CN107045196A - 目镜以及包括该目镜的显示装置 - Google Patents

目镜以及包括该目镜的显示装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107045196A
CN107045196A CN201710069054.7A CN201710069054A CN107045196A CN 107045196 A CN107045196 A CN 107045196A CN 201710069054 A CN201710069054 A CN 201710069054A CN 107045196 A CN107045196 A CN 107045196A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
eyepiece
thing side
image side
thing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710069054.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107045196B (zh
Inventor
宋立通
戴付建
金银芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Sunny Optics Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Sunny Optics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Sunny Optics Co Ltd filed Critical Zhejiang Sunny Optics Co Ltd
Priority to CN201710069054.7A priority Critical patent/CN107045196B/zh
Priority to CN201811608590.0A priority patent/CN109828368B/zh
Priority to PCT/CN2017/084660 priority patent/WO2018145367A1/zh
Priority to US15/780,082 priority patent/US11002951B2/en
Publication of CN107045196A publication Critical patent/CN107045196A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107045196B publication Critical patent/CN107045196B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00—Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/001—Eyepieces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00—Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/04—Eyepieces; Magnifying glasses affording a wide-angle view, e.g. through a spy-hole
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本申请提供了一种目镜。目镜沿着光轴从物侧至像侧依次设置有：第一透镜，具有正光焦度，其物侧面为凸面；以及第二透镜，其像侧面为凹面，第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面和第二透镜的像侧面中的至少一个为菲涅尔结构面，其中，目镜的最大半视场角HFOV满足：HFOV>40°，第一透镜的物侧面至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间满足1<TTL/f<1.5，目镜的总有效焦距f与第一透镜的物侧面至第二透镜的像侧面的轴上距离TD之间满足：2<f/TD<5；以及第一透镜的物侧面的有效半径DT11与第二透镜的物侧面的有效半径DT21之间满足：0.7<DT11/DT21<1。

Description

目镜以及包括该目镜的显示装置
技术领域
本申请涉及一种目镜，更具体地，涉及一种用于头戴式显示装置中的目镜。头戴式显示装置例如可以是头戴式虚拟现实(VR)显示装置。本申请还涉及一种配置有上述目镜的显示装置。
背景技术
近年来随着计算机技术的快速发展，虚拟现实(VR)日趋成熟完善，在专业及消费领域的应用也越来越多。VR目镜作为头戴式显示装置的核心光学元件，直接影响到设备的应用和体验效果，因此对目镜成像质量和外形质量均具有很高要求。
现有技术中所提出的头戴目镜系统和头戴显示设备能够在获得较大视场角的同时矫正像差，保证大视角的观影体验。但是为了满足越来越高的市场需求，现有技术的目镜系统的小型化、高像质和广角化特点仍有可以进一步优化的空间。
发明内容
本发明旨在提供一种小型目镜，以允许有效矫正系统球差和色差，提高成像质量，同时满足VR目镜的广角化和轻薄化的要求。
根据本发明的一个方面，提供了一种目镜，该目镜沿着光轴从物侧至像侧可依次设置有第一透镜和第二透镜，其中第一透镜可具有正光焦度且其物侧面可为凸面，第二透镜的像侧面可为凹面，沿着光轴从第一透镜的物侧面至第二透镜的像侧面中，至少有一个面为菲涅尔结构面，该菲涅尔结构面可包括依序排列的多个环带，从而形成锯齿表面，每个该环带可包括工作面和非工作面。
根据本发明的实施方式，目镜的最大半视场角HFOV可满足：HFOV>40°，例如，HFOV≥43.43°。
根据本发明的实施方式，第一透镜的有效焦距f1与目镜的总有效焦距f之间可满足：0.6<f1/f<1.5，例如，0.68≤f1/f≤1.1。
根据本发明的实施方式，在目镜的第二表面的菲涅尔结构面中，自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带中，工作面为非球面，非工作面为直斜面，该第i个环带与光轴之间的夹角可满足条件式：0°≤θi≤5°，例如，1°≤θi≤5°。
