本實(shí)用新型涉及光學(xué)透鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種目鏡系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，隨著科技的不斷發(fā)展，頭戴顯示器進(jìn)入民用市場(chǎng)，越來(lái)越多的人開(kāi)始使用此類(lèi)產(chǎn)品，通過(guò)頭戴顯示器中的目鏡系統(tǒng)享受浸入式的視覺(jué)體驗(yàn)。但是，在目前市面上的頭戴顯示器的目鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，一般要求透鏡組承擔(dān)整個(gè)目鏡系統(tǒng)的光焦度，因此需要多個(gè)透鏡相互適配，多個(gè)透鏡產(chǎn)生的色差使得目鏡系統(tǒng)的成像質(zhì)量大大降低，而且導(dǎo)致目鏡系統(tǒng)整體具有體積大和質(zhì)量大的缺點(diǎn)，笨重的頭戴顯示器給使用者的頭部帶來(lái)了很大的壓力，極大地降低了使用者的體驗(yàn)效果和舒適性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種目鏡系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備，以解決現(xiàn)有目鏡系統(tǒng)體積大、質(zhì)量大導(dǎo)致的用戶體驗(yàn)差的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一方面，本實(shí)用新型提供了一種目鏡系統(tǒng)，該目鏡系統(tǒng)包括沿著光線入射的方向依次設(shè)置的顯示屏、菲涅爾反射鏡和柱面透鏡，所述柱面透鏡相對(duì)光路光闌的中心線垂直設(shè)置，所述顯示屏相對(duì)光路光闌的中心線成第一傾斜角設(shè)置，所述菲涅爾反射鏡相對(duì)光路光闌的中心線成第二傾斜角設(shè)置，所述第一傾斜角與所述第二傾斜角不相等；

所述顯示屏，用于發(fā)出攜帶有圖像信息的入射光；

所述菲涅爾反射鏡，用于匯聚所述顯示屏發(fā)出的入射光，并將所述入射光反射至柱面透鏡；

所述柱面透鏡，用于將所述菲涅爾反射鏡反射的光折射到人眼中，以補(bǔ)償菲涅爾反射鏡傾斜引起的象散。

優(yōu)選地，所述菲涅爾反射鏡的光反射面為具有正光焦度的菲涅爾面，所述菲涅爾面的基底為平面。

優(yōu)選地，所述柱面透鏡的光入射面為平面，光出射面為凹向光路光闌的柱面。

優(yōu)選地，所述柱面透鏡的柱面母線平行于光路光闌所在的平面。

優(yōu)選地，所述顯示屏相對(duì)光路光闌的中心線所成的第一傾斜角為55.43°；所述菲涅爾反射鏡相對(duì)光路光闌的中心線所成的第二傾斜角為45°。

優(yōu)選地，所述菲涅爾反射鏡的半口徑為26.4mm，其光反射面的半徑為50.2mm、圓錐系數(shù)為-2.882888858799、四次項(xiàng)系數(shù)為2.651425240788000E-006、六次項(xiàng)系數(shù)為3.515297900695000E-010。

優(yōu)選地，所述柱面透鏡的半口徑為6.732822979906091mm，其柱面半徑為7.46669mm、四次項(xiàng)系數(shù)為3.889807350034000E-005、六次項(xiàng)系數(shù)為-5.138481508652000E-007。

優(yōu)選地，所述目鏡系統(tǒng)的焦距為25.21mm、軸向長(zhǎng)度為26mm。

優(yōu)選地，所述柱面透鏡為PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)。

另一方面，本實(shí)用新型還提供了一種頭戴顯示設(shè)備，包括對(duì)稱(chēng)的左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)，所述左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)采用上述技術(shù)方案提供的目鏡系統(tǒng)。

