頭戴顯示裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及頭戴顯示裝置，包括對應設置的目鏡光學系統和顯示屏；顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例范圍為：1:1?16:3，目鏡光學系統包括一個或多個透鏡；目鏡光學系統中至少一個透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為：0.22?0.66，透鏡的長邊為進行過切邊處理后的長邊，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為：0.683?0.992。本實用新型在保證目鏡光學系統在滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能的情況下，使得頭戴顯示裝置產品佩帶更加舒適。
【專利說明】
頭戴顯示裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及光學技術領域，更具體地說，涉及一種頭戴顯示裝置。
【背景技術】
[0002]隨著電子器件不斷向超微型化發展，以及新的計算機、微電子、光電器件和通信理論和技術的發展，可穿戴計算這種基于“以人為本” “人機合一”的新型模式已經成為可能。在軍事、工業、醫療、教育、消費等領域不斷涌現應用。在一個典型的可穿戴計算系統架構中，頭戴式顯示裝置是關鍵的組成部分。頭戴顯示裝置通過光學技術，將微型圖像顯示器(例如透射式或反射式液晶顯示屏，有機電致發光器件，DMD器件)發出的視頻圖像光引導到使用者的瞳孔，在使用者的近目范圍實現虛擬、放大圖像，為使用者提供直觀、可視的圖像、視頻、文字信息。目鏡光學系統是頭戴顯示裝置的核心，實現將微型圖像顯示在人眼前形成虛擬放大圖像的功能。
[0003]頭戴顯示裝置向著體積緊湊，重量輕，便于頭戴，減輕負載等方向發展。同時，大視場角和視覺舒適體驗也逐漸成為衡量頭戴顯示裝置優劣的關鍵因素，大視場角決定了高臨場感的視覺體驗效果，高像質、低畸變決定了視覺體驗的舒適度。滿足這些要求，需要目鏡光學系統盡可能地實現大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等指標，同時滿足上述光學性能對系統的設計和像差優化是很大挑戰。
[0004]在加工目鏡光學系統時，一般需要根據顯示屏尺寸的大小對目鏡光學系統進行切邊加工，仍能保證在滿足上述光學性能的情況下，盡量減輕目鏡光學系統的重量和體積，使得頭戴顯示裝置產品佩帶更加舒適。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種光學性能好、體積緊湊、重量輕、可加工性好的帶寬邊切邊目鏡光學系統的頭戴顯示裝置。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]構造一種頭戴顯示裝置，包括對應設置的目鏡光學系統和顯示屏；所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例范圍為:1:1-16: 3，所述目鏡光學系統至少包括一片或多片透鏡;其中，至少有一片所述透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，且所述透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66;
[0008]所述透鏡的長邊為進行過切邊處理后的長邊，所述透鏡的正視圖為矩形；
[0009]所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.683-0.992。
[0010]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:16，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.66;
[0011]所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.683。
[0012]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:12，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.57;
[0013]所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.778。
[0014]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:10，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.51;
[0015]所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.832。
[0016]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:9，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.47;
[0017]所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.860。
[0018]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學系統包括兩片透鏡，分別為:第一透鏡和第二透鏡;其中，
[0019]所述第一透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊；
[0020]所述第二透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，或者同時所述第二透鏡的長邊為進行切邊處理后的長邊。
[0021]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學系統包括三片透鏡，分別為:第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡;其中，
[0022]第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，或者同時第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的長邊為進行切邊處理后的長邊；
[0023]且第二透鏡、第三透鏡長邊切邊后的保留尺寸最小值與第二透鏡、第三透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.80-1.02或0.90-1.10，第一透鏡長邊切邊后的保留尺寸最小值與第二透鏡、第三透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.683-0.992。
