CN207502825U - 一种紧凑型vr透镜***及vr显示设备 - Google Patents
一种紧凑型vr透镜***及vr显示设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型系提供一种紧凑型VR透镜***及VR显示设备，包括同轴设置的出瞳和屏幕，出瞳和屏幕之间依次设有出射透镜、透镜组和入射透镜，出射透镜位于靠近出瞳的一侧；出射透镜靠近出瞳一侧表面的曲率半径小于0，入射透镜靠近屏幕一侧表面的曲率半径大于0；透镜***满足以下方程：2ER*tan(FOV/2)>DoD，透镜***的视场角为FOV、出瞳距离为ER，屏幕的对角线长度为DoD。本实用新型设置紧凑的透镜结构，能够有效降低VR显示设备整体的体积，在缩减屏幕尺寸的同时能够确保ER和FOV的值足够大，从而有效确保所形成影像的清晰度和用户使用时的沉浸感，VR透镜***的色差小，使用户观察到的影像质量高。
Description
技术领域
本实用新型涉及VR显示结构，具体公开了一种紧凑型VR透镜***及VR显示设备。
背景技术
VR(Virtual Reality，虚拟现实)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真***，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多元信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的***仿真使用户沉浸到该环境中。
现有VR显示设备的光学部分主要采用屏幕配合透镜给用户模拟出一个虚像，让用户沉浸于其中，VR显示设备中采用的镜片多为单片非球面透镜或菲涅尔透镜，单片透镜由于自由度少的问题，无法显著降低***的焦距以获得足够大的视场角，因此只适合用于大屏幕的***，如4～7寸大的屏幕，而无法应用于小屏幕且高分辨率的屏幕上，如1寸以下、分辨率达FHD以上的屏幕。
市场上主流VR显示设备的屏幕大部分的DoD(Diagonal of Display，屏幕对角线长度)都在80mm以上。随着人们需求的多元化，为降低VR显示设备的重量和占用空间，部分VR显示设备设置为小型化，但在降低屏幕尺寸的同时ER(Eye Relief，出瞳距)和FOV(FieldAngle)均减小，从而降低VR显示设备给用户带来的影像的清晰度和沉浸感。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种紧凑型VR透镜***及VR显示设备，在降低屏幕尺寸的同时能够确保ER和FOV的值足够大，从而确保影像的清晰度和带来的沉浸感。
为解决现有技术问题，本实用新型公开一种紧凑型VR透镜***，包括同轴设置的出瞳和屏幕，出瞳和屏幕之间依次设有出射透镜、透镜组和入射透镜，出射透镜位于靠近出瞳的一侧；
出射透镜靠近出瞳一侧表面的曲率半径小于0，入射透镜靠近屏幕一侧表面的曲率半径大于0；
透镜***满足以下方程：
2ER*tan(FOV/2)>DoD
透镜***的视场角为FOV、出瞳距离为ER，屏幕的对角线长度为DoD。
进一步的，出射透镜、透镜组和入射透镜为同轴设置。
进一步的，出射透镜与出瞳同轴设置。
进一步的，出射透镜、入射透镜和透镜组的直径均小于等于45mm。
进一步的，出射透镜和入射透镜均为凹透镜。
进一步的，透镜组包括至少1个凸透镜。
本实用新型还公开一种紧凑型VR显示设备，包括上面任一项所述的一种紧凑型VR透镜***。
进一步的，出射透镜、透镜组和入射透镜外套设有矩形的镜筒。
本实用新型的有益效果为：本实用新型公开一种紧凑型VR透镜***及VR显示设备，设置紧凑的透镜结构，能够有效降低VR显示设备整体的体积，通过多片不同透镜相互配合，能够增大整体透镜***的自由度，在缩减屏幕尺寸的同时能够确保ER和FOV的值足够大，从而有效确保所形成影像的清晰度和用户使用时的沉浸感，VR透镜***的色差小，使用户观察到的影像质量高，主要通过缩减屏幕的尺寸来减小VR显示设备的体积和重量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型实施例一的结构示意图。
图3为本实用新型实施例一的横向色差图。
图4为本实用新型实施例二的结构示意图。
图5为本实用新型实施例二的横向色差图。
图6为本实用新型实施例三的结构示意图。
图7为本实用新型实施例三的横向色差图。
图8为本实用新型实施例四的结构示意图。
图9为本实用新型实施例四的横向色差图。
附图标记为：出瞳11、屏幕12、出射透镜21、透镜组30。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
参考图1至图9。