本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果是：1、本實(shí)用新型通光合理設(shè)計(jì)顯示屏、菲涅爾反射鏡和柱面透鏡，構(gòu)成了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的目鏡系統(tǒng)；2、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本實(shí)用新型通過(guò)傾斜設(shè)置菲涅爾反射鏡和顯示屏，使得目鏡系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊的折疊光路，從而顯著地減少了目鏡系統(tǒng)的體積，且由于菲涅爾反射鏡相對(duì)于球面反射鏡對(duì)通光口徑的限制更小，因而能夠更加節(jié)省設(shè)計(jì)空間，進(jìn)一步減少目鏡系統(tǒng)的體積；3、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本實(shí)用新型通過(guò)采用菲涅爾反射鏡與柱面透鏡相互配合，利用柱面透鏡補(bǔ)償菲涅爾反射鏡傾斜引起的象散，提高了成像質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為反射式目鏡系統(tǒng)的光路示意圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的目鏡系統(tǒng)的光路示意圖；

圖3為本實(shí)用新型提供的菲涅爾反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型提供的柱面透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為未設(shè)置柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖；

圖6為本實(shí)用新型提供的具有柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：

圖1為反射式目鏡系統(tǒng)的光路示意圖，光線由屏幕發(fā)出，經(jīng)過(guò)反射鏡反射后進(jìn)入到人眼，反射鏡采用正光焦度以使屏幕的像被放大，即使得顯示屏產(chǎn)生的光匯聚入射到人眼中，在人眼前一定距離處形成正立、放大的虛像，從而給人震撼的視覺(jué)體驗(yàn)。

圖2為本實(shí)用新型提供的目鏡系統(tǒng)的光路示意圖，如圖2所示，該目鏡系統(tǒng)包括沿著光線入射的方向依次設(shè)置的顯示屏101、菲涅爾反射鏡102和柱面透鏡103；

柱面透鏡103相對(duì)光路光闌104的中心線垂直設(shè)置，顯示屏101相對(duì)光路光闌104的中心線成第一傾斜角設(shè)置，菲涅爾反射鏡102相對(duì)光路光闌104的中心線成第二傾斜角設(shè)置，其中第一傾斜角與第二傾斜角不相等；

顯示屏101，用于發(fā)出攜帶有圖像信息的入射光；

菲涅爾反射鏡102，用于匯聚顯示屏101發(fā)出的入射光，并將入射光反射至柱面透鏡103；

柱面透鏡103，用于將菲涅爾反射鏡102反射的光折射到人眼中，以補(bǔ)償菲涅爾反射鏡102傾斜引起的象散。

本實(shí)施例通光合理設(shè)計(jì)顯示屏、菲涅爾反射鏡和柱面透鏡，構(gòu)成了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的目鏡系統(tǒng)；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本實(shí)施例通過(guò)傾斜設(shè)置菲涅爾反射鏡和顯示屏，使得目鏡系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊的折疊光路，從而顯著地減少了目鏡系統(tǒng)的體積，且由于菲涅爾反射鏡相對(duì)于球面反射鏡對(duì)通光口徑的限制更小，因而能夠更加節(jié)省設(shè)計(jì)空間，進(jìn)一步減少目鏡系統(tǒng)的體積；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本實(shí)施例通過(guò)采用菲涅爾反射鏡與柱面透鏡相互配合，利用柱面透鏡補(bǔ)償菲涅爾反射鏡傾斜引起的象散，提高了成像質(zhì)量。

圖3為本實(shí)施例提供的菲涅爾反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，菲涅爾反射鏡102的光反射面S1為具有正光焦度的菲涅爾面，菲涅爾面的基底為平面。

本實(shí)施例通過(guò)將菲涅爾反射鏡的光反射面設(shè)置為正光焦度，使得在對(duì)光線進(jìn)行匯聚的過(guò)程中，菲涅爾反射鏡承擔(dān)了目鏡系統(tǒng)的大部分光焦度，減輕了目鏡系統(tǒng)對(duì)柱面透鏡光焦度的要求，不僅減少了柱面透鏡所產(chǎn)生的色差，又由于菲涅爾反射鏡在會(huì)聚光線的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生色差，進(jìn)而能夠大大減少了目鏡系統(tǒng)的色差，進(jìn)一步提高成像質(zhì)量。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例對(duì)菲涅爾反射鏡的另一面，即菲涅爾反射鏡的S2面的面型不做具體限定，圖3中僅示意菲涅爾反射鏡的S2面可以為平面。

