一種目鏡鏡頭和頭戴光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鏡頭設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種目鏡鏡頭和頭戴光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]頭戴光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)基于微顯示屏的圖像放大系統(tǒng)，微顯示屏所產(chǎn)生的影像藉由光學(xué)系統(tǒng)放大，在人眼前一定距離處呈現(xiàn)一個(gè)放大的虛像，使用戶可以完全沉浸在虛擬的情景之中，不受外界信息的干擾。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，頭戴光學(xué)系統(tǒng)的使用者為移動(dòng)作業(yè)，這就要求光學(xué)系統(tǒng)在保證成像質(zhì)量的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，并且擁有較大的視場(chǎng)。傳統(tǒng)的解決方案多為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的目鏡結(jié)構(gòu)，雖然光學(xué)性能可以接近衍射極限并較好地校正畸變，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝調(diào)和加工要求精度高，體積重量大，長(zhǎng)時(shí)間佩戴會(huì)引起使用者頸部疲勞。此外，傳統(tǒng)的微顯示屏由于像元尺寸較大，經(jīng)過(guò)目鏡放大后會(huì)產(chǎn)生顆粒化的現(xiàn)象，用戶體驗(yàn)很差。
[0003]因此，如何解決頭戴光學(xué)系統(tǒng)的大視場(chǎng)與高像質(zhì)、輕型化的矛盾，并進(jìn)一步消除微顯示屏的顆?；F(xiàn)象，是當(dāng)前頭戴光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展道路上亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，以解決上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題。
[0005]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種目鏡鏡頭，該目鏡鏡頭包括四片透鏡，逆著光線入射方向依次為:
[0006]第一正透鏡，具有為平面的第一表面和凸向光入射方的第二表面；
[0007]第二正透鏡，具有凸向光出射方的第三表面和凸向光入射方的第四表面；
[0008]第三負(fù)透鏡，具有凹向光出射方的第四表面和凹向光入射方的第五表面；
[0009]第四負(fù)透鏡，具有為平面的第六表面和凹向光入射方的第七表面。
[0010]可選地，所述第四表面為所述第二正透鏡和所述第三負(fù)透鏡的膠合面。
[0011]可選地，所述第二表面和所述第七表面為非球面，所述第三表面、所述第四表面和所述第五表面為球面。
[0012]可選地，所述第一正透鏡的折射率和色散系數(shù)范圍分別為:1.45 < nl < 1.60，50
<vl < 75 ；
[0013]所述第二正透鏡的折射率和色散系數(shù)范圍分別為:1.45 < n2 < 1.75，50 < v2
<70 ；
[0014]所述第三負(fù)透鏡的折射率和色散系數(shù)范圍分別為:1.65 < n3 < 1.95，20 < v3
<30 ；
[0015]所述第四負(fù)透鏡的折射率和色散系數(shù)范圍分別為:1.45 < n4 < 1.75,20 < v4
<40。
[0016]可選地，所述第一正透鏡的折射率和色散系數(shù)分別為:nl = 1.491786，vl =57.327362 ；
[0017]所述第二正透鏡的折射率和色散系數(shù)分別為m2 = 1.546780，v2 = 62.741102 ；
[0018]所述第三負(fù)透鏡的折射率和色散系數(shù)分別為m3 = 1.9176130，v3 = 21.510740 ；
[0019]所述第四負(fù)透鏡的折射率和色散系數(shù)分別為:n4 = 1.585470，v4 = 29.909185。
[0020]可選地，所述第一正透鏡采用PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)；
[0021]所述第二正透鏡采用H-BAK3型號(hào)的玻璃材質(zhì)；
[0022]所述第三負(fù)透鏡采用ZF14型號(hào)的玻璃材質(zhì)；
[0023]所述第四負(fù)透鏡采用PC型號(hào)的塑料材質(zhì)。
[0024]依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種頭戴光學(xué)系統(tǒng)，該頭戴光學(xué)系統(tǒng)逆著光線入射方向依次包括:光闌，如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的目鏡鏡頭，以及微顯示屏。
