CN114545617B

CN114545617B - 一种大口径长出瞳距长后截距目镜

Info

Publication number: CN114545617B
Application number: CN202111661115.1A
Authority: CN
Inventors: 孔祥东; 肖维军; 刘辉; 徐奇锋
Original assignee: Fujian Forecam Optics Co Ltd
Current assignee: Fujian Forecam Optics Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114545617A

Abstract

本发明涉及一种大口径长出瞳距长后截距目镜，其光学系统结构由两片非球面镜片和两片球面镜片构成，其光学系统沿着出瞳到像面依次有：弯月非球面正透镜A、双凸非球面正透镜B、双凸正透镜C和双凹负透镜D构成的胶合组；平行平板位于IMA像面之前。此光学系统具有较大眼动范围，且出瞳距长，可以保证颠簸状态下的用户体验，同时具有较长的后截距，可以满足特定的安装要求，该目镜可搭配0.55英寸的显示屏使用。

Description

一种大口径长出瞳距长后截距目镜

技术领域：

本发明涉及一种大口径长出瞳距长后截距目镜。

背景技术：

目镜最初用于显微镜、望远镜，经过多年的发展，畸变、视场角、出瞳距等参数逐步提升，像质也有较大进步；以往的用法通常是对物镜产生的虚像面成像，后来出现了用于观察显示屏的用途，无需考虑前后组光线衔接问题，但是目前市场上大多数目镜的出瞳口径较小，在一些比较颠簸的场景中会出现人眼偏离出瞳范围的情况，导致视觉效果变差；同时颠簸的环境也要求出瞳距要留出一定的安全距离防止撞伤人眼；此外一般目镜的后截距设计值在6mm以下，当结构有特殊换装要求时往往会产生干涉。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种大口径长出瞳距长后截距目镜，该大口径长出瞳距长后截距目镜设计合理，能够解决目镜出瞳直径小，出瞳距短，后截距短等问题。

本发明大口径长出瞳距长后截距目镜，其特征在于：所述镜头的光学系统结构由两片非球面镜片和两片球面镜片构成，其光学系统沿着出瞳到像面依次是弯月非球面正透镜A、双凸非球面正透镜B、双凸正透镜C和双凹负透镜D构成的胶合组；镜头的平行平板位于IMA像面之前，镜头光学结构的具体性能参数为：

（1）焦距：EFFL=18mm；

（2）入瞳直径：6mm，允许的眼动范围±5mm；

（3）视场角：2w≥30.8°；

（4）光学畸变：＜-2%；

（5）成像圆直径大于Ф9.7；

（6）工作光谱范围：420nm～680nm；

（7）光学总长TTL≤40mm，出瞳距≥20mm，光学后截距≥9.7mm；

（8）目镜镜头适用于0.55英寸显示屏。

进一步的，上述镜头各镜片从左至右的间距如下：弯月正透镜A与双凸正透镜B之间的空气间隔为1.98mm；双凸正透镜B与胶合组中双凸正透镜C的空气间隔为0.1mm。

进一步的，设定镜头焦距为f，从像面至物面的光学镜片焦距依次为f1、f2、f3和f4；镜头焦距与各镜片焦距有如下的关系：6<f1/f<7.5；1<f2/f<1.9；0.6<f3/f<1.5；-1.6<f4/f<-0.6。

进一步的，具体镜片参数表：

本实施例中，各非球面面型Z由以下公式限定：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高； c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上述具体镜片参数表中曲率半径R的倒数)；k 为圆锥常数；A、B、C、D均为高次项系数；下面示出可用于本实施例中各非球面透镜表面的圆锥常数k以及高次项系数A、B、C、D；

