采用光学目镜镜头、图像源显示屏的头戴显示设备制造技术

本发明专利技术公开了一种采用光学目镜镜头、图像源显示屏的头戴显示设备，从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序包括光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜。本发明专利技术提供了一种在缩短镜头系统长度的条件下，仍能够保有良好的光学性能的光学目镜镜头及头戴显示设备。

Head mounted display device using optical eyepiece lens and image source display screen

A head-mounted display device using an optical eyepiece lens and an image source display screen comprises an aperture, a first lens, a second lens and a third lens sequentially along the optical axis from the viewing side of the human eye to the image source side, and the first lens, the second lens and the third lens all have refractive power, and each includes a directional view. The first lens and the third lens are positive lenses; the second lens is negative lens; the first lens is doubly convex lens; the second lens is flat concave lens, double concave lens or meniscus lens; and The third lens is aspherical lens. The invention provides an optical eyepiece lens and a head-mounted display device which can still maintain good optical performance under the condition of shortening the length of the lens system.

【技术实现步骤摘要】
采用光学目镜镜头、图像源显示屏的头戴显示设备
本专利技术涉及一种光学目镜镜头，特别是涉及一种采用光学目镜镜头、图像源显示屏的头戴显示设备。
技术介绍
头戴显示设备由于体积小、重量轻等特点广受消费者欢迎。尤其是设备的大视场角可以给使用者营造一个沉浸式的震撼的视觉效果，让使用者如同身处于电影院放映厅中观看电影一般。现有技术的头戴显示设备的图像源器件广泛采用一整块大尺寸的OLED(OrganicLight-EmittingDiode)及LCD(LiquidCrystalDisplay)屏幕，同时搭配采用的镜头具有短工作距、短出瞳距、长焦距、低放大率等特性，但屏幕分辨率平均至单眼上则略显不足。而另一类显示屏器件如DLP(DigitalLightProcession)数字光处理和LCOS(LiquidCrystalonSilicon)液晶附硅，虽能提供小尺寸、高分辨率的显示屏，但因需另外提供照明才能显示，从而造成与其搭配的镜头必须具有较长的工作距及视场角较小的局限。对于头戴显示设备的大视场角目镜来说，倍率色差、场曲、象散都是影响成像质量的像差，为了避免成像效果与质量下降，在缩短光学目镜镜头的长度时仍然要兼顾良好的光学性能。中国专利公布号CN104635333A、CN104536129A、CN101887166A分别揭露了三种由三片透镜所组成的光学目镜镜头，但仍存在镜头的出瞳距较短、工作距较短、放大率小等问题，其中，中国专利公布号CN101887166A镜头出瞳距长度在11mm以内，不利于佩戴眼镜的用户使用。目前市场上的头戴显示设备，均通过调节目镜与屏幕间距来达到满足用户不同屈光度的使用需求，但却无一款能够在用户长时间佩戴时，同时解决近视、远视及散光问题，这些问题均会影响到用户的用眼健康。因此在搭配高像素小尺寸显示屏时，如何能够有效缩短光学镜头之系统长度并保持长工作距、长出瞳距，同时仍能够维持足够之光学性能，一直是业界亟待解决之课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种在缩短镜头系统长度的条件下，仍能够保有良好的光学性能的光学目镜镜头。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种光学目镜镜头，从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序包括光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；且该第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下要求：Nd1>1.88，Nd2>1.94，Nd3>1.49；Vd1<40.9，Vd2<18.0，Vd3<57.4；其中，Nd1、Nd2、Nd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的折射率；Vd1、Vd2、Vd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的色散系数；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下关系式：1)0.90<f1/f<1.40；2)1.40<|f2/f|<2.20；3)1.10<f3/f<2.00；其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，，该第三透镜的焦距为f3，系统焦距为f。作为一种优选，所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜。作为一种优选，所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜。作为一种优选，所述第三透镜的物侧面和像侧面的非球面表达式为：其中，Y为非球面曲线上的点与光轴I的距离；Z为非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点的切面，两者间的垂直距离)；R为透镜表面的曲率半径；K为锥面系数(conicconstant)；a2i为第2i阶非球面系数。作为一种优选，所述第三透镜物侧面至所述图像源面在光轴上的距离为BFL，所述第三透镜在光轴上的厚度为T3，所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隙为G23，并满足下列关系式：BFL/T3<3.00；T3/G23≦71；BFL/G23≦105。