光學(xué)模組、光學(xué)裝置及穿戴式顯示裝置的制造方法
【專利摘要】一種光學(xué)模組、光學(xué)裝置及穿戴式顯示裝置，其中，穿戴式顯示裝置(10)，包括：微型顯示模組(112)，用于輸出顯示源；光學(xué)模組(113)，用于將所述顯示源放大并投射至出瞳(P)，包括：第一光學(xué)模塊(113A)，包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡(L1)、具有負(fù)光焦度的第二透鏡(L2)及具有正光焦度的第三透鏡(L3)，以及第二光學(xué)模塊(113B)，包括由第一非球面(F7)、第二非球面(F9)及偏轉(zhuǎn)面(F8)組成的具有正光焦度的第四光學(xué)元件(L4)，所述偏轉(zhuǎn)面(F8)用于改變第一光學(xué)模塊(113A)的光路方向至出瞳(P)方向。上述的光學(xué)模組(113)采用有限的光學(xué)元件實現(xiàn)高質(zhì)量的顯示圖像。
【專利說明】
光學(xué)模組、光學(xué)裝置及穿戴式顯示裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于近眼顯示的光學(xué)模組、具有該光 學(xué)模組的光學(xué)裝置及具有該光學(xué)模組或光學(xué)裝置的穿戴式顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，穿戴式顯示設(shè)備可以分為穿透式及沉浸式，其中，沉浸式穿戴式顯示設(shè)備偏 重于沉浸的視覺體驗，包括提供用戶私人影院的高品質(zhì)體驗效果、虛擬場景的真實性娛樂 體驗等，因此，沉浸式不論應(yīng)用于何種領(lǐng)域，其對于顯示質(zhì)量的要求都會相對較高。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)及產(chǎn)品中，為了達到較好的顯示質(zhì)量，如大視場、高分辨率的需求，一種 方式是通過增加線視場、減小光學(xué)模組的放大倍數(shù)，以減小畸變等顯示問題，來達到顯示質(zhì) 量的相對平衡。但該方式下，顯示器的尺寸需相對增加，這會導(dǎo)致穿戴式顯示設(shè)備顯示前端 的體積及重量增加，對于用戶來說其較低的便攜性、以及佩戴時較重的負(fù)擔(dān)都會帶來不良 的體驗感受。另一種方式是采用小尺寸的顯示器，為了大視場的需求，則需增加多個透鏡來 提升顯示模組的放大倍數(shù)。由于放大倍數(shù)越高，畸變問題愈加嚴(yán)重，因此需相應(yīng)增加功能透 鏡來修正畸變等問題，導(dǎo)致光學(xué)模組相對復(fù)雜，同樣造成顯示前端體積及重量的增加。
[0004] 有鑒于此，需要提供一種相對簡化的并且能提供較優(yōu)顯示質(zhì)量的光學(xué)模組。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施方式提供了一種光學(xué)模組、光學(xué)裝置及穿戴式顯示裝置，以解決上 述【背景技術(shù)】存在的問題。
[0006] 本發(fā)明提供了 一種穿戴式顯示裝置，包括：
[0007] 微型顯示模組，用于輸出顯示源；
[0008] 光學(xué)模組，用于將所述顯示源放大并投射至出瞳，包括：
[0009] 第一光學(xué)模塊，包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光焦度的第二 透鏡及具有正光焦度的第三透鏡，以及
[0010] 第二光學(xué)模塊，包括由第一非球面、第二非球面及偏轉(zhuǎn)面組成的具有正光焦度的 第四光學(xué)元件，所述偏轉(zhuǎn)面用于改變第一光學(xué)模塊的光路方向至出瞳方向。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種光學(xué)裝置，包括光學(xué)模組，該光學(xué)模組具有：
[0012] 第一光學(xué)模塊，包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光焦度的第二 透鏡及具有正光焦度的第三透鏡，以及
[0013] 第二光學(xué)模塊，包括由第一非球面、第二非球面及偏轉(zhuǎn)面組成的具有正光焦度的 第四光學(xué)元件，所述偏轉(zhuǎn)面用于改變第一光學(xué)模塊的光路方向至出瞳方向。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種穿戴式顯示裝置，包括上述任一項所述的光學(xué)裝置及微型顯 示模組；
