏移的方式配置。

3.根据权利要求2所述的头戴式显示器，其特征在于，

对于所述左眼用虚像成像光学系统与右眼用虚像成像光学系统在左右方向上的间隔P、所述左眼用广焦点透镜及右眼用广焦点透镜与用户的左眼及右眼的瞳孔的分离距离d、以及所述左眼用广焦点透镜及右眼用广焦点透镜与由所述左眼用虚像成像光学系统及右眼用虚像成像光学系统成像出的虚像的分离距离l₀、用户的左眼及右眼的瞳孔与用户面前的作业位置的分离距离Q而言，所述左眼用广焦点透镜及右眼用广焦点透镜各自的光学中心相对于所述左眼用虚像成像光学系统及右眼用虚像成像光学系统中的相重叠的透镜的光轴的偏移量Δ处于Δ＝Pd/2Q～Pd/2(l₀+d)的范围内。

4.根据权利要求3所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述头戴式显示器还具备位移机构，所述位移机构使所述左眼用广焦点透镜相对于所述左眼用虚像成像光学系统沿左右方向产生位移并使所述右眼用广焦点透镜相对于所述右眼用虚像成像光学系统沿左右方向产生位移。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述显示装置具有显示所述左眼用图像的左眼用画面和显示所述右眼用图像的右眼用画面，

所述头戴式显示器还具备：

左眼用半透半反镜，其配置于所述左眼用虚像成像光学系统的与所述左眼用画面相反的一侧且配置于用户的左眼的前方；以及

右眼用半透半反镜，其配置于所述右眼用虚像成像光学系统的与所述右眼用画面相反的一侧且配置于用户的右眼的前方。

6.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，

关于作为所述左眼用广焦点透镜和右眼用广焦点透镜使用的广焦点透镜，在将穿过透镜的光学中心的前后方向的轴设为z轴、将朝向透镜的后方的方向设为z轴的正方向时，对透镜的前表面及后表面中的至少一方的z坐标值附加第一非球面成分，所述第一非球面成分通过Ar⁴+Br⁶+Cr⁸+Dr¹⁰来表示，用于抑制从所述光学中心到透镜周缘部为止的平均度数的变动，其中，r为距z轴的距离，A、B、C、D为常数，并且

对透镜的前表面及后表面中的任意表面的z坐标值附加第二非球面成分，所述第二非球面成分通过Er³来表示，其中，E为常数。

7.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，

将所述左眼用广焦点透镜及右眼用广焦点透镜与所述左眼用虚像成像光学系统及右眼用虚像成像光学系统构成为一体。

8.一种广焦点透镜的设计方法，所述广焦点透镜是根据权利要求6所述的广焦点透镜，所述广焦点透镜的设计方法包括以下工序：

第一非球面成分附加工序，在将穿过所述光学中心的前后方向的轴设为z轴、将朝向透镜的后方的方向设为z轴的正方向时，对基于处方度数决定的透镜的前表面及后表面中的至少一方的z坐标值附加第一非球面成分，所述第一非球面成分通过Ar⁴+Br⁶+Cr⁸+Dr¹⁰来表示，用于抑制从所述光学中心到透镜周缘部为止的平均度数的变动，其中，r为距z轴的距离，A、B、C、D为常数；以及

第二非球面成分附加工序，对所述透镜的前表面及后表面中的任意表面的z坐标值附加第二非球面成分，所述第二非球面成分通过Er³来表示，其中，

E为常数。