CN108333764B - 成像质量优良的采用光学目镜镜头的头戴显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成像质量优良的采用光学目镜镜头的头戴显示设备。本发明公开了一种光学目镜镜头，从像侧至物侧沿光轴依序包括具有屈光率的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，每个透镜分别包括一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面；所述第一透镜、第三透镜和第四透镜为正透镜；所述第二透镜和第五透镜为负透镜；所述第一透镜至第五透镜均为非球面透镜；且所述第一透镜至第五透镜的材质均为塑料。本发明还公开了一种具有上述光学目镜镜头的头戴式显示设备。本发明提供了一种在保有良好的光学性能的情形下，并具有更为薄型轻巧、低成本特性的光学目镜镜头及头戴显示设备，提高用户体验。

Description

成像质量优良的采用光学目镜镜头的头戴显示设备
技术领域
本发明涉及头戴式显示设备与其光学目镜镜头，且尤其是成像质量优良的采用光学目镜镜头的头戴显示设备。
背景技术
近年来，由于可穿戴电子设备的兴起，使得包含光学镜头系统及微型显示器等微小型化的显示模块蓬勃发展，大量应用于头戴式显示设备中。头戴式显示设备广泛应用于军事、航天、医疗、娱乐、模拟训练等领域。随着头戴式显示设备越来越广泛地被应用，对其的成像质量要求也越来越高，而成像质量的好坏主要取决于光学目镜系统。
为了提高光学目镜系统的光学性能和成像质量，现有技术中，经常采用多片透镜组合来实现，如CN104570323A提出一种头戴目镜系统和头戴显示设备，是采用4片式透镜组合而成。又如CN105116523A提出的光学镜头，是采用六片透镜组合而成。现有的采用多片透镜组合的光学目镜系统虽然可以具有较好的光学性能和成像质量，但其尺寸较大，笨重，无法满足设备微小型化的要求，且大部分都是采用玻璃透镜，成本高且产品较重，降低了用户体验感。
发明内容
本发明目的在于为解决上述问题而提供一种在保有良好的光学性能，保证成像质量优良的同时，并具有薄型轻巧、低成本特性，提高用户体验感的光学目镜镜头及头戴显示设备。
为此，本发明公开了一种光学目镜镜头，从像侧至物侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜满足以下要求
Nd1≥1.54，Nd2≥1.59，Nd3≥1.54，Nd4≥1.54，Nd5≥1.59
Vd1<56.2，Vd2<30，Vd3<56.2，Vd4<56.2，Vd5<30
1.20≤f1/f<2.35
-2.90<f2/f≤-1.24
1.40<f3/f<5.85
1.00<f4/f<2.20
-39.50<f5/f<-1.15
1.35<f13/f≤2.75
0.15<f13/f45≤1.56
0.95≤EPP/f≤1.25
其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜在d线的折射率，Vd1、Vd2、Vd3、Vd4、Vd5分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜在d线的色散系数，f1、f2、f3、f4、f5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距，f为系统焦距，f13为第一透镜、第二透镜及第三透镜的组合焦距，f45为第四透镜和第五透镜的组合焦距，EPP为第一透镜像侧面至出瞳面在光轴上的距离。
本发明还提供一种头戴显示设备，包括
一机壳，及
一显示模块，安装于该机壳内，包括：
至少一如上所述的光学目镜镜头，
至少一图像源显示屏，设置于所述光学目镜镜头的物侧。
本发明的有益技术效果：
本发明采用塑料材质的透镜，通过对各个透镜的正负透镜选择和排列，并对其光学参数进行选择与相互搭配，使其在保有良好的光学性能，保证成像质量优良的同时，并具有薄型轻巧、低成本特性，提高用户体验感。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的剖面结构意图；
图2为本发明的第一实施例的非点像差及歪曲像差的曲线图；
图3为本发明的第一实施例的纵向像差的曲线图；
图4为本发明的第一实施例的横向色像差的曲线图；
图5为本发明的第二实施例的剖面结构意图；
图6为本发明的第二实施例的非点像差及歪曲像差的曲线图；
图7为本发明的第二实施例的纵向像差的曲线图；
图8为本发明的第二实施例的横向色像差的曲线图；
图9为本发明的第三实施例的剖面结构意图；
