CN104898283B - 一种目镜***和头戴显示器 - Google Patents

一种目镜***和头戴显示器 Download PDF

Info

Publication number
CN104898283B
CN104898283B CN201510270799.0A CN201510270799A CN104898283B CN 104898283 B CN104898283 B CN 104898283B CN 201510270799 A CN201510270799 A CN 201510270799A CN 104898283 B CN104898283 B CN 104898283B
Authority
CN
China
Prior art keywords
eyepiece system
concave mirror
light
head
fresnel lenses
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510270799.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104898283A (zh
Inventor
王元鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Goertek Optical Technology Co Ltd
Original Assignee
Qingdao Goertek Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Goertek Co Ltd filed Critical Qingdao Goertek Co Ltd
Priority to CN201510270799.0A priority Critical patent/CN104898283B/zh
Publication of CN104898283A publication Critical patent/CN104898283A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104898283B publication Critical patent/CN104898283B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00—Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/001—Eyepieces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种目镜***和头戴显示器，该目镜***包括：显示屏、凹面反射镜和正透镜组；凹面反射镜，用于将显示屏发出的光反射到正透镜组中；正透镜组，用于将凹面反射镜反射的光折射到人眼中。本发明提供的目镜***采用了凹面反射镜与透镜组相互配合，减少了目镜***的体积，在对光线进行会聚的过程中，凹面反射镜承担了目镜***的一部分光焦度，减轻了目镜***对透镜组的光焦度要求，不仅减少了透镜组所产生的色差，还相应减少了透镜组的加工用料；又由于凹面反射镜在会聚光线的过程中不会产生色差，进而能够大大减少了目镜***的色差，提高成像质量，降低目镜***的质量和体积。将该目镜***应用于头戴显示器，给使用者更为完美的视觉体验。

