[發明專利]目鏡

無效

• 申請號: 201010227517.6
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN101887166A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 陳云亮
• 申請（專利權）人: 深圳航天科技創新研究院
• 主分類號: G02B25/00
• 分類號: G02B25/00;G02B3/02;G02B1/04;G02B27/01
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 易釗

技術領域

本發明涉及光學技術領域，更具體地說，涉及一種適用于頭戴顯示器或類似裝置的目鏡。

背景技術

頭戴顯示器(或稱頭盔顯示器、視頻眼鏡)無論在多媒體娛樂還是在軍事、工業、醫療等領域都具有巨大的應用價值和市場。對頭戴顯示器的要求為佩戴舒適、結構緊湊體積小、高成像質量和盡可能大的視場。

頭戴顯示器主要由三部分組成：顯示部件、光學系統、連接前兩者的機械結構。光學系統決定了頭戴顯示器的成像質量、視場大小、體積大小，即光學系統是頭戴顯示器的核心部分，其性能參數決定了產品整體系統參數。

對于頭戴顯示器應用，要求光學系統盡量大的視場以保證有足夠的沉浸感；要求光學系統較大的出瞳尺寸，以保證不同瞳孔距的人可以在轉動眼球的同時不會丟失圖像；要求光學系統盡量小的焦距，以保證系統緊湊型和足夠的放大倍率。而視場、出瞳尺寸、焦距這三個參數對于光學系統而言是相互制約的。目前，傳統的以共軸球面透鏡組的目鏡結構已經無法滿足高像質、大視場和小體積的要求，光學系統緊湊性和光學系統成像質量要求存在一定的矛盾。另一方面，共軸目鏡光學系統有加工工藝成熟、成本低廉、性能穩定等優點。克服共軸光學系統的缺點，發揮其優勢是良好可用光學系統的內在要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有頭戴顯示器的目鏡無法滿足高像質、大視場和小體積的要求的缺陷，提供一種適用于頭戴顯示器或類似裝置的目鏡，其出瞳距離長、視場角大且體積相對較小。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種目鏡，包括三片全塑料透鏡，像方遠心；所述目鏡從人眼觀察一側到顯示器件一側，沿共軸方向共軸依次排列著光闌、第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡；

其中，所述第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，系統總焦距為fw，光闌到第一透鏡的中心距離為df，第三透鏡到顯示器件的顯示芯片的中心距離為db，且滿足以下關系式：

1)0.6＜f1/fw＜0.85，

2)0.4＜|f2/fw|＜0.6，

3)0.5＜f3/fw＜0.75，

4)0.78＜df/fw＜0.82，

5)0.28＜db/fw＜0.45；

且所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的材料滿足以下要求：

Nd1＞1.48，Nd3＞1.48，Nd1、Nd3分別表示第一透鏡、第三透鏡在d線的折射率；

Vd1＞56，Vd3＞56，Vd1、Vd3分別表示第一透鏡、第三透鏡在d線的阿貝數；

Nd2＞1.55，Vd2＜30，Nd2、Vd2分別表示第二透鏡在d線的折射率和阿貝數。

在本發明的一些優選實施例中，所述第一透鏡和第三透鏡均為正透鏡，第二透鏡為負透鏡。在本發明更進一步的優選實施例中，所述第一透鏡為雙凸透鏡，所述第三透鏡為彎月形透鏡，且第三透鏡的兩個曲面曲率半徑均為正值。

在本發明的一些優選實施例中，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的焦距進一步滿足以下關系式，以獲得更好的成像效果：

6)0.7＜f1/fw＜0.8；

7)0.45＜|f2/fw|＜0.55；

8)0.6＜f3/fw＜0.73。

在本發明的一些優選實施例中，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡為光學塑料。例如，所述第一透鏡和第三透鏡可以采用聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)制成，即Nd1＝Nd3＝1.492，Vd1＝Vd3＝57.3274。第二透鏡可以采用聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)制成，即Nd2＝1.586，Vd2＝29.9309。本發明中的透鏡不僅限于上述兩種材料，還可以選用其它符合折射率和阿貝數范圍的光學塑料。

在本發明的一些優選實施例中，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中至少有一個光學面為軸對稱非球面，以校正系統像差，如場曲和畸變。在本發明進一步的一些實施例中，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的光學面皆為軸對稱非球面，從而更好地校正系統像差。優選地，所述非球面的表達式為：