作为一种优选，所述第一透镜和所述第二透镜通过光敏胶相互粘合；该第一透镜与该第二透镜胶合成胶合镜片的焦距为f12，所述第一透镜在光轴上的厚度为T1，所述第二透镜在光轴上的厚度为T2，所述第一透镜和所述第二透镜所胶合成的胶合镜片在光轴上的厚度为T12，并还满足下列关系式：T1/T2≧3.5；T12＝T1+T2；T12/T3≧0.75；1.50<f12/f<3.20。作为一种优选，所述第一透镜和第二透镜的材质为玻璃，所述第三透镜的材质为塑料。作为一种优选，所述第一透镜的像侧面至所述图像源面在光轴上的距离为TTL，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜在光轴上的厚度总和为ALT，并满足下列关系式：BFL/TTL≧0.30；ALT/TTL≦0.70；ALT/T12≧1.35。本专利技术光学目镜镜头的有益效果在于：所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜；借由该第一透镜、第二透镜和第三透镜的光学参数的选择与相互搭配，有助于修正像差，提升该光学目镜镜头的成像质量。此外，该第一透镜与第二透镜为玻璃材质，其较大的折射率能更好地转折光线；该第一透镜和该第二透镜胶合成为一组胶合透镜，能对色差进行较好的校正作用；该第三透镜为塑料材质，可降低制造成本及减轻该光学目镜镜头的重量。因此，本专利技术之另一目的，即在提供一种应用前述光学目镜镜头的头戴显示设备。于是，本专利技术的头戴显示设备，包括机壳和安装在该机壳内的显示模块。该显示模块包括如前述所述的光学目镜镜头及设置于该光学目镜镜头物侧的图像源显示屏。作为一种优选，所述光学目镜镜头的总长度小于45mm。所述光学目镜镜头的总长度为由所述光阑至物侧的图像源显示屏的总长度，包括预留的至少20mm的出瞳距。作为一种优选，所述目镜镜头的用于人眼观测的观测点与所述第一透镜的像侧面在光轴上的距离大于20mm。该图像源显示屏选用显示分辨率为WXGA(1366*768)的0.37英寸LCOS显示屏，与传统的微显示屏相比，该LCOS显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。本专利技术头戴显示设备的有益效果在于：借由在该设备中装载具有前述的光学目镜镜头的显示模块，以利该目镜镜头在缩短系统长度的条件下，仍能够提供良好之光学性能的优势，在不牺牲光学性能的情形下制出更为薄型轻巧的头戴显示设备，使本专利技术兼具良好的实用性能且有助于轻薄短小化的结构设计，以便满足更高质量的消费需求。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明；但本专利技术的一种光学目镜镜头及头戴显示设备不局限于实施例。附图说明图1是本专利技术第一实施例的光学目镜镜头的配置示意图；图2是本专利技术第一实施例的纵向球差与各项像差图；图3是本专利技术第一实施例的各透镜的光学数据的表格图；图4是本专利技术第一实施例的各透镜的非球面系数的表格图；图5是本专利技术第二实施例的光学目镜镜头的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴显示设备，包括机壳和显示模块，其特征在于：显示模块包括一光学目镜镜头和设置于该光学目镜镜头物侧的图像源显示屏；所述光学目镜镜头，包括：从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序设置的光阑、具有聚光率的三个透镜，将这三个透镜分别称为第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面，及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；且该第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下要求：Nd1=1.88，Nd2=1.94，Nd3=1.49；Vd1=40.8，Vd2=17.9，Vd3=57.3；其中，Nd1、Nd2、Nd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的折射率；Vd1、Vd2、Vd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的色散系数；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下关系式：1)0.93≤f1/f≤1.33；2)1.45≤|f2/f|≤2.13；3)1.19≤f3/f≤1.76；其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，系统焦距为f；所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第三透镜物侧面至所述图像源面在光轴上的距离为BFL，所述第三透镜在光轴上的厚度为T3，所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隙为G23，并满足下列关系式：BFL/T3...

【技术特征摘要】
1.一种头戴显示设备，包括机壳和显示模块，其特征在于：显示模块包括一光学目镜镜头和设置于该光学目镜镜头物侧的图像源显示屏；所述光学目镜镜头，包括：从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序设置的光阑、具有聚光率的三个透镜，将这三个透镜分别称为第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面，及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；且该第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下要求：Nd1=1.88，Nd2=1.94，Nd3=1.49；Vd1=40.8，Vd2=17.9，Vd3=57.3；其中，Nd1、Nd2、Nd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的折射率；Vd1、Vd2、Vd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的色散系数；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下关系式：1)0.93≤f1/f≤1.33；2)1.45≤|f2/f|≤2.13；3)1.19≤f3/f≤1.76；其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，系统焦距为f；所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第三透镜物侧面至所述图像源面在...

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