上述参数数值：

相比其它镜头，该镜头的具备的优势有：

a)通光口径极大，相比于常规的4~6mm出瞳直径，实现了±5mm的眼动范围，从而保证人眼偏离中轴时的成像质量；

b)出瞳距长，有效防止撞伤人眼；

c)通过参数及材料的调整，构成曲率平滑的非球面，保证了非球面的加工性能，提升了非球面面型的生产良率；

d)后截距大于0.5f，相比于常规的5mm左右的出瞳距，有效增加了后续安装空间，为拆卸换装的实现提供了可能。

附图说明：

图1是本发明光学结构图；

图2是离焦MTF曲线图；

图3是畸变曲线图；

图4是场曲和像散图；

图5是垂轴色差图；

图6是出瞳偏移±5mm时的光路图；

图7是出瞳偏移±5mm时的离焦MTF图。

具体实施方式：

（1）焦距：EFFL=18mm；

（2）入瞳直径：6mm，允许的眼动范围±5mm；

（3）视场角：2w≥30.8°；

（4）光学畸变：＜-2%；

（5）成像圆直径大于Ф9.7；

（6）工作光谱范围：420nm～680nm；

（7）光学总长TTL≤40mm，出瞳距≥20mm，光学后截距≥9.7mm；

（8）目镜镜头适用于0.55英寸显示屏。

上述镜头各镜片从左至右的间距如下：弯月正透镜A与双凸正透镜B之间的空气间隔为2.43mm；双凸正透镜B与胶合组中双凸正透镜C的空气间隔为0.1mm。

如图1所示，该大口径长出瞳距长后截距目镜由由两片球面和两片非球面组成，由四片式目镜演化而来，长出瞳距带来的轴外光线高度增加会造成轴外像差极度增高，首片非球面可以有效抵消这部分像差，并且为畸变的校正提供铺垫；第二片非球面主要是出于尺寸限制因素，在场曲亟需校正的情况下，后组胶合片的负光焦度会大幅度增加，第二片作为光焦度的主要承担部分，正光焦度也会极度增大，其口径会成为整个镜头中最大的部分，但是作为目镜出于轻小型考虑，一般会尽量将整体口径做小，第二片非球面便是由此产生；第三片和第四片组成的胶合片主要用于校正色差，同时由于后截距较长的原因，最后一个表面的通光口径会比较大，因而不能R值太小，同时要负担较大的负光焦度，在此矛盾前提下必须选择折射率较高的材料。整个系统通过合理的光焦度分配，能得到较好的像差平衡，使整个镜头敏感度下降。

设定镜头焦距为f，从像面至物面的光学镜片焦距依次为f1、f2、f3和f4；镜头焦距与各镜片焦距有如下的关系：6<f1/f<7.5；1<f2/f<1.9；0.6<f3/f<1.5；-1.6<f4/f<-0.6。

进一步的，具体镜片参数表：

本实施例中，各非球面面型Z由以下公式限定：

上述参数数值：

Nd是透镜材料的d光折射率； Vd是透镜材料的d光阿贝常数。

相比其它镜头，该镜头的具备的优势有：

b)出瞳距长，有效防止撞伤人眼；

从图4可以看出，该镜头的场曲和像散在1个视度以内，可以为人眼所接受，图5可知垂轴色差在较小的范围内，不会出现明显的色边，图二中各个视场的MTF峰值较高，体现出色球差以及慧差受到了良好的控制，在人眼偏移的情况下的成像效果如图6所示子午像质有所下降但保持了可用的MTF，像散场曲数值则没有明显变化，综上所述，该镜头在满足长出瞳距长后截距的外部条件下，依然保持了较好的成像效果。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种大口径长出瞳距长后截距目镜，其特征在于：所述目镜镜头的光学系统结构由两片非球面镜片和两片球面镜片构成，其光学系统沿着出瞳到像面依次是弯月非球面正透镜A、双凸非球面正透镜B、双凸正透镜C和双凹负透镜D构成的胶合组；镜头的平行平板位于IMA像面之前，镜头光学结构的具体性能参数为：

（1）焦距：EFFL=18mm；

（2）入瞳直径：6mm，允许的眼动范围±5mm；

（3）视场角：2w≥30.8°；

（4）光学畸变：＜-2%；

（5）成像圆直径大于Ф9.7；

（6）工作光谱范围：420nm～680nm；

（7）光学总长TTL≤40mm，出瞳距≥20mm，光学后截距≥9.7mm；

（8）目镜镜头适用于0.55英寸显示屏。

2.根据权利要求1所述的大口径长出瞳距长后截距目镜，其特征在于：所述镜头各镜片从左至右的间距如下：弯月正透镜A与双凸正透镜B之间的空气间隔为2.43mm；双凸正透镜B与胶合组中双凸正透镜C的空气间隔为0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的大口径长出瞳距长后截距目镜，其特征在于：

具体镜片参数表：

各非球面面型Z由以下公式限定：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高； c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上述具体镜片参数表中曲率半径R的倒数)；k 为圆锥常数；A、B、C、D均为高次项系数；下面示出各非球面透镜表面的圆锥常数k以及高次项系数A、B、C、D；

上述参数数值：

。/>