采用光学镜头系统的头戴式显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及采用光学镜头系统的头戴式显示装置。本发明专利技术公开了一种光学镜头系统，从出光侧至入光侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜，每一透镜都具有屈光率，该第一透镜是正光焦度透镜，该第二透镜是正光焦度透镜，该第三透镜是正光焦度透镜，该第四透镜是负光焦度透镜，该第五透镜是正光焦度透镜，该第六透镜是负光焦度透镜。本发明专利技术还公开了一种具有上述光学镜头系统的头戴式显示装置。本发明专利技术重量较轻，结构紧凑，视场角、出瞳直径和出瞳距离较大，提高用户体验，成像质量优良，分辨率高，成本低。

Head wearing display device using optical lens system

The present invention relates to a head wearing display device using an optical lens system. The invention discloses an optical lens system, a light from the side to the light entering side along the optical axis in sequence comprises a first lens, a second lens, the third lens, the fourth lens, the fifth lens and the six lens, a lens has a refractive index, the first lens is a positive lens, the second lens is positive lens, the third lens is a positive lens, the fourth lens is a negative lens, the fifth lens is a positive lens, the sixth lens is a negative lens. The invention also discloses a head wearing display device with the optical lens system mentioned above. The invention has the advantages of light weight, compact structure, large field of view angle, exit pupil diameter and exit pupil distance, and improves user experience, excellent imaging quality, high resolution and low cost.