图10为本发明的第三实施例的非点像差及歪曲像差的曲线图；
图11为本发明的第三实施例的纵向像差的曲线图；
图12为本发明的第三实施例的横向色像差的曲线图；
图13为本发明的第四实施例的剖面结构意图；
图14为本发明的第四实施例的非点像差及歪曲像差的曲线图；
图15为本发明的第四实施例的纵向像差的曲线图；
图16为本发明的第四实施例的横向色像差的曲线图；
图17为本发明的第五实施例的剖面结构意图；
图18为本发明的第五实施例的非点像差及歪曲像差的曲线图；
图19为本发明的第五实施例的纵向像差的曲线图；
图20为本发明的第五实施例的横向色像差的曲线图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
为了便于表示本发明所指的参数，在本说明书及附图中定义：
该第一透镜3的像侧面为31，该第一透镜3的物侧面为32，该第一透镜3的像侧面31至物侧面32在光轴I上的距离，即第一透镜3在光轴I上的厚度为T1；该第二透镜4的像侧面为41，该第二透镜4的物侧面为42，该第二透镜4的像侧面41至物侧面42在光轴I上的距离，即第二透镜4在光轴I上的厚度为T2；该第三透镜5的像侧面为51，该第三透镜5的物侧面为52，该第三透镜5的像侧面51至物侧面52在光轴I上的距离，即第三透镜5在光轴I上的厚度为T3；该第四透镜6的像侧面为61，该第四透镜6的物侧面为62，该第四透镜6的像侧面61至物侧面62在光轴I上的距离，即第四透镜6在光轴I上的厚度为T4；该第五透镜7的像侧面为71，该第五透镜7的物侧面为72，该第五透镜7的像侧面71至物侧面72在光轴I上的距离，即第五透镜7在光轴I上的厚度为T5；该第一透镜3的物侧面32与该第二透镜4的像侧面41在光轴I上的距离，即第一透镜3和第二透镜4在光轴I上的空气间隙为G12；第二透镜4和第三透镜5在光轴I上的空气间隙为G23；第三透镜5和第四透镜6在光轴I上的空气间隙为G34；第四透镜6和第五透镜7在光轴I上的空气间隙为G45；第一透镜3到第五透镜7在光轴I上的所有空气间隙总和为Gaa；保护玻璃8在光轴I上的厚度为TCG；光阑2到图像源显示屏100在光轴I上的距离为TTL；光阑2(也即出瞳面)到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离为EPP；光学目镜镜头的系统焦距为f；第一透镜3的焦距为f1；第二透镜4的焦距为f2；第三透镜5的焦距为f3；第四透镜6的焦距为f4；第五透镜7的焦距为f5；第一透镜3至第三透镜5的组合焦距为f13；第四透镜6和第五透镜7的组合焦距为f45；第一透镜3至第五透镜7在d线的折射率分别为Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5；第一透镜3至第五透镜7在d线的色散系数分别为Vd1、Vd2、Vd3、Vd4、Vd5。
本发明的头戴显示设备，包括一机壳，及一显示模块，安装于该机壳内，该显示模块包括：至少一光学目镜镜头和至少一图像源显示屏，该图像源显示屏设置于该光学目镜镜头的物侧的光轴上。
本发明的光学目镜镜头，从像侧至物侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面，所述第一透镜至第五透镜满足以下要求
Nd1≥1.54，Nd2≥1.59，Nd3≥1.54，Nd4≥1.54，Nd5≥1.59
Vd1<56.2，Vd2<30，Vd3<56.2，Vd4<56.2，Vd5<30
1.20≤f1/f<2.35
-2.90<f2/f≤-1.24
1.40<f3/f<5.85
1.00<f4/f<2.20
-39.50<f5/f<-1.15
1.35<f13/f≤2.75
0.15<f13/f45≤1.56
0.95≤EPP/f≤1.25
进一步的，所述第一透镜、第三透镜和第四透镜为正透镜，所述第二透镜和第五透镜为负透镜
进一步的，为了使镜头更轻薄，成本更低并具有更好的光学性能，该第一透镜至第五透镜均为塑料材质制成且均为非球面透镜，其非球面表达式为
Figure BDA0001585780480000041
其中，Y为非球面曲线上的点与光轴I的距离；Z为非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点的切面，两者间的垂直距离)；R为透镜表面的曲率半径；K为锥面系数(conic constant)；a2i为第2i阶非球面系数。
其中，该光学目镜镜头还可以包括一光阑(aperture stop)和一保护玻璃，该光阑设置在该光学目镜镜头的出瞳(exit pupil)面位置，该保护玻璃设置在第五透镜与图像源显示屏之间的光轴上。
