[发明专利]一种目镜光学系统及头戴显示装置

说明书

本发明涉及一种目镜光学系统及头戴显示装置，该系统包括至少一片菲涅耳透镜；菲涅耳透镜包含菲涅耳面；菲涅耳面上设有遮光部件；遮光部件包括透明基底、用于对菲涅耳面上的有效光学部分透光的透光位、以及用于对菲涅耳面上的非有效光学部分消光的消光件；消光件与透光位交替分布在透明基底表面；其中，有效光学部分为参与高质量成像的光线经过的光学部分；非有效光学部分为杂散光线经过的光学部分；本系统能够选择性地对菲涅耳面上的非有效光学部分进行消光，对菲涅耳面上的有效光学部分进行透光，避免非有效光学部分影响菲涅耳面的成像质量，改善菲涅耳透镜的图像效果，有效避开菲涅耳镜片在光学系统中所带来的缺陷，极大提高用户体验。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种目镜光学系统及头戴显示装置。

背景技术

随着电子器件不断向超微型化发展，以及新的计算机、微电子、光电器件和通信理论和技术的发展，可穿戴计算这种基于“以人为本”“人机合一”的新型模式已经成为可能。在军事、工业、医疗、教育、消费等领域不断涌现应用。在一个典型的可穿戴计算系统架构中，头戴式显示装置是关键的组成部分。头戴显示装置通过光学技术，将微型图像微型显示器(例如透射式或反射式液晶微型显示器，有机电致发光器件，DMD器件)发出的视频图像光引导到使用者的瞳孔，在使用者的近目范围实现虚拟、放大图像，为使用者提供直观、可视的图像、视频、文字信息，同时又可以实时监控人眼的状态，进行对应的效果微调，使体验感进一步的提高，又可预防眼科疾病。

随着对光学系统的指标不断提升，高指标，高像质成为主流，致使一些更高级的面型也得到了不断地发展，随着发展的还有相关的加工工艺技术，其中菲涅耳面型以它特有的结构特点及优势脱颖而出。虽然在整个光学系统中加入菲涅耳光学面可极大的提高各个光学指标，但是菲涅耳光学面的加工问题导致光学结构像质不高、色差及杂光明显。如何改善菲涅耳透镜成像问题一直困扰着设计者们。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于现有含有菲涅耳透镜的光学结构像质不高、色差及杂光明显，针对现有技术的上述缺陷，提供一种目镜光学系统及头戴显示装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种目镜光学系统，包括至少一片菲涅耳透镜；所述菲涅耳透镜包含菲涅耳面；所述菲涅耳面上设有遮光部件；所述遮光部件包括透明基底、用于对所述菲涅耳面上的有效光学部分透光的透光位、以及用于对所述菲涅耳面上的非有效光学部分消光的消光件；所述消光件与所述透光位交替分布在所述透明基底表面；

所述消光件与所述透光位的频率设为f；所述消光件相对部件中心轴按频率f依次排列，且f满足下列关系式(1)：

0.1＜f＜1000 (1)；

其中，所述有效光学部分为参与高质量成像的光线经过的光学部分；所述非有效光学部分为杂散光线经过的光学部分。

进一步地，所述消光件的带宽设为d₁,；所述透光位的带宽设为d₂，则d₁与d₂满足下列关系式(3)：

d₁＜d₂ (3)。

进一步地，所述透明基底的光学透射率均大于80％。

进一步地，所述消光件的基底面与所述透光位的基底面均为平面，且所述消光件的基底面及所述透光位的基底面相互平行。

进一步地，所述透光位的基底面与所述消光件的基底面均为曲面，且所述透光位的曲率与所述消光件的曲率相同。

进一步地，所述消光件的基底面中心及所述透光位的基底面中心处于同一轴线上。

进一步地，所述菲涅耳面上设有透光部位；所述透光位的位置与所述透光部位的位置相对应；所述透光部位包括位于所述菲涅耳面上的菲涅耳齿面。