光學放大組合鏡、頭戴顯示光學系統及設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及光學領域，尤其涉及應用于頭戴顯示設備上的光學放大組合鏡， 以及帶有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。
【背景技術】
[0002] 目前頭戴式虛擬現實顯示系統的光學放大元件均采用傳統透鏡，如球面透鏡、非 球面透鏡或自由曲面光學透鏡，受光學加工技術及光學材料的限制，顯示系統中的光學放 大鏡組的口徑通常會做得比較小（若口徑做大光學系統的重量和體積均會大幅增加），使 用者通過光學放大鏡組所能觀察到的視野被放大鏡組的口徑限制，放大鏡組的視野相對人 眼自然狀態下的視野顯得很小，故此視野受限的圖像顯示系統給人眼帶來的視覺沖擊及沉 浸感將會受到很大的影響。在保證頭戴設備體積足夠小、重量足夠輕的前提下，如何實現頭 戴式虛擬現實顯示系統大視場成為亟待解決的問題。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的是提供一種光學放大組合鏡，以及帶有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，解決現有頭戴式虛擬現實顯示系統使用傳統 透鏡導致的視野與產品體積和重量不可兼顧的問題。
[0004] 為了實現上述目的，本實用新型提供了一種光學放大組合鏡，在頭戴式虛擬現實 顯示設備中使用，所述光學放大組合鏡包括一組中心鏤空的聚焦薄型光學元件和一組帶透 明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學元件和所述帶透明平板裙邊的凸透 鏡或組合凸透鏡疊合在一起，聚焦薄型光學元件中心鏤空區域與凸透鏡或組合凸透鏡的凸 起部分緊密配合。
[0005] 在一實施方式中，所述聚焦薄型光學元件和所述帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合 凸透鏡疊合在一起時，凸透鏡或組合凸透鏡的裙邊與聚焦薄型光學元件部分或完全重疊在 一起。
[0006] 在一實施方式中，所述聚焦薄型光學元件內徑帶下沉的搭接沿，搭接沿與凸透鏡 或組合凸透鏡的裙邊相吻合。
[0007] 優選的，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。
[0008] 在一實施方式中，所述凸透鏡表面刻有用于消色差的紋路。
[0009] 在一實施方式中，所述凸透鏡或組合凸透鏡的焦距與聚焦薄型光學元件之間的焦 距差小于10毫米。
[0010] 優選的，聚焦薄型光學元件與帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡通過光學膠 合方式結合在一起。
[0011] 相應的，本實用新型還提供一種頭戴顯示光學系統，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，光學放大 鏡組包括至少一片上述的光學放大組合鏡。
[0012] 在一實施方式中，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。
[0013] 在一實施方式中，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。
[0014] 相應的，本實用新型還提供一種頭戴式虛擬現實顯示設備，包括一組和或兩組權 利上述的頭戴顯示光學系統。
[0015] 與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：
[0016] 1.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；
[0017] 2.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。
[0018] 3.若用普通不帶裙邊凸統透鏡與中心鏤空的聚焦薄型光學元件結合，很容易發生 偏斜，錯位等影響光學放大組合鏡精度的問題，本實用新型采用帶裙邊的凸透鏡與聚焦薄 型光學元件的疊合，能有效降低二者結合難度，提高光學放大組合鏡正品率。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前 提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖：
[0020] 圖1為本實用新型實施例光學放大組合鏡的一種結構分解示意圖；
[0021] 圖2為圖1各組件剖面圖示意圖；
[0022] 圖3為圖1結構組合好后的光學放大時組合鏡示意圖；
[0023] 圖4為本實用新型實施例光學放大組合鏡的又一種結構分解示意圖；
[0024] 圖5為圖4結構組合好后的光學放大時組合鏡示意圖；
[0025] 圖6為本實用新型實施例光學放大組合鏡主鏡的又一種結構示意圖；
[0026] 圖7為對應圖4主鏡的副鏡結構示意圖；
[0027] 圖8(a)、（b)均為本實用新型實施例光學放大組合鏡在光路圖中的元件示意圖；
[0028] 圖9為本實用新型頭戴顯示光學系統實施例1結構示意圖；
[0029] 圖10為圖9和圖14中光學放大組合鏡中心區域和邊緣區域的光學參數標注示意 圖；
[0030] 圖11為本實用新型頭戴顯示光學系統實施例2結構示意圖；
[0031] 圖12為本實用新型頭戴顯示光學系統實施例3結構示意圖；
[0032] 圖13為圖12中光學放大組合鏡中心區域和邊緣區域的光學參數標注示意圖；
[0033] 圖14為本實用新型頭戴顯示光學系統實施例4結構示意圖；
[0034] 圖15為圖14中凸透鏡4的參數標注示意圖；
[0035] 圖16為本實用新型頭戴顯示光學系統實施例5結構示意圖；
[0036] 圖中標記：A-光學放大組合鏡的中心區域，B-光學放大組合鏡的邊緣區域1-圖像 顯示源，2-光學放大組合鏡，3-聚焦薄型光學元件，4-凸透鏡。
【具體實施方式】
[0037] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0038] 本實用新型光學放大組合鏡主要針對頭戴式VR顯示系統設計，VR指虛擬現實，是 Virtual Reality 的簡稱。
[0039] 本實用新型實施例光學放大組合鏡包括一組中心鏤空的聚焦薄型光學元件和一 組帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡，所述聚焦薄型光學元件和所述帶透明平板裙邊 的凸透鏡或組合凸透鏡疊合在一起，聚焦薄型光學元件中心鏤空區域與凸透鏡或組合凸透 鏡的凸起部分緊密配合，凸透鏡對應主視場成像，具有優質的畫質；聚焦薄型光學元件對應 邊緣視場成像，可有效擴大VR顯示系統的周邊視野。所述凸透鏡為傳統球面透鏡、非球面 透鏡或自由曲面光學透鏡；所述組合凸透鏡指至少兩塊凸透鏡組合在一起形成一個透鏡 組，例如兩塊口徑一致的圓形的非球面透鏡膠合在一起形成組合凸透鏡；所述聚焦薄型光 學元件為菲涅爾透鏡、菲涅爾波帶片或二元光學元件。凸透鏡的透明平板裙邊不具任何光 學作用，其主要作用在于方便凸透鏡與聚焦薄型光學元件相結合。
[0040] 將本實用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，需要所述凸透鏡或組合凸透鏡的焦距與聚焦薄型光學元件之間的 焦距差小于10毫米。
[0041] 在一些實施例中，聚焦薄型光學元件與帶透明平板裙邊的凸透鏡或組合凸透鏡通 過光學膠合方式結合在一起。
[0042] 在一些實施例中，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] 下面結合圖1~圖7介紹三種本實用新型光學放大組合