Description

一种目镜***和头戴显示器
技术领域
本发明涉及可视设备技术领域，尤其涉及一种目镜***和头戴显示器。
背景技术
目前，随着科技的不断发展，头戴显示器进入民用市场，越来越多的人开始使用此类产品，通过头戴显示器中的目镜***享受浸入式的视觉体验。但是，在目前市面上的头戴显示器的目镜***设计方案中，一般要求透镜组承担整个目镜***的光焦度，因此需要多个透镜相互适配，多个透镜产生的色差使得目镜***的成像质量大大降低，而且导致目镜***整体具有体积大和质量大的缺点，笨重的头戴显示器给使用者的头部带来了很大的压力，极大地降低了使用者的体验效果和舒适性。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种目镜***和头戴显示器，以解决上述问题或者至少部分地解决上述问题。
依据本发明的一个方面，提供了一种目镜***，该目镜***包括：显示屏、凹面反射镜和正透镜组；
所述凹面反射镜，用于将所述显示屏发出的光反射到所述正透镜组中；
所述正透镜组，用于将所述凹面反射镜反射的光折射到人眼中。
可选地，所述正透镜组为菲涅尔透镜。
可选地，所述凹面反射镜的反射面为凹球面；
所述菲涅尔透镜的基底为平面，其光入射面为凸面非球面，光出射面为具有正光焦度的环形菲涅尔面。
可选地，所述菲涅尔透镜的凸面非球面的非球面二次系数为：K2和K4，满足如下关系：
K2<-1，K4<-50。
可选地，所述目镜***的焦距为f，所述凹面反射镜的焦距为f1，所述菲涅尔透镜的焦距为f2，满足以下关系：
3<f1/f<10；
0.3<f2/f<1.2。
可选地，所述凹面反射镜与所述显示屏在光轴上的距离为L，20mm<L<40mm。
可选地，所述凹面反射镜在所述菲涅尔透镜的光轴上的倾斜角为λ，30°<λ<60°。
可选地，所述菲涅尔透镜采用塑料材质，其折射率和阿贝数范围分别是：1.45<n<1.70，50<v<75。
依据本发明的另一个方面，提供了一种头戴显示器，该头戴显示器包括如上任一项所述的目镜***。
可选地，所述头戴显示器在一定范围内调节所述目镜***的焦距；所述目镜***根据用户移动目镜***中的透镜组的操作来实现焦距调节。
由上述可知，本发明提供的目镜***在光线传输过程中采用了凹面反射镜与透镜组相互配合，减少了目镜***的体积，使得显示屏产生的光会聚入射到人眼中，在人眼前一定距离处形成正立、放大的虚像。其中，在对光线进行会聚的过程中，凹面反射镜承担了目镜***的一部分光焦度，减轻了目镜***对透镜组的光焦度要求，不仅减少了透镜组所产生的色差，还相应减少了对透镜组的加工用料；又由于凹面反射镜在会聚光线的过程中不会产生色差，进而能够大大减少了目镜***的色差，提高成像质量，降低目镜***的质量和体积。将该目镜***应用于头戴显示器，给使用者更为完美的视觉体验。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施例的一种目镜***的示意图；
图2A示出了根据本发明一个实施例的菲涅尔透镜的示意图；
图2B示出了根据本发明一个实施例的与菲涅尔透镜等效的普通透镜的示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的目镜***的点列图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1示出了根据本发明一个实施例的一种目镜***的示意图。如图1所示，该目镜***包括：显示屏110、凹面反射镜120、正透镜组130和光阑140。凹面反射镜120将显示屏110发出的光反射到正透镜组130中；正透镜组130将凹面反射镜120反射的光折射到光阑140中；由于使用者的眼睛位于光阑140处，因此图1所示的目镜***将显示屏110发出的光最终入射到人眼中，在人眼前远处形成一个放大的虚像，人眼所见即为该虚像。
可见，图1所示的目镜***在光线传输过程中采用了凹面反射镜与透镜组相互配合，减小了目镜***的体积，使得显示屏产生的光会聚入射到人眼中，在人眼前一定距离处形成正立、放大的虚像。其中，在对光线进行会聚的过程中，凹面反射镜承担了目镜***的一部分光焦度，减轻了目镜***对透镜组的光焦度要求，不仅减少了透镜组所产生的色差，还能相应减少透镜组的加工用料；又由于凹面反射镜在会聚光线的过程中不会产生色差，进而能够大大减少了目镜***的色差，提高成像质量，降低目镜***的质量和体积，给使用者更为完美的视觉体验。
在本发明的一个实施例中，图1所示的目镜***中的凹面反射镜120的反射面为凹球面；正透镜组130为菲涅尔透镜。在本实施例中，图1所示的目镜***的整体焦距为f，凹面反射镜120的焦距为f1，菲涅尔透镜130的焦距为f2，满足以下关系：3<f1/f<10；0.3<f2/f<1.2。凹面反射镜120与显示屏110在光轴上的距离为L，20mm<L<40mm。并且，凹面反射镜120在菲涅尔透镜130的光轴上的倾斜角为λ，30°<λ<60°。
图2A示出了根据本发明一个实施例的菲涅尔透镜的示意图，如图2A所示，该菲涅尔透镜130的光入射面131为凸面非球面，其作用是使光线会聚同时让轴外主光线弯向光轴，在本实施例中，该光入射面131的非球面二次系数为：K2和K4，满足如下关系：K2<-1，K4<-50；光出射面132为具有正光焦度的环形菲涅尔面。图2B示出了根据本发明一个实施例的与菲涅尔透镜等效的普通透镜的示意图。如图2B所示，该普通透镜150的光入射面151是与图2A所示的光入射面131完全相同的凸面非球面，光出射面152是与图2A所示的光出射面132完全等效的凸面。对比图2A和图2B所示的完全等效的菲涅尔透镜和普通透镜，可以看到，相比普通透镜，菲涅尔透镜通过将透镜划分出为一系列理论上无数多个同心圆纹路(即菲涅尔带，如图2A中的光出射面132所示)达到相同的光学效果，同时节省了材料的用量，有效地减轻了目镜***的质量和体积。在本发明的一个实施例中，图2A所示的菲涅尔透镜是在平面基底上加工制作的，降低了加工难度，提高了加工效率。
