目镜光学系统及头戴显示设备技术方案

本发明专利技术公开一种目镜光学系统及头戴显示设备，该目镜光学系统从显示侧到目侧沿光线传输方向依次包括显示单元、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；所述显示单元用于为目镜光学系统提供图像光源；第一透镜具有正光焦度，其目侧面为凸面，其显示侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其显示侧面为凹面；第三透镜具有正光焦度，其目侧面在近光轴处为凹面，其显示侧面为凸面；第四透镜具有正光焦度，其目侧面在近光轴处为凸面，其显示侧面为凸面；第一透镜与显示单元在光轴上的空气间隔CT

【技术实现步骤摘要】
目镜光学系统及头戴显示设备


[0001]本专利技术涉及光学镜头
，特别是涉及一种目镜光学系统及头戴显示设备。

技术介绍

[0002]随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实（VR）设备的形态与种类也日益繁多，并且应用领域也愈加广泛，目前头戴显示设备由于体积小、重量轻等特点受到广大消费者欢迎。头戴显示设备通过光学技术，将显示器发出的视频图像光传送到用户的瞳孔，在用户的近目范围实现虚拟、放大图像，为用户提供直观可视的图像、视频信息，其中目镜光学系统是头戴显示设备的核心，实现将显示器上的图像显示在人眼前形成虚拟放大图像的功能。
[0003]为了给用户提供极佳的感官体验，目镜光学系统需要具备较大的视场角、较远的眼距距离以及较高品质的成像，同时为了满足不同近视或远视程度的用户，还需要具备屈光度可调，然而当前目镜光学系统存在视场角度较小、畸变较大及屈光度调节不佳等问题，不能很好的满足市场的需求。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的是提供一种目镜光学系统及头戴显示设备，至少具有大视场角、总长短、屈光度可调的优点，能够为用户带来极佳的感官体验。
[0005]本专利技术实施例通过以下技术方案实现上述的目的。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供一种目镜光学系统，用于成像光线从显示单元经目镜光学系统进入用户眼睛成像，朝向用户眼睛的方向为目侧，朝向所述显示单元的方向为显示侧，所述目镜光学系统从显示侧到目侧沿光线传输方向依次包括显示单元、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜各自包括一目侧面及一显示侧面；所述显示单元用于为目镜光学系统提供图像光源；所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的目侧面为凸面，所述第一透镜的显示侧面为凹面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的显示侧面为凹面；所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的目侧面在近光轴处为凹面，所述第三透镜的显示侧面为凸面；所述第四透镜具有正光焦度，所述第四透镜的目侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的显示侧面为凸面；所述第一透镜与所述显示单元在光轴上的空气间隔CT
W
动态可调；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜中至少一个为玻璃镜片。
[0007]另一方面，本专利技术还提供一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括如上所述的目镜光学系统，所述目镜光学系统位于用户眼睛和所述显示单元之间。
[0008]相比于现有技术，本专利技术提供的目镜光学系统及头戴显示设备，采用四片具有特定屈折力的镜片，通过特定的表面形状搭配，在满足小畸变的同时结构更加紧凑，同时具有较大的视场角可以提供宽视场的显示效果，提高用户的沉浸感，从而给用户带来更好的体验感。通过调节镜头系统中的透镜组与显示单元在光轴上的空气间隔距离，可实现不同屈光度的调节，满足不同视力用户的佩戴需求；同时所述目镜光学系统还具有较大的出瞳距离，能够为用户带来极佳的感官体验。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0010]图1示出了本专利技术第一实施例提供的目镜光学系统100在屈光度0D时的结构示意图；图2示出了本专利技术第一实施例提供的目镜光学系统100在屈光度0D时的场曲曲线图；图3示出了本专利技术第一实施例提供的目镜光学系统100在屈光度0D时的畸变曲线图；图4示出了本专利技术第一实施例提供的目镜光学系统100在屈光度0D时的垂轴色差曲线图；图5示出了本专利技术第二实施例提供的目镜光学系统200在屈光度0D时的结构示意图；图6示出了本专利技术第二实施例提供的目镜光学系统200在屈光度0D时的场曲曲线图；图7示出了本专利技术第二实施例提供的目镜光学系统200在屈光度0D时的畸变曲线图；图8示出了本专利技术第二实施例提供的目镜光学系统200在屈光度0D时的垂轴色差曲线图；图9示出了本专利技术第三实施例提供的目镜光学系统300在屈光度0D时的结构示意图；图10示出了本专利技术第三实施例提供的目镜光学系统300在屈光度0D时的场曲曲线图；图11示出了本专利技术第三实施例提供的目镜光学系统300在屈光度0D时的畸变曲线图；图12示出了本专利技术第三实施例提供的目镜光学系统300在屈光度0D时的垂轴色差曲线图；图13示出了本专利技术第四实施例中提供的头戴显示设备中的光路示意图。