本实用新型公开一种紧凑型VR透镜***，如图1所示，包括同轴设置的出瞳11和屏幕12，出瞳11和屏幕12之间依次设有出射透镜21、透镜组30和入射透镜22，优选地，出射透镜21和入射透镜22的折射率、阿贝系数均相同，出射透镜21位于靠近出瞳11的一侧；出射透镜21靠近出瞳11一侧表面的曲率半径小于0，能够有效降低透镜***整体的畸变，入射透镜22靠近屏幕12一侧表面的曲率半径大于0，入射透镜22配合出射透镜21调整透镜***整体的球差，确保透镜***形成的影像足够清晰且保真度高；透镜***满足以下方程：
2ER*tan(FOV/2)>DoD
其中，透镜***的视场角为FOV、出瞳距离为ER，屏幕12的对角线长度为DoD。
本实用新型设置紧凑的透镜结构，能够有效降低VR显示设备整体的体积，通过多片不同透镜相互配合，能够增大整体透镜***的自由度，在缩减屏幕尺寸的同时能够确保ER和FOV的值足够大，从而有效确保所形成影像的清晰度和用户使用时的沉浸感，VR透镜***的色差小，使用户观察到的影像质量高，主要通过缩减屏幕的尺寸减小VR显示设备的体积和重量。
优选地，出射透镜21、透镜组30和入射透镜22为同轴设置，出射透镜21与出瞳11同轴设置，即出瞳11、出射透镜21、透镜组30、入射透镜22和屏幕12同轴设置，能够进一步提高透镜***整体的成像效果。
优选地，出射透镜21、入射透镜22和透镜组30的直径均小于等于45mm，即透镜***中所有透镜的最大直径均不会大于45mm，能够确保透镜***的尺寸不会过大。
优选地，出射透镜21和入射透镜22均为凹透镜，透镜组30包括至少1个凸透镜，能够有效调整透镜***的光路，确保最终成像的保真性，同时提高影像的清晰度。
本实用新型还公开一种紧凑型VR显示设备，包括上面任一项所述的一种紧凑型VR透镜***。
优选地，出射透镜21、透镜组30和入射透镜22外套设有矩形的镜筒，镜筒能够有效减弱黑边的影响，提高VR显示设备整体的显示效果，加强用户的沉浸感。
实施例一，如图2所示，包括同轴依次设置的出瞳11、出射透镜21、透镜组30、入射透镜22、屏幕12，透镜组30从出瞳11到屏幕12依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，各项参数根据下表1设计。
表1，实施例一的设计参数
根据上表1可得ER＝20mm、FOV＝60Deg、DoD＝22mm，计算获得2ER*tan(FOV/2)＝23>22，满足2ER*tan(FOV/2)>DoD，本实施例为全玻璃透镜的结构，设屏幕的分辨率为FHD，即分辨率为1920*1080，计算可得出横向每个像素点的长度为10μm，横向色差如图3所示，可知需要将三个相邻的像素点组成一个像素单元，该像素单元的总色差才有可能被人眼分辨出存在问题，所以单个像素点相对人眼的显示效果好，可知本实施例的透镜***的成像效果好、色差小、清晰度高。
实施例二，如图4所示，包括同轴依次设置的出瞳11、出射透镜21、透镜组30、入射透镜22、屏幕12，透镜组30从出瞳11到屏幕12依次包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，各项参数根据下表2设计。
表2，实施例二的设计参数
根据上表2可得ER＝20mm、FOV＝60Deg、DoD＝22mm，计算获得2ER*tan(FOV/2)＝23>22，满足2ER*tan(FOV/2)>DoD，本实施例为玻璃透镜和塑胶透镜组合的结构，设屏幕的分辨率为FHD，即分辨率为1920*1080，计算可得出横向每个像素点的长度为10μm，横向色差如图5所示，可知需要将三个相邻的像素点组成一个像素单元，该像素单元的总色差才有可能被人眼分辨出存在问题，所以单个像素点相对人眼的显示效果好，可知本实施例的透镜***的成像效果好、色差小、清晰度高。
实施例三，如图6所示，包括同轴依次设置的出瞳11、出射透镜21、透镜组30、入射透镜22、屏幕12，透镜组30从出瞳11到屏幕12依次包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，各项参数根据下表3设计。
表3，实施例三的设计参数
根据上表3可得ER＝20mm、FOV＝60Deg、DoD＝22mm，计算获得2ER*tan(FOV/2)＝23>22，满足2ER*tan(FOV/2)>DoD，本实施例为玻璃透镜和塑胶透镜组合的结构，设屏幕的分辨率为FHD，即分辨率为1920*1080，计算可得出横向每个像素点的长度为10μm，横向色差如图7所示，可知需要将三个相邻的像素点组成一个像素单元，该像素单元的总色差才有可能被人眼分辨出存在问题，所以单个像素点相对人眼的显示效果好，可知本实施例的透镜***的成像效果好、色差小、清晰度高。
实施例四，如图8所示，包括同轴依次设置的出瞳11、出射透镜21、透镜组30、入射透镜22、屏幕12，透镜组30从出瞳11到屏幕12依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，各项参数根据下表4设计。