圖4為本實(shí)施例提供的柱面透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，柱面透鏡103的光入射面S4為平面，光出射面S3為凹向光路光闌的柱面；其中，柱面透鏡103的柱面母線平行于光路光闌104所在的平面；即柱面透鏡正立設(shè)置在目鏡系統(tǒng)中。

本實(shí)施例優(yōu)選設(shè)置柱面透鏡103為PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)。

在本實(shí)施例的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方案中，顯示屏101相對(duì)光路光闌104的中心線所成的第一傾斜角為55.43°，菲涅爾反射鏡102相對(duì)光路光闌104的中心線所成的第二傾斜角為45°；

菲涅爾反射鏡的半口徑為26.4mm，其光反射面的半徑為50.2mm、圓錐系數(shù)為-2.882888858799、四次項(xiàng)系數(shù)為2.651425240788000E-006、六次項(xiàng)系數(shù)為3.515297900695000E-010；

柱面透鏡的半口徑為6.732822979906091mm，其柱面半徑為7.46669mm、四次項(xiàng)系數(shù)為3.889807350034000E-005、六次項(xiàng)系數(shù)為-5.138481508652000E-007。

本具體實(shí)現(xiàn)方案中的目鏡系統(tǒng)的焦距為25.21mm、軸向長(zhǎng)度為26mm。

在上述技術(shù)方案中，本具體實(shí)現(xiàn)方案中的目鏡系統(tǒng)能夠達(dá)到43.2°的最大水平視場(chǎng)角，41°的最大豎直視場(chǎng)角，60°的對(duì)角，人眼有效活動(dòng)區(qū)域EYEBox的直徑為8mm的技術(shù)指標(biāo)。

如圖5和圖6所示，圖5為未設(shè)置柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖，圖6為本實(shí)施例提供的具有柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖，對(duì)比圖5和圖6，可以直觀的看出未設(shè)置柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)的彌散斑直徑較大，本實(shí)用新型提供的具有柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)的彌散斑直徑相對(duì)較??；由于彌散斑越小證明系統(tǒng)的成像質(zhì)量越好，可見(jiàn)，本實(shí)用新型設(shè)置的柱面透鏡能夠有效地補(bǔ)償菲涅爾反射鏡傾斜引起的象散，因此本實(shí)用新型提供的具有柱面透鏡的目鏡系統(tǒng)能夠獲得良好的成像質(zhì)量。

實(shí)施例二：

基于與實(shí)施例一相同的實(shí)用新型構(gòu)思，本實(shí)施例提供了一種頭戴顯示設(shè)備，該頭戴顯示設(shè)備，包括對(duì)稱(chēng)的左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)，左眼目鏡系統(tǒng)和右眼目鏡系統(tǒng)采用實(shí)施例一中的目鏡系統(tǒng)。

本實(shí)施例通過(guò)在頭戴設(shè)備中設(shè)置應(yīng)用上述左、右眼目鏡系統(tǒng)，給使用者更為完美的視覺(jué)體驗(yàn)。

綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種目鏡系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備，本實(shí)用新型通光合理設(shè)計(jì)顯示屏、菲涅爾反射鏡和柱面透鏡，構(gòu)成了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的目鏡系統(tǒng)；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本實(shí)用新型一方面，通過(guò)傾斜設(shè)置菲涅爾反射鏡和顯示屏，使得目鏡系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊的折疊光路，從而顯著地減少了目鏡系統(tǒng)的體積，且由于菲涅爾反射鏡相對(duì)于球面反射鏡對(duì)通光口徑的限制更小，因而能夠更加節(jié)省設(shè)計(jì)空間，進(jìn)一步減少目鏡系統(tǒng)的體積；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本實(shí)用新型另一方面，通過(guò)采用菲涅爾反射鏡與柱面透鏡相互配合，利用柱面透鏡補(bǔ)償菲涅爾反射鏡傾斜引起的象散，提高了成像質(zhì)量。

為了便于清楚描述本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，在實(shí)用新型的實(shí)施例中，采用了“第一”、“第二”等字樣對(duì)功能和作用基本相同的相同項(xiàng)或相似項(xiàng)進(jìn)行區(qū)分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解“第一”、“第二”等字樣并不對(duì)數(shù)量和執(zhí)行次序進(jìn)行限定。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。