CN219831501U - 一种成像镜头及显示设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种成像镜头及显示设备，所述成像镜头包括透镜组，所述透镜组从像方到物方顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，光焦度依次设置为正、负、正、正；所述成像镜头满足：65°≤视场角≤75°，5mm≤像面直径≤7mm。其中，图像源发出的光线依次经过透镜组中各透镜至像方成像，本申请的成像镜头的视场角在65°～75°之间，能够实现超大视场角效果，提高用户的使用沉浸感。
Description
技术领域
本公开涉及显示技术领域，具体涉及一种成像镜头及显示设备。
背景技术
增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)实现了虚拟世界和现实世界的实时同步，满足用户在现实世界中真实地感受虚拟空间中模拟的事物，增强用户体验效果。
目前的AR产品，由于体积限制，无法将视场角(Field of View，FOV)做得很大，使用场景也分为两类：信息提示类(视场角普遍在30°以内，与现实世界重叠能力较弱，仅有日常信息提示功能)和工业场景类(视场角在45°～60°之间，基本可以覆盖人眼常用视场角范围，能够与现实世界更好的重叠)。
然而，即使是60°视场角的AR产品，依旧无法覆盖人眼的全部可视范围，在沉浸感上存在一定的缺陷。为了提高用户沉浸感，就需要设计出具有更大视场角的AR产品，现有的AR产品难以满足需求。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种成像镜头及显示设备，能够实现超大视场角效果，提高用户的使用沉浸感。
本公开第一方面实施例提供一种成像镜头，所述成像镜头包括透镜组，所述透镜组从像方到物方顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，光焦度依次设置为正、负、正、正；
所述成像镜头满足：65°≤FOV≤75°，5mm≤H≤7mm，其中FOV为所述成像镜头的对角线方向视场角，H为所述成像镜头的像面直径。
根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为向像方侧弯曲的弯月透镜，所述第四透镜为向物方侧弯曲的弯月透镜。
根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜。
根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为塑胶透镜。
根据本公开的一些实施方式中，所述第二透镜的折射率高于第一透镜、第三透镜和第四透镜的折射率。
根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜的折射率介于1.52～1.54，所述第二透镜的折射率介于1.64～1.66，所述第三透镜的折射率介于1.57～1.59，所述第四透镜的折射率介于1.53～1.55。
根据本公开的一些实施方式中，所述成像镜头满足：
4mm≤f≤6mm；其中，f为成像镜头的总有效焦距。
根据本公开的一些实施方式中，所述成像镜头满足：
6mm≤f1≤8mm；-4.5mm≤f2≤-4mm；4mm≤f3≤6mm；-19mm≤f4≤-17mm；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。
根据本公开的一些实施方式中，所述成像镜头满足：
T4＞T3＞T1＞T2；
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，T3为所述第三透镜的中心厚度，T4为所述第四透镜的中心厚度。
根据本公开的一些实施方式中，所述成像镜头满足：
所述第二透镜和第三透镜中心之间的空气间隔介于0.2～0.4mm；所述第三透镜和第四透镜中心之间的空气间隔介于0.05～0.15mm。
根据本公开的一些实施方式中，所述成像镜头的F数介于1.5～1.8。
根据本公开的一些实施方式中，所述成像镜头还包括光阑；所述光阑设置于所述透镜组的像方侧。
本公开第二方面实施例提供一种显示设备，包括第一方面中所述的成像镜头。
本公开提供的成像镜头及显示设备中，所述成像镜头包括透镜组，所述透镜组从像方到物方顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，光焦度依次设置为正、负、正、正；所述成像镜头满足：65°≤FOV≤75°，5mm≤H≤7mm。其中，图像源发出的光线依次经过透镜组中各透镜至像方成像，本申请的成像镜头的视场角在65°～75°之间，能够实现超大视场角效果，提高用户的使用沉浸感。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本公开所提供的成像镜头的示意图；
