一种离轴光学模组及头戴式显示设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种离轴光学模组，包括：第一透镜组，用于以离轴的方式接受来自微型显示器的图像光；第一透镜组，包括多个透镜，第一透镜组中的多个透镜同轴放置；第一透镜组还包括第一楔形棱镜；第一楔形棱镜相对于第一透镜组中的多个透镜，设置在靠近图像源的位置；第二透镜组，用于接受经过第一透镜组的图像光；第二透镜组，包括多个透镜，第二透镜组中的多个透镜同轴放置；第一透镜组和第二透镜组相互离轴设置，第一透镜组和第二透镜组组成一组中继光学系统；曲面镜，经过第一透镜组和第二透镜组的图像光，形成中间像面，然后被曲面镜反射，进入人眼。本实用新型专利技术还提供了包括上述离轴光学模组的头戴式显示设备。述离轴光学模组的头戴式显示设备。述离轴光学模组的头戴式显示设备。

【技术实现步骤摘要】
一种离轴光学模组及头戴式显示设备


[0001]本技术涉及一种离轴光学模组，同时涉及包括上述离轴光学模组的头戴式显示设备。

技术介绍

[0002]增强现实技术的主要特征是将虚拟的信息叠加到现实场景中，以实现对现实的增强。增强现实技术能够把虚拟信息(如物体、图片、视频、声音等等)融合在现实环境中，将现实世界丰富起来，构建一个更加全面、更加美好的世界。随着近年来可穿戴设备逐渐进入人们的事业和生活，特别是智能眼镜行业的发展使人们与增强现实技术之间的距离又进了一步。
[0003]目前，增强现实技术在头盔图像显示装置上已经取得了长足的发展。其中，有部分产品使用了离轴反射成像技术。在离轴反射成像技术中，通常使用多个彼此互相离轴放置的透镜校正离轴像差。例如，公告号为CN206594387U的技术专利中公开的离轴大出瞳距智能AR眼镜，以及公开号为CN107290857A的专利技术专利申请中公开的头戴式显示设备。然而，现在离轴反射模组中使用的彼此相互离轴放置的多个透镜，一方面增加了与光学模组相配合的结构部分的设计和制造难度，另一方面，部分透镜中仅部分区域透过光线，存在镜片的浪费。
[0004]此外，现有离轴反射成像技术的光学设计方案中，所使用的曲面反射镜的倾角一般都比较小，一般在30
°
以内，这就造成此种方案在头盔显示系统中，容易存在与其他结构干涉的问题。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的首要技术问题在于提供一种离轴光学模组。
[0006]本技术所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述离轴光学模组的头戴式显示设备。
[0007]为了实现上述技术目的，本技术采用下述技术方案：
[0008]一种离轴光学模组，包括：
[0009]第一透镜组，用于以离轴的方式接受来自微型显示器的图像光；第一透镜组，包括多个透镜，第一透镜组中的多个透镜同轴放置；所述第一透镜组还包括第一楔形棱镜；第一楔形棱镜相对于第一透镜组中的多个透镜，设置在靠近图像源的位置；
[0010]第二透镜组，用于接受经过第一透镜组的图像光；第二透镜组，包括多个透镜，第二透镜组中的多个透镜同轴放置；
[0011]第一透镜组和第二透镜组相互离轴设置，第一透镜组和第二透镜组组成一组中继光学系统；
[0012]曲面镜，经过第一透镜组和第二透镜组的图像光，形成中间像面，然后被曲面镜反射，进入人眼。
[0013]其中较优地，所述图像源与第一楔形棱镜上表面的夹角控制在15度以内；
[0014]第一楔形棱镜的两平面夹角在10度以内；
[0015]第一透镜组Z轴和第二透镜组Z轴之间的夹角在5度左右。
[0016]其中较优地，所述第一透镜组中的多个透镜，至少包括一个正
‑
负双胶合透镜，以及一个两表面为非球面的凸透镜。
[0017]其中较优地，所述第二透镜组还包括第二楔形棱镜；第二楔形棱镜，相对第二透镜组中的多个透镜，设置在靠近曲面镜的位置。
[0018]其中较优地，第二楔形棱镜的两平面夹角在10度以内。
[0019]其中较优地，所述第二透镜组中的多个透镜，至少包括一个两表面为非球面的凸透镜，以及一个弯月透镜，弯月透镜弯向曲面镜侧。
[0020]其中较优地，所述的离轴光学模组，还包括设置在第二透镜组和曲面镜之间的反射镜，用于将透过第二透镜组的图像光反射至曲面镜的表面，反射镜是平面反射镜或曲面反射镜。
[0021]其中较优地，曲面镜的面型为自由曲面；所述曲面镜的倾角大于30度，小于40度。
[0022]一种头戴式显示设备，包括上述离轴光学模组。