根据本发明的实施方式，在目镜的第二表面的菲涅尔结构面上，自近光轴处朝向边缘的第i个环带的宽度zi可满足0.08mm≤zi≤3.5mm，例如0.2mm≤zi≤0.5mm；以及该第i个环带的深度di可满足0mm<di≤0.5mm，例如，0mm<di≤0.404mm。
根据本发明的实施方式，第一透镜的物侧面和像侧面均可为非球面，以及第二透镜的物侧面与像侧面均可为非球面。
根据本发明的实施方式，目镜的第二表面的菲涅尔结构面中的多个环带排列在一个基底面上，该基底面可以为平面或曲面。
根据本发明的实施方式，第一透镜的物侧面至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间可满足1<TTL/f<1.5，例如，1.1≤TTL/f≤1.2。
根据本发明的实施方式，目镜的总有效焦距f与第一透镜的物侧面至第二透镜的像侧面的轴上距离TD之间可满足：2<f/TD<5。
根据本发明的实施方式，第一透镜的物侧面的有效半径DT11与第二透镜的物侧面的有效半径DT21之间可满足：0.7<DT11/DT21<1，例如，0.92≤DT11/DT21≤0.97。
根据本发明的另一方面，还提供了一种可配备有上述目镜的显示装置。
根据本发明的又一方面，还提供了一种可配备有上述目镜的头戴式VR显示装置。
附图说明
通过参照以下附图进行的详细描述，本申请的实施方式的以上及其它优点将变得显而易见，附图旨在示出本申请的示例性实施方式而非对其进行限制。在附图中：
图1示出了本申请的实施例1的目镜的示意性结构图；
图2示出了实施例1中的菲涅尔结构面的局部放大图；
图3A示出了实施例1的目镜的轴上色差曲线；
图3B示出了实施例1的目镜的象散曲线；
图3C示出了实施例1的目镜的倍率色差曲线；
图4示出了本申请的实施例2的目镜的示意性结构图；
图5A示出了实施例2的目镜的轴上色差曲线；
图5B示出了实施例2的目镜的象散曲线；
图5C示出了实施例2的目镜的倍率色差曲线；
图6示出了本申请的实施例3的目镜的示意性结构图；
图7A示出了实施例3的目镜的轴上色差曲线；
图7B示出了实施例3的目镜的象散曲线；
图7C示出了实施例3的目镜的倍率色差曲线；
图8示出了本申请的实施例4的目镜的示意性结构图；
图9A示出了实施例4的目镜的轴上色差曲线；
图9B示出了实施例4的目镜的象散曲线；
图9C示出了实施例4的目镜的倍率色差曲线；
图10示出了本申请的实施例5的目镜的示意性结构图；
图11A示出了实施例5的目镜的轴上色差曲线；
图11B示出了实施例5的目镜的象散曲线；
图11C示出了实施例5的目镜的倍率色差曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状，但应理解各部件的尺寸不由附图限制，而是可在一定的范围内适当调整。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状仅通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
此外，近光轴区域是指光轴附近的区域。第一透镜是靠近物体的透镜而第二透镜是靠近感光元件的透镜。在本文中，每个透镜中最靠近物体的表面称为物侧面，每个透镜中最靠近成像面的表面称为像侧面。
还应理解的是，表述“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独特征。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以/可”来表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
以下参照图1至图11C并结合具体实施例对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
实施例1
本申请的实施例1提供了一种目镜。参照图1，根据本申请的实施例1的目镜沿着光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件。
第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件的各光学表面的参数如下表1所示。
表1
第一透镜L1和第二透镜L2的非球面高次项系数A4、A6如下表2所示。
面号 A4 A6
S1 -7.2411E-06 -1.7127E-08
S2 -2.1455E-05 0.0000E+00
S3 -2.4183E-05 -1.5126E-08
S4 5.1254E-06 -2.4272E-08
表2
参照表1和表2并如图1中所示，第一透镜L1可具有正光焦度且其物侧面S1可为凸面，第二透镜L2的像侧面S4可为凹面，沿着光轴从第一透镜L1的物侧面S1至第二透镜L2的像侧面S4中，第一透镜L1的像侧面S2可为菲涅尔结构面。
该菲涅尔结构面可包括依序排列的多个环带Ci(其中i为自然数)，从而形成锯齿表面。该菲涅尔结构面的锯齿状表面在图2中详细地示出。如图2所示，自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带与第i+1个环带之间可具有垂直间距zi且每两个相邻环带之间的垂直间距皆相等。在该实施例1中，垂直间距zi可满足0.2mm≤zi≤0.5mm，例如：zi＝0.3mm。目镜的第二表面S2的菲涅尔结构面中的环带排列在基底面S2’上，该基底面S2’为曲面。其自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带深度为di可满足0.0mm<di≤0.338mm。通过合理设置涅菲尔结构面中的环带的结构，可以在保证人眼观看画面晶格舒适度的前提下有效降低杂光对成像质量的影响。
每个环带Ci可包括工作面Sa和非工作面Sb。工作面Sa可满足以下条件式(1)。
其中，h为工作面Sa上的任一点到光轴的高度，c为顶点曲率，k为锥形常数，Ai为非球面的第i-th阶的修正系数。在该实施例1的环带中，工作面可为非球面，非工作面Sb可为直斜面，其与光轴呈夹角θi可满足0°≤θi≤5°，例如θi＝1°。通过合理设置涅菲尔结构面的环带的结构，能够保证镜片具有良好的加工性，并可减小光学系统杂光。
