目镜及头戴显示设备制造技术

本发明专利技术提供一种目镜及头戴显示设备，其中，目镜包括：同轴依次设置的正透镜以及负透镜；其中，所述正透镜的入光面为平面菲涅尔面，出光面为凸面；所述负透镜的入光面为凹面，出光面为凸面；待观测光线入射在所述负透镜的入光面上，由所述负透镜折射至所述正透镜的入光面，再经所述正透镜折射后进入人眼。本发明专利技术提供的目镜及头戴显示设备，实现了超薄目镜光学系统，有利于头戴显示设备更加小型化、轻量化。

Eyepiece and head display equipment

The invention provides an eyepiece and wearing a display device, which comprises: positive lens, eyepiece coaxial arranged and a negative lens; wherein the positive lens light plane Finel surface, a smooth surface; the negative lens incident surface is concave, smooth surface; the light to be observed the incident in the negative lens light, by the negative lens to the positive lens to the smooth, and then by the positive lens into the eye. The eyepiece and the head wearing display equipment provided by the invention have realized the ultra thin optical system of the eyepiece, which is beneficial to the miniaturization and light weight of the display equipment.

【技术实现步骤摘要】
目镜及头戴显示设备
本专利技术涉及虚拟现实
，尤其涉及一种目镜及头戴显示设备。
技术介绍
VR(VirtualReality，虚拟现实)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，并通过多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该模拟环境中。随着技术的发展，VR头戴显示设备在诸如游戏，房地产，旅游等领域中有了广泛的应用。目前，一种类型的VR头戴显示设备采用手机使用的屏幕作为显示器件，这种屏幕的尺寸通常较大，在2～5英寸左右。现有的头戴显示设备中，与这种尺寸较大的显示器件配合的目镜光学系统，通常具有轴向距离长的特点。轴向距离长的目镜无法满足对头戴显示设备的轻薄化的需求。
技术实现思路
本专利技术的多个方面提供一种目镜及头戴显示设备，实现了超薄目镜光学系统，有利于头戴显示设备更加小型化、轻量化。本专利技术提供一种目镜，包括：同轴依次设置的正透镜以及负透镜；其中，所述正透镜的入光面为平面菲涅尔面，出光面为凸面；所述负透镜的入光面为凹面，出光面为凸面；待观测光线入射在所述负透镜的入光面上，由所述负透镜折射至所述正透镜的入光面，再经所述正透镜出射。进一步可选地，所述正透镜的出光面为凸非球面。进一步可选地，所述正透镜的折射率n1和色散v1满足如下条件：1.5＜n1＜1.55、55＜v1＜60；所述负透镜的折射率n2和色散v2满足如下条件：1.5＜n2＜1.55、55＜v2＜60。本专利技术实施例还提供一种头戴显示设备，包括本专利技术实施例提供的目镜以及与所述目镜同轴的显示器件；所述显示器件发出的屏幕光线经所述目镜折射后进入人眼。进一步可选地，所述正透镜的出光面的中心点到所述显示器件的显示屏的中心点的距离TTL小于32mm。进一步可选地，所述正透镜的中心点到人眼的距离T0满足如下条件：0.35TTL<T0<0.45TTL；所述正透镜的中心厚度T1满足如下条件：0.09TTL<T1<0.1TTL。进一步可选地，所述负透镜的中心厚度T2满足如下条件：0.09TTL<T2<0.1TTL。进一步可选地，所述设备的焦距F满足如下条件：0.9TTL<F<0.95TTL。进一步可选地，所述正透镜的入光面的菲涅尔曲率半径R满足如下条件：-0.6F<R<-0.65F。进一步可选地，所述负透镜的焦距满足如下条件：-700<F2<0；所述正透镜的焦距F1<F。本专利技术提供的目镜及头戴显示设备中，采用结构简单的正、负透镜构成目镜光学系统。其中，正透镜的出光面为凸面，入光面为平面菲涅尔面；负透镜的入光面为凹面，出光面为凸面。这样的目镜结构，在确保正、负透镜的光学性能良好的情况下，极大减小了透镜的厚度，实现了超薄目镜光学系统，有利于头戴显示设备更加小型化、轻量化。