[0024]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學系統包括四片透鏡，分別為:第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡;其中，
[0025]所述第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡的寬邊均為進行過切邊處理后的寬邊。
[0026]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述頭戴顯示裝置為單眼頭戴顯示裝置，包括:
[0027]一個目鏡光學系統;和，一個與所述目鏡光學系統對應的顯示屏。
[0028]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述頭戴顯示裝置為雙眼頭戴顯示裝置，包括:
[0029]一個左眼目鏡光學系統;和，一個與所述左眼目鏡光學系統對應的左眼顯示屏；
[0030]一個右眼目鏡光學系統;和，一個與所述右眼目鏡光學系統對應的右眼顯示屏。
[0031]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學系統包括:
[0032]沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中第一透鏡靠近人眼側，第三透鏡靠近像源側，像源光線先后通過第三透鏡、第二透鏡、第一透鏡被人眼觀看；
[0033]所述第二透鏡靠近像源側的表面凸向像源方向；
[0034]所述第三透鏡的兩個光學表面曲率方向相同，均凹向像源方向。
[0035]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學系統包括:
[0036]包括從人眼觀察側到顯示屏側沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值；
[0037]所述第一透鏡組由兩片透鏡構成，分別是靠近人眼側的第四透鏡和遠離人眼側的第五透鏡，且所述第四透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第四透鏡是負透鏡;所述第五透鏡靠近人眼側的光學表面凹向人眼側，曲率半徑為負值；
[0038]所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構成，其中所述第二透鏡組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第六透鏡，以及包括第七透鏡，所述第六透鏡為正透鏡，所述第七透鏡位于所述第六透鏡與顯示屏側之間。
[0039]本實用新型所述的頭戴顯示裝置，其中，所述目鏡光學系統包括:包括從人眼觀察側到顯示屏側沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值；
[0040]所述第一透鏡組由兩片透鏡構成，分別是靠近人眼側的第八透鏡和遠離人眼側的第九透鏡，且所述第八透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第九透鏡是負透鏡；
[0041]所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構成，其中所述第二透鏡組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第十透鏡，所述第十透鏡為正透鏡；
[0042]所述第二透鏡組還包括第十一透鏡和第十二透鏡，第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按從人眼側到微型顯示器側依次排列；
[0043]第十一透鏡位于所述第十透鏡與顯示屏側之間。
[0044]本實用新型的有益效果在于:通過按照設定好的切割方法，對透鏡的寬邊進行切邊，同時對其長邊進行切邊，使得目鏡光學系統整體重量減輕，且易加工和裝配，同時可保證目鏡光學系統在滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能的情況下，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。
【附圖說明】
[0045]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的部分實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖:
[0046]圖1是本實用新型較佳實施例的頭戴顯示裝置的寬邊切邊方式示意圖；
[0047]圖2是本實用新型實施例的經寬邊切邊后的目鏡光學系統正面結構視圖；
[0048]圖3是本實用新型實施例的經寬邊切邊后的目鏡光學系統中多個透鏡立體裝配示意圖；
[0049]圖4是本實用新型實施例的經寬邊切邊前的目鏡光學系統光路示意圖；
[0050]圖5是本實用新型實施例的經寬邊切邊后的目鏡光學系統光路示意圖；
[0051]圖6是本實用新型實施例的寬邊和長邊同時切邊方式示意圖一；
[0052]圖7是本實用新型實施例的經寬邊和長邊同時切邊后的目鏡光學系統正面結構視圖一；
[0053]圖8是本實用新型實施例的經寬邊和長邊同時切邊后的目鏡光學系統立體結構視圖一；
[0054]圖9是圖7和圖8中所示的目鏡光學系統光路示意圖；
[0055]圖10是本實用新型實施例的寬邊和長邊同時切邊方式示意圖二；
[0056]圖11是本實用新型實施例的經寬邊和長邊切邊后的目鏡光學系統正面結構視圖-* *
[0057]圖12是本實用新型實施例的經寬邊和長邊切邊后的目鏡光學系統立體結構視圖-* *
[0058]圖13是本實用新型實施例的經寬邊和長邊同時切邊前的目鏡光學系統光路示意圖；
[0059]圖14是本實用新型實施例的經寬邊和長邊同時切邊后的目鏡光學系統光路示意圖；
[0060]圖15是本實用新型實施例的頭戴顯示裝置的對透鏡進行切角處理方式示意圖。
【具體實施方式】
[0061]為了使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的部分實施例，而不是全部實施例。基于本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0062]本實用新型較佳實施例的帶寬邊切邊目鏡光學系統的頭戴顯示裝置包括對應設置的目鏡光學系統和顯示屏；顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例范圍為:I: 1-16:3;目鏡光學系統至少包括一片或多片透鏡;其中，至少有一片透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66，包括:0.22、0.27、0.32、0.36、0.40、0.44、0.47、0.51、0.54、0.57、0.59、
0.62、0.64、0.66。或者進一步地，顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例范圍為:1:1-2:1;目鏡光學系統至少包括一片或多片透鏡;其中，至少有一片透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.44-0.66。