[0015] 所述微型顯示模組用于提供顯示源；
[0016] 所述光學(xué)裝置包括的光學(xué)模組用于將所述顯示源放大的虛像投射至出瞳。
[0017] 本發(fā)明實施例提供的光學(xué)模組包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡、具有負(fù) 光焦度的第二透鏡及具有正光焦度的第三透鏡，以及由第一非球面、第二非球面及偏轉(zhuǎn)面 組成的具有正光焦度的第四光學(xué)元件，通過偏轉(zhuǎn)面改變第一光學(xué)模塊的光路方向至出瞳方 向。第一光學(xué)模塊與具有第一、第二非球面的第二光學(xué)模塊搭配以修正像差，采用有限的光 學(xué)元件實現(xiàn)高質(zhì)量的顯示圖像。
【附圖說明】
[0018] 下列附圖用于結(jié)合【具體實施方式】詳細(xì)說明本發(fā)明的各個實施方式。應(yīng)當(dāng)理解，附 圖中示意出的各元件并不代表實際的大小及比例關(guān)系，僅是為了清楚說明而示意出來的示 意圖，不應(yīng)理解成對本發(fā)明的限制。
[0019] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種穿戴式顯示裝置的示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種光學(xué)模組的示意圖。
[0021] 圖3為圖2-種實施數(shù)據(jù)下的MTF曲線圖。
[0022]圖4為圖2-種實施數(shù)據(jù)下的像散和場曲曲線圖。
[0023]圖5為圖2-種實施數(shù)據(jù)下的畸變曲線圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實施例提供的光學(xué)原理示意圖。
[0025] 圖7為本發(fā)明實施例提供的一種光學(xué)裝置的示意圖。
[0026] 圖8為本發(fā)明又一實施例提供的一種光學(xué)裝置的示意圖。
[0027]圖9為圖8剖視的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合多個實施方式及 附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]圖1為本發(fā)明第一實施例提供的一種穿戴式顯示裝置10,為了便于理解本發(fā)明原 理，該實施例提供一種穿戴式顯示裝置的示例性結(jié)構(gòu)結(jié)合闡述，但本發(fā)明并不限于該示例 性結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖1、圖2、圖6所示，該穿戴式顯示裝置10包括顯示裝置11，以及顯示裝置11兩 端分別延伸連接的耳機裝置12,從而用戶佩戴時，顯示裝置11置于用戶雙眼前，提供近眼顯 示，耳機裝置12佩戴于用戶的雙耳，提供音頻輸出。顯示裝置11包括設(shè)置于朝向用戶的內(nèi)側(cè) 的兩個視窗(未示出），以及置于其內(nèi)的微型顯示模組112及光學(xué)模組113,其中，微型顯示模 組112用于輸出顯示源，光學(xué)模組113用于將顯示源放大并投射至出瞳。該實施例中，微型顯 示模組112包括兩個微型顯示器112A、112B，該微型顯示器可以為0LED(0rganic Light-Emitting Diode，有機發(fā)光二極管） 顯示器，也可以為LCD(Liquid Crystal Display，液晶 顯示）顯示器，本發(fā)明并不限定微型顯示器的類型。相應(yīng)的，該穿戴式顯示裝置10包括兩組 光學(xué)模組113,從而兩組光學(xué)模組113分別將與其對應(yīng)的微型顯示器112A、112B提供的顯示 源光線通過對應(yīng)的視窗投射至用戶的雙眼，即投射至出瞳P，進而使用戶看到放大的虛像。
[0030]再結(jié)合圖2提供的光學(xué)模組113及微型顯示模組的原理圖，光學(xué)模組113包括第一 光學(xué)模塊113A以及第二光學(xué)模塊113B。第一光學(xué)模塊113A包括依序設(shè)置的具有正光焦度的 第一透鏡L1、具有負(fù)光焦度的第二透鏡L2及具有正光焦度的第三透鏡L3。第二光學(xué)模塊 113B包括具有第一非球面F7、第二非球面F9及偏轉(zhuǎn)面F8的第四光學(xué)元件L4,其中偏轉(zhuǎn)面F8 用于改變第一光學(xué)模塊113A的光路方向至出瞳方向。
