一种拼接式头盔显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于球面透镜同轴目镜的拼接式头 蓝显示装置。
【背景技术】
[0002] 用于虚拟现实和增强现实的头盔显示装置由于提供显示物体沉浸感强、私密性 好、可移动性强一直以来是近年来显示领域的热门产品。头盔图像显示装置可以应用于如 3D电影、视频游戏和运动等应用，也可以应用于如科学研宄、医疗/业务培训、飞行训练、沉 浸式娱乐等高端应用。
[0003] 对于针对每只眼采用具有单个微型显示器的单显示通道的传统的头盔显示器光 学系统，其视场角和分辨率存在以下的关系：R = N/F0V ;
[0004] 其中R为显示系统的分辨率，N为单个微型显示器分辨率，F0V为显示系统的视场 角。在N为一定值时，R与F0V相互制约，即视场角大时系统分辨率必然降低，因此采用单 个显示通道的传统的头盔显示器光学系统很难同时满足大视场和高分辨率的要求。
[0005] 为了打破这种制约，多种技术方法提出并且应用在实际系统中，例如：注视区域 高清化头蓝显示技术（High-resolution area of interest)、双目分视头蓝显示技术 (Dichoptic area of interest);双目交叠头蓝显不技术（Partial binocular over lap)； 高分辨率微型图像源头盔显示技术；光学拼接式头盔显示技术，在这些技术中拼接式头盔 显示技术由于其硬件易实现性、软件易操作性而得到了广泛关注。
[0006] 已有的光学拼接式头盔显示装置，每个显示通道大多使用不多于三片光学透镜， 虽然实现了大视场，但是却由于像质不能达到要求而不能实现高分辨率；很多装置引用非 球面、衍射表面、自由曲面以及离轴结构，然而这样会大大增加系统的加工成本和装调成 本，进而限制了光学拼接式头盔显示装置的商用化和普遍化。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种基于球面透镜同轴目镜的拼接式头盔显示装置，结 构紧凑，易于加工，方便装调。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0009] -种拼接式头盔显示装置，包括位于人眼前方且相对于人眼视线方向对称分布的 多个显示通道；各显示通道的出瞳中心均位于人眼眼瞳中心，相邻显示通道的重叠部分采 用切割后拼接的方式结合在一起；其中，相邻显示通道的视场重叠范围在5°至半个视场 角；
[0010] 所述显示通道包括光学目镜和微显示器（8);光学目镜包括依次排列在人眼前方 的第一透镜（2)、第二透镜（3)、第三透镜（4)、第四透镜（5)、第五透镜（6)、第六透镜（7); 所述微型显示器8位于第六透镜（7)的前方；第一透镜（2)朝光阑一侧的面凸向光阑侧，曲 率半径为正值；第一透镜（2)、第二透镜（3)和第五透镜（6)均为正透镜；第三透镜（4)和 第四透镜（5)组成正-负形式的双胶合透镜；第一透镜（2)和第二透镜（3)的组合焦距F 1 2,第三透镜（4)和第四透镜（5)的组合焦距F34,光学目镜总焦距FT以及第一透镜（2) 到第五透镜（6)的组合焦距F15满足如下关系：0. 8〈F12/FT〈3 ;0. 9〈F34/FT〈6 ;0. 8〈F15/ FT〈1. 9 ;第四透镜（5)、第六透镜（7)在d线的折射率均大于1. 7,第一透镜（2)、第二透镜 (3)、第三透镜（4)、第五透镜（6)在d线的阿贝数均大于40,并且第一透镜（2)、第二透镜 (3) 在d线的阿贝数大于第五透镜（6)在d线的阿贝数；光学目镜的出瞳尺寸小于10mm，出 瞳距离在15mm至25mm之间。
[0011] 较佳的，所述拼接式头盔显示装置中各光学器件的参数如下：
[0012]
[0013] 其中，面序号1-13依次表不光阑（1)、第一透镜（2)的前表面、第一透镜（2)的后 表面、第二透镜（3)的前表面、第二透镜（3)的后表面、第三透镜（4)的前表面、第三透镜 (4) 和第四透镜（5)的胶合面、第四透镜（5)的后表面、第五透镜（6)的前表面、第五透镜 (6)的后表面、第六透镜（7)的前表面、第六透镜（7)的后表面以及微显示器（8)。
[0014] 较佳的，定义头盔显示装置的坐标系为：原点0位于人眼的眼瞳中心，Z轴为人眼 视线方向，Y轴垂直于Z轴向上；X轴垂直Y轴与Z轴，构成笛卡尔坐标系；所述显示通道有 两个，且两个显示通道的光轴位于平面yoz内。
[0015] 较佳的，定义头盔显示装置的坐标系为：原点0位于人眼的眼瞳中心，Z轴为人眼 视线方向，Y轴垂直于Z轴向上；X轴垂直Y轴与Z轴，构成笛卡尔坐标系；所述显示通道有 三个，且三个显示通道的光轴均位于平面yoz内；其中一个显示通道的光轴与所述z轴重 合，另外两个显示通道的光轴相对于z轴对称。
[0016] 较佳的，定义头盔显示装置的坐标系为：原点0位于人眼的眼瞳中心，Z轴为人眼 视线方向，Y轴垂直于Z轴向上；X轴垂直Y轴与Z轴，构成笛卡尔坐标系；所述显示通道有 四个，其中两个显示通道的光轴位于平面yoz内且该两光轴相对于z轴对称，另外两个显示 通道的光轴位于平面XOZ内且该两光轴相对于Z轴对称。
[0017] 本发明具有如下有益效果：
[0018] (1)本发明的拼接式头盔显示装置可应用于虚拟现实和增强现实，具有出瞳直径 大，出瞳距离长，视场角大，像面照度均匀以及F数小的特点，组成头盔显示装置的每个光 学部件全部由球面透镜组成，采用切割拼接的方式，使得显示装置结构紧凑，易于加工，方 便装调。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的头盔显示装置中显示通道的光学结构示意图。
[0020] 图2是本发明实施案例1中拼接式头盔显示装置结构示意图。
[0021] 图3是本发明实施案例2中拼接式头盔显示装置构成图。
[0022] 图4是本发明实施案例3中大视场高分辨率拼接式头盔显示装置构成图。
[0023] 其中，I-光阑、2_第一透镜、3_第二透镜、4_第三透镜、5_第四透镜、6_第五透镜、 7-第六透镜、8-微显示器。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0025] 本发明的拼接式头盔显示装置的坐标系定义为：全局坐标原点0位于出瞳中心 (眼瞳），Z轴为人眼视线方向，Y轴垂直于Z轴且方向沿着人眼正上方；X轴垂直Y轴与Z 轴，构成笛卡尔坐标系。
[0026] 本发明的拼接式头盔显示装置包括位于人眼前方且相对于人眼视线方向对称分 布的多个显示通道；各显示通道的出瞳中心均位于人眼眼瞳中心，相邻显示通道的重叠部 分采用切割后拼接的方式结合在一起。多个显示通道以马赛克样式拼接，类似于电视墙，使 得拼接后的多个显示通道的总视场相当于来自单个显示通道的视场的邻接在一起。为保证 大视场，同时保证拼接效果，相邻显示通道的视场重叠范围在5°至半个视场角。
[0027] 如图1所示，光学目镜和微型显示器8构成了一个显示通道，第一透镜2、第二透镜 3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7构成了光学目镜系统，人眼在光阑1处进 行观察。第一透镜2朝光阑1 一侧的面凸向光阑侧，曲率半径为正值；第一透镜2、第二透 镜3和第五透镜6均为正透镜；第