进一步的，为了使该光学目镜镜头更为薄型轻巧，同时还具有更好的光学性能，则透镜厚度以及透镜间的空气间隙配置就显得重要，在此提出一些限定条件：
2.50<T1/Gaa<17.80，
4.80<T1/T2<9.10，
0.65<T2/G12≤9.45，
1.20<T4/T5<3.35
此外，第一透镜的像侧面优选为平面，能较大保证观测点与第一透镜的像侧面在光轴上的距离基本大于等于20mm，这样适合佩戴眼镜的人使用，保护视力，不需要采用调焦，因为调焦只能解决近视远视，无法解决散光问题。
本发明的光学目镜镜头总共只有前述五片具有屈光率的透镜，通过设计各透镜的细部特征，而可使其在保有良好的光学性能，保证成像质量优良的同时，并具有薄型轻巧(光学目镜镜头的总长度小于65mm)、低成本特性，提高用户体验。借由第一透镜至第五透镜均为塑料镜片，能大幅度减小产品重量，其镜片总质量小于16g。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一：
如图1所示，该实施例的光学目镜镜头，从像侧至物侧沿光轴I依序包括一光阑2、一第一透镜3、一第二透镜4、一第三透镜5、一第四透镜6、一第五透镜7和一保护玻璃8，所述第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7均具有屈光率，并分别包括一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面。
该光阑(aperture stop)2为一等效的光阑，实际应用中可不设置该部件的实体，该光阑2是设置在该第一透镜3朝向像侧的光轴I上，且位于该光学目镜镜头的出瞳(exitpupil)面位置。该保护玻璃8是设置在该第五透镜7朝向物侧的光轴I上，并靠近图像源显示屏100，通常为平板光学材料所制成，不影响本发明光学目镜镜头的焦距。
第一透镜3为正透镜，其具有非球面的像侧面31和物侧面32，其光学参数如表一所示，其非球面系数如表二所示。
第二透镜4为负透镜，其具有非球面的像侧面41和物侧面42，其光学参数如表一所示，其非球面系数如表二所示。
第三透镜5为正透镜，其具有非球面的像侧面51和物侧面52，其光学参数如表一所示，其非球面系数如表二所示。
第四透镜6为正透镜，其具有非球面的像侧面61和物侧面62，其光学参数如表一所示，其非球面系数如表二所示。
第五透镜7为负透镜，其具有非球面的像侧面71和物侧面72，其光学参数如表一所示，其非球面系数如表二所示。
表一、第一实施例的各个透镜光学参数数据
Figure BDA0001585780480000061
表二、第一实施例的非球面参数
面 K a2 a4 a6 a8 a10 a12
像侧面31 - 0 - - - - -
物侧面32 0.104 0 1.19E-05 -2.57E-09 -4.60E-10 -5.44E-13 2.52E-14
像侧面41 0.301 0 -1.28E-05 2.99E-08 -2.35E-10 8.43E-14 2.29E-14
物侧面42 2.015 0 -2.82E-05 3.93E-08 2.96E-10 -4.20E-13 -1.22E-15
像侧面51 1.796 0 2.14E-05 4.10E-10 1.26E-10 -1.03E-12 1.31E-16
物侧面52 4.110 0 -8.37E+00 3.20E-09 -2.28E-11 -1.52E-13 -1.03E-16
像侧面61 -1.006 0 -1.24E-05 -7.32E-08 -7.10E-10 -1.25E-11 7.06E-14
物侧面62 -8.976 0 -6.08E-05 5.54E-07 -8.64E-10 -3.31E-12 5.72E-15
像侧面71 4.265 0 1.48E-04 -6.03E-07 -2.01E-09 5.25E-11 -3.35E-13
物侧面72 1.011 0 6.40E-04 -1.28E-06 4.16E-08 -1.34E-09 7.31E-12
在该实施例中，第一透镜3和第二透镜4之间的空气间隙G12是0.16mm；第二透镜4和第三透镜5之间的空气间隙G23是0.15mm；第三透镜5和第四透镜6之间的空气间隙G34为0.15mm；第四透镜6和第五透镜7之间的空气间隙G45为0.18mm；第一透镜3到第五透镜7在光轴I上的所有空气间隙总和Gaa为0.64mm；光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm；光学目镜镜头的系统焦距f为20.90mm；第一透镜3至第三透镜5的组合焦距f13为39.59mm；第四透镜6和第五透镜7的组合焦距f45为59.57mm。