[0063]經驗證，在對透鏡的寬邊進行切邊后，使得其保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66，優選為0.44-0.66，不僅能使目鏡光學系統整體重量減輕、易加工和裝配，同時可保證目鏡光學系統滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。
[0064]由于目鏡光學系統為軸對稱光學結構，用來觀察矩形顯示區域時，有一部分通光范圍是沒有被有效利用到的，因此可以根據顯示屏的有效顯示畫面比例對透鏡的長邊和/或寬邊進行切割，將其沒有被有效利用的通光范圍對應的光學結構部分去除，剩余部分的光學結構仍可保證滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能。
[0065]圖1示出了一種頭戴顯示裝置的寬邊切邊方式，其中兩條平行虛線位置即為切除線，直徑較大的實線圓環表示透鏡原始尺寸，直徑較小的實線圓環表示透鏡的最大有效光學尺寸。其中，A為透鏡的最大有效光學孔徑，B為透鏡外徑，C為透鏡加工制造余量，D為透鏡寬邊切邊后的保留尺寸。
[0066]圖2示出了采用圖1的切邊方式進行切邊后的目鏡光學系統正面結構，圖3示出了采用圖1的切邊方式進行切邊后的目鏡光學系統立體裝配結構，可見其中上下邊緣被切除，兩側的弧形被保留，便于目鏡光學系統在頭戴顯示裝置中的安裝固定。圖4示出了經寬邊切邊前的目鏡光學系統光路示意圖，可以看出其光線覆蓋范圍并不涉及目鏡光學系統的整個表面，而是其中的某一矩形區域；圖5示出了經寬邊切邊后的目鏡光學系統光路示意圖，可以看出經過切除部分透鏡，并未影響其光線通過部分，保證目鏡光學系統滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能。
[0067]在進一步的實施例中，上述頭戴顯示裝置的目鏡光學系統中至少有一片透鏡的長邊為進行過切邊處理后的長邊，且進行長邊切邊后的透鏡的正視圖是四角為圓弧狀的矩形;在透鏡外徑與最大有效光學孔徑比值范圍為:大于1.04時，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.80-1.02;或者，在透鏡外徑與最大有效光學孔徑比值范圍為:大于1.12時，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.90-1.10。
[0068]圖6示出了一種頭戴顯示裝置的長邊和寬邊同時切邊方式，其中兩組平行虛線位置即分別為長邊和寬邊切除線，直徑較大的實線圓環表示透鏡原始尺寸，直徑較小的實線圓環表不透鏡的最大有效光學尺寸。其中4為透鏡的最大有效光學孔徑，B為透鏡外徑，C為透鏡加工制造余量，D為透鏡進行寬邊切邊后的保留尺寸，E表示透鏡進行長邊切邊后的保留尺寸。
[0069]圖7和圖8分別示出了本實用新型的頭戴顯示裝置按圖6中所示意的方式進行寬邊和長邊同時切邊后的目鏡光學系統正面結構和立體結構，可看出進行寬邊和長邊切邊后的透鏡是四角為圓弧狀的矩形。圖9示出了圖7和圖8中的目鏡光學系統四分之一的光路圖，可看出即使進行了長邊和寬邊切邊，其光路100并未受到影響，仍能保證目鏡光學系統滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能。
[0070]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:16時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.66;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.80。
[0071]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:15時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.64;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.82。
[0072]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:14時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.62;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.84。
[0073]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:13時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.59;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.86。
[0074]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:12時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與比值范圍為:大于透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.57;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.87。
[0075]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:11時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.54;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.89。
[0076]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:10時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.51;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.91。
[0077]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:9時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.47;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.93。
[0078]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:8時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.44;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.94。
