头戴式显示装置及成像镜头制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种头戴式显示设备，包括显示设备。显示设备包括影像源与成像镜头。影像源用于提供影像光束，并邻近于缩小端。成像镜头位於影像光束的传递路径上，并位于放大端与缩小端之间。成像镜头包括从放大端至缩小端依序排列的光转向元件、第一透镜、第二透镜及第三透镜。第一透镜、第二透镜及第三透镜的屈光度分别为正、负及正。本发明专利技术另提出一种应用于此头戴式显示装置的成像镜头。本发明专利技术的头戴式显示设备及其成像镜头具有较小的尺寸与良好的光学特性。

Head-mounted display device and imaging lens

The invention relates to a head-mounted display device, including a display device. The display device includes image source and imaging lens. The image source is used to provide the image beam and is adjacent to the narrowing end. The imaging lens is located on the transmission path of the image beam and between the enlargement end and the reduction end. The imaging lens includes an optical steering element arranged in sequence from the magnifying end to the reducing end, a first lens, a second lens and a third lens. The diopters of the first lens, the second lens and the third lens are positive, negative and positive respectively. The invention also provides an imaging lens applied to the head-mounted display device. The head-mounted display device and the imaging lens of the invention have small size and good optical characteristics.

【技术实现步骤摘要】
头戴式显示装置及成像镜头
本专利技术关于一种显示装置，且特别是关于一种头戴式显示装置及其成像镜头。
技术介绍
头戴式显示装置是藉由影像源提供影像光束，并藉由成像镜头使影像光束于人眼的视网膜上成像，是目前极具发产潜力的新兴产品，常应用在虚拟实境(VirtualReality,VR)、混合实境(MixedReality,MR)以及扩增实境(AugmentedReality,AR)。就现有的头戴式显示装置而言，一般将成像镜头、影像源设计成排列在配戴者的眼睛的正前方，因此用于容置成像镜头及影像源的架体有厚度较厚的问题。本「
技术介绍
」段落只是用来帮助了解本
技术实现思路
，因此在「
技术介绍
」中所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。此外，在「
技术介绍
」中所公开的内容并不代表该内容或者本专利技术一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本专利技术申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
技术实现思路
本专利技术提供一种头戴式显示装置，其具有厚度薄的优点。本专利技术提供一种成像镜头，其可应用于头戴式显示装置，使头戴式显示装置具有厚度薄的优点。本专利技术的其他目的和优点可以从本专利技术所公开的技术特征中得到进一步的了解。为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本专利技术一实施例所提供的头戴式显示装置包括显示设备，显示设备包括影像源及成像镜头。影像源用于提供影像光束，并邻近于缩小端。成像镜头位于影像光束的传递路径上，并位于放大端与缩小端之间。成像镜头包括从放大端至缩小端依序排列的光转向元件、第一透镜、第二透镜及第三透镜，其中第一透镜、第二透镜及第三透镜的屈光度分别为正、负及正。为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本专利技术一实施例所提供的成像镜头，用于头戴式显示装置，并用于配置于放大端与缩小端之间。成像镜头包括从放大端至缩小端依序排列的光转向元件、第一透镜、第二透镜及第三透镜，其中第一透镜、第二透镜及第三透镜的屈光度分别为正、负及正。本专利技术实施例的头戴式显示装置及成像镜头中，因成像镜头具有光转向元件，使得头戴式显示装置中位于配戴者眼睛正前方的部分的厚度可变薄。为让本专利技术之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图，作详细说明如下。附图说明图1是本专利技术一实施例的头戴式显示装置的立体示意图。图2是本专利技术一实施例的显示设备的示意图图3A是图2的成像镜头的一实施例的横向色差(lateralcolor)图。图3B是图2的成像镜头的一实施例的场曲(fieldcurvature)图。图3C是图2的成像镜头的一实施例的畸变(distortion)图。图3D是图2的成像镜头的一实施例的横向光线扇形图(transverserayfanplot)。图3E是图2的成像镜头的一实施例的调变转移函数(ModulationTransferFunction,MTF)图。图4是本专利技术另一实施例的显示设备的示意图。图5A是图4的成像镜头的一实施例的横向色差图。图5B是图4的成像镜头的一实施例的场曲图。图5C是图4的成像镜头的一实施例的畸变图。图5D是图4的成像镜头的一实施例的横向光线扇形图。图5E是图4的成像镜头的一实施例的调变转移函数图。图6是本专利技术另一实施例的显示设备的示意图。具体实施方式有关本专利技术之前述及其他
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考附图之一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。图1是本专利技术一实施例的头戴式显示装置的示意图。请参照图1，本实施例的头戴式显示装置1包括至少一显示设备10，而图1是以两个显示设备10为例，而用于让使用者的双眼观看，但本专利技术并不限制显示设备的数量。此外，在本实施例中，头戴式显示装置1可还包括配戴架体20，而显示设备10设置于配戴架体20。在本实施例中，配戴架体20例如是可供使用者配戴于头部，以让使用者从配戴架体20的显示窗21观看到显示设备10提供的影像。本专利技术并不限制配戴架体的具体结构。图2是本专利技术一实施例的显示设备的示意图。请参照图2，本实施例的显示设备10包括影像源11及成像镜头12。影像源11用于提供影像光束Bm，并邻近于缩小端。在本实施例中，成像镜头12位于影像光束Bm的传递路径上，并位于放大端与缩小端之间。具体而言，在本实施例中，显示设备10例如还包括光源(图未绘示)，光源用于提供照明光束Bi。在本实施例中，影像源11例如是光阀(lightvalve)，影像源11用于将照明光束Bi转换为影像光束Bm，而成像镜头12用于将来自影像源11的影像光束Bm投射出。在本实施例中，影像光束Bm例如被成像镜头12投射至图1的显示窗21，而人眼可藉由显示窗21接收影像光束Bm所传递的影像。在其他实施例中，显示设备10也可不包括光源，而是藉由外部的光源或环境光提供照明光束Bi。上述影像源11例如是反射式光阀，如数字微镜元件(digitalmicro-mirrordevice,DMD)、液晶显示面板(liquidcrystaldisplaypanel,LCDpanel)或硅基液晶显示面板(liquidcrystalonsiliconpanel,LCoSpanel)。在本实施例中，显示设备10例如还包括棱镜13，棱镜13设置于影像源11与成像镜头12之间。在本实施例中，棱镜13例如是全内反射棱镜(totalinternalreflectionprism,TIRprism)，棱镜13可将照明光束Bi反射至影像源11，而影像源11提供的影像光束Bm则穿过棱镜13而传递至成像镜头12。需说明的是，本专利技术并不限制显示设备的具体架构。在其他实施例中，也可透过改变光源与影像源11的相对位置而省略棱镜13。或者，在一些实施例中，也可采用穿透式光阀做为影像源而可省略棱镜13。在本实施例中，成像镜头12包括从放大端至缩小端依序排列的光转向元件C1、第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3，其中第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3的屈光度分别为正、负及正。在本实施例中，光转向元件C1可具有屈亮度，例如具有负屈亮度。在本实施例中，第三透镜L3邻近影像源11。具体而言，在本实施例中，光转向元件C1具有出光面S1、入光面S2以及反射面S3。在本实施例中，入光面S2连接于出光面S1与反射面S3之间，出光面S1连接于入光面S2与反射面S3之间，反射面S3连接于入光面S2与出光面S1之间。在本实施例中，入光面S2具有面向第一透镜L1的凸曲面，反射面S3为平面或曲面(图2是以平面为例，但本专利技术不以此为限)，出光面S1具有凹曲面，但本专利技术不以此为限。另外，本专利技术不限制光转向元件具有负屈光度，在其他实施例中，光转向元件C1也可不具有屈光度。此外，在本实施例中，反射面S3例如是全反射面，而反射面S3可将影像光束Bm反射至出光面S1。在一实施例中，反射面S2例如是将影像光束Bm转折90度，即图2中反射面S2例如将由左向右行进的影像光束Bm转折为由上向下行进的影像光束Bm。在一实施例中，光转向元件C1的反射面S3可为反射镜以将影像光束Bm反射至人眼，进而使显示设备10能应用于虚拟实境，但本专利技术不以此为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴式显示装置，其特征在于，包括显示设备，所述显示设备包括影像源以及成像镜头，所述影像源用于提供影像光束，并邻近于缩小端；所述成像镜头位于所述影像光束的传递路径上，并位于放大端与所述缩小端之间，所述成像镜头包括从所述放大端至所述缩小端依序排列的光转向元件、第一透镜、第二透镜及第三透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的屈光度分别为正、负及正。