在该实施例1中，目镜的最大半视场角HFOV可设置为：HFOV>40°，例如，HFOV＝47.5°。通过将目镜设置为具有较大最大半视场角HFOV可使得目镜观察区域大于人眼的敏感视觉区，从而能够获得较好的沉浸感。
在实施例1中，目镜可具有总有效焦距f。第一透镜L1的有效焦距f1与目镜的总有效焦距f之间可满足：0.6<f1/f<1.5，例如，f1/f＝0.68。通过合理地分配两片透镜的光焦度，能够减小光学系统色差。
如图1所示，第一透镜L1的物侧面S1和像侧面S2可为非球面，以及第二透镜L2的物侧面S3与像侧面S4可为非球面。如此设置各透镜的形状以确保能够有效地矫正光学系统的场曲和矫正球差，并提高系统的成像质量。
目镜的第二表面S2的菲涅尔结构面中的多个环带Ci可排列在基底面上，该基底面可以为平面或者曲面。当该基底面为平面时，有益于减小镜片厚度，从而满足轻薄化要求。当该基底面为曲面时，则有益于周边视场像质，从而提升画面整体清晰度。
在本申请的示例性实施例中，第一透镜L1的物侧面S1至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间可满足1<TTL/f<1.5，以保证在较大视场角下有较高的成像质量。在该实施例1中，例如，TTL/f＝1.2。
在本申请的示例性实施例中，目镜的总有效焦距f与第一透镜L1的物侧面S1至第二透镜L2的像侧面S4的轴上距离TD之间可满足：2<f/TD<5，以使镜头结构紧凑化，从而满足轻薄化和加工精度需求。在该实施例1中，例如，f/TD＝3.19。
在本申请的示例性实施例中，第一透镜L1的物侧面S1的有效半径DT11与第二透镜L2的物侧面S3的有效半径DT21之间可满足：0.7<DT11/DT21<1，消除光学系统球差，从而提高成像质量。在该实施例1中，例如，DT11/DT21＝0.94。
图3A示出了实施例1的目镜的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由光学系统后的会聚焦点偏离。图3B示出了实施例1的目镜的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图3C示出了实施例1的目镜的倍率色差曲线，其表示光线经由目镜后在成像面上的不同的像高的偏差。综上所述并参照图3A至图3C可以看出，根据实施例1的目镜在满足VR目镜的广角化和轻薄化的要求的情况下可获得较好的成像效果。
实施例2
以下参照图4至图5C描述本申请的目镜的实施例2。除了目镜的各镜片的参数之外，例如除了各镜片的表面类型、曲率半径、厚度、材料、圆锥系数、各镜面的高次项系数等之外，在本实施例2及以下各实施例中描述的目镜与实施例1中描述的目镜的布置结构相同。为了简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。
图4示出了根据本申请实施例2的目镜的结构示意图。如图4所示，根据实施例2的目镜沿着光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件。
第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件的各光学表面的参数如下表3所示。
面号 表面类型 曲率半径 厚度 材料 圆锥系数
OBJ 球面 无穷 -2500.0000
STO 球面 无穷 12.0000
S1 非球面 52.6831 8.0862 1.49/57.4 3.3518
S2 菲涅尔面 -24.9517 1.7615 -2.8223
S3 非球面 19.1563 2.5321 1.58/30.2 -0.9343
S4 非球面 15.6594 31.4968 -2.0016
S5 球面 无穷
表3
第一透镜L1和第二透镜L2的非球面高次项系数A4、A6如下表4所示。
面号 A4 A6
S1 1.5302E-06 -2.4065E-09
S2 -1.4093E-05 2.2275E-08
S3 -7.8294E-05 4.1519E-08
S4 -4.8560E-05 3.9863E-08
表4
在该实施例2中，菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带与第i+1个环带之间的垂直间距zi例如为0.2mm。菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带深度为di可满足0.0mm<di≤0.119mm。在涅菲尔结构面的多个环带中，直斜面的非工作面Sb与光轴之间的夹角θi例如为2°。目镜的最大半视场角HFOV例如可设置为：HFOV＝47.49°。第一透镜L1的有效焦距f1与目镜的总有效焦距f之间例如满足f1/f＝0.9，以减小光学系统色差。为了保证在较大视场角下有较高的成像质量，第一透镜L1的物侧面S1至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间例如可设置为TTL/f＝1.11。为了使镜头结构紧凑化，以满足轻薄化和加工精度需求，目镜的总有效焦距f与第一透镜L1的物侧面S1至第二透镜L2的像侧面S4的轴上距离TD之间例如满足f/TD＝2.33。为了消除光学系统球差，第一透镜L1的物侧面S1的有效半径DT11与第二透镜L2的物侧面S3的有效半径DT21之间例如满足DT11/DT21＝0.93。
图5A示出了实施例2的目镜的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由光学系统后的会聚焦点偏离。图5B示出了实施例2的目镜的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图5C示出了实施例2的目镜的倍率色差曲线，其表示光线经由目镜后在成像面上的不同的像高的偏差。综上所述并参照图5A至图5C可以看出，根据实施例2的目镜在满足VR目镜的广角化和轻薄化的要求的情况下可获得较好的成像效果。
实施例3
以下参照图6至图7C描述本申请的目镜的实施例3。图6示出了根据本申请实施例3的目镜的结构示意图。如图6所示，根据实施例3的目镜沿着光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件。
第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件的各光学表面的参数如下表5所示。
表5
