光学放大组合镜、头戴显示光学系统及设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学领域，尤其涉及应用于头戴显示设备上的光学放大组合镜，以及 带有该光学放大组合镜的头戴显示光学系统和头戴式虚拟现实显示设备。
【背景技术】
[0002] 目前头戴式虚拟现实显示系统的光学放大元件均采用传统透镜，如球面透镜、非 球面透镜或自由曲面光学透镜，受光学加工技术及光学材料的限制，显示系统中的光学放 大镜组的口径通常会做得比较小（若口径做大光学系统的重量和体积均会大幅增加），使 用者通过光学放大镜组所能观察到的视野被放大镜组的口径限制，放大镜组的视野相对人 眼自然状态下的视野显得很小，故此视野受限的图像显示系统给人眼带来的视觉冲击及沉 浸感将会受到很大的影响。在保证头戴设备体积足够小、重量足够轻的前提下，如何实现头 戴式虚拟现实显示系统大视场成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种光学放大组合镜，以及带有该光学放大组合镜的头戴显 示光学系统和头戴式虚拟现实显示设备，解决现有头戴式虚拟现实显示系统使用传统透镜 导致的视野与产品体积和重量不可兼顾的问题。
[0004] 为了实现上述发明目的，本发明提供了一种光学放大组合镜，在头戴式虚拟现实 显示设备中使用，所述光学放大组合镜包括中心区域和边缘区域，中心区域为凸透镜或组 合凸透镜，边缘区域为聚焦薄型光学元件，中心区域对应主视场成像，边缘区域对应边缘视 场成像。
[0005] 优选的，所述凸透镜为球面透镜或非球面透镜或自由曲面光学透镜；所述聚焦薄 型光学元件为菲涅尔透镜或菲涅尔波带片或二元光学元件。
[0006] 优选的，所述光学放大组合镜具有一个中心区域，或左右对称的两个中心区域。
[0007] 在一实施方式中，所述中心区域为非球面透镜；所述边缘区域为平面基底菲涅尔 透镜，其一面为光面，另一面刻有同心锯齿圆环。
[0008] 在一实施方式中，所述凸透镜表面刻有用于消色差的纹路。
[0009] 在一实施方式中，所述中心区域与边缘区域之间的焦距差小于10毫米。
[0010] 在一实施方式中，所述中心区域和边缘区域为一体注塑成型。
[0011] 在一实施方式中，所述中心区域和边缘区域分别为单独元件，边缘区域元件的镂 空区域轮廓形状与中心区域元件的外围轮廓形状一致，且能紧密配合；中心区域元件和边 缘区域元件通过光学胶合或机械组合方式结合在一起。
[0012] 相应的，本发明还提供一种头戴显示光学系统，包括图像显示源和光学放大镜组， 图像显示源显示的光信息，经光学放大镜组放大后的投影虚像由人眼接收，其特征在于，光 学放大镜组包括至少一片上述的光学放大组合镜。
[0013] 在一实施方式中，所述光学放大镜组还包括一片或多片聚焦薄型光学元件，聚焦 薄型光学元件位于光学放大组合镜远离人眼一端，图像显示源显示的光信息先经过聚焦薄 型光学元件，再经光学放大组合镜射入人眼。
[0014] 在另一实施方式中，所述光学放大镜组还包括一片或多片凸透镜，凸透镜位于光 学放大组合镜远离人眼一端，图像显示源显示的光信息先经过凸透镜，再经光学放大组合 镜射入人眼。
[0015] 相应的，本发明还提供一种头戴式虚拟现实显示设备，包括一组和或两组上述的 头戴显示光学系统。
[0016] 优选的，当所述头戴式虚拟现实显示设备为双目头戴式虚拟现实显示设备时，其 两组头戴显示光学系统中的部分光学元件为左右一体成型。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018] 本发明光学放大组合镜，采用传统透镜与聚焦薄型光学元件的结合，运用于头戴 式虚拟现实显示设备上，既能保证中心画质，又同时扩大了人眼的边缘视野，增强了使用者 的沉浸感；另外由于聚焦薄型光学元件的使用，很大程度上减小了头戴式虚拟现实显示设 备的重量，减轻了重量对佩戴造成的不适感。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图：
[0020] 图1为本发明实施例光学放大组合镜的一种结构示意图；
[0021] 图2为图1光学放大组合镜的一种结构分解图；
[0022] 图3(a)、（b)、（c)分别为图1光学放大时组合镜的左视图、俯视图和主视图的示意 图；
[0023] 图4(a)、（b)为本发明实施例光学放大组合镜边缘区域的两种外形轮廓示意图；
[0024] 图5为本发明实施例光学放大组合镜的另一种结构示意图；
[0025] 图6(a)、（b)均为本发明实施例光学放大组合镜在光路图中的元件示意图；
[0026] 图7为本发明头戴显示光学系统实施例1结构示意图；
[0027] 图8为图7和图12中光学放大组合镜中心区域和边缘区域的光学参数标注示意 图；
[0028] 图9为本发明头戴显示光学系统实施例2结构示意图；
[0029] 图10为本发明头戴显示光学系统实施例3结构示意图；
[0030] 图11为图10中光学放大组合镜中心区域和边缘区域的光学参数标注示意图；
[0031] 图12为本发明头戴显示光学系统实施例4结构示意图；
[0032] 图13为图12中凸透镜4的参数标注示意图；
[0033] 图14为本发明头戴显示光学系统实施例5结构示意图；
[0034] 图中标记：A-光学放大组合镜的中心区域，B-光学放大组合镜的边缘区域1-图像 显示源，2-光学放大组合镜，3-聚焦薄型光学元件，4-凸透镜。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅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作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。
[0036] 本发明光学放大组合镜主要针对头戴式VR显示系统设计，VR指虚拟现实，是 Virtual Reality 的简称。
[0037] 下面结合图1~图4介绍本发明实施例光学放大组合镜的一种结构，图1~图4介 绍的光学放大组合镜结构为单目结构。本实施例光学放大组合镜包括中心区域A和边缘区 域B两部分，边缘区域B的内径与中心区域A的外径紧密配合。中心区域A为凸透镜（单 凸或双凸）或组合凸透镜，所述凸透镜为传统球面透镜、非球面透镜或自由曲面光学透镜； 所述组合凸透镜指至少两块凸透镜组合在一起形成一个透镜组，例如两块口径一致的圆形 的非球面透镜胶合在一起形成组合凸透镜；边缘区域B为聚焦薄型光学元件（有聚焦功能 的薄片型光学元件），所述聚焦薄型光学元件包括菲涅尔透镜、菲涅尔波带片和二元光学元 件。中心区域A对应主视场成像，具有优质的画质；边缘区域B对应边缘视场成像，可有效 扩大VR显示系统的周边视野。
[0038] 本发明实施例中，光学放大组合镜中心区域A的外围轮廓形状不限，可以是圆形 的，也可以是矩形或其它非规则形状，边缘区域B的镂空区域轮廓形状与区域A的外围轮廓 形状一致，并能紧密配合；边缘区域B外围轮廓形状不限，根据其应用环境可任意调整，边 缘区域B形状如图4(a)和图4(b)均可。
[0039] 本发明实施例中，中心区域A和边缘区域B的材质可以是相同的，如都是光学塑料 PMMA，也可以是不同的，如区域A材质为光学塑料PMMA，区域B的材质为E48R。
[0040] 将本发明实施例光学放大组合镜运用