三透镜4和第四透镜5组成正-负形式的双胶合透镜，用 于校正系统的色差；第五透镜6和第六透镜7校正视场相关的像差，包括畸变和场曲，良好 的控制了系统的像方远心特性。
[0028] 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l〇mm，出瞳距离大于15mm且小于25mm。
[0029] 表1列出了显示装置各光学器件的参数，其中，出瞳距离为19mm，有效焦距为 16mm，视场角2w = 50度，出瞳直径为7mm。
[0030] 表1光学器件参数
[0033] 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。
[0034] 图2示出的拼接式头盔显示装置由两个显示通道组成，两显示通道的光轴均位于 Y0Z面内。第一显示通道在Y0Z面绕全局坐标系z轴旋转一定角度，第二显示通道则绕在 Y0Z面绕全局坐标系绕z轴反方向旋转相同角度，重叠区域进行切割拼接。本实施例中的拼 接式头盔显示系统使用的图像源为4:3 ;两通道光轴之间的角度24度，此时显示系统的水 平视场角66度，垂直视场角32度。
[0035] 图3示出了第二实施例的拼接式头盔显示系统，包括三个显示通道。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，光学目 镜系统和微型显示器8构成了一个显示通道，。第一显示通道的光轴在全局坐标系Z轴上， 第二显示通道则绕在Y0Z面绕全局坐标系z轴旋转一定角度，第三显示通道则绕在Y0Z面 绕全局坐标系绕z轴反方向旋转相同角度，重叠区域进行切割拼接。该实施例的拼接式头 盔显示系统使用的图像源为4:3 ;相邻两显示通道光轴之间的角度24度，此时显示系统的 水平视场角110度，垂直视场角32度。
[0036] 图4示出了本发明第二实施例的拼接式头盔显示系统，包括四个显示通道。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， 光学目镜系统和微型显示器8构成了一个显示通道。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。本实施例的拼接式头盔显示系统使用的图像源为4:3 ;光轴之间的角度24度，此 时整个显示系统的水平视场角66度，垂直视场角56度。
[0037] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种拼接式头盎显示装置，其特征在于，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屯、均位于人眼眼瞳中屯、，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； 所述显示通道包括光学目镜和微显示器巧）；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S透镜（4)、第四透镜巧）、第五透镜化）、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)朝光阔一侧的面凸向光阔侧，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=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F12,第 S透镜（4)和第四透镜巧）的组合焦距F34,光学目镜总焦距FTW及第一透镜（2)到第五 透镜化）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 ; 第四透镜巧）、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S 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。2. 如权利要求1所述的一种拼接式头盎显示装置，其特征在于，所述拼接式头盎显示 装置中各光学器件的参数如下：其中，面序号1-13依次表示光阔（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=透镜（4)的前表面、第=透镜（4)和 第四透镜巧）的胶合面、第四透镜巧）的后表面、第五透镜化）的前表面、第五透镜化）的 后表面、第六透镜（7)的前表面、第六透镜（7)的后表面W及微显示器巧）。3. 如权利要求1或2所述的一种拼接式头盎显示装置，其特征在于，定义头盎显示装置 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。4. 如权利要求1或2所述的一种拼接式头盎显示装置，其特征在于，定义头盎显示装置 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S个，且S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。5. 如权利要求1或2所述的一种拼接式头盎显示装置，其特征在于，定义头盎显示装置 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。
【专利摘要】本发明公开了一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；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。
【IPC分类】G02B27/00, G02B27/01
【公开号】CN104932105
【申请号】CN201510354731
【发明人】程德文, 宋维涛, 王涌天, 刘越
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月24日