CN107748436A

CN107748436A - 目镜及头戴显示设备

Info

Publication number: CN107748436A
Application number: CN201711122425.XA
Authority: CN
Inventors: 刘风磊
Original assignee: Goertek Techology Co Ltd
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-03-02

Abstract

本发明提供一种目镜及头戴显示设备，其中，目镜包括：共轴的第一透镜以及第二透镜；其中，所述第一透镜与所述第二透镜在边缘处连接，且在所述第一透镜的入光面与所述第二透镜的出光面之间形成腔体；待观测光线入射在所述第二透镜的入光面上，由所述第二透镜折射至所述第一透镜的入光面，再经所述第一透镜出射。本发明提供的目镜及头戴显示设备，降低了目镜的装配误差，提升了头戴显示设备的成像质量。

Description

目镜及头戴显示设备

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种目镜及头戴显示设备。

背景技术

VR(Virtual Reality,虚拟现实)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，并通过多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该模拟环境中。

现有的一些VR产品中，采用两片分离式的透镜作为目镜，但是这种目镜装配难度大，容易产生装配误差，进而降低成像质量。

发明内容

本发明的多个方面提供一种目镜及头戴显示设备，用以降低目镜的装配误差，提升头戴显示设备的成像质量。

本发明提供一种目镜，包括：共轴的第一透镜以及第二透镜；

所述第一透镜与所述第二透镜在边缘处连接，且在所述第一透镜的入光面与所述第二透镜的出光面之间形成腔体；

待观测光线入射在所述第二透镜的入光面上，由所述第二透镜折射至所述第一透镜的入光面，再经所述第一透镜出射。

进一步可选地，所述第二透镜的入光面为凸面，出光面为凹面；所述第一透镜的入光面为凸面，出光面为凸面。进一步可选地，所述第一透镜的边缘上指定位置处设有卡槽，所述卡槽与所述第二透镜的边缘上指定位置处的卡扣配合，以连接所述第一透镜的边缘与所述第二透镜的边缘。

进一步可选地，所述第一透镜的边缘上指定位置处设有连接孔，所述连接孔与所述第二透镜的边缘上指定位置处的连接柱配合，以连接所述第一透镜的边缘与所述第二透镜的边缘。

进一步可选地，所述第一透镜与所述第二透镜在边缘处胶合连接。

进一步可选地，所述第一透镜的入光面和/或所述第一透镜的出光面和/或所述第二透镜的入光面和/或所述第二透镜的出光面为非球面。

进一步可选地，所述第一透镜的入光面的中心点的曲率半径为345.6mm，出光面的中心点的曲率半径为51.1mm,且中心厚度为6mm。

进一步可选地，所述第二透镜的入光面的中心点的曲率半径为-14.5mm，出光面的中心点的曲率半径为-33.3mm，且中心厚度为12.36mm。

进一步可选地，所述第一透镜的折射率为1.491756，色散为57.440791；所述第二透镜的折射率为1.54，色散为55.6。

本发明还提供一种头戴显示设备，包括本发明提供的目镜。

在本发明中，将两片透镜在边缘处连接，形成一个整体，使得目镜具有一个透镜的完整外形，但却有两个透镜的功能。将这样的目镜装配至头戴显示设备或其他设备时，装配难度降低，装配误差缩小，提升了头戴显示设备的成像质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的目镜的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的第一透镜和第二透镜通过卡槽与卡扣相连接的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的第一透镜和第二透镜通过连接孔与连接柱相连接的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为本发明一实施例提供的目镜的结构示意图。如图1所示，该目镜包括：共轴的第一透镜11以及第二透镜12。

其中，第一透镜11与第二透镜12在边缘处连接，且在第一透镜11的入光面Si1与第二透镜12的出光面Se2之间形成如图1所示的腔体，腔体中充有空气。其中，透镜的边缘，指的是透镜上距离透镜中心点指定距离的位置处，通常，该距离可接近透镜的孔径半高。

采用具有上述结构的目镜观测待观测对象时，待观测光线从第二透镜12的入光面Si2入射，由第二透镜12折射至第一透镜11的入光面Si1，再经第一透镜11折射后进入人眼。

