TW201534971A - 廣角鏡頭 - Google Patents

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Abstract

一種廣角鏡頭，應用於供使用者配戴之具有顯示螢幕的頭戴式顯示器，包括具有正折射力之第一透鏡及第二透鏡，光線係自該顯示螢幕發出以依序經過該第二透鏡及該第一透鏡而至該使用者，該廣角鏡頭係滿足以下條件：□以及□，其中，該f1、f2分別為該第一透鏡及該第二透鏡的焦距，該f為該廣角鏡頭之焦距。本發明之廣角鏡頭可達較大視角以及良好視差校正。

Description

廣角鏡頭
本發明係關於一種鏡頭結構，詳而言之，係關於一種應用於頭戴式顯示器之廣角鏡頭。
近年來，頭戴式顯示器(Head-Mounted Display，簡稱HMD)逐漸盛行，此為一種立體視覺顯示的光學裝置，其於左右眼前方各放置一小型映像管或是液晶顯示器，利用兩眼視差的立體效果，將該映像管或是該液晶顯示器所輸出的影像，經由光學組件的出射至瞳孔，將該影像再分別投射至使用者的視網膜，經由人腦視覺神經傳導將該影像重新組合，以產生平面或立體且大尺寸的影像。
雖然，目前頭戴式顯示器的技術逐漸進步，通常可利用軟體來處理影像，但經處理過後的影像還是無法避難免會失真，此外，目前的頭戴式顯示器為了有較廣視角而將體積設計得較大，使得無法輕量化。
因此，如何設計一種能提供大視角及良好影像品質之廣角鏡頭，為目前業界亟待解決的議題。
本發明之廣角鏡頭，應用於供使用者配戴之具有顯示螢幕的 頭戴式顯示器，該廣角鏡頭係包括：第一透鏡，係具有正折射力並位於遠離該顯示螢幕的位置；以及第二透鏡，係具有正折射力並位於鄰近該顯示螢幕的位置；其中，光線自該顯示螢幕發出以依序經過該第二透鏡及該第一透鏡而至該使用者，該廣角鏡頭係滿足以下條件：以及，且其中，該f 1、f 2分別為該第一透鏡及該第二透鏡的焦距，該f為該廣角鏡頭之焦距。
於一實施態樣中，本發明之廣角鏡頭還可滿足以下條件：
於另一實施態樣中，本發明之廣角鏡頭還可滿足以下條件：
於另一實施態樣中，本發明之廣角鏡頭還可滿足以下條件：，其中，該ImgH表示最大視野範圍(Field of view,FOV)所對應的成像像高。
此外，本發明之第一透鏡可滿足以下條件N1>1.52，其中，該N1為該第一透鏡的折射率，該第二透鏡滿足以下條件N2>1.49，其中，該N2為該第二透鏡的折射率，且該第一、二透鏡的材質為塑膠。
相較於習知技術，本發明之廣角鏡頭具有較大的視角，且第一、二透鏡為非球面的塑膠鏡片，達到較佳的像差校正，因此相 當適合於頭戴型顯示器、遊戲機等的電子設備。
L01、L11、L21、L31、L41‧‧‧第一透鏡
L02、L12、L22、L32、L42‧‧‧第二透鏡
ST‧‧‧光圈
Im‧‧‧顯示螢幕
第1圖係繪示本發明之廣角鏡頭之透鏡組合圖；第2A圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第一實施例之透鏡組合圖；第2B圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第一實施例之光學效果示意圖；第3A圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第二實施例之透鏡組合圖；第3B圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第二實施例之光學效果示意圖；第4A圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第三實施例之透鏡組合圖；第4B圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第三實施例之光學效果示意圖；以及第5A圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第四實施例之透鏡組合圖；第5B圖係繪示本發明之廣角鏡頭之第四實施例之光學效果示意圖。
以下係藉由特定的實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效，亦可藉由其他不同的實施形態加以施行或應用。
第1圖為本發明之廣角鏡頭之透鏡組合圖，該廣角鏡頭係組 裝於具有顯示螢幕Im之頭戴式顯示器，該廣角鏡頭由光圈ST側至顯示螢幕Im側依序包括第一透鏡L01及第二透鏡L02。需說明的是，該光圈ST的位置代表人眼瞳孔的位置，而該顯示螢幕Im顯示有影像供使用者觀看，故光線自顯示螢幕Im發出以依序經過第二透鏡L02及第一透鏡L01而至該人眼瞳孔。
該第一透鏡L01具有正折射力並位於遠離該顯示螢幕Im的位置，該第二透鏡L02具有正折射力並位於鄰近該顯示螢幕Im的位置。該第一透鏡L01滿足條件式N1>1.52，其中該N1為該第一透鏡L01的折射率，而該第二透鏡L02滿足條件式N2>1.49，其中該N2為該第二透鏡L02的折射率，且該第一透鏡L01和該第二透鏡L02的材質可為塑膠，藉此達到輕量化。