[0023]其中较优地，所述第一透镜组和所述第二透镜组设置在曲面镜上方靠近头顶的位置。
[0024]本技术所提供的离轴光学模组，在不增加微显示器屏幕大小的前提下，通过加入至少一片楔形棱镜和两个离轴设置的透镜组，实现了更大的放大率。上述头戴式显示设备的出瞳距离为75mm，出瞳直径可以达到16mm，视场角可以达到65
°
以上，曲面镜具有更大的倾斜角，倾角可以在30
°
以上，40
°
以内，从而实现与头盔配合使用的大视场角头戴显示。
附图说明
[0025]图1是本技术所提供的头戴式显示设备的结构示意图；
[0026]图2是第一实施例所提供的离轴光学模组的结构示意图；
[0027]图3是图2所示离轴光学模组中，各透镜组中不同光学表面编号的示意图；
[0028]图4是第二实施例所提供的离轴光学模组的结构示意图；
[0029]图5是图4所示离轴光学模组中，各透镜组中不同光学表面编号的示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体的实施例对本技术的技术方案进行进一步地详细描述。
[0031]如图1所示，本技术所提供的头戴式显示设备，包括外壳，设置在外壳内部的离轴光学模组。其中，离轴光学模组设置在额头前侧的位置，离轴光学模组中的微显示器设置在曲面镜上方，靠近头顶设置。在下文中，以人眼50为坐标原点，以视轴方向为Z向，以垂直于视轴向上的方向为Y向，并以垂直于YZ平面向纸面里侧的方向为X向，建立三维直角坐标系。
[0032]在该头戴式显示设备中设置的离轴光学模组，包括从图像源100向人眼50依次排列的第一透镜组20、第二透镜组30和曲面镜40，曲面镜40可以是分光镜，也可以是全反射
镜。
[0033]其中，图像源100可以为LCD、OLED、Lcos等微型显示器件。优选的，当光学系统中存在一分光镜时，系统的能量利用率一般不超过60％，因此选择可以大幅度调节显示亮度的Lcos或OLED显示器件作为图像源。
[0034]第一透镜组20和第二透镜组30组成一组中继光学系统，通过第一透镜组20和第二透镜组30调节焦距，实现视场角的放大，并校正离轴像差。
[0035]图像源100、第一透镜组20和第二透镜组30相互离轴设置，第一透镜组20内的各透镜同轴设置，第二透镜组30内的各透镜同轴设置，从而在校正离轴像差的同时，降低了离轴光学模组中各透镜的组装难度。
[0036]第一透镜组20和/或第二透镜组30中还包括楔形棱镜，用于补偿光线的光程差。或者，在第二透镜组30和曲面镜40之间引入反射镜，使用楔形棱镜和反射镜的结合，补偿光线的光程差。
[0037]曲面镜40的凹面面向人眼50设置，曲面镜40的单侧表面附着有具有预定透反比的分光膜。分光膜的具体附着工艺不限，例如可以为蒸镀、离子溅射或粘贴等。从图像源100发出的图像光，经过第一透镜组20和第二透镜组30，形成中间像面，然后照射到曲面镜40上，经由曲面镜40反射至人眼50中。可以理解，环境侧的光线也可以经由曲面镜40投射到人眼50中，实现增强现实显示。
[0038]曲面镜40的表面也可以附着全反射膜。当在曲面镜40的表面附着全反射膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离轴光学模组，其特征在于，包括：第一透镜组，用于以离轴的方式接受来自微型显示器的图像光；第一透镜组，包括多个透镜，第一透镜组中的多个透镜同轴放置；所述第一透镜组还包括第一楔形棱镜；第一楔形棱镜相对于第一透镜组中的多个透镜，设置在靠近图像源的位置；第二透镜组，用于接受经过第一透镜组的图像光；第二透镜组，包括多个透镜，第二透镜组中的多个透镜同轴放置；第一透镜组和第二透镜组相互离轴设置，第一透镜组和第二透镜组组成一组中继光学系统；曲面镜，经过第一透镜组和第二透镜组的图像光，形成中间像面，然后被曲面镜反射，进入人眼。2.如权利要求1所述的离轴光学模组，其特征在于：所述图像源与第一楔形棱镜上表面的夹角控制在15度以内；第一楔形棱镜的两平面夹角在10度以内；第一透镜组Z轴和第二透镜组Z轴之间的夹角在5度左右。3.如权利要求1所述的离轴光学模组，其特征在于：所述第一透镜组中的多个透镜，至少包括一个正
‑
负双胶合透镜，以及一个两表面为非球面的凸透镜。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：程德文，王达，王涌天，
申请(专利权)人：北京耐德佳显示技术有限公司，
类型：新型
国别省市：