CN211014843U - 一种光学目镜系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光学目镜系统，该光学目镜系统沿光轴依次设置有入瞳、第一透镜、第二透镜、第三透镜和显示屏端，第一透镜和第二透镜具有完全相同的光学参数；该光学目镜系统的光学总长为75mm，视场角大于60°；第一透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为‑139.665mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为‑32.038mm；第二透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为‑139.665mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为‑32.038mm；第三透镜朝向入瞳的一面的曲率半径为‑31.240mm，朝向显示屏端的一面的曲率半径为1213.100mm；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，不仅提高了光学分辨率，从而使得画幅清晰，而且大的视场角，接近无畸变。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学镜片领域，特别是一种光学目镜系统。
背景技术
虚拟现实(VirtualReality，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，以达到立体视角的效果，为了缩小虚拟现实装置的体积，让用户从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；另外，现有的光学目镜系统之半眼视视角较小，让观察者感觉到视觉狭窄、分辨率低且像差严重到显示画面要进行像差补偿，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种成本低、画面清晰且接近无畸变的光学目镜系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种光学目镜系统，该光学目镜系统沿光轴依次设置有入瞳、第一透镜、第二透镜、第三透镜和显示屏端，所述第一透镜和第二透镜具有完全相同的光学参数；该光学目镜系统的光学总长为75mm，视场角大于60°；所述第一透镜朝向所述入瞳的一面的曲率半径为-139.665mm，朝向所述显示屏端的一面的曲率半径为-32.038mm；所述第二透镜朝向所述入瞳的一面的曲率半径为-139.665mm，朝向所述显示屏端的一面的曲率半径为-32.038mm；所述第三透镜朝向所述入瞳的一面的曲率半径为-31.240mm，朝向所述显示屏端的一面的曲率半径为1213.100mm。
该光学目镜系统的视场角为62°，出瞳直径为6mm，出瞳距离为15mm，焦距为63mm。
所述第一透镜、第二透镜和第三透镜分别满足：1.05<f1/f<1.6，1.05<f2/f<1.6，-1<f3/f<-0.5，其中，f为该光学目镜系统的有效焦距，f1为所述第一透镜的有效焦距，所述f2为所述第二透镜的有效焦距，所述f3为所述第三透镜的有效焦距。
所述第一透镜和第二透镜均满足：0.1<T1/T23<0.3，0.1<T2/T23<0.3，其中，T1为所述第一透镜的中心厚度，T2为所述第二透镜的中心厚度，T23为所述第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隙。
所述第一透镜贴近第二透镜，所述第一透镜和第二透镜均为正的光焦度的弯月型透镜，所述第一透镜和第二透镜的凸面均朝向显示屏端；所述第三透镜为负的光焦度的弯月型透镜。
所述第一透镜和第二透镜使用的材料均为光学级PMMA。
所述第三透镜使用的材料为光学级PC。
本实用新型的有益效果是：本实用新型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，且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；另外，该光学目镜系统的视场角大于60°，全画幅清晰且接近无畸变。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的光学结构示意图。
具体实施方式
