CN208506366U

CN208506366U - 一种光学目镜系统

Info

Publication number: CN208506366U
Application number: CN201821191764.3U
Authority: CN
Inventors: 曾繁胜
Original assignee: Zhongshan Mavinlens Optical Co Ltd
Current assignee: Zhongshan Mavinlens Optical Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2028-07-25

Abstract

本实用新型公开了一种光学目镜系统，包括正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜，所述第一透镜与第二透镜的凸面均朝向显示屏端，第一透镜靠近入瞳，第三透镜靠近显示屏端，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜共光轴依次排列，第一透镜贴近第二透镜，并且第一透镜和第二透镜具有完全一样的光学参数。在当前光学系统中，第一透镜与第二透镜的作用在于会聚成像光路，实现大视场角；第三透镜用于缩短光线追迹路程、补偿色散、校正场曲和畸变，实现更高的光学分辨率，在缩短系统长度的条件下，仍能保有良好的成像质量与大的视场角，此设计视场角大于60°，全画幅清晰且接近无畸变。

Description

一种光学目镜系统

技术领域

本实用新型涉及光学镜片领域，特别是一种小畸变、低成本的光学目镜系统。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality,VR)是利用计算机技术仿真产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉等感官仿真，让使用者感觉身临其境。目前现有的VR装置都是以视觉体验为主，藉由对应左右眼的两个视角略有差异的分割画面来模拟人眼的视差，以达到立体视角。为了缩小虚拟现实装置的体积，让用户藉由较小的显示画面得到放大的视觉感受，具有放大功能的目镜光学系统成了VR研究发展的其中一个主题。

近年来，随着VR、AR头戴显示设备重新回归资本和消费市场，与其相关的硬件、软件开发技术也日趋成熟。光学目镜系统作为硬件端最能直观反映设备性能的结构，其技术的先进性直接决定了消费者的体验感受。目前，国际上Oculus、HTC、三星连续推出了多款VR的大视场角眼镜，国内的3Glass、暴风、乐相、蚁视紧随其后。但上述提到的所有VR眼镜基本采用了相同的光学目镜方案，即单片非球面或者单片菲涅尔透镜。无论是单片非球面或者更先进的单片菲涅尔透镜都会存在边缘视场模糊、色散、畸变严重，影像过于贴近人眼的问题。虽然VR设备上普遍通过优化硬件底层并结合各种算法对上述问题进行了矫正，但矫正方案不仅增加了硬件底层的设计复杂程度，而且对光学效果的改善有限，而且随着4K分辨率高清显示屏的推出，对头戴显示设备的目镜系统提出了更高的光学分辨率要求。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种小畸变、低成本的光学目镜系统。

本实用新型采用的技术方案是：

一种光学目镜系统，包括正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜，所述第一透镜与第二透镜的凸面均朝向显示屏端，第一透镜靠近入瞳，第三透镜靠近显示屏端，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜共光轴依次排列，第一透镜贴近第二透镜，并且第一透镜和第二透镜具有完全一样的光学参数。

所述第一透镜与第二透镜的材料均为光学级PMMA。

所述第三透镜的的材料为光学级PC。

该光学目镜系统的焦距f为63mm，视场角为61°，出瞳直径为6mm，出瞳距离为15mm，光学总长TTL为66mm。所述第一透镜的焦距f1满足1.05<f1/f<1.6，第二透镜的焦距f2满足1.05<f2/f<1.6，第三透镜的焦距f3满足-1<f3/f<-0.5。

所述第二透镜和第三透镜间在光轴上的空气间隙为T23，第一透镜的中心厚度T1满足0.1<T1/T23<0.3，第二透镜的中心厚度T2满足0.1<T2/T23<0.3。

所述第一透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为-737.593mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为-38.884mm；第二透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为-737.593mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为-38.884mm；第三透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为-24.698mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为-196.038mm。

本实用新型的有益效果：

在当前光学系统中，第一透镜与第二透镜的作用在于会聚成像光路，实现大视场角；第三透镜用于缩短光线追迹路程、补偿色散、校正场曲和畸变，实现更高的光学分辨率，在缩短系统长度的条件下，仍能保有良好的成像质量与大的视场角，此设计视场角大于60°，全画幅清晰且接近无畸变。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的轴上球差示意图；

