[發明專利]應用六片式透鏡的頭戴式顯示裝置與其光學鏡頭系統

在審

• 申請號: 201710982140.7
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN107589528A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 陳國棟
• 申請（專利權）人: 陳國棟
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及頭戴式顯示裝置與其光學鏡頭系統，且尤其是與應用六片式透鏡的頭戴式顯示裝置與其光學鏡頭系統相關。

背景技術

近年來，由于可穿戴電子設備的興起，使得包含光學鏡頭系統及微型顯示器等微小型化的顯示模塊蓬勃發展，大量應用于頭戴式顯示裝置中。頭戴式顯示裝置廣泛應用于軍事、航天、醫療、娛樂、模擬訓練等領域。在娛樂方面，合適的視角可以給使用者營造一個震撼的視覺效果，令使用者仿佛置身于電影院放映廳中的最佳位置觀看電影一般。

現有技術中，如CN104570323A提出一種頭戴目鏡系統和頭戴顯示設備，是采用4片式透鏡的目鏡系統，成像清晰度不能滿足消費者日益提高的需求。又，CN103765292A提出目鏡系統及圖像觀察裝置其系統焦距較長(長達19mm)；CN101609208提出的六片透鏡式目鏡系統的系統焦距也相對較長(16mm)。

另外，對于光學鏡頭系統(目鏡系統)而言，在物體尺寸確定的情況下，焦距越小，視場角越大，系統的放大倍率越大，但設計難度也隨之增加。目前的沉浸式頭戴顯示裝置，大多數光學鏡頭系統的焦距在18mm-35mm范圍，放大倍率小，不適用于尺寸較小的微顯示屏作為圖像源。對于LCOS(Liquid Crystalon Silicon，中文是：液晶附硅)顯示器和DLP(Digital Light Procession，中文是：數字光處理)顯示器這類微顯示屏，需在顯示屏與目鏡之間放置必需的照明系統；而目前目鏡到顯示屏的工作距離大多較小，無法滿足使用。對于應用于頭戴顯示系統的大視場角目鏡來說，倍率色差、場曲、象散都是影響成像質量的像差，因此亟需一種合適的光學設計徹底解決上述問題。

發明內容

因此，針對上述技術問題，本發明提出一種頭戴式顯示裝置與其光學鏡頭系統，通過控制各透鏡的凹凸曲面排列，并輔以其他光學關系式控制相關參數，使其保證視場角的同時，保證成像質量優良，并具有短焦距、長工作距離的特性。

依據本發明，提供一種光學鏡頭系統，從出光側至入光側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡及一第六透鏡，每一透鏡都具有屈光率的球面透鏡，且具有一朝向出光側且使光線通過的第一表面及一朝向入光側且使光線通過的第二表面，其中：

該第一透鏡是一負光焦度透鏡，該第一透鏡的第一表面為凹面部；

該第二透鏡是一正光焦度透鏡，該第二透鏡第二表面為凸面部；

第三透鏡是一正光焦度透鏡，該第三透鏡的第二表面為凸面部；

第四透鏡是一正光焦度透鏡，該第四透鏡的第一表面為凸面部，其第二表面為凸面部；

第五透鏡是一正光焦度透鏡，該第五透鏡的第一表面為凸面部，其第二表面為凸面部；

第六透鏡是一負光焦度透鏡，該第六透鏡的第一表面為凹面部；

該第五透鏡與該第六透鏡構成一個組合透鏡；

其中，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2,該第三透鏡的焦距為f3,該第四透鏡的焦距為f4,該組合透鏡的焦距為f56,該光學鏡頭系統的系統焦距為fs,并滿足以下關系式：

-2<f1/fs<-1，

1.5<f2/fs<3，

4<f3/fs<7.5，

2<f4/fs<4.2，

2.5<f56/fs<5.5。

依據本發明，還提供一種頭戴式顯示裝置，包括：

一機殼；及

一顯示模塊，安裝于該機殼內，包括：

至少一如上所述的光學鏡頭系統，

至少一顯示屏，位于該第六透鏡的第二表面朝向入光側的光軸上。

本發明的頭戴式顯示裝置與其光學鏡頭系統，通過控制各透鏡的凹凸曲面排列，并輔以其他光學關系式控制相關參數，使其保證視場角的同時，保證成像質量優良，并具有短焦距、長工作距離的特性。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施例的剖面結構意圖；

圖2是該第一實施例的光學鏡頭系統的場曲隨歸一化視場變化示意圖(說明：xt＇為子午場曲，xs＇為弧矢場曲)；

圖3是該第一實施例的光學鏡頭系統的畸變隨歸一化視場變化示意圖；

圖4是該第一實施例的光學鏡頭系統的垂軸色差隨歸一化視場變化示意圖；

圖5是本發明的第二實施例的剖面結構意圖；