[发明专利]一种可叠加光路的目镜光学系统及头戴显示装置

说明书

本发明涉及一种可叠加光路的目镜光学系统及头戴显示装置，该系统包括依次相接的像面、辅助光路、分光镜以及主光路；像面的光轴与辅助光路的光轴重合；主光路的光轴与辅助光路的光轴相互垂直；主光路的光轴经分光镜反射并与经分光镜透射的辅助光路叠加；主光路包括从分光镜至微型图像显示器沿光轴方向依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；第一透镜和第三透镜为正透镜；第二透镜为负透镜；辅助光路包括从像面至分光镜沿光轴方向依次排列的第四透镜、第五透镜和第六透镜；将微型图像显示器所显示的图像与物体外形观测摄像设备摄取的实物图像进行叠加显示，配合各光学部件之间的特征关系，成像更为清晰，畸变小，成像质量高的特点。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种可叠加光路的目镜光学系统及头戴显示装置。

背景技术

随着科学技术的不断提高，人们对一些高端光学仪器仪表的使用也越加频繁，但是目前市场的很多光学仪器仪表对使用者有着特殊的要求，需要使用者自身具有相关知识储备才能够熟悉使用，这就大大收小了使用人群。

例如，在对于光学行业的业余爱好者使用望远镜、夜视仪等光学成像仪器的过程中，使用者往往对其所观测到的物体有所陌生，需要不停借助书籍或者上网设备进行查询才能得知所观测的物体的信息，甚至可能存在查询不到对应物体信息的情况出现。这种情况导致使用者在使用过程中需要花费大量时间去查询资料，大大降低了使用者对高端仪器的使用兴趣。

随着使用高端光学仪器仪表的人群增加，高端光学仪器仪表的入门门槛需要得到降低。如何在不改变仪器原有的使用功能的同时，又能便于使用者熟悉使用成为主要的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于现有的光学系统均为定焦光学系统，难以满足大部分消费者的需求，同时光学系统的重量偏重体积偏大，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可叠加光路的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：构造一种可叠加光路的目镜光学系统，包括依次相接的像面、辅助光路、分光镜以及主光路；所述像面的光轴与所述辅助光路的光轴重合；所述主光路的光轴与所述辅助光路的光轴相互垂直；所述主光路的光轴经所述分光镜反射并与经所述分光镜透射的辅助光路叠加；

所述主光路包括从所述分光镜至微型图像显示器沿光轴方向依次排列的第一透镜、第二透镜以及第三透镜组；所述第一透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第三透镜组为正透镜组；所述第三透镜组包括从所述分光镜至微型图像显示器沿光轴方向依次排列的第三透镜、第四透镜以及第五透镜；

所述辅助光路包括从所述像面至所述分光镜沿光轴方向依次排列的第六透镜、第七透镜以及第八透镜；

所述光学系统的有效焦距设为F，所述主光路的有效焦距设为F₁，所述辅助光路的有效焦距设为F₂，且F、F₁、F₂满足下列关系式(1)、(2)：

0.558≤F₁/F≤1.822 (1)；

2.265≤F_t/F≤3.493 (2)。

进一步地，所述主光路的有效焦距为F₁，所述辅助光路的有效焦距为F₂，且F₁、F₂满足下列关系式(3)：

1.413≤F_t/F₁≤4.63 (3)。

进一步地，所述像面的像高设为H，所述微型图像显示器的像高设为h，且H、h满足下列关系式(4)：

0.346≤h/H≤0.716 (4)。