【技术特征摘要】
1.一种头戴式显示装置，其特征在于，包括显示设备，所述显示设备包括影像源以及成像镜头，所述影像源用于提供影像光束，并邻近于缩小端；所述成像镜头位于所述影像光束的传递路径上，并位于放大端与所述缩小端之间，所述成像镜头包括从所述放大端至所述缩小端依序排列的光转向元件、第一透镜、第二透镜及第三透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的屈光度分别为正、负及正。2.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光转向元件为光转向棱镜，且所述光转向元件不具有屈光度。3.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光转向元件为光转向棱镜，且所述光转向元件具有负屈光度。4.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光转向元件具有入光面、出光面以及反射面，所述入光面连接于所述出光面与所述反射面之间，所述出光面连接于所述入光面与所述反射面之间，所述反射面连接于所述入光面与所述出光面之间，所述入光面具有面向所述第一透镜的凸曲面，所述反射面为平面，所述出光面具有凹曲面。5.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光转向元件为光转向棱镜，并具有入光面、出光面以及反射面，所述入光面连接于所述出光面与所述反射面之间，所述出光面连接于所述入光面与所述反射面之间，所述反射面连接于所述入光面与所述出光面之间，所述入光面面向所述第一透镜，所述成像镜头具有孔径光栏面，所述孔径光栏面与所述出光面相对，且所述成像镜头满足下列关系式至少其中之一：(1)D＜5mm，D为所述孔径光栏面与所述出光面之间的距离；(2)BEF/f＞0.5，BEF是所述成像镜头的后焦长，f为所述成像镜头的有效焦距；(3)1＜TTL/f＜5，TTL为所述成像镜头的总长。6.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光转向元件为半穿透半反射元件。7.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述成像镜头还包括第四透镜，所述第四透镜具有负屈光度，而所述光转向元件配置于所述第一透镜与所述第四透镜之间。8.如权利要求7所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述第四透镜为凸面朝向所述光转向元件的凸凹透镜，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜。9.如权利要求7所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜皆为非球面透镜。10.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜。11.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜皆为非球面透...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭道宏，郑权得，
申请(专利权)人：中强光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71