[发明专利]一种头戴目镜系统和头戴显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种头戴目镜系统和头戴显示设备。

背景技术

随着科学技术的进步，曲面显示屏将会逐渐进入人们的视野，因此曲面显示屏也会渐渐的应用于头戴式可视设备(Head Mount Display，HMD)系统中。

现今共轴的HMD光学系统无法满足曲面显示屏，且由于曲面显示屏在曲率上有一定的自由度所以需要光学系统能够以调节的方式满足于一定曲率范围下的曲面屏幕。

发明内容

本发明提供了一种头戴目镜系统和头戴显示设备，通过调节能够适配不同曲率的曲面显示屏。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种头戴目镜系统，所述头戴目镜系统包括：曲面显示屏和分别用于左眼和右眼的两组目镜；在光路光阑和所述曲面显示屏之间，沿着光线入射方向，每组目镜依次设置一负透镜和一正透镜，

所述负透镜为可移动透镜，所述正透镜为固定透镜；

所述负透镜可相对于正透镜做剪切移动，移动方向垂直于正透镜的光轴，移动轨迹位于正透镜的光轴与曲面显示屏的中心法线确定的平面内。

其中，所述负透镜沿着光线入射方向依次包括：为平面的第一表面和为凹面的第二表面；

所述正透镜沿着光线入射方向依次包括：为凸面的第三表面和为平面的第四表面。

其中，所述头戴目镜系统的焦距f，所述负透镜的焦距f₁，正透镜的焦距f₂满足下述关系式：

其中，所述头戴目镜系统的总长L，系统后焦l满足下述关系式：

其中，所述负透镜的剪切位移量d，所述曲面显示屏的曲面半径R满足下述关系式：

-6.8mm<d<6.8mm，

优选地，所述负透镜的第二表面和所述正透镜的第三表面均为非球面。

进一步优选地，所述第二表面和第三表面的非球面的最高项为二次项，

所述第二表面和第三表面的非球面二次项系数分别为k₂、k₃，其中-1＜k₂＜0，-20＜k₃＜-1。

进一步优选地，所述负透镜和所述正透镜均为塑料材质；

所述负透镜的折射率范围为1.45＜n₁＜1.75，色散范围为25＜v₁＜40；

所述正透镜的折射率范围为1.45＜n₂＜1.70，色散范围为50＜v₂＜75。

进一步优选地，所述负透镜为POLYCARB型号的塑料材质，其折射率n₁＝1.5588470，色散v₁＝29.91；

所述正透镜为E48R型号的塑料材质，其折射率n₂＝1.531160，色散v₂＝56.04。

另一方面，本发明提供了一种头戴显示设备，包括上述技术方案的头戴目镜系统。

本发明实施例的有益效果是：本发明公开了一种头戴目镜系统和头戴显示设备，由于曲面显示屏的弯曲法线平行于正透镜的光轴，造成与像面高度成正比的离焦，本实施通过调节负透镜进行相应于正透镜的剪切移动，可以有效的补偿次离焦，从而通过改变光线在负透镜表面的相对入射高度来适配不同曲率的曲面显示屏。

附图说明

图1为本发明实施例提供的头戴显示设备的工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的头戴目镜系统的单组目镜结构示意图；

图3-6为本发明实施体提供的头戴目镜系统采用半径依次为100mm、200mm、400mm的曲面显示屏和平面显示屏的光路示意图；

图7-13为本发明实施例提供的采用半径为100mm的曲面显示屏的头戴目镜系统的点列图；

图14-20为本发明实施例提供的采用半径为200mm的曲面显示屏的头戴目镜系统的点列图；

图21-27为本发明实施例提供的采用半径为400mm的曲面显示屏的头戴目镜系统的点列图；

图28-34为本发明实施例提供的采用平面显示屏的头戴目镜系统的点列图；

图35-36依次为本发明实施例提供的采用半径为100mm的曲面显示屏的头戴目镜系统的场曲曲线和畸变像差曲线示意图；