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1a为本专利技术一实施例提供的目镜的结构示意图；图1b为本专利技术一实施例提供的头戴显示设备的结构示意图；图2a是本专利技术实施例提供的头戴显示设备在显示器件极限分辨率下的MTF曲线；图2b是本专利技术实施例提供的头戴显示设备在显示器件1/2极限分辨率下的MTF曲线；图3是本专利技术实施例提供的头戴显示设备的光学场曲和畸变的一示意图；图4是本专利技术实施例提供的头戴显示设备的一点列图示意；图5是本专利技术实施例提供的头戴显示设备的系统色差曲线的一示意图。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，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1a为本专利技术一实施例提供的目镜的结构示意图。如图1a所示，该目镜的光学系统包括：同轴依次设置的正透镜11以及负透镜12，正透镜11的入光面Si1靠近负透镜的出光面Se2。其中，负透镜12的入光面Si2为凹面，出光面Se2为凸面。当待观测光线入射时，Si2为凹面可确保负透镜12具有较高的集光效率，能够尽可能地接收并传递待观测光线。Se2为凸面，具有大角度折光的作用，能够使得发散角较大的光线，以较大的入射高度以及较小的发散角入射在正透镜11的入光面Si1上。进而，入射在Si1上的边缘光线以及主光线相对于人眼具有较大的张角以及较小的光线入射高度，实现了增大视场角的目的。其中，正透镜11的入光面Si1为平面菲涅尔面，出光面Se1为凸面。当有光线入射在Si1上时，Si1可收集入射至其上的光线，对该光线整形并以要求的角度到达Se1。Se1为凸面，具有大角度折光的作用，能够进一步增大视场角。可选的，Se1可以设计为凸非球面。凸非球面的曲率半径从中心到边缘连续发生特定变化，可以准确地控制每条出射光线的走向，使得出射光线以设定的角度出射至人眼处，以在增大视场角的同时进行像差的校正。在本实施例中，可选的，在确定像差校正需求以及光线的偏折度需求后，可进行反向设计，得到具有变化的曲率半径的凸非球面Se1。在一可选实施方式中，为保证加工及检测的便捷性，可设计Se1的面型为偶次非球面。Se1可如下所示的偶次非球面方程进行面型设计：其中，z表示沿光轴方向的坐标，r为沿透镜高度方向的径向坐标；c为与非球面的中心点的曲率相关的二次项系数，c＝1/r0，r0为非球面中心点的曲率半径；k为圆锥系数，k＝-e2；ai为各偶次项的系数。可选的，本实施例在实际设计时，可选取N＝3，也就是偶次项最高到6次方。可选的，本实施例中也可以可设计Se1的面型为奇次非球面。Se1可如下所示的奇次非球面方程进行面型设计：其中，βi为各奇次项的系数。在一可选实施方式中，在加工正透镜11以及负透镜12时，可选用塑料材质。塑料材质易于加工，且其质量较轻，为目镜光学系统的轻量化奠定了基础。其中，正透镜11的折射率n1和色散v1可满足如下条件：1.5＜n1＜1.55、55＜v1＜60；负透镜12的折射率n2和色散v2满足如下条件：1.5＜n2＜1.55、55＜v1＜60。可选的，在实际加工时，本实施例选用K26R型号的塑料材质加工正透镜以及负透镜。K26R型号的塑料材质的折射率为1.535，色散为55.6。本实施例提供的目镜，由结构简单的正、负透镜构成。其中，正透镜的出光面为凸面，入光面为平面菲涅尔面；负透镜的入光面为凹面，出光面为凸面。这样的目镜结构，在确保正、负透镜的光学性能良好的情况下，极大减小了透镜的厚度，实现了超薄目镜光学系统，有利于头戴显示设备更加小型化、轻量化。其次，正透镜11的出光面为凸非球面，在一定程度上校正了整体目镜光学系统的像差，使得目镜成像质量优良，图像清晰。除此之外，由正负透镜组成的目镜，能够校正目镜整体光学系统的色差，提高成像质量，且具有结构简单以及成本低的优势。图1b为本专利技术一实施例提供的头戴显示设备的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目镜，其特征在于，包括：同轴依次设置的正透镜以及负透镜；其中，所述正透镜的入光面为平面菲涅尔面，出光面为凸面；所述负透镜的入光面为凹面，出光面为凸面；待观测光线入射在所述负透镜的入光面上，由所述负透镜折射至所述正透镜的入光面，再经所述正透镜出射。

【技术特征摘要】
1.一种目镜，其特征在于，包括：同轴依次设置的正透镜以及负透镜；其中，所述正透镜的入光面为平面菲涅尔面，出光面为凸面；所述负透镜的入光面为凹面，出光面为凸面；待观测光线入射在所述负透镜的入光面上，由所述负透镜折射至所述正透镜的入光面，再经所述正透镜出射。2.根据权利要求1所述的目镜，其特征在于，所述正透镜的出光面为凸非球面。3.根据权利要求1或2所述的目镜，其特征在于，所述正透镜的折射率n1和色散v1满足如下条件：1.5＜n1＜1.55、55＜v1＜60；所述负透镜的折射率n2和色散v2满足如下条件：1.5＜n2＜1.55、55＜v2＜60。4.一种头戴显示设备，其特征在于，包括权利要求1～3中任一项所述的目镜，以及与所述目镜同轴的显示器件；所述显示器件发出的屏幕光线经所述目镜折射后进入人眼。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述正透镜的出光面的中心点到所述显示器件的显示屏的中心点的距离TTL小于32mm。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37