[0031]本發(fā)明中第四光學(xué)元件L4包括但不限于一體成型的第一非球面F7、第二非球面F9 及偏轉(zhuǎn)面F8構(gòu)成的棱鏡，或者具有第一非球面F7的透鏡、具有第二非球面F9的透鏡及具有 偏轉(zhuǎn)面F8的反射鏡組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)該原理，可以在不付出創(chuàng)造性勞動下靈活變 換第四光學(xué)元件的具體形式，該變換仍屬于本發(fā)明的保護范疇。
[0032]該實施例中，每組光學(xué)模組113的第一透鏡L1設(shè)置于靠近顯示源的位置，第二透鏡 L2、第三透鏡L3及第四光學(xué)元件L4于遠(yuǎn)離顯示源的方向依序設(shè)置于第一透鏡L1之后。具體 的，結(jié)合圖6所示，兩組光學(xué)模組113及其分別對應(yīng)的第一微型顯示器112A、112B的設(shè)置呈軸 對稱性，該例中，微型顯示器112A、112B提供顯示源的一側(cè)相對設(shè)置，定義出微型顯示器 112A、112B之間的中心軸X，每組光學(xué)模組113的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第 四光學(xué)元件L4依次設(shè)置于微型顯示器112A或112B與中心軸X之間。其中第四光學(xué)元件L4的 第一非球面F7朝向第三透鏡L3，第二非球面F9朝向出瞳P。其中，第一透鏡L1、第二透鏡L2、 第三透鏡L3及第四光學(xué)元件L4分別具有一個光學(xué)中心，各光學(xué)中心共軸，且與光學(xué)模組113 的光軸一致。第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3分別具有多個光學(xué)表面(Surf ace)，且多 個光學(xué)表面均具有旋轉(zhuǎn)對稱性。具體的，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3沿靠近顯示 源朝向中心軸X的方向分別包括光學(xué)表面F1及F2、F3及F4、F5及F6,較佳的，該光學(xué)表面均為 非球面(aspheric)。
[0033]該實施例提供的第一光學(xué)模塊113A的組合，可以用于校正球差，像散，場曲，畸變。 可以理解的是，其他實施方式中，光學(xué)表面？1』2、？3、？4^5、？6中至少有三個光學(xué)表面為非 球面時，即可以實現(xiàn)第一光學(xué)模塊113A在有限的透鏡組合下，可以與第二光學(xué)模塊113B互 相補償校正像差。
[0034]作為較優(yōu)實施方式，第二光學(xué)模塊113B的出光側(cè)設(shè)置有保護鏡片114，用以保護光 學(xué)模組113的鏡片。該保護鏡片114可以采用任何可見光透過率高的光學(xué)材料，表面鍍防指 紋以及防劃傷硬膜。具體的，該保護鏡片具有朝向第二非球面F9的光學(xué)表面F10,及朝向出 瞳P的光學(xué)表面F11。
[0035]較優(yōu)的，第二透鏡L2的色散系數(shù)小于第四光學(xué)元件L4和第三透鏡L3的色散系數(shù)， 且差別較大，可以用于消除橫向色差。
[0036]根據(jù)非球面的表達公式：
[0037] 外.-鳴心一一公式 i
[0038] 其中，Z:旋轉(zhuǎn)對稱軸，s:徑向距離，C:弧度（曲率半徑的倒數(shù)），k:曲面常數(shù)(K = 0球 面;k>-l橢圓面;K = -l拋物面;k〈-l雙曲面）44^6^8:高次非球面系數(shù)。
[0039]結(jié)合上述光學(xué)模組的設(shè)置，設(shè)定光學(xué)模組113具有焦距f，第一透鏡具有焦距fl，第 二透鏡具有焦距f 2，第三透鏡具有焦距f 3，第四光學(xué)元件具有焦距f 4，則其之間的關(guān)系滿 足：2f〈fl〈12f，-1?lf〈f2彡-0?4f，0?4f〈f3〈4?5f，0?7f〈f4〈l?5f〇
[0040] 設(shè)定顯示源通過光學(xué)模組113投射至出瞳P的光路距離為L，該光路距離L包括：顯 示源通過第一光學(xué)模塊113A投射至偏轉(zhuǎn)面F8的第一距離L1及偏轉(zhuǎn)面F8投射至出瞳P的第二 距離L2,其中，光路距離L、第一距離L1、第二距離L2滿足:0.8f〈Ll〈l .6f，0.6f〈L2〈l. 8f， 1.2f<L<3.4f〇
