0037] 两组光学系统中的两个光学透镜3同时或分别沿着人眼方向前后移动，移动范围 为0~10mm。光学透镜可沿着光轴前后移动，用W调整光学系统的屈光度，使近视或远视的 使用者也能看到显示屏上清晰的图像。
[0038] 显示屏1采用高分辨率的LCD或OLm)平面显示屏，优选的采用分辨率高于化的低响 应时间0LED平面显示屏。
[0039] 本发明的具体实施工作过程如下：
[0040] 自由曲面反射镜采用压模的方法生产，可降低生产成本，提高生产速度。其内表面 面型有多重描述方法，优选的，具体实施采用轴对称的非球面，计算公式如下：
[0041]
[0042] 其中，z为矢高（即图4中的纵坐标），r为非球面顶点到非球面上任意一点的距离 (即图4中的横坐标），c为曲率，k为锥面系数，Ai~As…An分别为第一、第二、第Ξ、第四、第 五、…、第闲巧求面系数，N为正整数，Ai到An项数任意，取值任意。图4为W轴对称的非球面中 屯、法线为Z轴，垂直于Z轴方向为r轴建立的坐标系，0点为非球面的顶点。曲线代表非球面的 剖面轮廓线.由于非球面为轴对称，因此该曲线即可代表非球面表面面型。P为曲线上任意 一点，其坐标为P(r，z)。
[0043] 自由曲面反射镜2采用内凹外凸的具有正光焦度的连续曲面，材料为经过抛光的 侣，表面锻有反射率高于99%的高反射膜，可将光线向下弯折向光学透镜3,自由曲面反射 镜2的厚度约为1.5mm，轮廓是圆形。
[0044] 自由曲面反射镜2与光学透镜3组合而成的折反射光学系统具有正的光焦度，焦距 为25mm~80mm，相对孔径即光圈为f/2~f/5.6,单眼对角线视场角为80°~120%可覆盖3寸 ~4寸的显示屏3。
[0045] 具体实施中，自由曲面反射镜2采用厚度为1mm的侣制内侧抛光的矩形反射面，锻 高反射膜，厚度均匀，尺寸为50mm*50mm，且其中屯、法线与光学镜片法线或显示屏1法线夹角 为45°。屏幕中屯、发出的光线可W被折转90°后，进入光学透镜3。自由曲面反射镜2的面型系 数分别为:C = 0.0004，k = 2647.1，A4=
[0046] 2.311963E-008，A6 = -1.650046E-011，As = -4.277380E-014，其余系数为 0;光学透 镜 3 的靠近人眼的面型系数分别为〇 = -0.0104,4 = -0.058268,44 = -1.1048676-007,46 =- 3.9710116-010,48 = 2.70469犯-012，远离人眼的系面型系数为。=-0.003,4=1.2885866- 003，A4= 2.308404E-007，As = 8.429640E-010，As = -1.11270祀-012，镜片材料为E48R，中屯、 厚度为5.53mm，口径为30mm。镜片中屯、距离人眼位置4的中屯、距离为15mm，自由曲面反射镜2 的中屯、距离为20mm，自由曲面反射镜2的中屯、距离显示屏中屯、的距离为40mm，显示屏1的尺 寸大小为2.9英寸的3:2的lOSOpOL邸显示屏。整个光学系统的焦距约为60mm，相对孔径为f/ 5.6〇
[0047] 具体实施中的光学透镜3采用单镜片结构，且两个表面均采用轴对称非球面，计算 公式与上式相同，材料采用低色散光学塑料，色散系数为45~65,折射率为1.48~1.55,前 后表面锻增透膜，镜片口径为30mm~50mm，镜片厚度为2mm~15mm。
[004引自由曲面反射镜2的中屯、距离屏幕15mm~55mm，光学透镜3距离自由曲面反射镜中 屯、10mm~20mm，人眼位置4距离光学透镜3的表面中屯、的最近距离为6mm~25mm，左右两套光 学系统可W左右移动距离为5mm~25mm，光学透镜3可W前后移动的距离为5mm~25mm，光学 透镜3远离人眼时焦距最长，适合近视的人使用，随着其靠近人眼，焦距缩短，适合远视的人 使用。
[0049]由此，本发明避免了出现制造难度特别大的中屯、边缘厚度比很大的镜片，提高了 镜片的良品率，并保持了原有沉浸感，降低了系统总色散，分担了光焦度，更易于生产。
【主权项】