【技术实现步骤摘要】
采用光学镜头系统的头戴式显示装置
本专利技术涉及采用光学镜头系统的头戴式显示装置，且尤其是与应用六片式透镜的头戴式显示装置与其光学镜头系统相关。
技术介绍
近年来，由于可穿戴电子设备的兴起，使得包含光学镜头系统及微型显示器等微小型化的显示模块蓬勃发展，大量应用于头戴式显示设备中。头戴式显示设备广泛应用于军事、航天、医疗、娱乐、模拟训练等领域。随着头戴式显示设备越来越广泛地被应用，对其的成像质量和使用舒适度(视场角、出瞳直径和出瞳距离越大，体积越小，重量越轻则使用舒适度越高)要求也越来越高，而成像质量的好坏以及使用舒适度的高低主要取决于光学目镜系统的设计。公开专利：CN104570323A提出一种头戴目镜系统和头戴显示设备，是采用4片式透镜的目镜系统，虽然体积较小，重量较轻，但其畸变较大，出瞳较小，不能满足消费者日益提高的需求；基于ZEMAX的3D虚拟头盔显示器的光学设计方法研究，红外与激光工程，2008,37:279-282提出一种用于头盔显示的光学系统，其采用六片透镜组合而成，虽然具有较好的成像质量，但其系统总长太长，出瞳直径不够大，有效的出瞳距离较短；公开专利：CN101609208A提出的目镜，也是采用六片透镜组合而成，虽然具有较好的成像质量，但其出瞳直径较小，出瞳距离较短，降低了用户使用舒适度，且加工难度大，基片较厚。另外，对于目镜系统而言，在物体尺寸确定的情况下，焦距越小，视场角越大，系统的放大倍率越大，设计难度也随之增加。市面上头戴系统虽然不少，但大部分产品的视场角、出瞳直径和出瞳距离较小，降低用户使用舒适度。
技术实现思路
本专利技术目的在于为解决上述问题而提供一种重量较轻，结构紧凑，视场角、出瞳直径和出瞳距离较大，提高用户体验，成像质量优良，分辨率高，成本低的光学镜头系统及头戴式显示装置。为此，本专利技术公开了一种光学镜头系统，从出光侧至入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，每一透镜都具有屈光率，且具有一朝向出光侧且使光线通过的第一表面及一朝向入光侧且使光线通过的第二表面，其中：该第一透镜是一正光焦度透镜，该第一透镜的第一表面为凸面部；该第二透镜是一正光焦度透镜，该第二透镜第一表面为凸面部；该第三透镜是一正光焦度透镜，该第三透镜的第一表面为凸面部，第二表面为凸面部；该第四透镜是一负光焦度透镜，该第四透镜的第一表面为凹面部，其第二表面为凹面部；该第五透镜是一正光焦度透镜，该第五透镜的第一表面为凸面部；该第六透镜是一负光焦度透镜；该第三透镜与该第四透镜构成一个组合透镜；其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该组合透镜的焦距为f34，该第五透镜的焦距为f5，该第六透镜的焦距为f6，该光学镜头系统的系统焦距为fs，并满足以下关系式：2.3<f1/fs<5.51.8<f2/fs<2.8-4<f34/fs<-1.40.5<f5/fs<1.2-2<f6/fs<-0.8。进一步的，所述第三透镜的第二表面的曲率半径与第四透镜的第一表面的曲率半径相同。更进一步的，所述第三透镜的第二表面与第四透镜的第一表面相互胶合。进一步的，所述第五透镜、第六透镜的材质均为光学塑胶。进一步的，所述第五透镜、第六透镜的第一表面和第二表面均为非球面。进一步的，所述光学镜头系统的出瞳距离为lep，并满足关系式：0.9≤lep/fs≤1.3。进一步的，所述第一透镜至第六透镜之间在光轴上的空气间隙总和为AGa，并还满足下列条件式：7≤lep/AGa≤19。本专利技术还提供一种头戴式显示装置，包括：一机壳；及一显示模块，安装于该机壳内，包括：至少一如上所述的光学镜头系统，至少一显示屏，位于该第六透镜的第二表面朝向入光侧的光轴上。进一步的，所述光学镜头系统的用于人眼观测的观测点与所述第一透镜的第一表面在光轴上的距离大于等于21mm。本专利技术的有益技术效果：本专利技术的头戴式显示装置与其光学镜头系统，通过控制各透镜的凹凸曲面排列，并辅以其他光学关系式控制相关参数和搭配使用玻璃与塑胶透镜，使其具有重量较轻，结构紧凑，视场角、出瞳直径和出瞳距离较大，提高用户体验，成像质量优良，分辨率高，成本低的特性。附图说明图1是本专利技术的第一实施例的剖面结构意图；图2是该第一实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图3是该第一实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图4是该第一实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；图5是本专利技术的第二实施例的剖面结构意图；图6是该第二实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图7是该第二实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图8是该第二实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；图9是本专利技术的第三实施例的剖面结构意图；图10是该第三实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图11是该第三实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图12是该第三实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；图13是本专利技术的第四实施例的剖面结构意图；图14是该第四实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图15是该第四实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图16是该第四实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；图17是本专利技术的第五实施例的剖面结构意图；图18是该第五实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图19是该第五实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图20是该第五实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；图21是本专利技术的第六实施例的剖面结构意图；图22是该第六实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图23是该第六实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图24是该第六实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；图25是本专利技术的第七实施例的剖面结构意图；图26是该第七实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：xt’为子午场曲，xs’为弧矢场曲)；图27是该第七实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；图28是该第七实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。本说明书所说的「一透镜具有正光焦度(或负光焦度)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的光轴上的屈光率为正(或为负)。透镜的凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种头戴式显示装置，包括：一机壳；及一显示模块，安装于该机壳内，包括：至少一光学镜头系统，至少一显示屏，位于该第六透镜的第二表面朝向入光侧的光轴上；所述的光学镜头系统，从出光侧至入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，每一透镜都具有屈光率，且具有一朝向出光侧且使光线通过的第一表面及一朝向入光侧且使光线通过的第二表面，其中：该第一透镜是一正光焦度透镜，该第一透镜的第一表面为凸面部；该第二透镜是一正光焦度透镜，该第二透镜第一表面为凸面部；该第三透镜是一正光焦度透镜，该第三透镜的第一表面为凸面部，第二表面为凸面部；该第四透镜是一负光焦度透镜，该第四透镜的第一表面为凹面部，其第二表面为凹面部；该第五透镜是一正光焦度透镜，该第五透镜的第一表面为凸面部；该第六透镜是一负光焦度透镜；该第三透镜与该第四透镜构成一个组合透镜；其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2,该组合透镜的焦距为f34，该第五透镜的焦距为f5，该第六透镜的焦距为f6，该光学镜头系统的系统焦距为fs，并满足以下关系式：2.3<f1/fs<5.51.8<;f2/fs<2.8‑4<f34/fs<‑1.40.5<f5/fs<1.2‑2<f6/fs<‑0.8；所述第三透镜的第二表面的曲率半径与第四透镜的第一表面的曲率半径相同；所述第三透镜的第二表面与第四透镜的第一表面相互胶合；所述第五透镜、第六透镜的材质均为光学塑胶；所述第五透镜、第六透镜的第一表面和第二表面均为非球面；所述光学镜头系统的出瞳距离为lep，并满足关系式：0.9≤lep/fs≤1.3。...

【技术特征摘要】
1.一种头戴式显示装置，包括：一机壳；及一显示模块，安装于该机壳内，包括：至少一光学镜头系统，至少一显示屏，位于该第六透镜的第二表面朝向入光侧的光轴上；所述的光学镜头系统，从出光侧至入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，每一透镜都具有屈光率，且具有一朝向出光侧且使光线通过的第一表面及一朝向入光侧且使光线通过的第二表面，其中：该第一透镜是一正光焦度透镜，该第一透镜的第一表面为凸面部；该第二透镜是一正光焦度透镜，该第二透镜第一表面为凸面部；该第三透镜是一正光焦度透镜，该第三透镜的第一表面为凸面部，第二表面为凸面部；该第四透镜是一负光焦度透镜，该第四透镜的第一表面为凹面部，其第二表面为凹面部；该第五透镜是一正光焦度透镜，该第五透镜的第一表面为凸面部；该第六透镜是一负光焦度透镜；该第三透镜与该第四透镜构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：充梦霞，
类型：发明
国别省市：江苏,32