具体实施方式
[0011]为使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0012]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
[0013]在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。如透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凸面；如透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凹面。
[0014]本专利技术实施例提供一种目镜光学系统，用于成像光线从显示单元经目镜光学系统进入用户眼睛成像，朝向用户眼睛的方向为目侧，朝向所述显示单元的方向为显示侧，所述目镜光学系统从显示侧到目侧沿光线传输方向依次包括显示单元、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜各自包括一目侧面及一显示侧面；所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的目侧面为凸面，所述第一透镜的显示侧面为凹面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的显示侧面为凹面；所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的目侧面在近光轴处为凹面，所述第三透镜的显示侧面为凸面；所述第四透镜具有正光焦度，所述第四透镜的目侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的显示侧面为凸面；所述第一透镜与所述显示单元在光轴上的空气间隔CT
W
动态可调，通过调节所述显示单元与所述第一、二、三、四透镜组间的空气间隔，可实现目镜光学系统的屈光度可调，从而能够满足不同近视或者远视程度的用户需求。
[0015]其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜中至少一个为玻璃镜片，采用玻璃镜片能够更好矫正系统的像差，提高目镜光学系统的解像力。
[0016]在一些可选的实施例中，所述目镜光学系统满足以下条件式：4<TTL/CT
W
<15；（1）其中，TTL表示所述目镜光学系统的光学总长，CT
W
表示所述第一透镜与所述显示单元在光轴上的空气间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种目镜光学系统，用于成像光线从显示单元经目镜光学系统进入用户眼睛成像，朝向用户眼睛的方向为目侧，朝向所述显示单元的方向为显示侧，其特征在于，所述目镜光学系统从显示侧到目侧沿光线传输方向依次包括显示单元、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜各自包括一目侧面及一显示侧面；所述显示单元用于为目镜光学系统提供图像光源；所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的目侧面为凸面，所述第一透镜的显示侧面为凹面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的显示侧面为凹面；所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的目侧面在近光轴处为凹面，所述第三透镜的显示侧面为凸面；所述第四透镜具有正光焦度，所述第四透镜的目侧面在近光轴处为凸面，所述第四透镜的显示侧面为凸面；所述第一透镜与所述显示单元在光轴上的空气间隔CT
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动态可调；其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜中至少一个为玻璃镜片。2.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统满足以下条件式：4<TTL/CT
W
<15；其中，TTL表示所述目镜光学系统的光学总长，CT
W
表示所述第一透镜与所述显示单元在光轴上的空气间隔。3.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统满足以下条件式：1.0<ED/f <1.5；其中，f表示所述目镜光学系统的有效焦距，ED表示所述目镜光学系统的出瞳距离。4.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统满足以下条件式：1<f/f12<2；
‑
2<f/f1+f/f2<
‑
0.2；其中，f表示所述目镜光学系统的有效焦距，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距。5.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统满足以下条件式：

【专利技术属性】
技术研发人员：曾昊杰，于笑枝，黄琦炜，
申请(专利权)人：江西联昊光电有限公司，
类型：发明
国别省市：