[0079]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:7時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.40;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.96。
[0080]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:6時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.36;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.98。
[0081]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:5時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.32;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.99。
[0082]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:4時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.27;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于1.00。
[0083]優選地，上述頭戴顯示裝置中，在顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:3時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.22;和/或，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于1.02。
[0084]圖10示出了一種頭戴顯示裝置的長邊和寬邊同時切邊方式，其中兩組平行虛線位置即分別為長邊和寬邊切除線，直徑較大的實線圓環表示透鏡原始尺寸，直徑較小的實線圓環表不透鏡的最大有效光學尺寸。其中4為透鏡的最大有效光學孔徑，B為透鏡外徑，C為透鏡加工制造余量，D為透鏡進行寬邊切邊后的保留尺寸，E表示透鏡進行長邊切邊后的保留尺寸。
[0085]圖11和圖12分別示出了本實用新型的頭戴顯示裝置按圖10中所示意的方式進行寬邊和長邊同時切邊后的目鏡光學系統正面結構和立體結構，可看出進行寬邊和長邊切邊后的透鏡30是矩形;透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.683-0.992。圖13示出了按圖6、圖10的方式進行長邊及寬邊切邊前的目鏡光學系統光路圖，圖14示出了按圖6、圖10的方式進行長邊及寬邊切邊后的目鏡光學系統光路圖，可看出即使進行了長邊和寬邊切邊，其光路100并未受到影響，仍能保證目鏡光學系統滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能。
[0086]優選地，上述實施例中，按圖10所示意的方式進行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:16時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.66;透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.683 ；
[0087]優選地，上述實施例中，按圖10所示意的方式進行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:12時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與比值范圍為:大于透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.57;透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.778。
[0088]優選地，上述實施例中，按圖10所示意的方式進行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:10時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.51;透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.832。
[0089]優選地，上述實施例中，按圖10所示意的方式進行切邊處理，顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:9時，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.47;透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.860。
[0090]在更進一步的實施例中，按圖15所示意的方式進行切邊處理，透鏡的長邊為進行過切邊處理后的長邊，透鏡的正視圖是由矩形切去四角后形成的多邊形;透鏡的正視圖中四角被切去的部分均為三角形;三角形與透鏡的寬邊對應邊zl的邊長記為F，三角形與透鏡的長邊對應邊z2的邊長記為G，三角形的第三條邊z3的邊長記為H，zl到z3對應的角為Ζα，顯示屏有效顯示畫面對角線到顯示屏有效畫面長邊的角為Ζβ;其中，滿足下述關系式(I)和⑵:
[0091]Za = ZP = atan(b/a) (I);
[0092]F/D^0.26 (2)；
[0093]上述關系式(I)和(2)中，a為顯示屏有效顯示畫面對應的長度，b為顯示屏有效顯示畫面對應的寬度，D為透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸。
[0094]本實用新型提供的各實施例中，頭戴顯示裝置可以為單眼頭戴顯示裝置，包括:一個目鏡光學系統;和，一個與目鏡光學系統對應的顯示屏。或者，頭戴顯示裝置為雙眼頭戴顯示裝置，包括:一個左眼目鏡光學系統;和，一個與左眼目鏡光學系統對應的左眼顯示屏；一個右眼目鏡光學系統;和，一個與右眼目鏡光學系統對應的右眼顯不屏。
[0095]在一個具體的實施例中，如圖7、圖8和圖9所示，頭戴顯示裝置的目鏡光學系統包括兩片透鏡20:第一透鏡21和第二透鏡22。其中，第一透鏡21的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊;第二透鏡22的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，同時第一透鏡21和第二透鏡22的長邊為進行切邊處理后的長邊。第一透鏡21和第二透鏡22寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66。在透鏡外徑與最大有效光學孔徑比值范圍為:大于1.04時，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.80-1.02。在透鏡外徑與最大有效光學孔徑比值范圍為:大于1.12時，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.90-1.10。
