[发明专利]一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统

说明书

本发明公开了一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，将0.5英寸微型显示器发出的光线经过通过半反半透棱镜将总的光学系统拆分为两个光学系统分别成像，一部分光透过半反半透膜，经过T系统的折射透镜组汇聚在第一像面上，另一部分光在半反半透膜上反射，经过D系统的折反射透镜组汇聚在第二像面上；本发明可以将一个微型显示器分成两个图像分别用于每个单目上的光学系统，这样可以使得一个双目式头戴显示器只需要一个微型显示器并且不需要进行双目调节，在节约成本的同时也降低了由于显示器损坏而导致的不良率问题，并且成像效果较好。

技术领域

本发明涉及头戴显示器中的光学系统，特别涉及一种用于头戴显示的半反半透棱镜光学系统。

背景技术

头戴显示器(head-mounted display，HMD)是一种可以佩戴在头上，能够将图像源输出的图像成像于佩戴者人眼的显示装置。它是虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)，增强现实技术(Augmented Reality，AR)和混合现实技术(Mixed Reality，VR)的关键设备和最佳载体。在军事，医疗，航天，教育，工业生产，娱乐等领域有着机器重要的作用和广阔的应用前景。

近年来，随着AR/VR技术不断发展，各种头盔显示器结构型式的镜头随之出现，现已广泛应用在教育、娱乐、军事等领域。目前市面上双目式头戴显示器存在如下问题：

双目式头戴显示器中每个单目模组都需要一个微型显示器，所以一个双目式头戴显示器则需要两个微型显示器。而相对于镜片，微型显示器更易损坏，且成本更高。这大大增加了出厂的双目式头戴显示器的成本和市场价格。

因此，本发明正是基于以上不足而产生的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用在双目头戴显示器上，将一个微型显示器分成两个图像分别用于每个单目上的光学系统，这样可以使得一个双目式头戴显示器只需要一个微型显示器，在节约成本的同时也降低了由于显示器损坏而导致的不良率问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种半反半透棱镜光学系统，通过半反半透棱镜将总的光学系统拆分为两个光学系统分别成像，这里称为T系统和D系统。

所述光学系统，包括由物空间到像空间依次设置的T系统和D系统，均包括0.5英寸微型显示器、半反半透棱镜，折射透镜组(T系统)和折反射式透镜组(D系统)。

所述光学系统，T系统的入瞳直径为12.7mm，MTF全视场60lp/mm0.5，其真实像面大小模拟分辨率为1920*1080的0.7英寸的微型显示器，垂直方向为8.72mm，水平方向为16.5mm。

所述光学系统，D系统的入瞳直径为12.7mm，MTF全视场60lp/mm0.6，其真实像面大小模拟分辨率为1920*1080的0.7英寸的微型显示器，垂直方向为8.72mm，水平方向为16.5mm。

所述光学系统(T系统)，半反半透面的偏心类型为偏心和回归，偏心角度为：α＝45°。

所述光学系统(D系统)，半反半透面的偏心类型为偏心和弯曲，偏心角度为：α＝45°，反射面的偏心类型为偏心和弯曲，偏心角度为：β＝-45°。

所述折射透镜组(T系统)，透镜的非球面表面形状满足以下方程：

上述方程式中参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数当系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a₁至a₈分别表示各径向坐标所对应的偶次非球面系数。