一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種屈光度可調(diào)的光學(xué)鏡片設(shè)計(jì)，尤其涉及一種呈現(xiàn)三維場景的 可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR)技術(shù)是20世紀(jì)80年代提出的一種利用計(jì) 算機(jī)生成的、可交互的、具有沉浸感的視覺虛擬環(huán)境，可以按照需要生成多種虛擬環(huán)境，廣 泛應(yīng)用于城市規(guī)劃，駕駛培訓(xùn)，室內(nèi)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。近年來隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力與各類型傳感 器的發(fā)展，各類型的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔已出現(xiàn)于市場上，其基本由顯示屏或手機(jī)以及一對(duì)目鏡 組成，人眼通過目鏡可以看到屏幕上放大的圖像，傳感器感應(yīng)人頭部的變化調(diào)整左右屏幕 中的圖像，使得人眼能看到立體的，具有交互性的視覺圖像。
[0003] 目前市場上應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的目鏡一般是塑料材質(zhì)的凸透鏡，一般焦距在 47mm左右，焦距越短，則可視范圍越大，且設(shè)備越緊湊，給用戶帶來的沉浸感越好，但由此也 會(huì)帶來邊緣圖像的模糊與色散程度加重，圖像變形嚴(yán)重等問題，因此不能一味的減小焦距。 為了解決單鏡片帶來的畸變和色散的問題，一般的處理方法是將無畸變的圖像進(jìn)行軟件預(yù) 處理，再輸入左右屏幕，用以補(bǔ)償鏡片所帶來的像差。但這種方法并不能解決邊緣圖像模糊 的問題，且會(huì)造成幀率的下降，給用戶帶來眩暈感。
[0004] 目前還存在的一個(gè)問題是由于近視人群在使用虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔時(shí)一般不能佩戴眼 鏡，一般的解決方法是將顯示屏靠近目鏡，但這樣能調(diào)節(jié)的近視范圍很有限，一般只能調(diào)整 到400度近視的人群使用，且隨著屏幕越靠近目鏡，用戶可以看到的像素會(huì)減少，沉浸感降 低。
[0005] 因此，目鏡的結(jié)構(gòu)需要考慮到諸多因素，如近視范圍，瞳距范圍，瞳孔大小，可接受 變形范圍，人眼的分辨極限，屏幕的尺寸與分辨率等，現(xiàn)有缺少一種綜合考慮權(quán)衡好和沉浸 感好的目鏡鏡片。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種呈現(xiàn)三維場景 的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)，用于可穿戴的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，可對(duì)屈光度進(jìn)行調(diào) 整適應(yīng)不同的使用人群。
[0007] 本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述功能，采用的技術(shù)方案是：
[0008] 本實(shí)用新型左眼和右眼的兩組鏡片結(jié)構(gòu)相同，均包括間隔同軸安裝的雙凸型正透 鏡和彎月型負(fù)透鏡，雙凸型正透鏡靠近人眼并安裝在固定鏡框上，彎月型負(fù)透鏡安裝在移 動(dòng)鏡框上，固定鏡框內(nèi)壁設(shè)有沿透鏡軸向的導(dǎo)軌，移動(dòng)鏡框安裝到導(dǎo)軌并沿導(dǎo)軌移動(dòng)；彎月 型負(fù)透鏡正前方設(shè)有顯示屏，顯示屏通過連接框連接到固定鏡框的前部，左眼和右眼的兩 組鏡片結(jié)構(gòu)之間通過中間隔板間隔開；雙凸型正透鏡和彎月型負(fù)透鏡分別由兩種不同材料 的光學(xué)塑料制成，并且雙凸型正透鏡和彎月型負(fù)透鏡前后兩側(cè)的光學(xué)表面均為非球面，雙 凸型正透鏡和彎月型負(fù)透鏡形成透鏡成像的最大畸變小于15%，且集中于邊緣區(qū)域，中間 視場畸變小于5%。
