新型實施例光學放大組合鏡運用到頭戴式VR設備上時，在不采用特定 補償光學元件的情況下，需要光學放大組合鏡中心區域A與邊緣區域B之間的焦距相當，本 處焦距相當可理解為焦距接近，可定義為二者焦距差在10毫米以內。
[0041] 在一種實施例中，所述光學放大組合鏡的中心區域為非球面透鏡，邊緣區域為平 面基底菲涅爾透鏡，其一面為光面，另一面刻有同心鋸齒圓環，該類光學放大組合鏡安裝于 頭戴式VR顯示設備上時，優選光面面對人眼。
[0042] 在一種實施例中，光學放大組合鏡的凸透鏡表面刻有用于消色差的紋路，也就是 說，光學放大組合鏡的中心區域A可以為折衍混合消色差透鏡。
[0043] 本實用新型一些實施例中，光學放大組合鏡為一體注塑成型，也就是說中心區域 和邊緣區域注塑成一體。
[0044] 在另一些實施例中，光學放大組合鏡中心區域A和邊緣區域B分別為單獨光學元 件，如圖2，邊緣區域B元件的鏤空區域輪廓形狀與中心區域A元件的外圍輪廓形狀一致，且 能緊密配合；中心區域元件和邊緣區域元件通過光學膠合或機械組合方式結合在一起。
[0045] 頭戴式VR顯示設備分單目和雙目兩種，圖1~圖4介紹光學放大組合鏡只具有一 個中心區域，既適用于單目，又適用于雙目。從光路上來說，雙目頭戴式VR顯示設備需配備 兩套光學系統，分別對應于左右眼；從實物結構上來說，雙目頭戴式VR顯示設備需配備的 兩套光學系統中，部分左右對稱的光學元件，從制造工藝和安裝方便的角度考慮，可以一體 成型，如光學放大組合鏡、圖像顯示源。在雙目頭戴式VR顯示設備的瞳間距不需要做調整 操作的情況下，左右光學放大組合鏡可以設計為一體注塑成型，即光學放大組合鏡設計為 具有左右對稱的兩個中心區域，如圖5。
[0046] 由于本實用新型實施例光學放大組合鏡為非標準透鏡，在本說明書附圖中，將其 以圖6(a)或圖6(b)的形式在光路圖中示意。
[0047] 上面介紹了本實用新型實施例光學放大組合鏡的結構，下面介紹應用所述光學放 大組合鏡的頭戴顯示光學系統結構。
[0048] 本實用新型實施例頭戴顯示光學系統包括圖像顯示源和光學放大鏡組，光學放大 鏡組包括至少一片上述的光學放大組合鏡，圖像顯示源顯示的光信息經光學放大鏡組放大 后的投影虛像由人眼接收。圖像顯示源可以為單獨顯示屏，也可以為移動終端顯示屏。
[0049] 在一些實施例中，所述光學放大鏡組還包括一片或多片聚焦薄型光學元件，聚焦 薄型光學元件位于光學放大組合鏡遠離人眼一端，圖像顯示源顯示的光信息先經過聚焦薄 型光學元件，再經光學放大組合鏡射入人眼。
[0050] 在另一些實施例中，所述光學放大鏡組還包括一片或多片凸透鏡，凸透鏡位于光 學放大組合鏡遠離人眼一端，圖像顯示源顯示的光信息先經過凸透鏡，再經光學放大組合 鏡射入人眼。同樣，此處的凸透鏡可以為傳統球面、非球面、自由曲面光學透鏡及這些傳統 透鏡的組合鏡。
[0051] 下面結合圖7~圖14介紹本實用新型頭戴顯示光學系統的部分實施例，圖7~圖 14均以雙目頭戴顯示光學系統為例，單目光學系統只需要選用雙目光學系統的一側即可， 不單獨進行介紹。
[0052] 頭戴顯不光學系統實施例1 :
[0053] 參見圖7,為雙目頭戴顯示光學系統結構示意圖，包括左右眼共用的圖像顯示源 1 (圖像顯示源1可以為一塊大屏分左右屏顯示，也可以為分開的左右兩塊小屏）和左右兩 組光學放大鏡組，每組光學放大鏡組由一片光學放大組合鏡2構成，圖像顯示源1顯示的光 信息，經光學放大組合鏡2放大后的投影虛像由人眼接收。在本實施例中，光學放大組合鏡 2的中心透鏡部分（中心區域A)由兩塊口徑一致的圓形的非球面透鏡膠合而成，也就是說 主鏡21中心區域A為組合凸透鏡；邊緣區域B為中心鏤空的平面基底菲涅爾透鏡，一面為 光面，一面刻有同心鋸齒圓環，其外形輪廓參見圖4 (a)。光學放大組合鏡2的中心透鏡部分 與邊緣菲涅爾透鏡部分的結構標注如圖8所示，其各自的參數可參考表1，邊緣菲涅爾透鏡 部分的內邊緣與中心透鏡部分的外邊緣通過采用光學膠膠合方式組成一體鏡。