[0096]在另一個具體的實施例中，如圖13和圖14所示，頭戴顯示裝置的目鏡光學系統包括三片透鏡:沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23，其中第一透鏡21靠近人眼側，第三透鏡23靠近像源側，像源光線先后通過第三透鏡23、第二透鏡22、第一透鏡21被人眼觀看;所述第二透鏡22靠近像源側的表面凸向像源方向；所述第三透鏡23的兩個光學表面曲率方向相同，均凹向像源方向。
[0097]其中，優選地，第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-
0.66;同時第一透鏡21、第二透鏡22和第三透鏡23的長邊為進行切邊處理后的長邊;且第二透鏡22、第三透鏡23長邊切邊后的保留尺寸最小值與第二透鏡22、第三透鏡23的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.80-1.02或0.90-1.10，第一透鏡21長邊切邊后的保留尺寸最小值與第二透鏡22、第三透鏡23的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.683-0.992。
[0098]在另一個具體的實施例中，如圖2、圖3、圖4和圖5所示，頭戴顯示裝置的目鏡光學系統包括四片透鏡10:包括從人眼觀察側到顯示屏側沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值;所述第一透鏡組由兩片透鏡構成，分別是靠近人眼側的第四透鏡11和遠離人眼側的第五透鏡12，且所述第四透鏡11是雙凸形狀的正透鏡，所述第四透鏡11是負透鏡;所述第五透鏡12靠近人眼側的光學表面凹向人眼側，曲率半徑為負值;所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構成，其中所述第二透鏡組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第六透鏡13，以及包括第七透鏡14，所述第六透鏡13為正透鏡，所述第七透鏡14位于所述第六透鏡13與顯示屏側之間。
[0099]其中，優選地，第四透鏡11、第五透鏡12、第六透鏡13和第七透鏡14的寬邊均為進行過切邊處理后的寬邊;且透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66。
[0100]在另一個具體的實施例中，頭戴顯示裝置的目鏡光學系統包括五片透鏡(未圖示):包括從人眼觀察側到顯示屏側沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值;所述第一透鏡組由兩片透鏡構成，分別是靠近人眼側的第八透鏡和遠離人眼側的第九透鏡，且所述第八透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第九透鏡是負透鏡;所述第九透鏡靠近人眼側的光學表面凹向人眼側，曲率半徑為負值;所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構成，其中所述第二透鏡組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第十透鏡，所述第十透鏡為正透鏡;所述第二透鏡組還包括第十一透鏡和第十二透鏡，第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按從人眼側到微型顯示器側依次排列；第十一透鏡位于所述第十透鏡與顯示屏側之間。其中，第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按前述各實施例中的方式進行寬邊切邊，或同時進行寬邊和長邊切邊。
[0101]在本實用新型的另一實施例中，還提供了一種根據的頭戴顯示裝置目鏡光學系統的加工方法，參考圖1，包括以下步驟:對頭戴顯示裝置透鏡的寬邊進行切邊處理;其中，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66;顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例范圍為:1:1-16:3。經驗證，在對透鏡的寬邊進行切邊后，使得其保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66，不僅能使目鏡光學系統整體重量減輕、易加工和裝配，同時可保證目鏡光學系統滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。
[0102]上述加工方法中，透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸為D，透鏡的長邊切邊后的保留尺寸為E，目鏡光學系統加工前外徑為B;其中，B、D、E滿足如下關系式(3):
[0103](3)；
[0104]在E/B的值大于0.92時，不對目鏡光學系統的進行長邊切邊處理。
[0105]參閱圖10，上述加工方法進一步包括步驟:對頭戴顯示裝置透鏡的長邊進行切邊處理;其中，透鏡的正視圖為矩形;透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.683-0.992。
[0106]參閱圖15，上述加工方法進一步包括步驟:對透鏡進行切角處理，透鏡的正視圖是由矩形切去四角后形成的多邊形;透鏡的正視圖中四角被切去的部分均為三角形;三角形與透鏡的寬邊對應邊z I的邊長記為F，三角形與透鏡的長邊對應的邊記為z2，三角形的第三條邊記為z3，zl到z3對應的角為Ζα，顯示屏有效顯示畫面對角線到顯示屏有效畫面長邊的角為Ζβ;
[0107]其中，滿足下述關系式(I)和(2):
[0108]Za = ZP = atan(b/a) (I);
[0109]F/D 彡 0.26 (2)；
[0110]上述關系式(I)和(2)中，a為顯示屏有效顯示畫面對應的長度，b為顯示屏有效顯示畫面對應的寬度，D為透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸。
[0111]綜上，本實用新型通過按照設定好的切割方法，對透鏡的寬邊和長邊進行切邊，使得目鏡光學系統整體重量減輕，且易加工和裝配，同時可保證目鏡光學系統在滿足大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等光學性能的情況下，使得頭戴顯示裝置佩帶更加舒適。
