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] 本实用新型涉及光学领域，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。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型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] 为了实现上述目的，本实用新型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一组中心镂空的聚焦薄型光学元件和一组带透 明平板裙边的凸透镜或组合凸透镜，所述聚焦薄型光学元件和所述带透明平板裙边的凸透 镜或组合凸透镜叠合在一起，聚焦薄型光学元件中心镂空区域与凸透镜或组合凸透镜的凸 起部分紧密配合。
[0005] 在一实施方式中，所述聚焦薄型光学元件和所述带透明平板裙边的凸透镜或组合 凸透镜叠合在一起时，凸透镜或组合凸透镜的裙边与聚焦薄型光学元件部分或完全重叠在 一起。
[0006] 在一实施方式中，所述聚焦薄型光学元件内径带下沉的搭接沿，搭接沿与凸透镜 或组合凸透镜的裙边相吻合。
[0007] 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。
[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，所述凸透镜或组合凸透镜的焦距与聚焦薄型光学元件之间的焦 距差小于10毫米。
[0010] 优选的，聚焦薄型光学元件与带透明平板裙边的凸透镜或组合凸透镜通过光学胶 合方式结合在一起。
[0011] 相应的，本实用新型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，光学放大 镜组包括至少一片上述的光学放大组合镜。
[0012] 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。
[0013] 在一实施方式中，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。
[0014] 相应的，本实用新型还提供一种头戴式虚拟现实显示设备，包括一组和或两组权 利上述的头戴显示光学系统。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
[0016] 1.本实用新型光学放大组合镜，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；
[0017] 2.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。
[0018] 3.若用普通不带裙边凸统透镜与中心镂空的聚焦薄型光学元件结合，很容易发生 偏斜，错位等影响光学放大组合镜精度的问题，本实用新型采用带裙边的凸透镜与聚焦薄 型光学元件的叠合，能有效降低二者结合难度，提高光学放大组合镜正品率。
【附图说明】
[0019] 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：
[0020] 图1为本实用新型实施例光学放大组合镜的一种结构分解示意图；
[0021] 图2为图1各组件剖面图示意图；
[0022] 图3为图1结构组合好后的光学放大时组合镜示意图；
[0023] 图4为本实用新型实施例光学放大组合镜的又一种结构分解示意图；
[0024] 图5为图4结构组合好后的光学放大时组合镜示意图；
[0025] 图6为本实用新型实施例光学放大组合镜主镜的又一种结构示意图；
[0026] 图7为对应图4主镜的副镜结构示意图；
[0027] 图8(a)、（b)均为本实用新型实施例光学放大组合镜在光路图中的元件示意图；
[0028] 图9为本实用新型头戴显示光学系统实施例1结构示意图；
[0029] 图10为图9和图14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；
[0030] 图11为本实用新型头戴显示光学系统实施例2结构示意图；
[0031] 图12为本实用新型头戴显示光学系统实施例3结构示意图；
[0032] 图13为图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；
[0033] 图14为本实用新型头戴显示光学系统实施例4结构示意图；
[0034] 图15为图14中凸透镜4的参数标注示意图；
[0035] 图16为本实用新型头戴显示光学系统实施例5结构示意图；
[0036] 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】
[0037] 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。
[0038] 本实用新型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。
[0039] 本实用新型实施例光学放大组合镜包括一组中心镂空的聚焦薄型光学元件和一 组带透明平板裙边的凸透镜或组合凸透镜，所述聚焦薄型光学元件和所述带透明平板裙边 的凸透镜或组合凸透镜叠合在一起，聚焦薄型光学元件中心镂空区域与凸透镜或组合凸透 镜的凸起部分紧密配合，凸透镜对应主视场成像，具有优质的画质；聚焦薄型光学元件对应 边缘视场成像，可有效扩大VR显示系统的周边视野。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；所述聚焦薄型光 学元件为菲涅尔透镜、菲涅尔波带片或二元光学元件。凸透镜的透明平板裙边不具任何光 学作用，其主要作用在于方便凸透镜与聚焦薄型光学元件相结合。
[0040] 将本实用新型实施例光学放大组合镜运用到头戴式VR设备上时，在不采用特定 补偿光学元件的情况下，需要所述凸透镜或组合凸透镜的焦距与聚焦薄型光学元件之间的 焦距差小于10毫米。
[0041] 在一些实施例中，聚焦薄型光学元件与带透明平板裙边的凸透镜或组合凸透镜通 过光学胶合方式结合在一起。
[0042] 在一些实施例中，光学放大组合镜的凸透镜表面刻有用于消色差的纹路，也就是 说，光学放大组合镜的中心区域A可以为折衍混合消色差透镜。
[0043] 下面结合图1~图7介绍三种本实用新型光学放大组合