此外，第一透鏡L01和第二透鏡L02可滿足以下條件： 、或，其中，該f 1、f 2分別為該第一透鏡L01及第二透鏡L02的焦距，該f為該廣角鏡頭之焦距，該ImgH表示最大視角(Field of view,FOV)所對應的成像之像高。
當廣角鏡頭滿足條件式(1)時，可達到輕量化及良好像差；當廣角鏡頭滿足條件式(2)或(5)時，可達到85度以上的視角；當廣角鏡頭滿足條件式(3)或(4)時，可達到良好像差校正。
再者，第一透鏡L01之至少一透鏡面、第二透鏡L02之至少一透鏡面為非球面，所述非球面係滿足非球面公式， ，C=1/R，其中，z為相對於光軸上表面頂點的位移量，y為距離光軸的高度、R為頂點曲率半徑、K為圓錐常數、A、B、C、D、E為非球面修正係數，藉此達到良好的像差校正。
因此，由上述可知，本發明之廣角鏡頭具有良好的像差校正、較大的視角及良好的體積控制。
以下說明本發明之廣角鏡頭的具體實施例，其中係以L11、L21、L31和L41表示第一透鏡，以L12、L22、L32及L42表示第二透鏡。
第一實施例
第2A圖係為本發明廣角鏡頭之第一具體實施例之透鏡組合圖，下列表一及表二為該第一具體實施例的實驗數據，第2B圖為本發明廣角鏡頭之第一具體實施例的光學效果，其中，第2B圖中的各圖表分別表示廣角鏡頭的球面像差、場曲、畸變及橫向色差。
表二：
第二實施例
第3A圖係為本發明廣角鏡頭之第二具體實施例之透鏡組合圖，下列表三及表四為該第二具體實施例的實驗數據，第3B圖為本發明廣角鏡頭之第二具體實施例的光學效果，其中，第3B圖中的各圖表分別表示廣角鏡頭的球面像差、場曲、畸變及橫向色差。
第三實施例
第4A圖係為本發明廣角鏡頭之第三具體實施例之透鏡組合圖，表五和六為第三具體實施例的實驗數據，第4B圖為本發明廣角鏡頭之第三具體實施例的光學效果，其中，第4B圖中的各圖表分別表示廣角鏡頭的球面像差、場曲、畸變及橫向色差。
第四實施例
第5A圖係為本發明廣角鏡頭之第四具體實施例之透鏡組合圖，表七和表八為第四具體實施例的實驗數據，第5B圖為本發明廣角鏡頭之第四具體實施例的光學效果，其中，第5B圖中的各圖表分別表示廣角鏡頭的球面像差、場曲、畸變及橫向色差。
由上述表一、三、五及七可知，本發明之廣角鏡頭的視角可達85度以上。
下列表九用以顯示前述第一、二、三及四實施例的數據，以及表10顯示前述第一、二、三及四實施例的數據比較，將該表九的數據套入該表10的條件式中進行計算，並將計算後的結果顯示於該表10。
因此，本發明之廣角鏡頭可獲得良好的像差校正、較大的視角及良好的體積控制，並可獲得較大的視角，可應用於頭戴型顯示器、遊戲機等的電子設備。
上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之技術思想下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權 利保護範圍應如後述之申請專利範圍所列。
L01‧‧‧第一透鏡
L02‧‧‧第二透鏡
ST‧‧‧光圈
Im‧‧‧顯示螢幕

Claims (9)

  1. 一種廣角鏡頭，應用於供使用者配戴之具有顯示螢幕的頭戴式顯示器，該廣角鏡頭包括：第一透鏡，係具有正折射力，並位於遠離該顯示螢幕之位置；及第二透鏡，係具有正折射力，並位於鄰近該顯示螢幕之位置；其中，光線自該顯示螢幕發出以依序穿過該第二透鏡及該第一透鏡而至該使用者，該廣角鏡頭滿足以下條件：以及，且其中，該f 1、f 2分別為該第一透鏡及該第二透鏡的焦距，該f為該廣角鏡頭之焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該廣角鏡頭更滿足以下條件：。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該廣角鏡頭更滿足以下條件：。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該廣角鏡頭更滿足以下條件：，其中，該ImgH表示最大視野範圍所對應的成像之像高。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該第一透鏡滿足以下條件N1>1.52，其中，該N1為該第一透鏡的折射率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該第二透鏡滿足以下條件N2>1.49，其中，該N2為該第二透鏡的折射率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該第一透鏡與該第二透鏡的材質為塑膠。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該第一透鏡與該第二透鏡的透鏡面為非球面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之廣角鏡頭，其中，該廣角鏡頭的視角大於85度。
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