第一透镜L1和第二透镜L2的非球面高次项系数A4、A6、A8如下表6所示。
面号 A4 A6 A8
S1 2.4212E-05 -4.4965E-08 2.3008E-11
S2 9.0284E-06 5.6179E-09 -5.2359E-11
S3 -2.9983E-05 2.7887E-08 -6.1919E-11
S4 -8.5108E-06 -1.2309E-09 -6.1275E-12
表6
在该实施例3中，菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带与第i+1个环带之间的垂直间距zi例如为0.4mm。菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带深度为di可满足0.0mm<di≤0.404mm。在涅菲尔结构面的多个环带中，直斜面的非工作面Sb与光轴之间的夹角θi例如为3°。目镜的最大半视场角HFOV例如可设置为：HFOV＝50°。第一透镜L1的有效焦距f1与目镜的总有效焦距f之间例如满足f1/f＝1.1，以减小光学系统色差。为了保证在较大视场角下有较高的成像质量，第一透镜L1的物侧面S1至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间例如可设置为TTL/f＝1.13。为了使镜头结构紧凑化，以满足轻薄化和加工精度需求，目镜的总有效焦距f与第一透镜L1的物侧面S1至第二透镜L2的像侧面S4的轴上距离TD之间例如满足f/TD＝4.8。为了消除光学系统球差，第一透镜L1的物侧面S1的有效半径DT11与第二透镜L2的物侧面S3的有效半径DT21之间例如满足DT11/DT21＝0.92。
图7A示出了实施例3的目镜的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由光学系统后的会聚焦点偏离。图7B示出了实施例3的目镜的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图7C示出了实施例3的目镜的倍率色差曲线，其表示光线经由目镜后在成像面上的不同的像高的偏差。综上所述并参照图7A至图7C可以看出，根据实施例3的目镜在满足VR目镜的广角化和轻薄化的要求的情况下可获得较好的成像效果。
实施例4
以下参照图8至图9C描述本申请的目镜的实施例4。图8示出了根据本申请实施例4的目镜的结构示意图。如图8所示，根据实施例4的目镜沿着光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件。
第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件的各光学表面的参数如下表7所示。
面号 表面类型 曲率半径 厚度 材料 圆锥系数
OBJ 球面 无穷 无穷
STO 球面 无穷 14.0000
S1 球面 104.9086 5.2069 1.54/56.1 11.8590
S2 菲涅尔面 -25.0204 1.1314 -9.9422
S3 球面 32.2120 2.2657 1.58/30.2 -1.4669
S4 球面 26.5648 36.2613 -5.7081
S5 球面 无穷
表7
第一透镜L1和第二透镜L2的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14如下表8所示。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14
S1 6.2579E-05 -3.3219E-07 1.2939E-09 -2.2595E-12 -1.0851E-15 4.7851E-18
S2 -2.6742E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S3 -9.9350E-05 4.6313E-08 2.3547E-10 2.1386E-14 2.3750E-15 -6.3978E-18
S4 -7.1156E-05 2.1921E-07 -4.4219E-10 1.5656E-12 -1.4830E-16 -5.1578E-18
表8
在该实施例4中，菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带与第i+1个环带之间的垂直间距zi例如为0.5mm。菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带深度为di可满足0.0mm<di≤0.254mm。在涅菲尔结构面的多个环带中，直斜面的非工作面Sb与光轴之间的夹角θi例如为5°。目镜的最大半视场角HFOV例如可设置为：HFOV＝43.43°。第一透镜L1的有效焦距f1与目镜的总有效焦距f之间例如满足f1/f＝0.91，以减小光学系统色差。为了保证在较大视场角下有较高的成像质量，第一透镜L1的物侧面S1至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间例如可设置为TTL/f＝1.09。为了使镜头结构紧凑化，以满足轻薄化和加工精度需求，目镜的总有效焦距f与第一透镜L1的物侧面S1至第二透镜L2的像侧面S4的轴上距离TD之间例如满足f/TD＝2.46。为了消除光学系统球差，第一透镜L1的物侧面S1的有效半径DT11与第二透镜L2的物侧面S3的有效半径DT21之间例如满足DT11/DT21＝0.98。
图9A示出了实施例4的目镜的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由光学系统后的会聚焦点偏离。图9B示出了实施例4的目镜的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图9C示出了实施例4的目镜的倍率色差曲线，其表示光线经由目镜后在成像面上的不同的像高的偏差。综上所述并参照图9A至图9C可以看出，根据实施例4的目镜在满足VR目镜的广角化和轻薄化的要求的情况下可获得较好的成像效果。
实施例5
以下参照图10至图11C描述本申请的目镜的实施例5。图10示出了根据本申请实施例5的目镜的结构示意图。如图10所示，根据实施例5的目镜沿着光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件。
