[实用新型]头戴显示光学系统及头戴显示装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及可穿戴计算头戴显示设备领域，尤其涉及一种头戴显示光学系统及头戴显示装置。 

背景技术

头戴显示器（HMD，Head mounted display）又称抬头显示器(HUD，Head up display)，是一种至少包含一个微型显示器件（像源系统）、相应的光学系统、以及支持结构（支持系统）的近眼显示装置。视透式HMD具有其特殊的人机交互特性，能够结合增强现实技术，广泛应用于科研、军事、工业、游戏、视频、教育、仿真等各个领域。光学系统在HMD中起着关键性作用，如果光学系统不能很好的消除像差、像散，用户看到的将会是扭曲和不清晰的图像。由于HMD技术发展还处于摸索期，现有HMD的光学系统，大部分都多少存在一定的像差像散问题，另外现有光学系统在宽光谱情况下衍射效率普遍较低，不能满足HMD显示器的大视场角要求。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种头戴显示光学系统及头戴显示装置，解决现有HMD光学系统在宽光谱情况下衍射效率低，且像差、像散严重的问题，可有效提高宽光谱衍射效率，有效消除像差像散。 

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种头戴显示光学系统，包括图像显示器、折衍透镜及平面反射式衍射元件，其中： 

所述折衍透镜为具有至少两层结构的多层衍射光学元件； 

所述平面反射式衍射元件为反射式变栅距平面衍射光栅； 

图像显示器发出的光经折衍透镜衍射后，再经平面反射式衍射元件发生反射式衍射后进入人眼。 

其中，所述折衍透镜的入射面为球面或非球面折射面，承担部分光焦度，其出射面表面刻有等栅距平面光栅。 

其中，所述折衍透镜中的各层衍射光学元件材质互不相同，材质互不相同 指材料的色散系数不同。 

其中，所述图像显示器为LCD显示器、OLED显示器、LCoS显示器中的一种。 

相应的，本实用新型还提供了一种头戴显示光学系统，包括图像显示器、折射透镜及平面反射式衍射元件，其中： 

所述折射透镜为球面透镜或非球面透镜或自由曲面透镜； 

所述平面反射式衍射元件为反射式变栅距平面衍射光栅； 

图像显示器发出的光经折射透镜折射后，再经平面反射式衍射元件发生反射式衍射后进入人眼。 

优选的，所述折衍透镜的入射面和出射面均镀有增透膜。 

优选的，所述平面反射式衍射元件光栅面镀有增透膜。 

相应的，本实用新型还提供了一种头戴显示装置，所述头戴显示装置包括前述的头戴显示光学系统。 

本实用新型头戴显示光学系统采用具有至少两层结构的多层衍射光学元件作为折衍透镜，可有效提高宽光谱衍射效率，满足HMD显示器的大视场角要求；另外本实用新型采用反射式变栅距平面衍射光栅作为反射面，可有有效消除像差像散，满足用户对HMD舒适度、清晰度等方面的需求，提高HMD的可用性。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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： 

图1为本实用新型实施例头戴显示光学系统结构示意图； 

图2为图1中折衍透镜为双层结构衍射光学元件时的结构示意图； 

图3为图1中折衍透镜的三层结构衍射光学元件时的结构示意图； 

图4为本实用新型另一实施例头戴显示光学系统结构示意图； 

图中标记：1-图像显示器，2-折衍透镜，3-平面反射式衍射元件,4-折射透镜。 

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。 

本实用新型头戴显示光学系统设计时采用衍射光学元件，由于衍射光学元件独特的色散特性与聚焦特性，可以简化传统的光学系统结构，减小光学系统尺寸和重量，降低系统设计难度，获得接近衍射极限的成像质量。