一种目镜系统和头戴显示设备技术方案

本发明专利技术公开了一种目镜系统和头戴显示设备。该目镜系统包括沿着光线入射的方向依次设置的：球面显示屏和菲涅尔透镜；球面显示屏的中心线与菲涅尔透镜的光轴所在的水平线相互重合，球面显示屏凸向所述菲涅尔透镜；菲涅尔透镜具有凸向光路光阑的第一表面和凸向球面显示屏的第二表面。本发明专利技术的技术方案采用菲涅尔透镜和球面显示屏相结合的技术手段，通过合理设置菲涅尔透镜的面型，来分担目镜系统的光焦度，减少系统的象散；以及，通过合理设置球面显示屏，减少系统的场曲，达到改善边缘成像画质的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学
，特别涉及一种目镜系统和头戴显示设备。
技术介绍
目前，虚拟现实(Virtual Reality，VR)的光学系统大部分为单镜片组成，存在无法校正边缘产生的色差、象散和场曲的问题，尤其在VR光学系统视场角越大时，由此导致的边缘成像越不清晰。由于色差可以用软件来补偿，因而象散和场曲是造成边缘成像质量下降的主要原因。基于上述描述，亟需一种新型的目镜系统。以满足VR光学系统大视场角下的边缘成像
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供了一种目镜系统和头戴显示设备，以解决单镜片构成的光学系统边缘成像不清晰的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术实施例提供了一种目镜系统，该目镜系统包括沿着光线入射的方向依次设置的：球面显示屏和菲涅尔透镜；球面显示屏的中心线与菲涅尔透镜的光轴所在的水平线相互重合，球面显示屏凸向所述菲涅尔透镜；菲涅尔透镜具有凸向光路光阑的第一表面和凸向球面显示屏的第二表面。优选地，菲涅尔透镜的第一表面为非球面，菲涅尔透镜的第二表面为曲面基底的菲涅尔面。优选地，第一表面的非球面系数满足下述公式： z 1 = C 1 Y 1 2 1 + 1 - C 1 2 Y 1 2 + Σ i = 2 N α i Y 1 2 i ; ]]>其中，z1是沿目镜系统的光轴方向的坐标，Y1为菲涅尔透镜长度单位为单位的径向坐标，C1为菲涅尔透镜第一表面的曲率，αi是各高次项的系数，N＝4。优选地，第二表面的菲涅尔面系数满足下述公式： z 2 = C 2 Y 2 2 1 + 1 - ( 1 + k ) C 2 2 Y 2 2 ; ]]>其中，z2是沿目镜系统的光轴方向的坐标，Y2为菲涅尔透镜长度单位为单位的径向坐标，C2为菲涅尔透镜第二表面的曲率，k为菲涅尔透镜第二表面的圆锥系数。优选地，第一表面的半口径为26mm，第一表面的半径为383.75mm，第一表面的4次项系数为3.13681E-6，第一表面的6次项系数为-2.398043E-9，第一表面的8次项系数为1.00577E-12。优选地，第二表面的半口径为26mm，第二表面的曲面基底的半径为-163.7335mm，第二表面的圆锥系数为11.0057。优选地，目镜系统的焦距为38mm、轴向长度为44mm、像圆直径为72mm。优选地，菲涅尔透镜为COC-K26R型号的塑料材质。优选地，球面显示屏为3.8英寸。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种头戴显示设备，包括对称的左眼目镜系统和右眼目镜系统，所述左眼目镜系统和右眼目镜系统采用上述技术方案提供的目镜系统。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术的目镜系统采用菲涅尔透镜和球面显示屏相结合的技术手段，通过合理设置菲涅尔透镜的面型，分担目镜系统的光焦度，减少系统的象散；以及，通过合理设置球面显示屏，减少系统的场曲，达到改善边缘成像画质的目的。附图说明图1为目镜系统的成像示意图；图2为本专利技术提供的目镜系统的光路示意图；图3为采用平面显示屏的目镜系统的场曲曲线示意图；图4本专利技术提供的采用球面显示屏的目镜系统的场曲曲线示意图；图5为采用平面基底的菲涅尔透镜的目镜系统的场曲曲线示意图；图6为本专利技术提供的采用曲面基底的菲涅尔透镜的目镜系统的场曲曲线示意图；图7为现有技术中的目镜系统的点列图；图8为本专利技术提供的目镜系统的点列图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一：图1为目镜系统的成像示意图，显示屏发出的光经过透镜成像后在人眼前2m处形成一个巨大的虚像，再由人眼接收，从而给人以震撼的感觉。本专利技术中透镜的作用与放大镜相似，放大显示屏上的信息，然后在远处成虚像。设计该目镜系统时，采用反向追迹，使目镜系统的像面为显示屏，物面为目镜系统产生的虚像，人眼瞳孔位于光路光阑处，透镜位于光路光阑和显示屏中间。由于单镜片组成的光学系统的色差可以用软件来补偿，而象散和场曲是造成边缘成像质量下降的主要原因，因此，本专利技术将曲面基底的菲涅尔透镜和球面显示屏相结合来改善边缘画质，使边缘成像质量和中心成像质量几乎相同。基于上述设计思想，本实施例提供了一种目镜系统，如图2所示，图2为本专利技术提供的目镜系统的光路示意图，该目镜系统包括沿着光线入射的方向依次设置的：球面显示屏101和菲涅尔透镜102；球面显示屏101的中心线与菲涅尔透镜102的光轴所在的水平线相互重合，球面显示屏101凸向菲涅尔透镜102；菲涅尔透镜102具有凸向光路光阑103的第一表面S1和凸向球面显示屏101的第二表面S2。本实施例通过设置菲涅尔透镜的面型，合理分担目镜系统的光焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目镜系统，其特征在于，该目镜系统包括沿着光线入射的方向依次设置的：球面显示屏和菲涅尔透镜；所述球面显示屏的中心线与所述菲涅尔透镜的光轴所在的水平线相互重合，所述球面显示屏凸向所述菲涅尔透镜；所述菲涅尔透镜具有凸向光路光阑的第一表面和凸向球面显示屏的第二表面。

【技术特征摘要】
1.一种目镜系统，其特征在于，该目镜系统包括沿着光线入射的方向依次设置的：球面显示屏和菲涅尔透镜；所述球面显示屏的中心线与所述菲涅尔透镜的光轴所在的水平线相互重合，所述球面显示屏凸向所述菲涅尔透镜；所述菲涅尔透镜具有凸向光路光阑的第一表面和凸向球面显示屏的第二表面。2.根据权利要求1所述的目镜系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜的第一表面为非球面，所述菲涅尔透镜的第二表面为曲面基底的菲涅尔面。3.根据权利要求2所述的头戴目镜的光学系统，其特征在于，所述第一表面的非球面系数满足下述公式： z 1 = C 1 Y 1 2 1 + 1 - C 1 2 Y 1 2 + Σ i = 2 N α i Y 1 2 i ; ]]>其中，z1是沿所述目镜系统的光轴方向的坐标，Y1为菲涅尔透镜长度单位为单位的径向坐标，C1为菲涅尔透镜第一表面的曲率，αi是各高次项的系数，N＝4。4.根据权利要求2所述的目镜系统，其特征在于，所述第二表面的菲涅尔面系数满足下述公式： z 2 = ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元鹏，
申请(专利权)人：北京小鸟看看科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11