经过简单计算可知，EPP/f＝0.96，T1/Gaa＝12.47，T1/T2＝7.98，T2/G12＝6.25，T1/T4＝1.33，T4/T5＝1.23，f1/f＝1.48，f2/f＝-2.03，f3/f＝2.80，f4/f＝1.75，f5/f＝-2.78，f13/f＝1.89，f13/f45＝0.66。该实施例的光学目镜镜头均符合上述的所有条件限定式。
本实施例中，光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm，从而有效提升用户体验感；光阑2到图像源显示屏100在光轴I上的距离TTL即光学目镜镜头的长度为57.55mm，小于现有光学目镜镜头的65mm，相较于现有的光学目镜镜头，本发明的光学目镜镜头更薄型化，更符合市场需求的经济效益，且镜片材质均为塑料，能大幅度减小产品重量，其镜片总质量小于16g。
根据上述的光学目镜镜头，该实施例的头戴显示设备，包括一机壳，及安装于该机壳内一显示模块。该显示模块包括：至少一上述的光学目镜镜头和至少一图像源显示屏100，该图像源显示屏100设置于该光学目镜镜头的物侧，位于保护玻璃8的物侧的光轴I上，本实施例中，图像源显示屏100选用显示分辨率为FullHD(1920*1080)的0.7英寸OLED显示屏，与传统的微显示屏相比，所述OLED显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。
同时根据图2至图4可知，该光学目镜镜头具有较佳的消除球差和色像差的能力，能提供较佳的成像质量，表现出良好的光学性能。
实施例二：
如图5所示，本实施例的各个透镜结构与实施例一基本相同，不同之处在于，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数与实施例一不同，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数分别如表三和表四所示
表三、第二实施例的各个透镜光学参数数据
Figure BDA0001585780480000071
Figure BDA0001585780480000081
表四、第二实施例的非球面参数
面 K a2 a4 a6 a8 a10 a12
像侧面31 - 0 - - - - -
物侧面32 -0.109 0 -9.22E-06 2.82E-07 2.74E-10 5.01E-12 4.86E-14
像侧面41 -0.104 0 4.29E-05 -5.88E-08 8.06E-10 2.71E-12 5.45E-14
物侧面42 89.795 0 -4.16E-05 -5.05E-09 -2.04E-10 -8.13E-13 1.04E-14
像侧面51 -4.153 0 1.16E-05 -1.40E-07 3.91E-10 2.17E-13 1.91E-16
物侧面52 32.476 0 3.44E-06 1.12E-08 -1.04E-10 -5.99E-13 5.01E-15
像侧面61 -0.175 0 -8.59E-05 3.72E-07 -3.66E-10 -1.08E-11 -5.38E-14
物侧面62 13.487 0 5.31E-05 -6.41E-08 -1.45E-09 2.14E-11 -3.63E-14
像侧面71 - 0 2.73E-04 -1.07E-06 -1.52E-08 2.06E-10 -6.58E-13
物侧面72 -0.116 0 3.90E-04 -2.22E-06 1.24E-07 -1.75E-09 6.05E-12
在该实施例中，第一透镜3和第二透镜4之间的空气间隙G12是0.13mm；第二透镜4和第三透镜5之间的空气间隙G23是0.10mm；第三透镜5和第四透镜6之间的空气间隙G34为0.12mm；第四透镜6和第五透镜7之间的空气间隙G45为0.09mm；第一透镜3到第五透镜7在光轴I上的所有空气间隙总和Gaa为0.44mm；光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm；光学目镜镜头的系统焦距f为20.47mm；第一透镜3至第三透镜5的组合焦距f13为28.28mm；第四透镜6和第五透镜7的组合焦距f45为178.96mm。
经过简单计算可知，EPP/f＝0.98，T1/Gaa＝17.74，T1/T2＝6.46，T2/G12＝9.45，T1/T4＝1.33，T4/T5＝2.88，f1/f＝1.20，f2/f＝-1.24，f3/f＝1.44，f4/f＝1.28，f5/f＝-1.16，f13/f＝1.38，f13/f45＝0.16。该实施例的光学目镜镜头均符合上述的所有条件限定式。