图2示出了图1所示成像镜头的光路图；
图3示出了成像镜头实施例一的点列图；
图4示出了成像镜头实施例一的光学畸变图；
图5示出了成像镜头实施例二的点列图；
图6示出了成像镜头实施例二的光学畸变图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
图1示出了本公开所提供的一种成像镜头的示意图。如图1所示，本公开提供的上述成像镜头从像方到物方顺序包括光阑、透镜组和图像源，在一些实施例中还可以在透镜组和图像源之间设置转折棱镜(图1中未示出)，图像源发出的光线依次经过转折棱镜、透镜组和光阑至像方成像。图2示出了上述成像镜头的光路图，采用逆光路设计。
本公开中的图像源可以为微型显示器，比如微型显示器可以采用有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)、微型发光二极管(Micro Light EmittingDiode，MicroLED)、数字光处理(Digital Light Processing，DLP)或硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon，LCOS)等技术实现。由于MicroLED自发光，结构上会比较紧凑，体积较小，有利于实现成像镜头小型化，因此，本实施例的图像源可以采用MicroLED显示器。
本实施例中，透镜组中的透镜均为非球面透镜。具体的，如图1所示，透镜组包括从像方到物方依次设置的第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4。本实施例中仅使用了4片透镜，透镜数较少，因此可以降低生产成本和组装难度。
具体的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3均为向像方侧弯曲的弯月透镜，第四透镜G4为向物方侧弯曲的弯月透镜。
具体的，第一透镜G1设置为正光焦度，第二透镜G2设置为负光焦度，第三透镜G3设置为正光焦度，第四透镜G4设置为正光焦度。本实施例中有三个正透镜，只有一个负透镜，为了实现像差平衡，负透镜的折射率要高于其他三个正透镜，也就是第二透镜G2的折射率高于第一透镜G1、第三透镜G3和第四透镜G4的折射率。
具体的，第一透镜G1的折射率介于1.52～1.54，第二透镜G2的折射率介于1.64～1.66，第三透镜G3的折射率介于1.57～1.59，第四透镜G4的折射率介于1.53～1.55。
具体的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4均为非球面透镜，可见，本实施例的透镜组中包含4片非球面透镜，使用4片非球面透镜，可以在极少的透镜下减少垂轴色差、球差等像差。
具体的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4均设置为塑胶透镜。本实施例在最大化减少像差的情况下，4片非球面透镜选择塑胶材料，有利于降低批量化生产成本。另一方面，相对于玻璃透镜，塑胶透镜重量更小，当镜头用于穿戴设备时能够减轻用户佩戴不适感。
此外，还可以在转折棱镜和图像源之间设置保护玻璃，保护玻璃的尺寸设置为不小于图像源的尺寸，通过保护玻璃可对图像源进行隔离防护。
具体的，上述成像镜头满足：4mm≤f≤6mm；其中，f为成像镜头的总有效焦距，焦距f可以为4mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm或6mm等。具体的，成像镜头满足：6mm≤f1≤8mm；-4.5mm≤f2≤-4mm；4mm≤f3≤6mm；-19mm≤f4≤-17mm；其中，f1为第一透镜G1的焦距，f2为第二透镜G2的焦距，f3为第三透镜G3的焦距，f4为第四透镜G4的焦距。
本申请中，成像镜头的F数介于1.5～1.8之间，较小的F数会带来更高的设计难度，但是同样也能增加出光强度，满足用户户外使用需求。
具体的，上述成像镜头满足：T4＞T3＞T1＞T2；其中，T1为第一透镜G1的中心厚度，T2为第二透镜G2的中心厚度，T3为第三透镜G3的中心厚度，T4为第四透镜G4的中心厚度。本实施例中，成像镜头中各透镜的厚度分配适当，有利于降低透镜的制作工艺难度，从而有利于节省原材料，降低成本；本实施例的成像镜头尺寸小，结构紧凑，有利于实现显示设备的小型化。
具体的，上述成像镜头满足：第二透镜G2和第三透镜G3中心之间的空气间隔介于0.2～0.4mm；第三透镜G3和第四透镜G4中心之间的空气间隔介于0.05～0.15mm，镜头中的其余空气间隔可以根据实际情况进行设置，本申请中不进行限定。本实施例中，依据成像镜头的光学总长，适当分配了光阑后的空气间隔以及各透镜后的空气间隔，有利于成像镜头的结构设计，从而便于镜头组装以及批量化生产。
本实施例提供的成像镜头，基于以上结构设计约束，可实现如下功能：