1. 一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特征在于:所述头盔包括 左右两组结构相同对称布置的光学系统，每组光学系统包括显示屏（1)、自由曲面反射镜 (2)和光学透镜(3);自由曲面反射镜(2)置于光学透镜(3)的正前方，显示屏（1)置于光学透 镜（3)的前侧方，显示屏（1)的法线方向与光学透镜（3)的法线方向垂直，自由曲面反射镜 (2)的法线方向分别与显示屏（1)、光学透镜(3)呈倾斜角；显示屏（1)发出的光线被自由曲 面反射镜(2)反射后发生转向，再经光学透镜(3)折射后进入人眼(4)。2. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述的两组光学系统的两个光学透镜(3)沿人眼方向平行布置，每组光学系统中， 瞳距调节支架(8)后端安装在自由曲面反射镜外框(6)中，光学透镜(3)安装在屈光度调节 滑块(7)中，屈光度调节滑块(7)的外侧部连接到自由曲面反射镜外框(6)内壁的导轨上，屈 光度调节滑块(7)的内侧部连接到瞳距调节支架(8)后端侧壁的导轨上，使得屈光度调节滑 块(7)沿人眼(4)视线方向的刀轨移动;瞳距调节支架(8)前端设有凸缘结构，自由曲面反射 镜外框(6)前端设有凸缘结构，自由曲面反射镜（2)的两端分别卡合连接在瞳距调节支架 (8)前端凸缘和自由曲面反射镜外框(6)前端凸缘之间，自由曲面反射镜（2)的反射面位于 内侧面；显示屏（1)固定安装在瞳距调节支架（8)的侧壁且其显示投射方向垂直于人眼方 向，两组光学系统的瞳距调节支架(8)前端凸缘端面均连接到左右屏连接导轨(5)沿导轨水 平移动，左右屏连接导轨(5)沿垂直于人眼(4)视线方向。3. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述两组光学系统中的显示屏（1)相背放置且中心法线共线，且与人眼法线垂直。4. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述每组光学系统中的自由曲面反射镜(2)斜放于屏幕和光学透镜(3)之间，自由 曲面反射镜(2)的法线分别与显示屏（1)和光学透镜(3)的法线呈30°~60°夹角。5. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于：所述的自由曲面反射镜（2)具有正的光焦度，焦距为50mm~100mm，口径为50mm~ 70mm，厚度为1mm~2mm。6. 根据权利要求1或5所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其 特征在于:所述的光学透镜(3)表面采用具有正光焦度的面型。7. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述的自由曲面反射镜(2)的外部轮廓是圆形、矩形或者不规则形状。8. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述的自由曲面反射镜(2)的镜面材料为经过抛光的铝或铝合金，表面镀有反射率 尚于95 %的尚反射月旲。9. 根据权利要求1所述的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述的光学透镜(3)材料采用塑料或玻璃，光学透镜(3)的结构采用是单一透镜、透 镜组或胶合透镜。10. 根据权利要求1所示的一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统，其特 征在于:所述两组光学系统中的两个光学透镜(3)同时或分别沿着人眼方向前后移动，移动 范围为0~10mm。
【专利摘要】本发明公开了一种用于呈现三维场景的折反射式头戴显示光学系统。包括左右两组结构相同对称布置的光学系统，每组光学系统包括显示屏、自由曲面反射镜和光学透镜；自由曲面反射镜置于光学透镜的正前方，显示屏置于光学透镜的前侧方，显示屏的法线方向与光学透镜的法线方向垂直，自由曲面反射镜的法线方向分别与显示屏、光学透镜呈倾斜角；显示屏发出的光线被自由曲面反射镜反射后发生转向，再经光学透镜折射后进入人眼。本发明能实现缩小虚拟现实头盔的体积与重量，结构简单，设计轻巧，适于产业化生产，成本低。
【IPC分类】G02B27/01, G02B17/08
【公开号】CN105629479
【申请号】CN201610208002
【发明人】黄治, 徐传曙, 吴震
【申请人】杭州映墨科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年4月5日