本实施例中，将两片透镜在边缘处连接，形成一个整体，使得目镜兼具一个透镜的完整外形和两个透镜的功能。将这样的目镜装配至头戴显示设备或其他设备时，装配难度降低，装配误差缩小，提升了头戴显示设备的成像质量。

在一可选实施方式中，如图2所示，将第一透镜11和第二透镜12连接起来，可通过卡槽与卡扣的配合来实现。例如，可在第一透镜11的边缘上指定位置处设置卡槽，并在第二透镜12的边缘上指定位置处设置卡扣。该卡槽与卡扣相互配合，可以将第一透镜11的边缘与第二透镜12的边缘连接起来。应当理解，卡槽和卡扣的位置是相互对应的，该位置对应包括距离透镜中心点的距离上的对应，以及相对于透镜上相邻的其他卡槽或卡扣的角度/距离的对应。例如，第一透镜11的边缘上共设有4个卡槽，每个卡槽到透镜的中心点的距离为5mm，且任意两个相邻卡槽与透镜中心点所成夹角为90°，则第二透镜12的边缘上也应设有4个卡扣，每个卡扣到透镜的中心点的距离为5mm，且任意两个相邻卡扣与透镜中心点所成夹角为90°，以确保每一卡槽均能有一卡扣与之配合。当然，在一种可能的情形下，若第一透镜11和第二透镜12的形状对称，则第一透镜11的边缘上可连续地开设一整圈卡槽，以方便第二透镜12以任意角度与第一透镜11连接。当然，应当理解，本发明还可以在第二透镜12的边缘上指定位置处设置卡槽，并在第一透镜11的边缘上指定位置处设置卡扣，不再赘述。

在一可选实施方式中，如图3所示，将第一透镜11和第二透镜12连接起来，可通过连接孔与连接柱的配合来实现。例如，可在第一透镜11的边缘上指定位置处开设连接孔，并在第二透镜12的边缘上指定位置处设置连接柱。该连接柱与连接孔相互配合，可以将第一透镜11的边缘与第二透镜12的边缘连接起来。应当理解，连接孔和连接柱的位置是相互对应的，例如，第一透镜11的边缘上共设有6个连接孔，每个连接孔到透镜的中心点的距离为8mm，且任意两个相邻连接孔的中心点与透镜中心点所成夹角为60°°，则第二透镜12的边缘上也应设有6个连接柱，每个连接柱到透镜的中心点的距离为8mm，且任意两个相邻连接柱的中心点与透镜中心点所成夹角为60°，以确保每一连接孔均能有一连接柱与之配合。当然，应当理解，本发明还可以在第二透镜12的边缘上指定位置处设置连接孔，并在第一透镜11的边缘上指定位置处设置连接柱，不再赘述。

在一可选实施方式中，将第一透镜11和第二透镜12连接起来，还可通过将第一透镜11的边缘与第二透镜12的边缘胶合连接来实现。边缘胶合时，可采用树脂胶合法或光胶法，不再赘述。

可选的，如图1所示的目镜中，靠近待观测对象的光学表面为第二透镜12的入光面Si2，靠近人眼的光学表面为第一透镜11的出光面Se1。Si2为凸面，具有大角度折光的作用，能够使得待观测对象发出的发散角较大的光线，以较小的发散角入射在第一透镜11上。Se1为凸面，能够使得入射在Si1上的边缘光线以及主光线相对于人眼具有较大的张角以及较小的光线入射高度。进而，通过将Se1以及Si2设计成凸面，可有效地确保目镜具有足够大的视场角。

如图1所示的目镜结构中，第一透镜11的边缘和第二透镜12的边缘连接后，在第一透镜11的入光面Si1与第二透镜12的出光面Se2之间形成了腔体，使得目镜整体类似一“气泡”的形状。可选的，第二透镜12的出光面Se2可如图1所示，设计为凹面，第一透镜11的入光面Si1可为凸面。当然，Si1也可以为曲率半径大于Se2的曲率半径的其他面型。

可选的，在本实施例中，可设计Si1、Si2、Se1以及Se2中的至少一个面为非球面。非球面的曲率半径从中心到边缘连续发生特定变化，可以准确地控制每条出射光线的走向，使得出射光线以设定的角度出射至人眼处，有利于增大目镜的视场角、修正边缘光线并进行像差的校正。

非球面的面型可以是偶次非球面或奇次非球面，其中，偶次非球面可通过公式1所示的偶次非球面方程进行面型设计，奇次非球面可通过公式2所示的奇次非球面方程进行面型设计：

其中，z表示沿光轴方向的坐标，r为沿透镜高度方向的径向坐标；c为与非球面的中心点的曲率相关的二次项系数，c＝1/r₀，r₀为非球面中心点的曲率半径；k为圆锥系数，k＝-e²；a_i为各偶次项的系数，β_i为各奇次项的系数。

可选的，本实施例在设计非球面时，可在确定像差校正需求以及光线的偏折度需求后，可进行反向设计，得到具有变化的曲率半径的非球面。在本实施例中，可将目镜的四个面均设计为非球面。

在一种可行的设计结果中，以待观测光线入射方向为正方向，第一透镜11的入光面Si1为凸面并凸向正方向，中心点的曲率半径为345.6mm出光面Se1为凹面并凹向正方向，其中心点的曲率半径为51.1mm,且中心厚度为6mm。第二透镜12的入光面Si2为凸面并凸向反方向，中心点的曲率半径为-14.5mm，出光面Se2为凹面并凹向反方向，中心点的曲率半径为-33.3mm，且中心厚度为12.36mm。Si1的中心点距离所述第二透镜的Se2的中心点的距离为10mm。在这样的参数下，目镜具有良好的消色差、像差能力以及较高的成像质量，有利于提升头戴显示设备的性能。

在加工第一透镜11以及第二透镜12时，可采用不同的加工材质以消除目镜的色差。色差是源于不同波长的光线在玻璃里的色散和折射系数的差异，从而导致不同波长的光线有不同的焦点。现有的单片式目镜材质单一，色差无法纠正。可选的，本实施例可选用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)来加工第一透镜11，采用K26R来加工第二透镜12。其中，PMMA的折射率为1.491756，色散为57.440791，K26R的折射率为1.54，色散为55.6。进而，利用两片不同材质的透镜组合成目镜，每片透镜的色差可以被另一片透镜补偿。可大幅降低目镜的综合色差，提升目镜成像质量。

本发明提供的头戴显示设备，可采用本发明提供的目镜。在加工头戴显示设备的过程中，目镜中的两片透镜是一个整体，极大降低了目镜的装配难度以及装配公差，提升了头戴显示设备的成像质量。

需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种目镜，其特征在于，包括：

共轴的第一透镜以及第二透镜；

2.根据权利要求1所述的目镜，其特征在于，所述第二透镜的入光面为凸面，出光面为凹面；所述第一透镜的入光面为凸面，出光面为凸面。

3.根据权利要求1所述的目镜，其特征在于，所述第一透镜的边缘上指定位置处设有卡槽，所述卡槽与所述第二透镜的边缘上指定位置处的卡扣配合，以连接所述第一透镜的边缘与所述第二透镜的边缘。

4.根据权利要求1所述的目镜，其特征在于，所述第一透镜的边缘上指定位置处设有连接孔，所述连接孔与所述第二透镜的边缘上指定位置处的连接柱配合，以连接所述第一透镜的边缘与所述第二透镜的边缘。

5.根据权利要求1所述的目镜，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜在边缘处胶合连接。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的目镜，其特征在于，所述第一透镜的入光面和/或所述第一透镜的出光面和/或所述第二透镜的入光面和/或所述第二透镜的出光面为非球面。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的目镜，其特征在于，所述第一透镜的入光面的中心点的曲率半径为345.6mm，出光面的中心点的曲率半径为51.1mm,且中心厚度为6mm。

8.根据权利要求7所述的目镜，其特征在于，所述第二透镜的入光面的中心点的曲率半径为-14.5mm，出光面的中心点的曲率半径为-33.3mm，且中心厚度为12.36mm。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的目镜，其特征在于，所述第一透镜的折射率为1.491756，色散为57.440791；所述第二透镜的折射率为1.54，色散为55.6。

10.一种头戴显示设备，其特征在于，包括如权利要求1～9中任一项所述的目镜。