本实施例中，光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm，从而有效提升体验感；光学目镜镜头的长度为54.97mm，小于现有光学目镜镜头的65mm，相较于现有的光学目镜镜头，本发明的光学目镜镜头更薄型化，更符合市场需求的经济效益，且镜片材质均为塑料，能大幅度减小产品重量，其镜片总质量小于16g。适用于显示分辨率为FullHD(1920*1080)的0.7英寸OLED显示屏，与传统的微显示屏相比，所述OLED显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。
同时根据图6至图8可知，该光学目镜镜头具有较佳的消除球差和色像差的能力，能提供较佳的成像质量，表现出良好的光学性能。
实施例三：
如图9所示，本实施例的各个透镜结构与实施例一基本相同，不同之处在于，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数与实施例一不同，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数分别如表五和表六所示
表五、第三实施例的各个透镜光学参数数据
Figure BDA0001585780480000091
表六、第三实施例的非球面参数
面 K a2 a4 a6 a8 a10 a12
像侧面31 - 0 - - - - -
物侧面32 0.077 0 2.30E-05 -3.17E-08 -4.52E-10 -1.79E-12 2.16E-14
像侧面41 0.383 0 -1.63E-05 3.46E-08 -2.88E-10 -4.31E-13 1.71E-14
物侧面42 5.337 0 -3.77E-05 2.68E-08 3.19E-10 -3.55E-13 7.95E-17
像侧面51 -0.154 0 8.27E-06 -8.07E-09 1.42E-10 -8.56E-13 4.86E-16
物侧面52 - 0 -1.15E-05 5.03E-09 -2.83E11 -2.32E-13 2.93E-16
像侧面61 -0.546 0 4.26E-07 1.70E-07 -1.01E-09 -1.36E-11 5.46E-14
物侧面62 -4.551 0 -9.69E-05 7.32E-07 -7.00E-10 -3.70E-12 6.84E-17
像侧面71 4.291 0 1.57E-04 -5.06E-07 -1.75E-09 5.24E-11 -3.40E-13
物侧面72 -5.851 0 6.30E-04 -2.63E-06 1.23E-07 -1.56E-09 5.93E-12
在该实施例中，第一透镜3和第二透镜4之间的空气间隙G12是0.32mm；第二透镜4和第三透镜5之间的空气间隙G23是0.14mm；第三透镜5和第四透镜6之间的空气间隙G34为0.14mm；第四透镜6和第五透镜7之间的空气间隙G45为0.17mm；第一透镜3到第五透镜7在光轴I上的所有空气间隙总和Gaa为0.77mm；光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为24.72mm；光学目镜镜头的系统焦距f为19.96mm；第一透镜3至第三透镜5的组合焦距f13为28.28mm；第四透镜6和第五透镜7的组合焦距f45为178.96mm。
经过简单计算可知，EPP/f＝1.24，T1/Gaa＝11.51，T1/T2＝9.02，T2/G12＝3.10，T1/T4＝1.10，T4/T5＝3.34，f1/f＝1.67，f2/f＝-2.47，f3/f＝3.03，f4/f＝2.18，f5/f＝-39.47，f13/f＝1.42，f13/f45＝0.16。该实施例的光学目镜镜头均符合上述的所有条件限定式。
本实施例中，光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为24.72mm，从而有效提升体验感；光学目镜镜头的长度为63.06mm，小于现有光学目镜镜头的65mm，相较于现有的光学目镜镜头，本发明的光学目镜镜头更薄型化，更符合市场需求的经济效益，且镜片材质均为塑料，能大幅度减小产品重量，其镜片总质量小于16g。适用于显示分辨率为Full HD(1920*1080)的0.7英寸OLED显示屏，与传统的微显示屏相比，所述OLED显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。