[0041]基于對穿戴式顯示裝置便攜性、輕便性的需求，用于容置光學(xué)模組的空間則需要 相對縮減，而根據(jù)本發(fā)明上述實施例提供的光學(xué)模組113的設(shè)置原理，可以在有限容置空間 內(nèi)并保證顯示質(zhì)量的前提下，提供高達40度的視場角。作為一種大視場角及高分辨率的較 佳實施方式，該光學(xué)模組113的視場角為30度時，如圖3-圖5提供的調(diào)制傳遞函數(shù) (Modulation Transfer Function，MTF)曲線圖、像散和場曲曲線圖及畸變曲線圖所不，全 視場在65線對/毫米(lp/mm)處時可以達到0.6以上。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依 據(jù)上述光學(xué)模組的設(shè)置原理，根據(jù)產(chǎn)品定位，即所需的視場角、所需的分辨率進行靈活設(shè)置 而達到產(chǎn)品最優(yōu)效果。
[0042]以下結(jié)合兩組實施數(shù)據(jù)加以闡述，其中，表1為第一實施數(shù)據(jù)提供的顯示源F0、出 瞳F12以及各光學(xué)元件的光學(xué)數(shù)據(jù)，包括各光學(xué)表面(Surface)的類型（Surface Type)，半 徑(Raduis)，光學(xué)表面軸上間距(Thickness)，材質(zhì)(Material)，其中材質(zhì)包括折射率(nd) 及色散系數(shù)(vd)，表2為表1相關(guān)的非球面的相關(guān)參數(shù)。
[0045]
[0046] 根據(jù)表1、表2的數(shù)據(jù)以及上述公式1可得：f 1 = 9f，f2 = -0.4f，f3 = 0.41f，f4 = l.lfo
[0047] 表3為第二實施數(shù)據(jù)提供的各光學(xué)表面(Surface)的光學(xué)數(shù)據(jù)，表4為表3相關(guān)的非 球面的相關(guān)參數(shù)。
[0050] 根據(jù)表3、表4的數(shù)據(jù)以及上述公式1、公式2、公式3可得:f 1 = 2.3f，f 2 = -0.58f，f3 = 0.64f，f4 = 1.2f。
[0051 ]表5為第三實施數(shù)據(jù)提供的各光學(xué)表面(Surface)的光學(xué)數(shù)據(jù)，表6為表5相關(guān)的非 球面的相關(guān)參數(shù)。
[0054] 根據(jù)表5、表6的數(shù)據(jù)以及上述公式1、公式2、公式3可得:f 1 = 2.43f，f 2 = -0.63f， f3 = 4.3f ,f4 = 0.77f〇
[0055] 該實施例中，入射及出射偏轉(zhuǎn)面F8的光線之間的夾角，即偏轉(zhuǎn)面F8的偏轉(zhuǎn)角度為 90度，并采用單次反射。但本發(fā)明并不限于此，即偏轉(zhuǎn)角度可以根據(jù)具體穿戴式顯示裝置的 結(jié)構(gòu)、構(gòu)造提供的空間而靈活設(shè)置，比如在75度至105度皆可。該偏轉(zhuǎn)面的設(shè)置，可以使得顯 示裝置內(nèi)部元件結(jié)構(gòu)更加緊湊，從而使得顯示裝置的設(shè)計可以更加小巧。根據(jù)本發(fā)明上述 光學(xué)模組的結(jié)構(gòu)及原理，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不付出創(chuàng)造性勞動下靈活變換，該變換仍 屬于本發(fā)明的保護范疇。
[0056] 較優(yōu)的，兩組光學(xué)模組113可以分別與中心軸X形成一定角度，具有一夾角0。如圖6 所示，此處設(shè)定第一光學(xué)模塊113A的光路方向為第一方向D1，經(jīng)偏轉(zhuǎn)面F8反射后的光路方 向為第二方向D2,則該第二方向D2與中心軸X形成的夾角即為0。在本實施方式中，第二方向 D2即為光學(xué)模組113的光線出射方向，即是說，光學(xué)模組113的光線出射方向與中心軸X之間 的夾角為9。該設(shè)置可以有效解決因用戶個體差異導(dǎo)致雙眼看到的虛像無法重合的問題。較 優(yōu)的，該光學(xué)夾角9可采用(T9度的范圍。需說明的是，圖示所示的角度僅為示例性闡述，并 不用于限定具體角度及方向。
[0057]需要說明的是，穿戴式顯示設(shè)備10并不限于上述實施例提供的具體結(jié)構(gòu)，穿戴式 顯示設(shè)備可以包括上述任一種實施方式提供的一組光學(xué)模組，相應(yīng)的，微型顯示模組包括 一個微型顯示器，即提供單眼顯示的穿戴式顯示設(shè)備。還可以為包括兩組光學(xué)模組，微型顯 示模組包括一個微型顯示器，該微型顯示器用于提供兩組光學(xué)模組的顯示源，例如可以將 微型顯示器置于兩組光學(xué)模組之間，顯示源分別投射至兩組光學(xué)模組的第一光學(xué)模塊，兩 組光學(xué)模組的第二光學(xué)模塊分別根據(jù)其第一光學(xué)模塊提供的虛像，改變光路至其對應(yīng)的出 瞳方向。
