CN108398778A - 头戴式可视设备的长出瞳距目镜 - Google Patents

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寿志豪
盛亚茗
尚洁阳
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Abstract

一种头戴式可视设备的长出瞳距目镜，从目侧到成像侧依次包括：光阑、具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群和具有正光焦度的第三透镜群；第二透镜群包括：一枚正光焦度的透镜和一枚负光焦度的透镜组成的胶合镜片。本发明具有长度长于30mm的出瞳距，该目镜使用全玻璃材料，拥有极高的可靠性，可在各种苛刻的环境条件下使用，如高温、高湿、低温地区等；该目镜具有足够短的焦距，使得放大率大于市面上已有产品；该目镜具有较大的视场角，能支持更大的显示屏，使得观察范围更广、可观察的细节更多。

Description

头戴式可视设备的长出瞳距目镜
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种头戴式可视设备的长出瞳距目镜。
背景技术
头戴式可视设备主要分为显示器件、光学系统和结构连接件，其中光学系统决定了整个显示器的成像质量和视场大小。现有技术中的光学系统往往有出瞳距短、焦距长和可靠性差的缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种头戴式可视设备的长出瞳距目镜，采用全玻璃材料，拥有极高的可靠性，可以在各种条件苛刻的环境下使用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明从目侧到显示器件侧依次包括：光阑、具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群和具有正光焦度的第三透镜群。
所述的第一透镜群依次包括：具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜。
所述的第二透镜群包括：一枚正光焦度的透镜和一枚负光焦度的透镜组成的胶合镜片。
所述的第三透镜群包括一枚具有正光焦度的非球面透镜。
所述的第三透镜群后设有保护玻璃CG。
所述的透镜均为玻璃制成。
所述的长出瞳距目镜满足：且其中：Dep为目镜的出瞳距离，2ω为系统的物方视场角，fw为目镜总焦距，f34为第二透镜群的组合焦距，f5为非球面透镜的焦距。
所述的第一透镜群中的第一透镜和第二透镜可组成胶合镜片该胶合镜片的焦距与目镜的总焦距的比值为(1.8,2.5)。
所述的长出瞳距目镜的结构进一步优选满足：
所述的第二透镜群的组合焦距与目镜的总焦距的比值的绝对值进一步优选为(3.5,6)。
所述的非球面透镜的焦距与目镜的总焦距的比值进一步优选为(0.5,1)。
所述的第一透镜的折射率大于1.8；所述的第二透镜的阿贝数大于30；所述的第三透镜的阿贝数大于30；所述的第四透镜的折射率大于1.8；所述的非球面透镜的阿贝数大于30。
所述的目镜的出瞳距离与目镜的总焦距的比值小于等于1.82。
本发明进一步涉及一种头盔显示器，其包括用于放大微型显示器上的图像的上述长出瞳距目镜，通过人眼成像，人眼位于光阑处观察。
所述的微型显示器的对角线长小于等于0.61英寸。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有长度长于30mm的出瞳距，该目镜使用全玻璃材料，拥有极高的可靠性，可在各种苛刻的环境条件下使用，如高温、高湿、低温地区等；该目镜具有足够短的焦距，使得放大率大于市面上已有产品；该目镜具有较大的视场角，能支持更大的显示屏，使得观察范围更广、可观察的细节更多。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1的各像差图；
图3为实施例2的结构示意图；
图4为实施例2的各像差图；
图5为实施例3的结构示意图；
图6为实施例3的各像差图；
图中：光阑STP、第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三透镜群G3、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、保护玻璃CG、前透镜L41、后透镜L42。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例从目侧到成像侧依次包括：光阑STP、具有正光焦度的第一透镜群G1、具有负光焦度的第二透镜群G2和具有正光焦度的第三透镜群G3。
所述的第一透镜群G1包括一枚具有负光焦度的第一透镜L1和一枚具有正光焦度的第二透镜L2组成的胶合镜片。
所述的第二透镜群G2包括一枚具有正光焦度的第三透镜L3和一枚具有负光焦度的第四透镜L4组成的胶合镜片。
所述的第三透镜群G3包括一枚具有正光焦度的非球面透镜L5。
所述的第三透镜群G3后设有保护玻璃CG。
所述的第一透镜群G1至第三透镜群G3均为玻璃材质。
所述的第一透镜群G1和第二透镜群G2的凹面均朝向目侧。
本实施例目镜的有效焦距为16.6mm，出瞳距离为30.3mm，出瞳直径为5mm，视场角2ω＝49.3°。
表1本实施的光学结构参数
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
光阑 球面 无限 30.3
2 球面 28 1.7 1.95 17.9
3 球面 22.95 8.1 1.83 42.7
4 球面 -542.3 0.1
5 球面 20.43 7.81 1.91 35.2
6 球面 65.74 1.6 1.95 17.9
7 球面 9.1 1.67
8 非球面 12.66 6.1 1.74 48.9
9 非球面 -52.85 3.23