同时根据图10至图12可知，该光学目镜镜头具有较佳的消除球差和色像差的能力，能提供较佳的成像质量，表现出良好的光学性能。
实施例四：
如图13所示，本实施例的各个透镜结构与实施例一基本相同，不同之处在于，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数与实施例一不同，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数分别如表七和表八所示
表七、第四实施例的各个透镜光学参数数据
Figure BDA0001585780480000101
表八、第四实施例的非球面参数
面 K a2 a4 a6 a8 a10 a12
像侧面31 - 0 - - - - -
物侧面32 0.046 0 6.95E-06 6.48E-08 9.09E-10 -9.65E-12 3.68E-14
像侧面41 0.843 0 1.48E-05 -6.43E-08 -3.08E-10 8.92E-12 8.69E-15
物侧面42 6.701 0 -3.65E-05 1.19E-07 6.43E-11 3.78E-14 6.66E-15
像侧面51 43.545 0 2.75E-05 -1.42E-08 3.49E-11 -9.23E-13 -1.79E-15
物侧面52 - 0 -7.14E-06 -1.74E-08 -8.58E-11 7.94E-13 -3.62E-15
像侧面61 -0.461 0 -8.81E-05 1.92E-07 -7.84E-10 -1.67E-11 4.87E-14
物侧面62 232.380 0 -1.39E-05 7.73E-07 -2.38E-09 -1.32E-11 9.36E-14
像侧面71 252.668 0 2.44E-04 -4.67E-07 -2.89E-09 5.04E-11 -2.29E-13
物侧面72 -9.045 0 6.46E-04 -1.74E-06 9.78E-08 -1.40E-09 5.09E-12
在该实施例中，第一透镜3和第二透镜4之间的空气间隙G12是1.48mm；第二透镜4和第三透镜5之间的空气间隙G23是0.14mm；第三透镜5和第四透镜6之间的空气间隙G34为0.15mm；第四透镜6和第五透镜7之间的空气间隙G45为0.15mm；第一透镜3到第五透镜7在光轴I上的所有空气间隙总和Gaa为1.92mm；光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm；光学目镜镜头的系统焦距f为20.11mm；第一透镜3至第三透镜5的组合焦距f13为47.47mm；第四透镜6和第五透镜7的组合焦距f45为40.11mm。
经过简单计算可知，EPP/f＝0.99，T1/Gaa＝2.51，T1/T2＝4.83，T2/G12＝0.67，T1/T4＝0.60，T4/T5＝2.85，f1/f＝2.23，f2/f＝-2.76，f3/f＝2.77，f4/f＝1.03，f5/f＝-1.36，f13/f＝2.36，f13/f45＝1.18。该实施例的光学目镜镜头均符合上述的所有条件限定式。
本实施例中，光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm，从而有效提升体验感；光学目镜镜头的长度为56.90mm，小于现有光学目镜镜头的65mm，相较于现有的光学目镜镜头，本发明的光学目镜镜头更薄型化，更符合市场需求的经济效益，且镜片材质均为塑料，能大幅度减小产品重量，其镜片总质量小于16g。适用于显示分辨率为FullHD(1920*1080)的0.7英寸OLED显示屏，与传统的微显示屏相比，所述OLED显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。
同时根据图14至图16可知，该光学目镜镜头具有较佳的消除球差和色像差的能力，能提供较佳的成像质量，表现出良好的光学性能。
实施例五：
如图17所示，本实施例的各个透镜结构与实施例一基本相同，不同之处在于，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数与实施例一不同，该实施例的各透镜的光学参数和非球面系数分别如表九和表十所示
表九、第五实施例的各个透镜光学参数数据
Figure BDA0001585780480000121
表十、第五实施例的非球面参数
Figure BDA0001585780480000122