[0058]基于上述實施方式對光學(xué)模組的原理性闡述，本發(fā)明又一實施例提供了一種光學(xué) 裝置20的實施方式，包括兩組光學(xué)模組213,具體的，每組光學(xué)模組213的第一光學(xué)模塊213A 包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡L1、具有負(fù)光焦度的第二透鏡L2及具有正光焦度 的第三透鏡L3,以及第二光學(xué)模塊213B，包括由第一非球面F7、第二非球面F9及偏轉(zhuǎn)面F8組 成的具有正光焦度的第四光學(xué)元件L4,偏轉(zhuǎn)面F8用于改變第一光學(xué)模塊213A的光路方向至 出瞳方向。該實施例中，還包括具有用于固定兩組光學(xué)模組213的承載側(cè)211的第一基座21， 該兩組光學(xué)模組213沿該承載側(cè)211的中心軸X對稱設(shè)置。兩組光學(xué)模組213對應(yīng)的第一透鏡 L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四光學(xué)元件L4分別沿承載側(cè)211的兩端朝中心軸X方向依 次固定于第一基座21。具體的，承載側(cè)211包括分別用于固定兩組光學(xué)模組213的第一承載 側(cè)21 la及第二承載側(cè)21 lb，該第一承載側(cè)21 la及第二承載側(cè)21 lb分別與垂直于中心軸X的 水平軸線Y具有夾角0。具體的該夾角0可通過基座結(jié)構(gòu)設(shè)計以實現(xiàn)。例如，第一基座211具有 與承載側(cè)211相對的底側(cè)212,且承載側(cè)211與底側(cè)212之間具有垂直高度，第一承載側(cè)211a 及第二承載側(cè)211b分別靠近與其對應(yīng)的第四光學(xué)元件L4 一端的垂直高度hi大于分別靠近 與其對應(yīng)的第一透鏡L1 一端的高度h2,使得第一承載側(cè)211a及第二承載側(cè)211b分別與垂直 于中心軸X的水平軸線Y具有夾角0，從而該光學(xué)裝置20通過第一基座21的第一承載側(cè)211a 及第二承載側(cè)211b實現(xiàn)了光線出射方向與中心軸X之間光學(xué)夾角0。該示例中，底側(cè)212為平 行于水平軸線Y的底面，其他實施方式中，第一基座211可以不具有底側(cè)212,或者具有任意 形態(tài)的底側(cè)212,只要第一承載側(cè)211a及第二承載側(cè)211b分別與水平軸線Y形成具有夾角0 的結(jié)構(gòu)即可。
[0059] 可以理解，在其它實施方式中，為了實現(xiàn)光學(xué)模組113的光線出射方向與中心軸X 之間的夾角為9,也可省略第一基座21，而通過改變偏轉(zhuǎn)面F8的偏轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)。比如，兩個 第一光學(xué)模塊113A的兩個第一方向D1重疊，偏轉(zhuǎn)面F8的偏轉(zhuǎn)角為90-9，此時也可實現(xiàn)光線 出射方向與中心軸X之間的夾角為9。
[0060] 作為另一種實施方式，如圖8、圖9所示，光學(xué)裝置30包括分別固定一組光學(xué)模組 213的第二基座32及第三基座33,第二基座32及第三基座33沿一中心軸X對稱設(shè)置，且第二 基座32及第三基座33分別固定的光學(xué)模組213的光線出射方向與該中心軸X具有一夾角。具 體的，第二基座32及第三基座33分別具有出光視窗34,用以將光學(xué)模組213放大顯示源的虛 像投射至出瞳。第二基座32靠近其對應(yīng)的第四光學(xué)元件L4的一端與第三基座33靠近其對應(yīng) 的第四光學(xué)元件L4的一端連接，使得第二基座32與第三基座33分別與中心軸X具有夾角0， 即第二基座32與第三基座33具有夾角20。其中，第二基座32及第三基座33具有出光視窗34 一側(cè)的水平距離z2大于與出光視窗34相對一側(cè)的水平距離zl，即第二基座32及第三基座33 出光一側(cè)的水平距離z2大于與出光一側(cè)相對一側(cè)的水平距離zl。該實施方式中，光學(xué)裝置 30通過第二基座32及第三基座33連接夾角20，實現(xiàn)了兩組光學(xué)模組213光線出射方向分別 與中心軸X之間的光學(xué)夾角0。
[0061] 可以理解的是，本發(fā)明提供的穿戴式顯示設(shè)備，包括提供顯示源的微型顯示模組， 結(jié)合上述任一實施方式提供的光學(xué)模組，該光學(xué)模組實現(xiàn)顯示源放大的虛像投射至出瞳。