表4，实施例一的设计参数
根据上表4可得ER＝20mm、FOV＝60Deg、DoD＝22mm，计算获得2ER*tan(FOV/2)＝23>22，满足2ER*tan(FOV/2)>DoD，本实施例为全塑胶透镜的结构，设屏幕的分辨率为FHD，即分辨率为1920*1080，计算可得出横向每个像素点的长度为10μm，横向色差如图9所示，可知需要将三个相邻的像素点组成一个像素单元，该像素单元的总色差才有可能被人眼分辨出存在问题，所以单个像素点相对人眼的显示效果好，可知本实施例的透镜***的成像效果好、色差小、清晰度高。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种紧凑型VR透镜***，包括同轴设置的出瞳(11)和屏幕(12)，其特征在于，所述出瞳(11)和所述屏幕(12)之间依次设有出射透镜(21)、透镜组(30)和入射透镜(22)，所述出射透镜(21)位于靠近所述出瞳(11)的一侧；
所述出射透镜(21)靠近所述出瞳(11)一侧表面的曲率半径小于0，所述入射透镜(22)靠近所述屏幕(12)一侧表面的曲率半径大于0；
所述透镜***满足以下方程：
2ER*tan(FOV/2)>DoD
所述透镜***的视场角为FOV、出瞳距离为ER，所述屏幕(12)的对角线长度为DoD。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型VR透镜***，其特征在于，所述出射透镜(21)、所述透镜组(30)和所述入射透镜(22)为同轴设置。
3.根据权利要求2所述的一种紧凑型VR透镜***，其特征在于，所述出射透镜(21)与所述出瞳(11)同轴设置。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型VR透镜***，其特征在于，所述出射透镜(21)、所述入射透镜(22)和所述透镜组(30)的直径均小于等于45mm。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型VR透镜***，其特征在于，所述出射透镜(21)和所述入射透镜(22)均为凹透镜。
6.根据权利要求5所述的一种紧凑型VR透镜***，其特征在于，所述透镜组(30)包括至少1个凸透镜。
7.一种紧凑型VR显示设备，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的一种紧凑型VR透镜***。
8.根据权利要求7所述的一种紧凑型VR显示设备，其特征在于，所述出射透镜(21)、所述透镜组(30)和所述入射透镜(22)外套设有矩形的镜筒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721620071.7U CN207502825U (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种紧凑型vr透镜***及vr显示设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201721620071.7U CN207502825U (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种紧凑型vr透镜***及vr显示设备 |
Publications (1)
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ID=62507380
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| CN (1) | CN207502825U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109839739A (zh) * | 2017-11-28 | 2019-06-04 | 广东烨嘉光电科技股份有限公司 | 一种紧凑型vr透镜***及vr显示设备 |
| TWI697694B (zh) * | 2019-06-17 | 2020-07-01 | 宏碁股份有限公司 | 擴增實境裝置 |
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2017
- 2017-11-28 CN CN201721620071.7U patent/CN207502825U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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