[0054] 本實施例中，在光學放大組合鏡2滿足表1參數時，中心區域A和邊緣區域B兩部 分透鏡的焦距均為30mm時（此時光學放大鏡組的總焦距30mm)，當圖像顯示源1為6英寸 屏幕時，該頭戴顯示光學系統的雙目水平視場約為106度，對角視場約152度。
[0055] 表 1
[0056]
【主權項】
1. 一種光學放大組合鏡，在頭戴式虛擬現實顯示設備中使用，其特征在于，所述光學放 大組合鏡包括中心區域和邊緣區域，中心區域為凸透鏡或組合凸透鏡，邊緣區域為聚焦薄 型光學元件，中心區域對應主視場成像，邊緣區域對應邊緣視場成像。
2. 如權利要求1所述的光學放大組合鏡，其特征在于，所述凸透鏡為球面透鏡或非球 面透鏡或自由曲面光學透鏡；所述聚焦薄型光學元件為菲涅爾透鏡或菲涅爾波帶片或二元 光學元件。
3. 如權利要求2所述的光學放大組合鏡，其特征在于，所述中心區域為非球面透鏡；所 述邊緣區域為平面基底菲涅爾透鏡，其一面為光面，另一面刻有同心鋸齒圓環。
4. 如權利要求2所述的光學放大組合鏡，其特征在于，所述凸透鏡表面刻有用于消色 差的紋路。
5. 如權利要求2所述的光學放大組合鏡，其特征在于，中心區域與邊緣區域之間的焦 距差小于10毫米。
6. 如權利要求2所述的光學放大組合鏡，其特征在于，所述光學放大組合鏡具有一個 中心區域，或左右對稱的兩個中心區域。
7. 如權利要求2至6任一項所述的光學放大組合鏡，其特征在于，中心區域和邊緣區域 為一體注塑成型。
8. 如權利要求2至6任一項所述的光學放大組合鏡，其特征在于，中心區域和邊緣區 域分別為單獨元件，邊緣區域元件的鏤空區域輪廓形狀與中心區域元件的外圍輪廓形狀一 致，且能緊密配合；中心區域元件和邊緣區域元件通過光學膠合或機械組合方式結合在一 起。
9. 頭戴顯示光學系統，包括圖像顯示源和光學放大鏡組，圖像顯示源顯示的光信息，經 光學放大鏡組放大后的投影虛像由人眼接收，其特征在于，光學放大鏡組包括至少一片權 利要求1至8任一項所述的光學放大組合鏡。
10. 如權利要求9所述的頭戴顯示光學系統，其特征在于，所述光學放大鏡組還包括一 片或多片聚焦薄型光學元件，聚焦薄型光學元件位于光學放大組合鏡遠離人眼一端，圖像 顯示源顯示的光信息先經過聚焦薄型光學元件，再經光學放大組合鏡射入人眼。
11. 如權利要求9所述的頭戴顯示光學系統，其特征在于，所述光學放大鏡組還包括一 片或多片凸透鏡，凸透鏡位于光學放大組合鏡遠離人眼一端，圖像顯示源顯示的光信息先 經過凸透鏡，再經光學放大組合鏡射入人眼。
12. 頭戴式虛擬現實顯示設備，其特征在于，所述頭戴式虛擬現實顯示設備包括一組和 或兩組權利要求9至11任一項所述的頭戴顯示光學系統。
【專利摘要】本實用新型公開了一種光學放大組合鏡，包括中心區域和邊緣區域，中心區域為凸透鏡或組合凸透鏡，邊緣區域為聚焦薄型光學元件，中心區域對應主視場成像，邊緣區域對應邊緣視場成像。相應的，本實用新型還公開應用該光學放大組合鏡的頭戴顯示光學系統和頭戴式虛擬現實顯示設備。本實用新型光學放大組合鏡，采用傳統透鏡與聚焦薄型光學元件的結合，運用于頭戴式虛擬現實顯示設備上，既能保證中心畫質，又同時擴大了人眼的邊緣視野，增強了使用者的沉浸感；另外由于聚焦薄型光學元件的使用，很大程度上減小了頭戴式虛擬現實顯示設備的重量，減輕了重量對佩戴造成的不適感。
【IPC分類】G02B25-04, G02B27-01
【公開號】CN204515243
【申請號】CN201520130390
【發明人】黃琴華, 宋海濤
【申請人】成都理想境界科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月6日