[0112]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種頭戴顯示裝置，包括對應設置的目鏡光學系統和顯示屏；所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例范圍為:1:1-16: 3，所述目鏡光學系統至少包括一片或多片透鏡;其特征在于，至少有一片所述透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，且所述透鏡寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.22-0.66; 所述透鏡的長邊為進行過切邊處理后的長邊，所述透鏡的正視圖為矩形； 所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:0.683-0.992。2.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:16，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.66; 所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.683。3.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:12，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.57; 所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.778。4.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:10，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.51； 所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.832。5.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述顯示屏有效顯示畫面對應的長度與寬度比例為16:9，所述透鏡的寬邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.47; 所述透鏡的長邊切邊后的保留尺寸最小值與所述透鏡的最大有效光學孔徑比值范圍為:大于0.860。6.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述目鏡光學系統包括兩片透鏡，分別為:第一透鏡和第二透鏡;其中， 所述第一透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊； 所述第二透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，或者同時所述第二透鏡的長邊為進行切邊處理后的長邊。7.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述目鏡光學系統包括三片透鏡，分別為:第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡;其中， 第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的寬邊為進行過切邊處理后的寬邊，或者同時第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的長邊為進行切邊處理后的長邊。8.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述目鏡光學系統包括四片透鏡，分別為:第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡;其中，所述第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡的寬邊均為進行過切邊處理后的寬邊。9.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述頭戴顯示裝置為單眼頭戴顯示裝置，包括: 一個目鏡光學系統;和，一個與所述目鏡光學系統對應的顯不屏。10.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述頭戴顯示裝置為雙眼頭戴顯示裝置，包括: 一個左眼目鏡光學系統;和，一個與所述左眼目鏡光學系統對應的左眼顯示屏； 一個右眼目鏡光學系統;和，一個與所述右眼目鏡光學系統對應的右眼顯示屏。11.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述目鏡光學系統包括: 沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中第一透鏡靠近人眼側，第三透鏡靠近像源側，像源光線先后通過第三透鏡、第二透鏡、第一透鏡被人眼觀看；所述第二透鏡靠近像源側的表面凸向像源方向； 所述第三透鏡的兩個光學表面曲率方向相同，均凹向像源方向。12.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述目鏡光學系統包括: 包括從人眼觀察側到顯示屏側沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值； 所述第一透鏡組由兩片透鏡構成，分別是靠近人眼側的第四透鏡和遠離人眼側的第五透鏡，且所述第四透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第四透鏡是負透鏡;所述第五透鏡靠近人眼側的光學表面凹向人眼側，曲率半徑為負值； 所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構成，其中所述第二透鏡組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第六透鏡，以及包括第七透鏡，所述第六透鏡為正透鏡，所述第七透鏡位于所述第六透鏡與顯示屏側之間。13.根據權利要求1所述的頭戴顯示裝置，其特征在于，所述目鏡光學系統包括:包括從人眼觀察側到顯示屏側沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為負值，所述第二透鏡組的有效焦距為正值； 所述第一透鏡組由兩片透鏡構成，分別是靠近人眼側的第八透鏡和遠離人眼側的第九透鏡，且所述第八透鏡是雙凸形狀的正透鏡，第九透鏡是負透鏡； 所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構成，其中所述第二透鏡組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第十透鏡，所述第十透鏡為正透鏡； 所述第二透鏡組還包括第十一透鏡和第十二透鏡，第十透鏡、第十一透鏡和第十二透鏡按從人眼側到微型顯示器側依次排列； 第十一透鏡位于所述第十透鏡與顯示屏側之間。
【文檔編號】G02B25/00GK205670214SQ201620210805
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】曹鴻鵬, 彭華軍
【申請人】深圳納德光學有限公司