第一透镜L1、第二透镜L2和感光元件的各光学表面的参数如下表9所示。
面号 表面类型 曲率半径 厚度 材料 圆锥系数
OBJ 球面 无穷 无穷
STO 球面 无穷 14.0000
S1 非球面 69.1684 6.1224 1.54/56.1 1.3052
S2 菲涅尔面 -32.9314 1.9737 -3.4989
S3 菲涅尔面 48.5151 2.9184 1.58/30.2 -36.0703
S4 非球面 45.4505 35.1453 1.7981
S5 球面 无穷
表9
第一透镜L1和第二透镜L2的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14如下表10所示。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14
S1 4.2498E-05 -3.6900E-07 1.3911E-09 -1.7768E-12 -2.4493E-15 6.1352E-18
S2 -6.1229E-05 -2.6178E-08 1.1869E-10 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S3 -1.0346E-04 7.9416E-10 2.4101E-10 2.0379E-14 -4.8560E-16 -1.3974E-18
S4 -6.8542E-05 1.6950E-07 -5.6112E-10 1.5352E-12 -1.3489E-15 -1.3847E-18
表10
在该实施例5中，菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带与第i+1个环带之间的垂直间距zi例如为0.2mm。菲涅尔结构面的自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带深度为di可满足0.0mm<di≤0.318mm。在涅菲尔结构面的多个环带中，直斜面的非工作面Sb与光轴之间的夹角θi例如为3°。目镜的最大半视场角HFOV例如可设置为：HFOV＝43.51°。第一透镜L1的有效焦距f1与目镜的总有效焦距f之间例如满足f1/f＝1，以减小光学系统色差。为了保证在较大视场角下有较高的成像质量，第一透镜L1的物侧面S1至成像面的轴上距离TTL与目镜的总有效焦距f之间例如可设置为TTL/f＝1.1。为了使镜头结构紧凑化，以满足轻薄化和加工精度需求，目镜的总有效焦距f与第一透镜L1的物侧面S1至第二透镜L2的像侧面S4的轴上距离TD之间例如满足f/TD＝3.8。为了消除光学系统球差，第一透镜L1的物侧面S1的有效半径DT11与第二透镜L2的物侧面S3的有效半径DT21之间例如满足DT11/DT21＝0.97。
图11A示出了实施例5的目镜的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由光学系统后的会聚焦点偏离。图11B示出了实施例5的目镜的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图11C示出了实施例5的目镜的倍率色差曲线，其表示光线经由目镜后在成像面上的不同的像高的偏差。综上所述并参照图11A至图11C可以看出，根据实施例5的目镜在满足VR目镜的广角化和轻薄化的要求的情况下可获得较好的成像效果。
下表11中示出了实施例1至实施例5中的各透镜的参数之间的相互关系。
条件式/实施例 1 2 3 4 5
f 39.58 39.45 37.69 41.29 41.83
f1 27.02 35.50 41.60 37.54 41.75
f2 -70.94 -199.44 6490.89 -303.58 -1897.39
TTL 47.58 43.88 42.60 44.87 46.16
Fno. 7.73 7.75 9.46 6.80 6.84
HFOV 47.50 47.49 50.00 43.43 43.51
f1/f 0.68 0.90 1.10 0.91 1.00
θi 1 2 3 5 3
zi 0.3 0.2 0.4 0.5 0.2
di 0～0.338 0～0.119 0～0.404 0～0.254 0～0.318
TTL/F 1.20 1.11 1.13 1.09 1.10
f/TD 3.19 2.33 4.80 2.46 3.80
DT11/DT21 0.94 0.93 0.92 0.98 0.97
表11
本申请还提出了一种显示装置。显示装置可以是诸如虚拟现实显示系统。该显示装置可装配有如上各实施例所述的目镜。
以上参照附图对本申请的示例性实施例进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施例仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来限制本申请的范围。凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (18)

1.一种目镜，所述目镜沿着光轴从物侧至像侧依次设置有：
第一透镜，具有正光焦度，其物侧面为凸面；以及
第二透镜，其像侧面为凹面，
所述第一透镜的物侧面、所述第一透镜的像侧面、所述第二透镜的物侧面和所述第二透镜的像侧面中的至少一个为菲涅尔结构面，
其中，所述目镜的最大半视场角HFOV满足：HFOV>40°。
2.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述第一透镜的物侧面至成像面的轴上距离TTL与所述总有效焦距f之间满足1<TTL/f<1.5。
3.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述总有效焦距f与所述第一透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的轴上距离TD之间满足：2<f/TD<5。
4.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述第一透镜的物侧面的有效半径DT11与所述第二透镜的物侧面的有效半径DT21之间满足：0.7<DT11/DT21<1。
5.一种目镜，所述目镜沿着光轴从物侧至像侧依次设置有：
第一透镜，具有正光焦度，其物侧面为凸面；
