[發明專利]一種仿人眼鏡頭

有效

• 申請號: 201911385482.6
• 申請日: 2019-12-29
• 公開（公告）號: CN111367044B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 王涌天;張擎天;劉越
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B27/01
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳

本發明提供一種仿人眼鏡頭，包括前鏡頭組和后鏡頭組，所述前鏡頭組為負折射率透鏡組，由第一透鏡、第二透鏡組成；后鏡頭組為正折射率透鏡組，由第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡組成。該鏡頭符合人眼觀察習慣、成本較低、加工簡單，利用該鏡頭來模擬人眼通過虛擬顯示設備觀察虛擬場景，可以對虛擬顯示設備的性能做一個檢測。

技術領域

本發明涉及一種仿人眼鏡頭，屬于光學設計技術領域。

背景技術

2012年，Shanzuo Ji等人受到人眼晶狀體中心折射率高，兩端折射率低的啟發，利用納米聚合物薄膜技術制造了一種梯度折射率透鏡，該透鏡的結構如圖1(a)所示，前表面和后表面均為非球面，透鏡的折射率分布情況如圖1(b)所示，位于上方的曲線表示該透鏡的折射率漸變情況，位于下方的曲線表示人眼晶狀體折射率分布情況，可以看出二者的折射率變化趨勢相近。隨后Shanzuo Ji 等人利用該梯度折射率透鏡做了成像模擬，圖1(c)顯示了該透鏡的點列圖分布，圖1(d)為該透鏡的實際成像結果。

現有技術存在的缺陷如下：

1.梯度折射率材料的制作技術還不夠成熟，現階段無法投入實用，且非球面加工成本昂貴，這些都不利于梯度折射率透鏡的大規模使用。

2.該梯度折射率透鏡的成像質量十分有限，從圖1(c)可以看出，該透鏡在視場為1°時，點列圖RMS半徑達到0.021602mm，這與人眼的成像效果差距太大。

同時，在用頭戴顯示器觀看VR、AR中的場景時，由于每個人的眼球大小和瞳距都不盡相同，當頭戴顯示器的出瞳直徑等參數沒滿足要求時，會影響人的觀看效果。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種仿人眼鏡頭，該鏡頭符合人眼觀察習慣、成本較低、加工簡單，利用該鏡頭來模擬人眼通過虛擬顯示設備觀察虛擬場景，可以對虛擬顯示設備的性能做一個檢測。

實現本發明的技術方案如下：

一種仿人眼鏡頭，包括前鏡頭組和后鏡頭組，所述前鏡頭組為負折射率透鏡組，由第一透鏡、第二透鏡組成；后鏡頭組為正折射率透鏡組，由第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡組成。

進一步地，本發明所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡的表面類型均為球面。

進一步地，本發明以f表示鏡頭的焦距，f12表示前鏡頭組的焦距，f37表示后鏡頭組的焦距，則有2≤|f12/f|≤3,且0.5≤|f37/f|≤1.5。

進一步地，本發明以f1～f7分別表示每個透鏡的焦距，有1≤|f1/f|≤2， 1≤|f2/f|≤1.5，2.5≤|f3/f|≤4，2≤|f4/f|≤3.5，2≤|f5/f|≤3，1≤|f6/f| ≤2，0.5≤|f7/f|≤1.5。

進一步地，本發明所述第二透鏡、第七透鏡的阿貝數小于40，所述第一透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡的阿貝數大于60。

進一步地，本發明所述鏡頭的F數小于2。

進一步地，本發明光闌放在第一透鏡之前，以D表示光闌直徑，則有D＞8mm。

進一步地，本發明以光闌作為第一個表面，面序號為1，依次類推，像面序號為16，鏡頭各表面類型、曲率半徑、面間隔、材質、折射率及阿貝數如表1 所示；

表1仿人眼鏡頭參數

有益效果

本發明仿人眼鏡頭可用來模擬人眼通過虛擬顯示設備觀察虛擬場景的過程，后續可用該光學系統來對虛擬顯示設備的性能做測試，且整個系統中的鏡片全采用玻璃球面的設計，加工成本低、難度小，可進行大規模生產。