在本发明的一个实施例中，图2A所示的菲涅尔透镜130采用塑料材质，其折射率和阿贝数范围分别是：1.45<n<1.70，50<v<75；具体地，采用E48R型号的塑料材质，其折射率和阿贝数分别为：n＝1.531160，v＝56.04。通过采用塑料材质加工制造菲涅尔透镜，进一步降低加工难度和加工成本，同时降低目镜***的质量。
基于上文所述各特征，图1所示的目镜***实现了50°的视场角，适配于5.5寸的显示屏，光线由显示屏发出经过目镜***成像后在人眼前5米远处形成一个放大的虚像。
图3示出了根据本发明一个实施例的目镜***的点列图，点列图忽略衍射效应，反映的是光学***成像的几何结构。在大像差***的点列图中，点的分布能近似地代表点像的能量分布。因此，在像质评价中，可用点列图的密集程度更加直观反映和衡量***成像质量的优劣。从图3可以看出目镜***的色差不是很明显，其他像差也得到了较好的校正，可以满足使用者使用目镜***观看显示屏上所显示图像的需求。
本发明还提供了一种头戴显示器，该头戴显示器包括如上任一项实施例所述的目镜***。在一个实施例中，头戴显示器能够在一定范围内调节目镜***的焦距，使得头戴显示器中的目镜***适用于近视人群；具体地，头戴显示器为使用者提供了可以移动目镜***中的透镜组的模式，使用者可以根据自身需求，主动调节透镜组在光轴上的位置，目镜***根据用户移动目镜***中的透镜组的操作来实现焦距调节，使其焦距适配于近视人群的人眼观感。基于上文中所述的目镜***的各个参数，本发明提供的头戴显示器的目镜***能够适用于近视500度以下的人群。
由上述可知，本发明提供的目镜***在光线传输过程中采用了凹面反射镜与透镜组相互配合，使得显示屏产生的光会聚入射到人眼中，在人眼前一定距离处形成正立、放大的虚像。具有以下有益效果：1、在对光线进行会聚的过程中，凹面反射镜承担了目镜***的一部分光焦度，减轻了目镜***对透镜组的光焦度要求，即减少了透镜组所产生的色差；又由于凹面反射镜在会聚光线的过程中不会产生色差，进而能够大大减少了目镜***的色差，提高成像质量。2、通过采用菲涅尔透镜作为透镜组，能够大大节省透镜材料，降低目镜***的质量和体积。3、菲涅尔透镜采用平面基底进行加工，且采用塑料材质，降低了目镜***的加工难度和加工成本，提高了加工效率。
将该目镜***应用于头戴显示器，减小了头戴显示器的质量和体积，提高了头戴显示器的成像质量，降低了头戴显示器的加工难度和加工成本，还进一步提供了调节目镜***的焦距的功能使得头戴显示器适配于近视人群。本发明提供的技术方案极大地提高了使用者使用头戴显示器的体验效果和舒适性，给使用者更为完美的视觉体验。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种目镜***，其特征在于，该目镜***包括：显示屏、凹面反射镜和正透镜组；
所述凹面反射镜，用于将所述显示屏发出的光反射到所述正透镜组中；
所述正透镜组，用于将所述凹面反射镜反射的光折射到人眼中；
所述正透镜组为菲涅尔透镜；
所述凹面反射镜的反射面为凹球面；
所述菲涅尔透镜的基底为平面，其光入射面为凸面非球面，光出射面为具有正光焦度的环形菲涅尔面；
所述目镜***的焦距为f，所述凹面反射镜的焦距为f1，所述菲涅尔透镜的焦距为f2，满足以下关系：3<f1/f<10；0.3<f2/f<1.2；
所述凹面反射镜与所述显示屏在光轴上的距离为L，20mm<L<40mm；
所述凹面反射镜在所述菲涅尔透镜的光轴上的倾斜角为λ，30°<λ<60°。
2.如权利要求1所述的目镜***，其特征在于，
所述菲涅尔透镜的凸面非球面的非球面二次系数为：K2和K4，满足如下关系：
K2<-1，K4<-50。
3.如权利要求1所述的目镜***，其特征在于，所述菲涅尔透镜采用塑料材质，其折射率和阿贝数范围分别是：1.45<n<1.70，50<v<75。
4.一种头戴显示器，其特征在于，该头戴显示器包括如权利要求1-3中任一项所述的目镜***。
5.如权利要求4所述的头戴显示器，其特征在于，所述目镜***根据用户移动透镜组的操作实现焦距调节。
CN201510270799.0A 2015-05-25 2015-05-25 一种目镜***和头戴显示器 Active CN104898283B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510270799.0A CN104898283B (zh) 2015-05-25 2015-05-25 一种目镜***和头戴显示器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510270799.0A CN104898283B (zh) 2015-05-25 2015-05-25 一种目镜***和头戴显示器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104898283A CN104898283A (zh) 2015-09-09
CN104898283B true CN104898283B (zh) 2017-09-29