第二透镜，其像侧面为凹面，
所述第一透镜的物侧面、所述第一透镜的像侧面、所述第二透镜的物侧面和所述第二透镜的像侧面中的至少一个为菲涅尔结构面，
其中，所述第一透镜的物侧面至成像面的轴上距离TTL与所述目镜的总有效焦距f之间满足1<TTL/f<1.5。
6.根据权利要求5所述的目镜，其中，所述总有效焦距f与所述第一透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的轴上距离TD之间满足：2<f/TD<5。
7.根据权利要求5所述的目镜，其中，所述第一透镜的物侧面的有效半径DT11与所述第二透镜的物侧面的有效半径DT21之间满足：0.7<DT11/DT21<1。
8.一种目镜，所述目镜沿着光轴从物侧至像侧依次设置有：
第一透镜，具有正光焦度，其物侧面为凸面；
第二透镜，其像侧面为凹面，
所述第一透镜的物侧面、所述第一透镜的像侧面、所述第二透镜的物侧面和所述第二透镜的像侧面中的至少一个为菲涅尔结构面，
其中，所述目镜的总有效焦距f与所述第一透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的轴上距离TD之间满足：2<f/TD<5。
9.根据权利要求8所述的目镜，其中，所述第一透镜的物侧面的有效半径DT11与所述第二透镜的物侧面的有效半径DT21之间满足：0.7<DT11/DT21<1。
10.一种目镜，所述目镜沿着光轴从物侧至像侧依次设置有：
第一透镜，具有正光焦度，其物侧面为凸面；
第二透镜，其像侧面为凹面，
所述第一透镜的物侧面、所述第一透镜的像侧面、所述第二透镜的物侧面和所述第二透镜的像侧面中的至少一个为菲涅尔结构面，
其中，所述第一透镜的物侧面的有效半径DT11与所述第二透镜的物侧面的有效半径DT21之间满足：0.7<DT11/DT21<1。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的目镜，其中，所述菲涅尔结构面包括依序排列的多个环带，从而形成锯齿表面。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的目镜，其中，所述第一透镜的有效焦距f1与所述目镜的总有效焦距f之间满足：0.6<f1/f<1.5。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的目镜，其中，在所述目镜的菲涅尔结构面中，自近光轴处朝向边缘计数的第i个环带中，工作面为非球面，非工作面为直斜面，所述第i个环带与所述光轴之间的夹角满足条件式：0°≤θi≤5°。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的目镜，其中，在所述目镜的菲涅尔结构面上，自近光轴处朝向边缘的第i个环带的宽度zi满足0.08mm≤zi≤3.5mm；以及
所述第i个环带的深度di满足0mm<di≤0.5mm。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的目镜，其中，所述第一透镜物的侧面和像侧面均为非球面，以及所述第二透镜的物侧面与像侧面均为非球面。
16.根据权利要求1至10中任一项所述的目镜，其中所述菲涅尔结构面中的多个环带排列在一个基底面上，所述基底面为平面或曲面。
17.一种显示装置，所述显示装置包括根据权利要求1至16中任一项所述的目镜。
18.根据权利要求17所述的显示装置，其中，所述显示装置为头戴式虚拟现实显示装置。
CN201710069054.7A 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置 Active CN107045196B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710069054.7A CN107045196B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置
CN201811608590.0A CN109828368B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置
PCT/CN2017/084660 WO2018145367A1 (zh) 2017-02-08 2017-05-17 目镜以及包括该目镜的显示装置
US15/780,082 US11002951B2 (en) 2017-02-08 2017-05-17 Oculars and display devices including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710069054.7A CN107045196B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811608590.0A Division CN109828368B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107045196A true CN107045196A (zh) 2017-08-15
CN107045196B CN107045196B (zh) 2019-07-05

Family

ID=59544527

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811608590.0A Active CN109828368B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置
CN201710069054.7A Active CN107045196B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811608590.0A Active CN109828368B (zh) 2017-02-08 2017-02-08 目镜以及包括该目镜的显示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11002951B2 (zh)
CN (2) CN109828368B (zh)