[0062] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種穿戴式顯示裝置，其特征在于，包括： 微型顯示模組，用于輸出顯示源； 光學(xué)模組，用于將所述顯示源放大并經(jīng)出瞳投射至用戶眼睛，包括： 第一光學(xué)模塊，包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光焦度的第二透鏡 及具有正光焦度的第三透鏡，以及 第二光學(xué)模塊，包括由第一非球面、第二非球面及偏轉(zhuǎn)面組成的具有正光焦度的第四 光學(xué)元件，所述偏轉(zhuǎn)面用于改變第一光學(xué)模塊的光路方向至出瞳方向。2. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第一透鏡靠近所述顯示源， 所述第二透鏡、第三透鏡及第四光學(xué)元件于遠(yuǎn)離所述顯示源的方向依序設(shè)置于第一透鏡之 后。3. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第一光學(xué)模塊包括至少三個 非球面。4. 如權(quán)利要求4所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第四光學(xué)元件的第一非球面 朝向所述第三透鏡，所述第四光學(xué)元件的第二非球面朝向所述出瞳。5. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第二透鏡的色散系數(shù)小于所 述第三透鏡和第四光學(xué)元件的色散系數(shù)，用于消除橫向色差。6. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第四光學(xué)元件為一體成型的 由第一非球面、第二非球面及偏轉(zhuǎn)面構(gòu)成的棱鏡。7. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第四光學(xué)元件由具有第一非 球面的透鏡、具有第二非球面的透鏡及具有偏轉(zhuǎn)面的反射鏡組成。8. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)面的偏轉(zhuǎn)角度范圍為75 度至105度。9. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)面的偏轉(zhuǎn)角度為90度。10. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)面提供單次反射。11. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述光學(xué)模組定義一個光軸，所 述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四光學(xué)元件分別具有多個光學(xué)表面、及分別具有一個 光學(xué)中心，其中，所述多個光學(xué)表面具有旋轉(zhuǎn)對稱性，所述光學(xué)中心共軸，且與所述光軸一 致。12. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述光學(xué)模組具有焦距f，第一 透鏡具有焦距Π ，第二透鏡具有焦距f2，第三透鏡具有焦距f3，其中， 2f<fl<12f, -l.lf<f2^-0.4f, 0.4f<f3<4.5f〇13. 如權(quán)利要求12所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第四光學(xué)元件具有焦距 f4,其中， 0.7f〈f4〈1.5f。14. 如權(quán)利要求12所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述顯示源通過所述光學(xué)模組 投射至出瞳的光路距離L包括：顯示源通過第一光學(xué)模塊投射至所述偏轉(zhuǎn)面的距離Ll及所 述偏轉(zhuǎn)面投射至出瞳的距離L2，其中， 0.8f<Ll<1.6f 0.6f<L2<1.8f 1.2f<L<3.4f〇15. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述光學(xué)模組具有視場角ω，其 中，ω〈40〇16. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述第二光學(xué)模塊的出光側(cè)設(shè) 置有保護鏡片。