在该实施例中，第一透镜3和第二透镜4之间的空气间隙G12是0.15mm；第二透镜4和第三透镜5之间的空气间隙G23是0.15mm；第三透镜5和第四透镜6之间的空气间隙G34为0.15mm；第四透镜6和第五透镜7之间的空气间隙G45为0.15mm；第一透镜3到第五透镜7在光轴I上的所有空气间隙总和Gaa为0.60mm；光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm；光学目镜镜头的系统焦距f为20.08mm；第一透镜3至第三透镜5的组合焦距f13为55.27mm；第四透镜6和第五透镜7的组合焦距f45为35.44mm。
经过简单计算可知，EPP/f＝1.00，T1/Gaa＝13.38，T1/T2＝8.07，T2/G12＝6.72，T1/T4＝0.95，T4/T5＝2.58，f1/f＝1.84，f2/f＝-2.89，f3/f＝5.84，f4/f＝1.02，f5/f＝-1.50，f13/f＝2.75，f13/f45＝1.56。该实施例的光学目镜镜头均符合上述的所有条件限定式。
本实施例中，光阑2到第一透镜3的像侧面31在光轴I上的距离EPP为20mm，从而有效提升体验感；光学目镜镜头的长度为54.81mm，小于现有光学目镜镜头的65mm，相较于现有的光学目镜镜头，本发明的光学目镜镜头更薄型化，更符合市场需求的经济效益，且镜片材质均为塑料，能大幅度减小产品重量，其镜片总质量小于16g。适用于显示分辨率为FullHD(1920*1080)的0.7英寸OLED显示屏，与传统的微显示屏相比，所述OLED显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。
同时根据图18至图20可知，该光学目镜镜头具有较佳的消除球差和色像差的能力，能提供较佳的成像质量，表现出良好的光学性能。
综上可知，本发明的上述多个实施例的头戴式显示设备与其光学目镜镜头，采用塑料材质的透镜，通过对各个透镜的正负透镜选择和排列，并对其光学参数进行选择与相互搭配，使其在保有良好的光学性能，保证成像质量优良的同时，并具有薄型轻巧、低成本特性，提高用户体验。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种头戴显示设备，包括
一机壳，及
一显示模块，安装于该机壳内，包括：
至少一光学目镜镜头，
至少一图像源显示屏，设置于所述光学目镜镜头的物侧；
其特征在于，所述光学目镜镜头由从像侧至物侧沿光轴依序设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜组成，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜满足以下要求：
Nd1≥1.54，Nd2≥1.59，Nd3≥1.54，Nd4≥1.54，Nd5≥1.59；
Vd1<56.2，Vd2<30，Vd3<56.2，Vd4<56.2，Vd5<30；
1.20≤f1/f<2.35；
-2.90<f2/f≤-1.24；
1.40<f3/f<5.85；
1.00<f4/f<2.20；
-39.50<f5/f<-1.15；
1.35<f13/f≤2.75；
0.15<f13/f45≤1.56；
0.95≤EPP/f≤1.25；
其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜在d线的折射率，Vd1、Vd2、Vd3、Vd4、Vd5分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜在d线的色散系数，f1、f2、f3、f4、f5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距，f为系统焦距，f13为第一透镜、第二透镜及第三透镜的组合焦距，f45为第四透镜和第五透镜的组合焦距，EPP为第一透镜像侧面至出瞳面在光轴上的距离；
光阑到第一透镜的像侧面在光轴上的距离为20mm；
所述第二透镜在光轴上的厚度为T2，所述第一透镜和第二透镜在光轴上的空气间隙为G12，并还满足关系式：0.65<T2/G12≤9.45；
该第一透镜至第五透镜均为塑料材质制成且均为非球面透镜，其非球面表达式为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，Y为非球面曲线上的点与光轴的距离；Z为非球面的深度，即：非球面上距离光轴为Y的点与相切于非球面光轴上顶点的切面两者间的垂直距离；R为透镜表面的曲率半径；K为锥面系数；a2i为第2i阶非球面系数。
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