[实用新型]图像显示装置及头戴式显示设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种图像显示装置及头戴式显示设备。

背景技术

VR(Virtual Reality)——即虚拟现实显示技术，它是由美国VPL公司创建人Jaron Lanier在20世纪80年代提出的，综合了计算机图形技术，计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。

虚拟现实显示设备的显示原理是将显示器产生的近处影像通过光学系统拉到远处放大，近乎充满人的视野范围，从而产生沉浸感。由于人眼的视野范围非常宽，因此为了保证足够大的视角，整套光学系统的组合焦距需要足够小。

为了保证虚拟现实设备使用的舒适度，其应当具有结构紧凑、轻便的特点，并且所显示的图像质量也应当足够高，不能有过大的像差产生。针对上述需求，目前市面上主要的解决方案是采用单片树脂非球面透镜或者菲涅尔透镜，虽然单片透镜能够减轻重量，但是在保证视角足够大的情况下，透镜的直径普遍在35-50mm左右，并且为了保证图像质量，焦距普遍大于35mm，这难免增大虚拟现实显示设备的横向和纵向尺寸。另外，由于采用单片透镜，画面变形严重，必须使用软件矫正畸变，因此增大了处理器的负荷，导致画面出现延迟，严重时容易给用户带来眩晕感。

实用新型内容

本实用新型所提供的一种图像显示装置，旨在达到轻型、结构紧凑及提高画面质量的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供一种图像显示装置，包括显示屏和位于所述显示屏的图像光传递光路上的目侧双凸透镜、反射元件及第一消色差透镜，所述第一消色差透镜与所述目侧双凸透镜同轴放置并且位于所述目侧双凸透镜的光出射侧，所述显示屏的光轴与所述目侧双凸透镜的光轴成一预设夹角，所述反射元件位于所述显示屏与所述目侧双凸透镜之间，所述图像光在所述反射元件上反射并顺次经所述目侧双凸透镜和第一消色差透镜透射后到达观看侧，以形成一虚像。

优选地，所述预设夹角为60°至120°。

优选地，所述预设夹角为90°，所述反射元件分别与所述显示屏和目侧双凸透镜的光轴成45°倾斜角。

优选地，所述反射元件为全反射镜；或者，所述反射元件为透射反射镜，外界光依次经所述反射元件、目侧双凸透镜和第一消色差透镜透射后到达观看侧。

优选地，所述图像显示装置还包括位于所述显示屏与所述反射元件之间的投影透镜，所述投影透镜与所述显示屏同轴放置。

优选地，所述第一消色差透镜包括第一双凸透镜和第一双凹透镜，所述第一双凸透镜的其中一个凸面与所述第一双凹透镜的其中一个凹面适配并嵌合。

优选地，所述第一消色差透镜还包括位于所述第一双凸透镜与第一双凹透镜之间的第一增透膜。

优选地，所述第一增透膜包括1/4波长氧化镁层、1/4波长氟化铈层以及位于所述1/4波长氧化镁层与1/4波长氟化铈层之间的1/2波长氧化锆。

优选地，所述图像显示装置还包括位于所述显示屏与所述反射元件之间并与所述显示屏同轴放置的第二消色差透镜。

优选地，所述图像显示装置还包括位于所述显示屏与所述反射元件之间的投影透镜和第二消色差透镜，所述显示屏、投影透镜和第二消色差透镜沿光轴顺次排列且同轴放置。

优选地，所述第二消色差透镜包括第二双凸透镜和第二双凹透镜，所述第二双凸透镜的其中一个凸面与所述第二双凹透镜的其中一个凹面适配并嵌合。

优选地，所述第二消色差透镜还包括位于所述第二双凸透镜与第二双凹透镜之间的第二增透膜。

优选地，所述第二增透膜包括1/4波长氧化镁层、1/4波长氟化铈层以及位于所述1/4波长氧化镁层与1/4波长氟化铈层之间的1/2波长氧化锆。

优选地，所述图像显示装置还包括位于所述反射元件与所述目侧双凸透镜之间的液晶透镜和偏振片，所述偏振片位于所述反射元件与所述液晶透镜之间；或者，所述目侧双凸透镜由液晶透镜和偏振片替代，所述偏振片位于所述反射元件与所述液晶透镜之间；其中，所述液晶透镜包括多个在同一平面上均匀排布的子透镜单元，所述子透镜单元在驱动电压的控制下形成焦距可变的凸透镜或凹透镜。