一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种屈光度可调的光学镜片设计，尤其涉及一种呈现三维场景的 可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构。
【背景技术】
[0002] 虚拟现实技术（Virtual Reality，VR)技术是20世纪80年代提出的一种利用计 算机生成的、可交互的、具有沉浸感的视觉虚拟环境，可以按照需要生成多种虚拟环境，广 泛应用于城市规划，驾驶培训，室内设计等领域。近年来随着计算机计算能力与各类型传感 器的发展，各类型的虚拟现实头盔已出现于市场上，其基本由显示屏或手机以及一对目镜 组成，人眼通过目镜可以看到屏幕上放大的图像，传感器感应人头部的变化调整左右屏幕 中的图像，使得人眼能看到立体的，具有交互性的视觉图像。
[0003] 目前市场上应用于虚拟现实头盔的目镜一般是塑料材质的凸透镜，一般焦距在 47mm左右，焦距越短，则可视范围越大，且设备越紧凑，给用户带来的沉浸感越好，但由此也 会带来边缘图像的模糊与色散程度加重，图像变形严重等问题，因此不能一味的减小焦距。 为了解决单镜片带来的畸变和色散的问题，一般的处理方法是将无畸变的图像进行软件预 处理，再输入左右屏幕，用以补偿镜片所带来的像差。但这种方法并不能解决边缘图像模糊 的问题，且会造成帧率的下降，给用户带来眩晕感。
[0004] 目前还存在的一个问题是由于近视人群在使用虚拟现实头盔时一般不能佩戴眼 镜，一般的解决方法是将显示屏靠近目镜，但这样能调节的近视范围很有限，一般只能调整 到400度近视的人群使用，且随着屏幕越靠近目镜，用户可以看到的像素会减少，沉浸感降 低。
[0005] 因此，目镜的结构需要考虑到诸多因素，如近视范围，瞳距范围，瞳孔大小，可接受 变形范围，人眼的分辨极限，屏幕的尺寸与分辨率等，现有缺少一种综合考虑权衡好和沉浸 感好的目镜镜片。 【实用新型内容】
[0006] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种呈现三维场景 的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构，用于可穿戴的虚拟现实头盔，可对屈光度进行调 整适应不同的使用人群。
[0007] 本实用新型为实现上述功能，采用的技术方案是：
[0008] 本实用新型左眼和右眼的两组镜片结构相同，均包括间隔同轴安装的双凸型正透 镜和弯月型负透镜，双凸型正透镜靠近人眼并安装在固定镜框上，弯月型负透镜安装在移 动镜框上，固定镜框内壁设有沿透镜轴向的导轨，移动镜框安装到导轨并沿导轨移动；弯月 型负透镜正前方设有显示屏，显示屏通过连接框连接到固定镜框的前部，左眼和右眼的两 组镜片结构之间通过中间隔板间隔开；双凸型正透镜和弯月型负透镜分别由两种不同材料 的光学塑料制成，并且双凸型正透镜和弯月型负透镜前后两侧的光学表面均为非球面，双 凸型正透镜和弯月型负透镜形成透镜成像的最大畸变小于15%，且集中于边缘区域，中间 视场畸变小于5%。
[0009] 所述的双凸型正透镜和弯月型负透镜前后两侧的非球面均采用以下公式计算：
【主权项】
1. 一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构，其特征在于：左眼和右 眼的两组镜片结构相同，均包括间隔同轴安装的双凸型正透镜（1)和弯月型负透镜（2)，双 凸型正透镜（1)靠近人眼并安装在固定镜框（5)上，弯月型负透镜（2)安装在移动镜框（5) 上，固定镜框（5)内壁设有沿透镜轴向的导轨（9)，移动镜框（5)安装到导轨（9)并沿导轨 (9)移动；弯月型负透镜（2)正前方设有显示屏（3)，显示屏（3)通过连接框（7)连接到固 定镜框（5)的前部，左眼和右眼的两组镜片结构之间通过中间隔板（8)间隔开；双凸型正透 镜（1)和弯月型负透镜（2)分别由两种不同材料的光学塑料制成，并且双凸型正透镜（1) 和弯月型负透镜（2)前后两侧的光学表面均为非球面，双凸型正透镜（1)和弯月型负透镜 (2)形成透镜成像的最大畸变小于15%，且集中于边缘区域，中间视场畸变小于5%。
2. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构， 其特征在于：所述的双凸型正透镜（1)和弯月型负透镜（2)前后两侧的非球面均采用以下 公式计算：
其中，z为矢高，r为非球面顶点到非球面上任意一点的距离，c为非球面的半径，k为 非球面的锥面度，A1-A5-An分别为第一、第二、第三、第四、第五、…、第η非球面系数，η 为正整数。
3. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构， 其特征在于：所述的双凸型正透镜（1)前后两侧的光学表面和弯月型负透镜（2)前后两侧 的光学表面共四个光学表面均不相同。
4. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构， 其特征在于：所述的双凸型正透镜（1)采用低折射率低色散系数的光学塑料，低折射率为 1. 48~1. 55的折射率，低色散系数为45~65的色散系数。
5. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构， 其特征在于：所述的弯月型负透镜（2)采用高折射率高色散系数的光学塑料，高折射率为 1. 60~1. 70的折射率，高色散系数为18~25的色散系数。
6. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结 构，其特征在于：所述的双凸型正透镜（1)和弯月型负透镜（2)均具有正的光焦度，焦距为 25mm~42_，相对孔径为f/3~f/4。
7. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构， 其特征在于：所述的人眼到双凸型正透镜（1)表面中心的最近距离为6mm~15mm，人眼位 置（4)到显示屏（3)的距离为40mm~60mm，弯月型负透镜（2)与双凸型正透镜（1)表面中 心的最近距离为5mm~15mm。
8. 根据权利要求1所述的一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构， 其特征在于：所述的弯月型负透镜（2)距离双凸型正透镜（1)最远时镜组焦距最长。
【专利摘要】本实用新型公开了一种呈现三维场景的可穿戴虚拟现实头盔的光学镜片结构。左眼和右眼的两组镜片结构相同，均包括间隔同轴安装的双凸型正透镜和弯月型负透镜，双凸型正透镜靠近人眼装在固定镜框上，弯月型负透镜安装在移动镜框上，固定镜框内壁设有导轨，移动镜框安装到导轨移动；弯月型负透镜正前方的显示屏通过连接框连接到固定镜框的前部，两组镜片结构之间通过中间隔板间隔开；两个透镜由两种不同材料的光学塑料制成，且前后两侧的光学表面均为非球面。本实用新型可调整屈光度，可在不佩戴眼镜的情况下看清屏幕上的内容，消除了单镜片的色差与畸变，使输入左右分屏的图像不必经过预处理，提高了图像的帧率，也使得可观看普通的左右分屏立体电影。
【IPC分类】G02B27-01, G02B25-00, G02B27-22, G02B3-02
【公开号】CN204575972
【申请号】CN201520276662
【发明人】黄治, 冯国华, 罗浩
【申请人】杭州映墨科技有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月30日