WO (1) WO2018145367A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108303796A (zh) * 2018-04-09 2018-07-20 浙江舜宇光学有限公司 目镜
CN109521563A (zh) * 2017-09-20 2019-03-26 乐金显示有限公司 具有目镜的显示装置
WO2019080260A1 (zh) * 2017-10-24 2019-05-02 歌尔科技有限公司 头戴显示设备
CN109739022A (zh) * 2019-03-19 2019-05-10 长春理工大学 一种双片式vr镜片
CN109765691A (zh) * 2019-03-08 2019-05-17 歌尔股份有限公司 一种光学系统及显示设备
CN113424093A (zh) * 2019-02-14 2021-09-21 佳能株式会社 观察光学系统及具有该系统的图像显示装置
US11487050B2 (en) * 2016-12-21 2022-11-01 Canon Kabushiki Kaisha Observation optical system and observation apparatus including same
WO2023092421A1 (zh) * 2021-11-25 2023-06-01 京东方科技集团股份有限公司 光学系统及vr显示设备

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6824769B2 (ja) * 2017-02-14 2021-02-03 キヤノン株式会社 観察光学系及びそれを有する観察装置
CN114942518A (zh) * 2018-09-20 2022-08-26 玉晶光电股份有限公司 目镜光学系统
CN111458880B (zh) * 2020-05-09 2022-04-22 三生万物(北京)人工智能技术有限公司 一种波导光场显示装置和头戴式增强现实眼镜
CN114690415A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 华为技术有限公司 光学模组及电子设备
WO2022141385A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 深圳纳德光学有限公司 一种大视场角的目镜光学系统及头戴显示装置
WO2022141386A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 深圳纳德光学有限公司 一种大视场角的目镜光学系统及头戴显示装置
WO2022141380A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 深圳纳德光学有限公司 一种大视场角的目镜光学系统及头戴显示装置
WO2022141382A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 深圳纳德光学有限公司 一种大视场角的目镜光学系统及头戴显示装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10104507A (ja) * 1996-09-26 1998-04-24 Sony Corp 対物レンズ及び記録再生装置
CN104181689A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 索尼公司 目镜透镜和显示单元
CN204360008U (zh) * 2014-12-17 2015-05-27 青岛歌尔声学科技有限公司 一种微显示目镜、头戴目镜系统和头戴可视设备
CN104730706A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 富士胶片株式会社 目镜光学系统及摄像装置
CN105278109A (zh) * 2015-07-10 2016-01-27 深圳纳德光学有限公司 大视场角目镜光学系统
CN106249399A (zh) * 2015-01-26 2016-12-21 歌尔科技有限公司 一种头戴目镜系统和头戴显示设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6130785A (en) * 1997-05-21 2000-10-10 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Eyepiece lens system
EP2482103B1 (en) * 2005-02-22 2020-10-28 Nikon Corporation Method of manufacturing a diffractive optical element
TWI406007B (zh) * 2006-07-20 2013-08-21 尼康股份有限公司 Optical system and eyepiece
JP2008058810A (ja) 2006-09-01 2008-03-13 Citizen Miyota Co Ltd ファインダー用接眼レンズ
US7433132B2 (en) * 2006-11-15 2008-10-07 Olympus Imaging Corp. Zoom lens system and electronic image pickup apparatus using the same
CN102230980B (zh) * 2011-06-24 2013-06-19 佘晓峰 高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜制作方法
CN204314543U (zh) * 2014-11-28 2015-05-06 青岛歌尔声学科技有限公司 一种微显示目镜和头戴设备
CN104536129B (zh) 2014-12-17 2017-02-08 歌尔科技有限公司 一种微显示目镜、头戴目镜系统和头戴可视设备
CN204964882U (zh) 2015-09-24 2016-01-13 北京小鸟看看科技有限公司 用于头戴式显示设备的光学系统及头戴式显示设备
CN205374869U (zh) * 2015-12-29 2016-07-06 杭州立体世界科技有限公司 一种目镜