参照图1，一种光学目镜系统，该光学目镜系统沿光轴依次设置有入瞳1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4和显示屏端5，所述第一透镜2和第二透镜3具有完全相同的光学参数；该光学目镜系统的光学总长为75mm，视场角大于60°；所述第一透镜2朝向所述入瞳1的一面的曲率半径为-139.665mm，朝向所述显示屏端5的一面的曲率半径为-32.038mm；所述第二透镜3朝向所述入瞳1的一面的曲率半径为-139.665mm，朝向所述显示屏端5的一面的曲率半径为-32.038mm；所述第三透镜4朝向所述入瞳1的一面的曲率半径为-31.240mm，朝向所述显示屏端5的一面的曲率半径为1213.100mm；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，且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；另外，该光学目镜系统的视场角大于60°，全画幅清晰且接近无畸变。
所述入瞳1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4和显示屏端5的参数见下表：
上表中，自入瞳1往显示屏端5看的正面为第一透镜2内的第一行参数，自显示屏端5往入瞳1看的正面为第一透镜2内的第二行参数，剩余第二透镜3、第三透镜4的参数依次类推。
该光学目镜系统的视场角为62°，出瞳直径为6mm，出瞳距离为15mm，焦距为63mm。
所述第一透镜2、第二透镜3和第三透镜4分别满足：1.05<f1/f<1.6，1.05<f2/f<1.6，-1<f3/f<-0.5，其中，f为该光学目镜系统的有效焦距，f1为所述第一透镜2的有效焦距，所述f2为所述第二透镜3的有效焦距，所述f3为所述第三透镜4的有效焦距。
所述第一透镜2和第二透镜3均满足：0.1<T1/T23<0.3，0.1<T2/T23<0.3，其中，T1为所述第一透镜2的中心厚度，T2为所述第二透镜3的中心厚度，T23为所述第二透镜3和第三透镜4在光轴上的空气间隙。
所述第一透镜2贴近第二透镜3，所述第一透镜2和第二透镜3均为正的光焦度的弯月型透镜，所述第一透镜2和第二透镜3的凸面均朝向显示屏端；所述第三透镜4为负的光焦度的弯月型透镜。
所述第一透镜2和第二透镜3使用的材料均为光学级PMMA。
所述第三透镜4使用的材料为光学级PC。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (7)
1.一种光学目镜系统，其特征在于该光学目镜系统沿光轴依次设置有入瞳（1）、第一透镜（2）、第二透镜（3）、第三透镜（4）和显示屏端（5），所述第一透镜（2）和第二透镜（3）具有完全相同的光学参数；该光学目镜系统的光学总长为75mm，视场角大于60°；所述第一透镜（2）朝向所述入瞳（1）的一面的曲率半径为-139.665mm，朝向所述显示屏端（5）的一面的曲率半径为-32.038mm；所述第二透镜（3）朝向所述入瞳（1）的一面的曲率半径为-139.665mm，朝向所述显示屏端（5）的一面的曲率半径为-32.038mm；所述第三透镜（4）朝向所述入瞳（1）的一面的曲率半径为-31.240mm，朝向所述显示屏端（5）的一面的曲率半径为1213.100mm。
2.根据权利要求1所述的光学目镜系统，其特征在于该光学目镜系统的视场角为62°，出瞳直径为6mm，出瞳距离为15mm，焦距为63mm。
3.根据权利要求2所述的光学目镜系统，其特征在于所述第一透镜（2）、第二透镜（3）和第三透镜（4）分别满足：1.05 <f1/f <1.6，1.05 <f2/f <1.6，-1 <f3/f< -0.5，其中，f为该光学目镜系统的有效焦距，f1为所述第一透镜（2）的有效焦距，所述f2为所述第二透镜（3）的有效焦距，所述f3为所述第三透镜（4）的有效焦距。
4.根据权利要求1所述的光学目镜系统，其特征在于所述第一透镜（2）和第二透镜（3）均满足：0.1 <T1/T23<0.3，0.1 <T2/T23<0.3，其中，T1为所述第一透镜（2）的中心厚度，T2为所述第二透镜（3）的中心厚度，T23为所述第二透镜（3）和第三透镜（4）在光轴上的空气间隙。
5.根据权利要求1所述的光学目镜系统，其特征在于所述第一透镜（2）贴近第二透镜（3），所述第一透镜（2）和第二透镜（3）均为正的光焦度的弯月型透镜，所述第一透镜（2）和第二透镜（3）的凸面均朝向显示屏端；所述第三透镜（4）为负的光焦度的弯月型透镜。
6.根据权利要求1所述的光学目镜系统，其特征在于所述第一透镜（2）和第二透镜（3）使用的材料均为光学级PMMA。
7.根据权利要求1所述的光学目镜系统，其特征在于所述第三透镜（4）使用的材料为光学级PC。
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