[实用新型]一种双目光学镜

说明书

本实用新型提供了一种双目光学镜，包括一体形成的左镜和右镜，以及连接左镜和右镜的桥部，所述桥部被配置为当双目光学镜被置于人眼前时，位于鼻梁之上；所述左镜和右镜分别包括一个自由曲面棱镜，该自由曲面棱镜包括三个有效光学表面，所述三个有效光学表面包括至少一自由曲面的表面，其中，所述自由曲面的表面用以折反图像光以使像源图像得到预设的放大率并保持像差；所述图像光的出射面和/或图像光的入射面被置为非自由曲面的表面；所述自由曲面的表面包括具有预定反射率的反射层，有效光学表面和其他表面把左镜/右镜围成体形态。采用本实用新型所述的双目光学镜，可以扩大视场，增大出瞳直径，提升用户体验。

技术领域

本实用新型涉及一种光学系统。特别是一种用于头戴式显示设备的双目光学镜。可广泛应用于虚拟现实和增强现实显示领域。

背景技术

近年来，可穿戴式的虚拟现实和增强现实显示装置取得了长足的发展，特别是头戴显示装置，因其广泛的应用，越来越被广大用户接受和认可。由于头戴显示装置佩带与观察者头部，因此必须紧凑和轻量化。另外，视场角、出瞳等也会影响观察者的佩带体验。

为解决大视场问题，头戴显示装置的光学系统逐渐由同轴旋转对称投射式结构向折反射式结构演变。但往往这类光学系统结构比较复杂，有的采用大量的光学元件，将光学元件中心偏离光轴和相对于光轴倾斜，有的使用衍射/全息光学元件和塑料材料，有的应用特殊面型的非球面，增加光学设计的自由度，但这些设计加工成本比较昂贵，光学系统的装调也非常困难。

目前，有些光学系统采用自由曲面折反棱镜式的光学结构，利用折反光路可有效提高系统的紧凑度，减小系统整体的体积。同时，自由曲面的面型可以增加系统的设计自由度，从而以最大限度的控制成像畸变、减小系统像差，提高成像质量。

专利号为US5699194的发明专利，采用自由曲面棱镜，光线在自由曲面表面2反射一次，光学表面4上反射两次，最后透过表面2进入人眼，该光学系统的视场不大于30°H×22.8°V，出瞳直径为4mm。奥林巴斯在专利号US5701202 的专利里提出了类似的结构，并在棱镜与图像源之间增加了一块透镜，其最大视场为45°H×34.5°V，出瞳直径为4mm。

Interactive imaging systems公司的专利US6417970中也使用了自由曲面棱镜作为头盔显示光学系统的一部分。有些专利在棱镜表面4和图像源5或出瞳和棱镜之间增加一块透镜或衍射元件，以达到消除色差和像差的目的，有些专利在前面2增加衍射光学元件增加衍射光学元件。专利US6181475在出瞳1和棱镜2之间增加衍射光学元件，该专利中有些实例在棱镜4和显示器5之间增加了渐变折射率材料透镜。奥林巴斯的US6646812专利在前面增加了一块透镜，出瞳距离很长，但是视场很小。

奥林巴斯、佳能等公司先后还申请了类似的采用自由曲面棱镜多项发明专利，结构形式多种多样，但主要光学参数并没有提高，本质上没有解决出瞳直径和大视场的问题。相关的涉及使用了自由曲面棱镜的头戴显示器光学系统专利还有很多，这些专利的共同的不足是出瞳直径小，所采用的图像源尺寸比较大，对于出瞳直径很小的系统，不同的使用者必须进行瞳距调解，给产品使用带来了很大的麻烦。在瞳距不变的情况下，用户眼球稍微移动就可能看不到图像，影响产品的使用性能，进一步影响其应用推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种双目光学镜，实现大视场角，大出瞳距；为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于对图像进行放大的双目光学镜，包括一体形成的左镜和右镜，以及连接左镜和右镜的桥部，所述桥部被配置为当双目光学镜被置于人眼前时，位于鼻梁之上；所述左镜和右镜分别包括三个有效光学表面，有效光学表面和非有效光学表面把左镜/右镜围成体形态；其中，所述三个有效光学表面包括至少一自由曲面的表面，该自由曲面的表面包括具有预定反射率的反射层，用以折反图像光以使像源图像得到预设的放大率并保持像差；