[0025]可選地，所述微顯示屏是0.7英寸1080p M-OLED顯示屏。
[0026]可選地，所述光闌至所述微顯示屏的距離為L(zhǎng)，L小于25mm。
[0027]綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果:1、選取正正負(fù)負(fù)結(jié)構(gòu)的目鏡鏡頭，有效消除了色差；2、采用非球面塑料透鏡和球面玻璃透鏡相結(jié)合的目鏡鏡頭，成本較低，利于大批量生產(chǎn)；3、選取1080p M-OLED顯示屏，從根本上消除了大視場(chǎng)微顯示頭戴光學(xué)系統(tǒng)在觀看時(shí)出現(xiàn)的顆?；F(xiàn)象；4、體積小，重量輕，減輕用戶負(fù)擔(dān)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種頭戴光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0029]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭戴光學(xué)系統(tǒng)的30線對(duì)下的MTF曲線圖；
[0030]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭戴光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲和畸變曲線圖；
[0031]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭戴光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖；
[0032]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭戴光學(xué)系統(tǒng)的倍率色差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0034]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種頭戴光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該頭戴光學(xué)系統(tǒng)采用倒追光路設(shè)計(jì)，包括:光闌110、目鏡鏡頭120和微顯示屏130。
[0035]目鏡鏡頭120包括四片透鏡，逆著光線入射方向依次為:
[0036]第一正透鏡121，具有為平面的第一表面SI和凸向光入射方的第二表面S2 ;第二正透鏡122，具有凸向光出射方的第三表面S3和凸向光入射方的第四表面S4 ;第三負(fù)透鏡123，具有凹向光出射方的第四表面S4和凹向光入射方的第五表面S5 ;第四負(fù)透鏡124，具有為平面的第六表面S6和凹向光入射方的第七表面S7。其中，第四表面S4為第二正透鏡122和第三負(fù)透鏡123的膠合面，且第二表面S2和第七表面S7為非球面，第三表面S3、第四表面S4和第五表面S5為球面。
[0037]在本實(shí)施例中，第一正透鏡121采用PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率和色散系數(shù)分別為:nl = 1.491786，vl = 57.327362 ;第二正透鏡122采用H-BAK3型號(hào)的玻璃材質(zhì)，其折射率和色散系數(shù)分別為:n2 = 1.546780，v2 = 62.741102 ;第三負(fù)透鏡123采用ZF14型號(hào)的玻璃材質(zhì)，其折射率和色散系數(shù)分別為m3 = 1.9176130，v3 = 21.510740 ;第四負(fù)透鏡124采用PC型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率和色散系數(shù)分別為:n4 = 1.585470，v4 =29.909185ο其中，第二正透鏡122和第三負(fù)透鏡123采用玻璃材質(zhì)的原因是:1、光學(xué)玻璃種類較多，不同種玻璃之間的色散相差較大；2、光學(xué)玻璃可以加工成雙膠合型而塑料材質(zhì)不可以。第一正透鏡121和第四負(fù)透鏡124采用塑料材質(zhì)的原因是:1、塑料材質(zhì)價(jià)格較低；2、塑料材質(zhì)易于加成成非球面型。
[0038]反向追蹤光線軌跡，可以看到，第一正透鏡121使發(fā)散的軸外主光線匯聚，其后，第二正透鏡122使軸外主光線進(jìn)一步彎曲，此時(shí)第一正透鏡121和第二正透鏡122產(chǎn)生了巨大的色差，需要由第三負(fù)透鏡123來(lái)校正。在本實(shí)施例中，第二正透鏡122采用低色散的冕牌玻璃材質(zhì)，第三負(fù)透鏡123采用高色散的火石玻璃材質(zhì)，將第二正透鏡122與第三負(fù)透鏡123膠合在一起，二者光學(xué)性能相互補(bǔ)償，起到消色差的作用。第四負(fù)透鏡采用非球面的高色散的PC塑料材質(zhì)，與第三負(fù)透鏡123相分離且靠近微顯示屏130，一方面可以進(jìn)一步補(bǔ)償色差，另一方面可以有效地校正場(chǎng)曲、象散