17. 如權(quán)利要求1所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述微型顯示模組包括兩個微 型顯示器，所述穿戴式顯示裝置包括兩組所述光學(xué)模組，分別對兩個微型顯示器的顯示源 進行放大及像差校正。18. 如權(quán)利要求17所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，兩組所述光學(xué)模組沿一個中心 軸對稱，并各光學(xué)模組的光線出射方向分別與該中心軸具有一夾角。19. 如權(quán)利要求18所述的穿戴式顯示裝置，其特征在于，所述夾角的范圍為O至9度。20. -種光學(xué)裝置，其特征在于，包括光學(xué)模組，所述光學(xué)模組具有： 第一光學(xué)模塊，包括依序設(shè)置的具有正光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光焦度的第二透鏡 及具有正光焦度的第三透鏡，以及 第二光學(xué)模塊，包括由第一非球面、第二非球面及偏轉(zhuǎn)面組成的具有正光焦度的第四 光學(xué)元件，所述偏轉(zhuǎn)面用于改變第一光學(xué)模塊的光路方向至出瞳方向。21. 如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一光學(xué)模塊包括三個或三個以 上的非球面。22. 如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，包括兩組所述光學(xué)模組，以及具有用 于固定該兩組光學(xué)模組的承載側(cè)的第一基座，該兩組光學(xué)模組沿該承載側(cè)的中心軸對稱設(shè) 置。23. 如權(quán)利要求22所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述兩組光學(xué)模組對應(yīng)的所述第一透 鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四光學(xué)元件分別沿所述承載側(cè)的兩端朝所述中心軸方向依次 固定于所述第一基座。24. 如權(quán)利要求23所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述承載側(cè)包括分別用于固定所述兩 組光學(xué)模組的第一承載側(cè)及第二承載側(cè)，該第一承載側(cè)及第二承載側(cè)分別與垂直于所述中 心軸的水平軸線具有一夾角。25. 如權(quán)利要求24所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一基座包括與所述承載側(cè)相對 的底側(cè)，且承載側(cè)與底側(cè)之間具有垂直高度，所述第一承載側(cè)及第二承載側(cè)分別靠近與其 對應(yīng)的第四光學(xué)元件一端的垂直高度大于分別靠近與其對應(yīng)的第一透鏡一端的高度。26. 如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，包括兩組所述光學(xué)模組，及分別固定 一組所述光學(xué)模組的第二基座及第三基座，所述第二基座及第三基座沿一中心軸對稱設(shè) 置，且第二基座及第三基座分別固定的光學(xué)模組的光線出射方向與該中心軸具有一夾角。27. 如權(quán)利要求26所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第二基座靠近其對應(yīng)的所述第四 光學(xué)元件的一端與第三基座靠近其對應(yīng)的所述第四光學(xué)元件的一端連接，使得所述第一基 座與第二基座分別與所述中心軸具有所述夾角。28. 如權(quán)利要求24-27任一項所述的光學(xué)裝置，所述夾角的范圍為0-9度。29. -種穿戴式顯示設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求22-28任一項所述的光學(xué)裝置及 微型顯示模組； 所述微型顯示模組用于提供顯示源； 所述光學(xué)裝置包括的光學(xué)模組用于將所述顯示源放大的虛像投射至出瞳。
【文檔編號】G02B27/01GK105917267SQ201580002985
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年9月13日
【發(fā)明人】施宏艷, 楊松齡
【申請人】深圳市柔宇科技有限公司