10 球面 无限 0.7 1.52 64.1
11 球面 无限 0
像面 球面 无限 0
其中第一透镜L1的第二表面为第二透镜L2的第一表面，第三透镜L3的第二表面为第四透镜L4的第一表面。
表2本实施例镜头非球面系数
表面序号 K A4 A6 A8 A10
8 -0.7522 -5.11E-05 2.43E-05 -6.58E-09 -9.67E-10
9 -99 -2.00E-04 1.55E-05 -3.14E-07 8.03E-10
如图2所示，为本实施例的目镜相对于d线λ＝587.56nm的各像差图；像散图中的S、M分别表示弧矢像面、子午像面对应的像差。
实施例2
如图3所示，与实施例1相比，本实施例的第一透镜群G1包括独立的第一透镜L1和第二透镜L2。
本实施例目镜的有效焦距为17mm，出瞳距离为30mm，出瞳直径为5mm，视场角2ω＝47.4°。
表3本实施的光学结构参数
其中第三透镜L3的第二表面为第四透镜L4的第一表面。
表4本实施例镜头非球面系数
表面序号 K A4 A6 A8 A10
9 -2.56E+00 -6.88E-04 -7.47E-06 8.73E-08 -1.01E-09
10 -4.43E+05 1.49E-03 -2.14E-05 7.10E-09 8.17E-10
如图4所示，为本实施例的目镜相对于d线λ＝587.56nm的各像差图；像散图中的S、M分别表示弧矢像面、子午像面对应的像差。
实施例3
如图5所示，与实施例1相比，本实施例的第二透镜群G2依次包括：具有正光焦度的第三透镜L3和具有负光焦度的第四透镜L4。
所述的第四透镜L4包括一枚胶合镜片，包括：前透镜L41和后透镜L42。
本实施例目镜的有效焦距为16.6mm，出瞳距离为30.3mm，出瞳直径为5mm，视场角2ω＝48.4°。
表5本实施的光学结构参数
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
光阑 球面 无限 30.3
2 球面 35.03 1.5 1.8 20.8
3 球面 26.33 5.52 1.77 49.6
4 球面 315.23 0.1
5 球面 26 3.19 1.88 37.5
6 球面 47.15 0.1
7 非球面 18 8 1.91 35.2
8 球面 5136.71 2.5 1.93 18.1
9 非球面 9.28 1.98
10 非球面 26.48 3.08 1.77 49.6
11 非球面 -13.43 3.68
12 球面 无限 0.7 1.52 64.1
像面 球面 无限 0
其中第一透镜L1的第二表面为第二透镜L2的第一表面，第四透镜L4的前透镜L41的第二表面为后透镜L42的第一表面。
表6本实施例镜头非球面系数
表面序号 K A4 A6 A8 A10
7 1.48E-01 -2.45E-05 -2.05E-09 2.64E-10 -7.32E-13
9 0.00E+00 -1.78E-05 -1.64E-06 -7.56E-09 6.96E-11
10 7.29E+00 3.57E-04 2.11E-07 -1.23E-08 -3.80E-10
11 -1.75E+01 2.10E-04 1.29E-05 -2.52E-07 1.41E-09
如图6所示，为本实施例的目镜相对于d线λ＝587.56nm的各像差图；像散图中的S、M分别表示弧矢像面、子午像面对应的像差。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征在于，从目侧到成像侧依次包括：光阑、具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群和具有正光焦度的第三透镜群；
所述的第二透镜群包括：一枚正光焦度的透镜和一枚负光焦度的透镜组成的胶合镜片。
2.根据权利要求1所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的第一透镜群依次包括：具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜。
3.根据权利要求1所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的第三透镜群为一枚具有正光焦度的非球面透镜。
4.根据权利要求1所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的第二透镜群包括：一枚正光焦度的透镜和所述胶合镜片。
5.根据权利要求1所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的第一透镜群中的第一透镜和第二透镜组成胶合镜片，该胶合镜片的焦距与目镜的总焦距的比值为(1.8,2.5)。
6.根据上述任一权利要求所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的长出瞳距目镜满足：且其中：Dep为目镜的出瞳距离，2ω为系统的物方视场角，fw为目镜总焦距，f34为第二透镜群的组合焦距，f5为非球面透镜的焦距。
7.根据权利要求1或4或6所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的第二透镜群的组合焦距与目镜的总焦距的比值的绝对值为(3.5,6)。
8.根据上述任一权利要求所述的头戴式可视设备的长出瞳距目镜，其特征是，所述的目镜的出瞳距离与目镜的总焦距的比值小于等于1.82。
9.一种头盔显示器，其特征在于，包括用于放大微型显示器上的图像的上述长出瞳距目镜，通过人眼成像，人眼位于光阑处观察。
10.根据权利要求9所述的头盔显示器，其特征是，所述的微型显示器的对角线长小于等于0.61英寸。
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