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10104507A (ja) * 1996-09-26 1998-04-24 Sony Corp 対物レンズ及び記録再生装置
CN104181689A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 索尼公司 目镜透镜和显示单元
CN104730706A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 富士胶片株式会社 目镜光学系统及摄像装置
CN204360008U (zh) * 2014-12-17 2015-05-27 青岛歌尔声学科技有限公司 一种微显示目镜、头戴目镜系统和头戴可视设备
CN106249399A (zh) * 2015-01-26 2016-12-21 歌尔科技有限公司 一种头戴目镜系统和头戴显示设备
CN105278109A (zh) * 2015-07-10 2016-01-27 深圳纳德光学有限公司 大视场角目镜光学系统

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11487050B2 (en) * 2016-12-21 2022-11-01 Canon Kabushiki Kaisha Observation optical system and observation apparatus including same
CN109521563A (zh) * 2017-09-20 2019-03-26 乐金显示有限公司 具有目镜的显示装置
US10606081B2 (en) 2017-10-24 2020-03-31 Goertek Technology Co., Ltd. Head-mounted display device
JP2020504315A (ja) * 2017-10-24 2020-02-06 歌爾科技有限公司ＧｏｅｒＴｅｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 頭部装着型表示装置
WO2019080260A1 (zh) * 2017-10-24 2019-05-02 歌尔科技有限公司 头戴显示设备
CN108303796A (zh) * 2018-04-09 2018-07-20 浙江舜宇光学有限公司 目镜
CN113424093A (zh) * 2019-02-14 2021-09-21 佳能株式会社 观察光学系统及具有该系统的图像显示装置
CN113424093B (zh) * 2019-02-14 2023-08-15 佳能株式会社 观察光学系统及具有该系统的图像显示装置
US12055703B2 (en) 2019-02-14 2024-08-06 Canon Kabushiki Kaisha Observation optical system and image display apparatus having the same
CN109765691A (zh) * 2019-03-08 2019-05-17 歌尔股份有限公司 一种光学系统及显示设备
WO2020181882A1 (zh) * 2019-03-08 2020-09-17 歌尔股份有限公司 一种光学系统及显示设备
CN109765691B (zh) * 2019-03-08 2023-09-01 歌尔光学科技有限公司 一种光学系统及显示设备
CN109739022A (zh) * 2019-03-19 2019-05-10 长春理工大学 一种双片式vr镜片
WO2023092421A1 (zh) * 2021-11-25 2023-06-01 京东方科技集团股份有限公司 光学系统及vr显示设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN107045196B (zh) 2019-07-05
US20180275392A1 (en) 2018-09-27
US11002951B2 (en) 2021-05-11
WO2018145367A1 (zh) 2018-08-16
CN109828368A (zh) 2019-05-31
CN109828368B (zh) 2021-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107045196B (zh) 目镜以及包括该目镜的显示装置
CN107861316B (zh) 投影镜头
TWI484215B (zh) 光學結像鏡片系統、取像裝置及可攜裝置
US20190179116A1 (en) Projection lens assembly
CN108398785A (zh) 采用光学目镜镜头、图像源显示屏的头戴显示设备
TW201415075A (zh) 成像用光學鏡組、取像裝置及可攜裝置
EP3702825A1 (en) Head-mounted display device
WO2018068356A1 (zh) 目镜
CN108333763A (zh) 采用光学目镜镜头的头戴显示设备
CN106199926B (zh) 光学镜头
CN207663138U (zh) 光学成像镜头
CN108333725A (zh) 摄像镜头组
CN207516710U (zh) 投影镜头
CN108037578A (zh) 摄像透镜系统
CN207473185U (zh) 投影镜头
CN107783258A (zh) 投影镜头
TW201702687A (zh) 光學鏡片組
TW201348736A (zh) 拾像系統鏡片組及取像裝置
CN107728290A (zh) 光学成像系统
CN108333723A (zh) 光学成像镜头
CN108490587A (zh) 成像镜头
WO2019080325A1 (zh) 目镜及头戴显示设备
CN108064352A (zh) 光学系统及使用该光学系统的头戴显示装置
CN207799218U (zh) 光学成像镜头
CN107121774A (zh) 目镜以及包括该目镜的显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant