TWI684792B - 應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件 - Google Patents

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Abstract

本發明係為一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，短焦距目鏡組件係相鄰設置於頭戴式顯示裝置之顯示器，短焦距目鏡組件接收顯示器的影像源，令短焦距目鏡組件在其焦點產生一聚焦影像，其中短焦距目鏡組件包括至少二菲涅爾透鏡，二菲涅爾透鏡並排相鄰設置，且二菲涅爾透鏡上具有螺紋之表面係相對設置，以及一固定件環套設置在二透鏡邊緣，固定二菲涅爾透鏡，同時避免灰塵進入到二菲涅爾透鏡之間。本發明透過二菲涅爾透鏡的設置，能有效縮短成像的焦距，以達到縮減目鏡體積之目的，以實現小尺寸虛擬實境目鏡之應用。

Description

應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件
本發明係有關一種光學元件之技術，特別是指一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件。
虛擬實境(virtual reality，VR)是一種利用電腦技術產生一個三維空間的虛擬影像，並將其影像投射至使用者眼中，令使用者感受到身入其境的技術。
目前用來實現虛擬實境之技術，多半是令使用者將虛擬實境裝置穿戴在頭部，同時令虛擬實境裝置中的顯示螢幕貼近使用者的眼部，使用者即可在一個短距離看到放大數倍的顯示影像。
請參照第一圖，以說明一般習知的頭戴式顯示器90(Head-mounted display，HMD)之架構，如圖所示，頭戴式顯示器90包括有一殼體92，殼體92內包覆有一顯示螢幕94以及至少一透鏡96，顯示螢幕94與透鏡96可並排設置在殼體92內，使顯示螢幕94的影像可投射在透鏡96上，顯示螢幕94將影像投射在透鏡96上後，透鏡96能調整影像的聚焦位置，以將影像近距離投射在使用者的眼睛98，令使用者透過頭戴式顯示器90觀賞到一個廣視角的畫面，產生虛擬實境影像。
但目前虛擬實境裝置的缺點在於，其透鏡厚度較厚，且透鏡焦距的位置較遠，以致於虛擬實境裝置的體積及重量皆無法有效地縮減，令虛擬實境裝置相當笨重，當使用者穿戴在頭上時，可能因虛擬實境裝置體積過大或重量過重，造成穿戴上的不適，產生使用者無法長時間穿戴等問題產生。
有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，以有效克服上述之該等問題。
本發明之主要目的在提供一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其透過二菲涅爾透鏡的設置，能有效縮短成像的焦距，以達到縮減目鏡的體積，實現小尺寸虛擬實境目鏡之應用。
本發明之另一目的在提供一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其能有效縮短成像的焦距，同時令成像更為清晰。
為達上述之目的，本發明提供一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，短焦距目鏡組件相鄰設置於頭戴式顯示裝置之顯示器，短焦距目鏡組件可接收顯示器之影像源，令短焦距目鏡組件在其焦點產生一聚焦影像，短焦距目鏡組件包括至少二菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，二菲涅爾透鏡並排相鄰設置，且二菲涅爾透鏡之間更設有一間距，間距可為0.5公厘(mm)~3公厘(mm)，二菲涅爾透鏡上具有螺紋之表面係相對設置，以及一固定件環套設置在二透鏡邊緣，以固定二菲涅爾透鏡，同時達到防塵的效果。
其中短焦距目鏡組件滿足0.9
Figure 02_image001
，1.8，其中
Figure 02_image003
為短焦距目鏡組件之焦點距離，
Figure 02_image005
為水平方向上的半視角，
Figure 02_image007
短焦距目鏡組件與顯示器之間的距離。
其中短焦距目鏡組件滿足1
Figure 02_image009
2.5，其中
Figure 02_image011
為表示最大視野(field of view，FOV)所對應成像像高，
Figure 02_image005
為水平方向上的半視角，
Figure 02_image013
為光圈到短焦距目鏡組件的距離。
其中短焦距目鏡組件滿足1
Figure 02_image015
3，其中
Figure 02_image017
、
Figure 02_image019
分別為二菲涅爾透鏡的焦點距離。
其中短焦距目鏡組件滿足0.9
Figure 02_image021
1.85，其中
Figure 02_image003
為短焦距目鏡組件之焦點距離，
Figure 02_image011
為表示最大視野(field of view，FOV)所對應成像像高。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明提供一種短焦距目鏡組件，其可用以裝設在頭戴式顯示裝置中，以調整頭戴式顯示裝置之顯示器的影像，短焦距目鏡組件不但能使影像清晰呈現，更因短焦距目鏡組件輕薄且焦距短，能有效縮減頭戴式顯示裝置的重量及體積，實現小尺寸虛擬實境目鏡之應用。
請參照第二圖以及第三圖，以說明本發明短焦距目鏡組件1之結構，本發明之短焦距目鏡組件1包括至少二菲涅爾透鏡10、10’，並排且相鄰設置在一起，其中菲涅爾透鏡10、10’為光學塑料或玻璃製成的菲涅爾透鏡(Fresnel lens)。本實施例舉例之菲涅爾透鏡10、10’的其中一表面具有螺紋102、102’，相對於設有螺紋的另一表面則為一平面104、104’，本實施例舉例二菲涅爾透鏡10、10’具有螺紋102、102’之表面相對設置，且二菲涅爾透鏡10、10’更被設置在二菲涅爾透鏡10、10’邊緣的一固定件12固定在一起，本實施例舉固定件12係為環形套件，以環套在二菲涅爾透鏡10、10’的邊緣，藉此將二菲涅爾透鏡10、10’固定在一起，同時固定件12的設置亦可防止灰塵進入到二菲涅爾透鏡10、10’之間。當然二菲涅爾透鏡10、10’並不限定須具有螺紋102、102’之表面相對設置，本發明亦可令平面104、104’互相對應設置，或具有螺紋102的表面與平面104’互相對應設置，本發明並不以上述將具有螺紋102、102’之表面相對設置之實施例為限制。短焦距目鏡組件1之二菲涅爾透鏡10、10’之間更設有一間距a，其間距a可為0.5公厘(mm)~3公厘(mm)，其間距相當短且不占空間，可有效縮減短焦距目鏡組件1的體積。再者，本發明藉由二菲涅爾透鏡10、10’並排設置，可令短焦距目鏡組件1之焦距低於25公厘(mm)，相較過去一般習知透鏡的焦距為60公厘(mm)來說，本發明之短焦距目鏡組件1之焦距相當短，因此逤應用在頭戴式顯示裝置時，可達到有效縮小頭戴式顯示裝置之體積的目的。
在說明完本發明短焦距目鏡組件1之結構後，接下來請參照第四圖，以說明本發明之短焦距目鏡組件1裝設在頭戴式顯示裝置20的實施例，如圖所示，本發明之短焦距目鏡組件1可安裝在頭戴式顯示裝置20中，以取代過去頭戴式顯示裝置中的習知透鏡，藉此縮短透鏡設置的體積以及焦距等，令頭戴式顯示裝置20達到體積縮減的目的。如第四圖所示，頭戴式顯示裝置20包括有一殼體22，殼體22內包覆有短焦距目鏡組件1以及顯示器24，其中短焦距目鏡組件1相鄰設置於頭戴式顯示裝置20之顯示器24，其顯示器24可為顯示螢幕，其大小可藉於1.5吋~2.5吋之間。
接下來請參照第五圖，以詳細說明頭戴式顯示裝置20之使用狀態，短焦距目鏡組件1可接收顯示器24所發出的影像源，接著短焦距目鏡組件1即可在其焦點b產生一聚焦影像，令使用者的眼睛26擺放在焦點的位置，使用者即可欣賞到聚焦影像，以感受虛擬實境之技術。
再者，本發明之令短焦距目鏡組件1的結構可滿足以下四個條件： 0.9
Figure 02_image001
，1.8 其中
Figure 02_image003
為短焦距目鏡組件之焦點距離，
Figure 02_image005
為水平方向上的半視角，
Figure 02_image007
短焦距目鏡組件與顯示器之間的距離。 1
Figure 02_image009
2.5 其中
Figure 02_image011
為表示最大視野(field of view，FOV)所對應成像像高，
Figure 02_image005
為水平方向上的半視角，
Figure 02_image013
為光圈到短焦距目鏡組件的距離。 1
Figure 02_image015
3 其中
Figure 02_image017
、
Figure 02_image019
分別為二菲涅爾透鏡的焦點距離。 0.9
Figure 02_image021
1.85 其中
Figure 02_image003
為短焦距目鏡組件之焦點距離，
Figure 02_image011
為表示最大視野(field of view，FOV)所對應成像像高。
為證明本發明短焦距目鏡組件1之結構可產生更好的成像令使用者觀賞，請參照以下四組實驗數據，以證明本發明之短焦距目鏡組件1具良好的成像效果。本發明在短焦距目鏡組件1焦點距離f=18.21，光圈大小F NO=4.5，兩倍水平方向上的半視角2ω=88.7°條件下，透鏡參數(表一)以及非球面係數(表二)如下：
透鏡面 曲率半徑 間隔 折射率 阿貝數 透鏡
光圈 ∞ 17.00
2 ∞ 1.85 1.49000 57.4 L1
3 -20.061 1.00
4 ∞ 1.85 1.49000 57.4 L2
5 -15.413 15.87
6 ∞
表一、透鏡參數
透鏡面 K A B C D E F G
2 infinity 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
3 -0.446658 0.000E+00 -1.276E-07 4.002E-10 -3.436E-13 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
4 infinity 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
5 -0.79189 0.000E+00 1.586E-07 -4.018E-10 3.46E-13 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
表二、非球面係數
本發明在短焦距目鏡組件1焦點距離f=20.2，光圈大小F NO=5，兩倍水平方向上的半視角2ω=89.3°條件下，透鏡參數(表三)以及非球面係數(表四)如下：
透鏡面 曲率半徑 間隔 折射率 阿貝數 透鏡
光圈 ∞ 10.00
2 ∞ 1.85 1.49000 57.4 L1
3 -33.115 1.00
4 ∞ 1.85 1.49000 57.4 L2
5 -13.806 17.90
6 ∞
表三、透鏡參數
透鏡面 K A B C D E F G
2 ∞ 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
3 1.69389625 0.000E+00 -5.302E-07 2.163E-09 -2.071E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
4 ∞ 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
5 -0.58627179 0.000E+00 6.868E-07 -2.518E-09 2.94E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
表四、非球面係數
本發明在短焦距目鏡組件1焦點距離f=20.1，光圈大小FNO=4.9，兩倍水平方向上的半視角2ω=90.1°條件下，透鏡參數(表五)以及非球面係數(表六)如下：
透鏡面 曲率半徑 間隔 折射率 阿貝數 透鏡
光圈 ∞ 13.00
2 ∞ 1.50 1.49000 57.4 L1
3 -26.343 1.00
4 ∞ 1.50 1.49000 57.4 L2
5 -15.339 17.76
6 ∞
表五、透鏡參數
透鏡面 K A B C D E F G
2 ∞ 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
3 1.1129 0.000E+00 -5.328E-08 2.193E-09 -1.257E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
4 ∞ 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
5 -0.41014 0.000E+00 6.926E-07 -2.744E-09 3.43E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
表六、非球面係數
本發明在短焦距目鏡組件1焦點距離f=22.59，光圈大小FNO=5.4，兩倍水平方向上的半視角2ω=92.8°條件下，透鏡參數(表七)以及非球面係數(表八)如下：
透鏡面 曲率半徑 間隔 折射率 阿貝數 透鏡
光圈 ∞ 13.00
2 ∞ 1.50 1.49000 57.4 L1
3 -31.614 1.00
4 ∞ 1.50 1.49000 57.4 L2
5 -16.708 19.90
6 ∞
表七、透鏡參數
透鏡面 K A B C D E F G
2 ∞ 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
3 1.8542 0.000E+00 -5.708E-07 2.395E-07 -2.109E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
4 ∞ 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
5 -0.286717 0.000E+00 6.990E-07 -2.760E-09 3.57E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
表八、非球面係數
綜上所述，本發明之短焦距目鏡組件透過二菲涅爾透鏡的設置，能有效縮短成像的焦距，以達到縮減目鏡體積的目的，同時令成像更為清晰，以實現小尺寸虛擬實境目鏡之應用。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1‧‧‧短焦距目鏡組件
10‧‧‧菲涅爾透鏡
10’‧‧‧菲涅爾透鏡
102‧‧‧螺紋
102’‧‧‧螺紋
104‧‧‧平面
104’‧‧‧平面
12‧‧‧固定件
20‧‧‧頭戴式顯示裝置
22‧‧‧殼體
24‧‧‧顯示器
26‧‧‧眼睛
a‧‧‧間距
b‧‧‧焦點
90‧‧‧頭戴式顯示器
92‧‧‧殼體
94‧‧‧顯示螢幕
96‧‧‧透鏡
98‧‧‧眼睛
第一圖係為習知頭戴式顯示器架構示意圖。 第二圖係為本發明之短焦距目鏡組件架構立體示意圖。 第三圖係為本發明之短焦距目鏡組件架構之側面剖視圖。 第四圖係為本發明之短焦距目鏡組件安裝在頭戴式顯示裝置之架構示意圖。 第五圖係為本發明之短焦距目鏡組件安裝在頭戴式顯示裝置之使用狀態示意圖。
1‧‧‧短焦距目鏡組件
10‧‧‧菲涅爾透鏡
10’‧‧‧菲涅爾透鏡
102‧‧‧螺紋
102’‧‧‧螺紋
104‧‧‧平面
104’‧‧‧平面
12‧‧‧固定件
a‧‧‧間距

Claims (8)

  1. 一種應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其相鄰設置於該頭戴式顯示裝置之顯示器，該短焦距目鏡組件接收顯示器之影像源，令該短焦距目鏡組件在其焦點產生一聚焦影像，該短焦距目鏡組件包括：至少二菲涅爾透鏡，該二菲涅爾透鏡相鄰且並排設置，其中該短焦距目鏡組件滿足1<
    Figure 108110625-A0305-02-0011-1
    <3，該f 1、f 2分別為二該菲涅爾透鏡的焦點距離。
  2. 如請求項1所述之短焦距虛擬實境裝置，其中該二菲涅爾透鏡上具有螺紋之表面係相對設置。
  3. 如請求項1所述之應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，更包括一固定件環套設置在該二透鏡邊緣，以固定該二菲涅爾透鏡。
  4. 如請求項1所述之應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其中該二菲涅爾透鏡之間更設有一間距，該間距為0.5公厘(mm)~3公厘(mm)。
  5. 如請求項1所述之應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其中該短焦距目鏡組件之焦距低於25mm。
  6. 如請求項1所述之應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其中該短焦距目鏡組件滿足0.9<
    Figure 108110625-A0305-02-0011-2
    <，1.8，該F為該短焦距目鏡組件之焦點距離，該ω為該水平方向上的半視角，該TTL該短焦距目鏡組件與該顯示器之間的距離。
  7. 如請求項1所述之應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其中該短焦距目鏡組件滿足1<
    Figure 108110625-A0305-02-0011-3
    <2.5，該H為表示最大視野(field of view，FOV)所對應成像像高，該ω為該水平方向上的半視角，該E為 光圈到該短焦距目鏡組件的距離。
  8. 如請求項1所述之應用於頭戴式顯示裝置之短焦距目鏡組件，其中該短焦距目鏡組件滿足0.9<
    Figure 108110625-A0305-02-0012-4
    <1.85，該F為該短焦距目鏡組件之焦點距離，該H為表示最大視野(field of view，FOV)所對應成像像高。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106019568A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 北京小鸟看看科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示设备
TWI591385B (zh) * 2016-03-31 2017-07-11 台達電子工業股份有限公司 立體顯示裝置
CN206990935U (zh) * 2017-08-07 2018-02-09 杭州太若科技有限公司 用于实现增强现实的装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI591385B (zh) * 2016-03-31 2017-07-11 台達電子工業股份有限公司 立體顯示裝置
CN106019568A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 北京小鸟看看科技有限公司 一种目镜系统和头戴显示设备
CN206990935U (zh) * 2017-08-07 2018-02-09 杭州太若科技有限公司 用于实现增强现实的装置

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