[发明专利]头戴式显示装置与其光学镜头系统

说明书

技术领域

本发明涉及头戴式显示装置与其光学镜头系统，且尤其是与应用六片式透镜的头戴式显示装置与其光学镜头系统相关。

背景技术

近年来，由于可穿戴电子设备的兴起，使得包含光学镜头系统及微型显示器等微小型化的显示模块蓬勃发展，大量应用于头戴式显示装置中。头戴式显示装置广泛应用于军事、航天、医疗、娱乐、模拟训练等领域。在娱乐方面，合适的视角可以给使用者营造一个震撼的视觉效果，令使用者仿佛置身于电影院放映厅中的最佳位置观看电影一般。

现有技术中，如CN104570323A提出一种头戴目镜系统和头戴显示设备，是采用4片式透镜的目镜系统，成像清晰度不能满足消费者日益提高的需求。又，CN103765292A提出目镜系统及图像观察装置其系统焦距较长(长达19mm)；CN101609208提出的六片透镜式目镜系统的系统焦距也相对较长(16mm)。

另外，对于光学镜头系统(目镜系统)而言，在物体尺寸确定的情况下，焦距越小，视场角越大，系统的放大倍率越大，但设计难度也随之增加。目前的沉浸式头戴显示装置，大多数光学镜头系统的焦距在18mm-35mm范围，放大倍率小，不适用于尺寸较小的微显示屏作为图像源。对于LCOS(Liquid Crystal on Silicon，中文是：液晶附硅)显示器和DLP(Digital Light Procession，中文是：数字光处理)显示器这类微显示屏，需在显示屏与目镜之间放置必需的照明系统；而目前目镜到显示屏的工作距离大多较小，无法满足使用。对于应用于头戴显示系统的大视场角目镜来说，倍率色差、场曲、象散都是影响成像质量的像差，因此亟需一种合适的光学设计彻底解决上述问题。

发明内容

因此，针对上述技术问题，本发明提出一种头戴式显示装置与其光学镜头系统，通过控制各透镜的凹凸曲面排列，并辅以其他光学关系式控制相关参数，使其保证视场角的同时，保证成像质量优良，并具有短焦距、长工作距离的特性。

依据本发明，提供一种光学镜头系统，从出光侧至入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，每一透镜都具有屈光率的球面透镜，且具有一朝向出光侧且使光线通过的第一表面及一朝向入光侧且使光线通过的第二表面，其中：

该第一透镜是一负光焦度透镜，该第一透镜的第一表面为凹面部；

该第二透镜是一正光焦度透镜，该第二透镜第二表面为凸面部；

第三透镜是一正光焦度透镜，该第三透镜的第二表面为凸面部；

第四透镜是一正光焦度透镜，该第四透镜的第一表面为凸面部，其第二表面为凸面部；

第五透镜是一正光焦度透镜，该第五透镜的第一表面为凸面部，其第二表面为凸面部；

第六透镜是一负光焦度透镜，该第六透镜的第一表面为凹面部；

该第五透镜与该第六透镜构成一个组合透镜；

其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2,该第三透镜的焦距为f3,该第四透镜的焦距为f4,该组合透镜的焦距为f56,该光学镜头系统的系统焦距为fs,并满足以下关系式：

-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。

依据本发明，还提供一种头戴式显示装置，包括：

一机壳；及

一显示模块，安装于该机壳内，包括：

至少一如上所述的光学镜头系统，

至少一显示屏，位于该第六透镜的第二表面朝向入光侧的光轴上。

本发明的头戴式显示装置与其光学镜头系统，通过控制各透镜的凹凸曲面排列，并辅以其他光学关系式控制相关参数，使其保证视场角的同时，保证成像质量优良，并具有短焦距、长工作距离的特性。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的剖面结构意图；

图2是该第一实施例的光学镜头系统的场曲随归一化视场变化示意图(说明：x_t＇为子午场曲，x_s＇为弧矢场曲)；

图3是该第一实施例的光学镜头系统的畸变随归一化视场变化示意图；

图4是该第一实施例的光学镜头系统的垂轴色差随归一化视场变化示意图；

图5是本发明的第二实施例的剖面结构意图；