图3为本实用新型的垂轴色差示意图；

图4为本实用新型的点列图示意图；

图5为本实用新型的相对照度示意图；

图6为本实用新型的场曲和畸变示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种光学目镜系统，包括正光焦度的第一透镜1、正光焦度的第二透镜2、负光焦度的第三透镜3，所述第一透镜1与第二透镜2的凸面均朝向显示屏端5，第一透镜1靠近入瞳4，第三透镜3靠近显示屏端5，所述第一透镜1、第二透镜2以及第三透镜3共光轴依次排列，第一透镜1贴近第二透镜2并且第一透镜1和第二透镜2具有完全一样的光学参数。在当前光学系统中，第一透镜1与第二透镜2的作用在于会聚成像光路，实现大视场角；第三透镜3用于缩短光线追迹路程、补偿色散、校正场曲和畸变；第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3均采用非球面，用于校正大孔径和大视场角带来的各种像差，实现更高的光学分辨率，在缩短系统长度的条件下，仍能保有良好的成像质量与大的视场角，此设计视场角大于60°，全画幅清晰且接近无畸变。

所述第一透镜1与第二透镜2的材料均为光学级PMMA。

所述第三透镜3的的材料为光学级PC。

表一：

参考表一，该光学目镜系统的焦距f为63mm，视场角为61°，出瞳直径为6mm，出瞳距离为15mm，光学总长TTL为66mm。所述第一透镜1的焦距f1满足1.05<f1/f<1.6，第二透镜2的焦距f2满足1.05<f2/f<1.6，第三透镜3的焦距f3满足-1<f3/f<-0.5。

所述第二透镜2和第三透镜3间在光轴上的空气间隙为T23，第一透镜1的中心厚度T1满足0.1<T1/T23<0.3，第二透镜2的中心厚度T2满足0.1<T2/T23<0.3。在本实用新型中，T1跟T2均为4.16mm，T23为25.278mm。

所述第一透镜1朝向入瞳4的一面的曲率半径为-737.593mm，朝向显示屏端5的一面的曲率半径为-38.884mm；第二透镜2朝向入瞳4的一面的曲率半径为-737.593mm，朝向显示屏端5的一面的曲率半径为-38.884mm；第三透镜3朝向入瞳4的一面的曲率半径为-24.698mm，朝向显示屏端5的一面的曲率半径为-196.038mm。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光学目镜系统，其特征在于:包括正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜，所述第一透镜与第二透镜的凸面均朝向显示屏端，第一透镜靠近入瞳，第三透镜靠近显示屏端，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜共光轴依次排列，第一透镜贴近第二透镜，并且第一透镜和第二透镜具有完全一样的光学参数。

2.根据权利要求1所述的一种光学目镜系统，其特征在于：所述第一透镜与第二透镜的材料均为光学级PMMA。

3.根据权利要求1所述的一种光学目镜系统，其特征在于：所述第三透镜的材料为光学级PC。

4.根据权利要求1所述的一种光学目镜系统，其特征在于：该光学目镜系统的焦距f为63mm，视场角为61°，出瞳直径为6mm，出瞳距离为15mm，光学总长TTL为66mm。

5.根据权利要求4所述的一种光学目镜系统，其特征在于：所述第一透镜的焦距f1满足1.05<f1/f<1.6，第二透镜的焦距f2满足1.05<f2/f<1.6，第三透镜的焦距f3满足-1<f3/f<-0.5。

6.根据权利要求1所述的一种光学目镜系统，其特征在于：所述第二透镜和第三透镜间在光轴上的空气间隙为T23，第一透镜的中心厚度T1满足0.1<T1/T23<0.3，第二透镜的中心厚度T2满足0.1<T2/T23<0.3。

7.根据权利要求1所述的一种光学目镜系统，其特征在于：所述第一透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为-737.593mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为-38.884mm；第二透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为-737.593mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为-38.884mm；第三透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为-24.698mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为-196.038mm。