Family

ID=54031030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510270799.0A Active CN104898283B (zh) 2015-05-25 2015-05-25 一种目镜***和头戴显示器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104898283B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105629479B (zh) * 2016-04-05 2018-06-12 杭州映墨科技有限公司 用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学***
CN106019568B (zh) * 2016-06-30 2018-07-10 北京小鸟看看科技有限公司 一种目镜***和头戴显示设备
US10371952B2 (en) 2016-09-13 2019-08-06 Facebook Technologies, Llc Fresnel lens with dynamic pitch
WO2018052493A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-22 Oculus Vr, Llc Fresnel lens with dynamic draft for reduced optical artifacts
US10379359B2 (en) 2016-09-13 2019-08-13 Facebook Technologies, Llc Fresnel lens with dynamic draft for reduced optical artifacts
CN106541311B (zh) * 2016-10-13 2018-07-13 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种楔形组合镜的加工方法
CN106405820A (zh) 2016-10-14 2017-02-15 浙江舜宇光学有限公司 目镜
CN107121774B (zh) * 2017-07-14 2023-01-13 浙江舜宇光学有限公司 目镜以及包括该目镜的显示装置
CN109643024A (zh) * 2017-08-15 2019-04-16 深圳市柔宇科技有限公司 头戴显示设备
JP6996631B2 (ja) * 2018-07-24 2022-01-17 株式会社ニコン 接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイ
CN111458880B (zh) * 2020-05-09 2022-04-22 三生万物(北京)人工智能技术有限公司 一种波导光场显示装置和头戴式增强现实眼镜

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1146244A (zh) * 1994-12-09 1997-03-26 株式会社恩普乐司 头戴式显示装置以及该装置所使用的显示光学***、
CN1164045A (zh) * 1996-04-30 1997-11-05 摩托罗拉公司 可切换的透镜/漫射体
US6097543A (en) * 1992-02-07 2000-08-01 I-O Display Systems Llc Personal visual display
US6252728B1 (en) * 1999-01-29 2001-06-26 Olympus Optical Co., Ltd. Image display apparatus
CN201184928Y (zh) * 2007-09-13 2009-01-21 欧阳军 一种头戴式显示器
US8873148B1 (en) * 2011-12-12 2014-10-28 Google Inc. Eyepiece having total internal reflection based light folding
CN204989624U (zh) * 2015-05-25 2016-01-20 青岛歌尔声学科技有限公司 一种目镜***和头戴显示器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1432841A (zh) * 2002-01-16 2003-07-30 深圳市东方景电子有限公司 一种头戴显示器中提高像质的光学***
DE102008049407A1 (de) * 2008-09-29 2010-04-01 Carl Zeiss Ag Anzeigevorrichtung und Anzeigeverfahren
US10359545B2 (en) * 2010-10-21 2019-07-23 Lockheed Martin Corporation Fresnel lens with reduced draft facet visibility
CN203275774U (zh) * 2013-05-25 2013-11-06 贾怀昌 一种简易的透视式lcos光学目镜

