[發(fā)明專利]目鏡光學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710020164.4
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106970463A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬修·博恩;林茂宗;李鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 玉晶光電（廈門）有限公司
• 主分類號: G02B25/00
• 分類號: G02B25/00
• 代理公司: 廈門市精誠新創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司35218
• 代理人: 何家富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是與一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)，且尤其是與應(yīng)用四片式透鏡之目鏡光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)。

背景技術(shù)

以虛擬實境技術(shù)來說，其利用計算機技術(shù)模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺等感官模擬，讓使用者感覺身歷其境。目前現(xiàn)有的虛擬實境裝置都是以視覺體驗為主。藉由對應(yīng)左右眼的兩個視角略有差異的分割畫面來模擬人眼的視差來達到立體視覺。為了縮小虛擬實境裝置的體積，讓使用者藉由較小的顯示畫面得到放大的視覺感受，具有放大功能的目鏡光學(xué)系統(tǒng)成了虛擬實境研究發(fā)展的其中一個主題。

現(xiàn)有的目鏡光學(xué)系統(tǒng)之半眼視角較小，讓觀察者感到視覺狹窄、分辨率低且像差嚴(yán)重到顯示畫面要先進行像差補償，因此如何增加半眼視角并加強成像質(zhì)量是目鏡光學(xué)系統(tǒng)是一個需要改善的問題。然而，目鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計并非單純將成像質(zhì)量佳的鏡頭等比例縮小就能制作出兼具成像質(zhì)量與微型化的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計過程牽涉到材料特性，還必須考量到制作、組裝良率等生產(chǎn)面的實際問題，所以其技術(shù)難度明顯高出傳統(tǒng)鏡頭。因此如何制作出符合應(yīng)用的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，并持續(xù)提升其成像質(zhì)量并增加半眼視角幅度，一直是業(yè)界持續(xù)精進的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明之一目的是在提供一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)，通過控制各透鏡的凹凸曲面排列或屈光率變化，并以至少一條件式控制相關(guān)參數(shù)，維持足夠之光學(xué)性能，且同時增加半眼視角幅度。

依據(jù)本發(fā)明，提供一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)，用于成像光線從顯示畫面經(jīng)其及觀察者的眼睛的瞳孔進入觀察者眼睛成像，其中朝向眼睛的方向為目側(cè)，朝向顯示畫面的方向為顯示側(cè)。此目鏡光學(xué)系統(tǒng)從目側(cè)至顯示側(cè)沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。每一透鏡都具有一朝向目側(cè)且使成像光線通過的目側(cè)面及一朝向顯示側(cè)且使成像光線通過的顯示側(cè)面。

為了便于表示本發(fā)明所指的參數(shù)，在本說明書及圖示中定義：T1代表第一透鏡在光軸上的厚度、G12代表第一透鏡與第二透鏡之間在光軸上的空氣間隙寬度、T2代表第二透鏡在光軸上的厚度、G23代表第二透鏡與第三透鏡之間在光軸上的空氣間隙寬度、T3代表第三透鏡在光軸上的厚度、G34代表第三透鏡與第四透鏡之間在光軸上的空氣間隙寬度、T4代表第四透鏡在光軸上的厚度、G4D代表第四透鏡之顯示側(cè)面至一顯示畫面在光軸上的距離、f1代表第一透鏡的焦距、f2代表第二透鏡的焦距、f3代表第三透鏡的焦距、f4代表第四透鏡的焦距、n1代表第一透鏡的折射率、n2代表第二透鏡的折射率、n3代表第三透鏡的折射率、n4代表第四透鏡的折射率、v1代表第一透鏡的阿貝數(shù)、v2代表第二透鏡的阿貝數(shù)、v3代表第三透鏡的阿貝數(shù)、v4代表第四透鏡的阿貝數(shù)、EFL代表目鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距、TL代表第一透鏡之目側(cè)面至第四透鏡之顯示側(cè)面在光軸上的距離、ER代表觀察者的一瞳孔至第一透鏡之目側(cè)面的距離、SL代表觀察者瞳孔到顯示畫面在光軸上的距離、TTL代表第一透鏡之目側(cè)面至顯示畫面在光軸上的距離、ALT代表第一透鏡至第四透鏡在光軸上的四片透鏡厚度總和(即T1、T2、T3、T4之和)、AAG代表第一透鏡至第四透鏡之間在光軸上的所有空氣間隙寬度總和(如G12、G23、G34之和)、DLD為觀察者單一瞳孔對應(yīng)之顯示畫面之對角線長。

依據(jù)本發(fā)明的所提供的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，第一透鏡的顯示側(cè)面具有一位于光軸附近區(qū)域的凸面部，第二透鏡具有正屈光率，第三透鏡具有一屈光率，第四透鏡的顯示側(cè)面具有一位于光軸附近區(qū)域的凹面部，并滿足下列條件式：

G4D/AAG≦7條件式(1)。

依據(jù)本發(fā)明的所提供的另一目鏡光學(xué)系統(tǒng)，第一透鏡的顯示側(cè)面具有一位于光軸附近區(qū)域的凸面部，第二透鏡具有正屈光率，第三透鏡具有一屈光率，第四透鏡的物側(cè)面與該像側(cè)面的至少其中之一為非球面，并滿足下列條件式：

G4D/AAG≦4條件式(1')。

本發(fā)明可選擇性地控制前述參數(shù)，額外滿足下列條件式：

3≦250/EFL≦15條件式(2)；

(AAG+G4D)/(G23+G34)≦8.2條件式(3)；

(AAG+G4D)/(T1+T4)≦5條件式(4)；

(G23+T4+G4D)/T1≦10條件式(5)；

AAG/T1≦3.5條件式(6)；

(ER+G4D)/(T2+G23)≦6條件式(7)；

(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)≦16條件式(8)；

SL/EFL≦1.9條件式(9)；

SL/ALT≦4.3條件式(10)；