[0009] 所述的雙凸型正透鏡和彎月型負(fù)透鏡前后兩側(cè)的非球面均采用以下公式計(jì)算：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)，其特征在于：左眼和右 眼的兩組鏡片結(jié)構(gòu)相同，均包括間隔同軸安裝的雙凸型正透鏡（1)和彎月型負(fù)透鏡（2)，雙 凸型正透鏡（1)靠近人眼并安裝在固定鏡框（5)上，彎月型負(fù)透鏡（2)安裝在移動(dòng)鏡框（5) 上，固定鏡框（5)內(nèi)壁設(shè)有沿透鏡軸向的導(dǎo)軌（9)，移動(dòng)鏡框（5)安裝到導(dǎo)軌（9)并沿導(dǎo)軌 (9)移動(dòng)；彎月型負(fù)透鏡（2)正前方設(shè)有顯示屏（3)，顯示屏（3)通過連接框（7)連接到固 定鏡框（5)的前部，左眼和右眼的兩組鏡片結(jié)構(gòu)之間通過中間隔板（8)間隔開；雙凸型正透 鏡（1)和彎月型負(fù)透鏡（2)分別由兩種不同材料的光學(xué)塑料制成，并且雙凸型正透鏡（1) 和彎月型負(fù)透鏡（2)前后兩側(cè)的光學(xué)表面均為非球面，雙凸型正透鏡（1)和彎月型負(fù)透鏡 (2)形成透鏡成像的最大畸變小于15%，且集中于邊緣區(qū)域，中間視場畸變小于5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)， 其特征在于：所述的雙凸型正透鏡（1)和彎月型負(fù)透鏡（2)前后兩側(cè)的非球面均采用以下 公式計(jì)算：
其中，z為矢高，r為非球面頂點(diǎn)到非球面上任意一點(diǎn)的距離，c為非球面的半徑，k為 非球面的錐面度，A1-A5-An分別為第一、第二、第三、第四、第五、…、第η非球面系數(shù)，η 為正整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)， 其特征在于：所述的雙凸型正透鏡（1)前后兩側(cè)的光學(xué)表面和彎月型負(fù)透鏡（2)前后兩側(cè) 的光學(xué)表面共四個(gè)光學(xué)表面均不相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)， 其特征在于：所述的雙凸型正透鏡（1)采用低折射率低色散系數(shù)的光學(xué)塑料，低折射率為 1. 48~1. 55的折射率，低色散系數(shù)為45~65的色散系數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)， 其特征在于：所述的彎月型負(fù)透鏡（2)采用高折射率高色散系數(shù)的光學(xué)塑料，高折射率為 1. 60~1. 70的折射率，高色散系數(shù)為18~25的色散系數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié) 構(gòu)，其特征在于：所述的雙凸型正透鏡（1)和彎月型負(fù)透鏡（2)均具有正的光焦度，焦距為 25mm~42_，相對(duì)孔徑為f/3~f/4。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)， 其特征在于：所述的人眼到雙凸型正透鏡（1)表面中心的最近距離為6mm~15mm，人眼位 置（4)到顯示屏（3)的距離為40mm~60mm，彎月型負(fù)透鏡（2)與雙凸型正透鏡（1)表面中 心的最近距離為5mm~15mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)， 其特征在于：所述的彎月型負(fù)透鏡（2)距離雙凸型正透鏡（1)最遠(yuǎn)時(shí)鏡組焦距最長。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種呈現(xiàn)三維場景的可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的光學(xué)鏡片結(jié)構(gòu)。左眼和右眼的兩組鏡片結(jié)構(gòu)相同，均包括間隔同軸安裝的雙凸型正透鏡和彎月型負(fù)透鏡，雙凸型正透鏡靠近人眼裝在固定鏡框上，彎月型負(fù)透鏡安裝在移動(dòng)鏡框上，固定鏡框內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)軌，移動(dòng)鏡框安裝到導(dǎo)軌移動(dòng)；彎月型負(fù)透鏡正前方的顯示屏通過連接框連接到固定鏡框的前部，兩組鏡片結(jié)構(gòu)之間通過中間隔板間隔開；兩個(gè)透鏡由兩種不同材料的光學(xué)塑料制成，且前后兩側(cè)的光學(xué)表面均為非球面。本實(shí)用新型可調(diào)整屈光度，可在不佩戴眼鏡的情況下看清屏幕上的內(nèi)容，消除了單鏡片的色差與畸變，使輸入左右分屏的圖像不必經(jīng)過預(yù)處理，提高了圖像的幀率，也使得可觀看普通的左右分屏立體電影。
【IPC分類】G02B27-01, G02B25-00, G02B27-22, G02B3-02
【公開號(hào)】CN204575972
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520276662
【發(fā)明人】黃治, 馮國華, 羅浩
【申請(qǐng)人】杭州映墨科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日