65°≤FOV≤75°，5mm≤H≤7mm，其中FOV为所述成像镜头的对角线方向视场角，H为所述成像镜头的像面直径。
本申请中，非球面光学镜片采用的非球面面形方程为：
其中，c为非球面顶点的曲率，K为二次曲面系数，A1，A2，A3，A4，A5，An为高阶非球面系数，Z为光轴方向的偏移量，r为非球面高度，即从透镜中心往透镜边缘的高度。
基于以上结构设计约束，本申请提供了如下两个具体的成像镜头。
实施例一中各个透镜的光学设计基本参数如表1所示，其中包含透镜的类型、曲率半径、中心厚度、材质、圆锥系数等。
图3示出了成像镜头实施例一的点列图，图4示出了成像镜头实施例一的光学畸变图，从图中可以看出成像镜头实施例一的像差及光学畸变均较小，满足人眼观看水平。
表1
实施例二中各个透镜的光学设计基本参数如表2所示，其中包含透镜的类型、曲率半径、中心厚度、材质、圆锥系数等。
图5示出了成像镜头实施例二的点列图，图6示出了成像镜头实施例二的光学畸变图，从图中可以看出成像镜头实施例一的像差及光学畸变均较小，满足人眼观看水平。
本公开提供的成像镜头中，所述成像镜头从像方到物方顺序包括光阑、透镜组和图像源，所述透镜组包括四个非球面透镜。其中，图像源发出的光线依次经过透镜组中各透镜至像方成像，本申请的成像镜头的视场角在65°～75°之间，能够实现超大视场角效果，提高用户的使用沉浸感。
与上述成像镜头相对应，本申请还提供一种显示设备，该显示设备包括上述成像镜头。该显示设备可以是AR、VR等可穿戴设备，还可以是其它设备，本申请对此不做限定。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (13)
1.一种成像镜头，其特征在于，所述成像镜头包括透镜组，所述透镜组从像方到物方顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，光焦度依次设置为正、负、正、正；
所述成像镜头满足：65°≤FOV≤75°，5mm≤H≤7mm，其中FOV为所述成像镜头的对角线方向视场角，H为所述成像镜头的像面直径。
2.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为向像方侧弯曲的弯月透镜，所述第四透镜为向物方侧弯曲的弯月透镜。
3.根据权利要求2所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为塑胶透镜。
5.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率高于第一透镜、第三透镜和第四透镜的折射率。
6.根据权利要求5所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率介于1.52～1.54，所述第二透镜的折射率介于1.64～1.66，所述第三透镜的折射率介于1.57～1.59，所述第四透镜的折射率介于1.53～1.55。
7.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足：
4mm≤f≤6mm；其中，f为成像镜头的总有效焦距。
8.根据权利要求7所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足：
6mm≤f1≤8mm；-4.5mm≤f2≤-4mm；4mm≤f3≤6mm；-19mm≤f4≤-17mm；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。
9.根据权利要求2所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足：
T4＞T3＞T1＞T2；
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，T3为所述第三透镜的中心厚度，T4为所述第四透镜的中心厚度。
10.根据权利要求9所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足：
所述第二透镜和第三透镜中心之间的空气间隔介于0.2～0.4mm；所述第三透镜和第四透镜中心之间的空气间隔介于0.05～0.15mm。
11.根据权利要求7所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足：
所述成像镜头的F数介于1.5～1.8。
12.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头还包括光阑；所述光阑设置于所述透镜组的像方侧。
13.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括如权利要求1至12中任一项所述的成像镜头。
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