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6097543A (en) * 1992-02-07 2000-08-01 I-O Display Systems Llc Personal visual display
CN1146244A (zh) * 1994-12-09 1997-03-26 株式会社恩普乐司 头戴式显示装置以及该装置所使用的显示光学***、
CN1164045A (zh) * 1996-04-30 1997-11-05 摩托罗拉公司 可切换的透镜/漫射体
US6252728B1 (en) * 1999-01-29 2001-06-26 Olympus Optical Co., Ltd. Image display apparatus
CN201184928Y (zh) * 2007-09-13 2009-01-21 欧阳军 一种头戴式显示器
US8873148B1 (en) * 2011-12-12 2014-10-28 Google Inc. Eyepiece having total internal reflection based light folding
CN204989624U (zh) * 2015-05-25 2016-01-20 青岛歌尔声学科技有限公司 一种目镜***和头戴显示器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104898283A (zh) 2015-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104898283B (zh) 一种目镜***和头戴显示器
CN104635333B (zh) 一种目镜、头戴目镜***和微显示头戴设备
CN106338820B (zh) 一种微显示目镜、头戴目镜***和头戴可视设备
CN106405819B (zh) 一种目镜镜头和头戴光学***
CA2953811C (en) Chromatic-difference-free wide-angle camera for head-mounted device, and head-mounted device
CN105511078B (zh) 一种目镜镜头、头戴显示光学***和头戴设备
CN106501943B (zh) 一种头戴显示设备的目镜光学***
CN107918205B (zh) 头戴式显示装置用、可提高用户体验的光学镜头***
CN108051920B (zh) 一种适用于虚拟现实设备的光学***
CN204989624U (zh) 一种目镜***和头戴显示器
CN204595310U (zh) 摄像镜头
CN104536130B (zh) 一种微显示目镜、头戴目镜***和微显示头戴设备
CN105807402B (zh) 一种近红外光学镜头组
CN104834077A (zh) 摄像元件用的摄像镜头
CN110007447A (zh) 一种定焦镜头
CN104656245B (zh) 一种头戴目镜***和头戴显示设备
CN106338821A (zh) 一种微显示目镜和头戴设备
JP2021517653A (ja) Ｖｒレンズ構造および表示装置
CN205809392U (zh) 一种近红外光学镜头组
CN204422862U (zh) 一种目镜镜头和头戴光学***
CN106371214B (zh) 用于虚拟现实头盔的降低畸变与色散的光学结构
CN105717643A (zh) 一种反射式虚拟现实光学***
CN208999587U (zh) 一种单片式宽波段消色差折衍混合消色差透镜及vr眼镜
CN105589208B (zh) 一种内对焦虚拟现实光学***
CN205450452U (zh) 一种目镜镜头、头戴显示光学***和头戴设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wang Yuanpeng

Inventor after: Jiang Bin

Inventor before: Wang Yuanpeng

CB03 Change of inventor or designer information
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201010

Address after: 261031 north of Yuqing street, east of Dongming Road, high tech Zone, Weifang City, Shandong Province (Room 502, Geer electronic office building)

Patentee after: GoerTek Optical Technology Co.,Ltd.

Address before: International Exhibition Center of wealth 18 No. 266061 Shandong province Qingdao city Laoshan District No. 3 Qinling Mountains Road, building 5 floor

Patentee before: Qingdao GoerTek Technology Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right