一種微顯示目鏡和頭戴設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微顯示目鏡和頭戴設(shè)備。所述微顯示目鏡包括兩個(gè)正透鏡，沿著光線入射方向依次設(shè)置第一正透鏡和第二正透鏡，在至少一表面上設(shè)置具有正光焦度的衍射面，通過衍射面和折射面相互補(bǔ)償光焦度，使微顯示目鏡的發(fā)光屏幕在1英寸的情況下實(shí)現(xiàn)80°的視場角；由于衍射面在正光焦度狀態(tài)下具有正的色散，因此可以有效補(bǔ)償系統(tǒng)的色差，并且衍射面不會(huì)產(chǎn)生場曲，從而可以進(jìn)一步提高邊緣視場的成像質(zhì)量；同時(shí)采用易于加工的塑料材質(zhì)的透鏡減小體積。本技術(shù)方案提供的微顯示目鏡和頭戴設(shè)備能夠滿足輕量化、小型化、低成本和大視場的市場需求。
【專利說明】一種微顯示目鏡和頭戴設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種微顯示目鏡和頭戴設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]微顯示(即微小屏幕)頭戴設(shè)備因其屏幕尺寸小、成本低、輕量化的優(yōu)點(diǎn)在市場上廣受歡迎。
[0003]微顯示系統(tǒng)中像高和視場角滿足關(guān)系式h = f ^tan(Q)，其中h為屏幕半高度，f為光學(xué)系統(tǒng)焦距，Θ為半視場角。如果微顯示系統(tǒng)提供較大的視場角，即在公式中的h取小值而Θ需取大值的要求下，焦距f的取值就會(huì)很小。在光學(xué)系統(tǒng)的口徑一定的情況下，系統(tǒng)的焦距f越小，其屈光度就越強(qiáng)。這就需要多組鏡片分擔(dān)光焦度避免由屈光度過大引起巨大像差。但是采用多組鏡片的光學(xué)系統(tǒng)有悖于輕量化、小型化的要求；并且傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)中，校正色差需要正負(fù)透鏡組合，而引入負(fù)透鏡則會(huì)加大正透鏡的光焦度負(fù)擔(dān)，影響成像質(zhì)量，所以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)很難提供較大的視場角，無法給使用者帶來足夠的沉浸感，難以滿足大視場微顯示頭戴系統(tǒng)的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種微顯示目鏡和頭戴設(shè)備，以解決現(xiàn)有目鏡無法在輕量化、小型化的要求下實(shí)現(xiàn)大視場的問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種微顯示目鏡，包括第一正透鏡和第二正透鏡，所述第一正透鏡和第二正透鏡沿著光線入射的方向依次設(shè)置，
[0007]所述第一正透鏡具有面向像方的第一表面和面向物方的第二表面；
[0008]所述第二正透鏡具有面向像方的第三表面和面向物方的第四表面；
[0009]其中所述第一表面、第二表面、第三表面、第四表面中至少有一面為具有正光焦度的衍射面。
[0010]優(yōu)選地，
[0011]所述第一正透鏡的第一表面凸向像方，第二表面的中央位置凸向物方，且第二表面為衍射面；
[0012]所述第二正透鏡的第三表面凸向像方，第四表面的中央位置凸向物方，且第三表面為衍射面。
[0013]優(yōu)選地，所述第二表面的衍射面和所述第三表面的衍射面的面型相同。
[0014]優(yōu)選地，所述第一表面和所述第四表面為非球面。
[0015]優(yōu)選地，所述第一正透鏡和所述第二正透鏡的上下端面為平面。
[0016]優(yōu)選地所述第一正透鏡和/或所述第二正透鏡為塑料材質(zhì)。
[0017]優(yōu)選地，所述第一正透鏡的折射率范圍為1.45 < H1 < 1.70，色散范圍為50 < v i< 75 ;所述第二正透鏡為折射率范圍為1.45 < n2< 1.75，色散范圍為25 < v 2< 40。
[0018]優(yōu)選地，所述微顯示目鏡的發(fā)光屏幕的尺寸小于I英寸。
[0019]優(yōu)選地，所述微顯示目鏡的光闌為人眼瞳孔，與所述第一表面的距離為10mm。
[0020]另一方面，本發(fā)明提供了一種頭戴設(shè)備，所述頭戴設(shè)備采用上述技術(shù)方案提供的微顯不目鏡。
[0021]本技術(shù)方案提供的微顯示目鏡和頭戴設(shè)備采用雙正透鏡結(jié)構(gòu)，并且在兩個(gè)正透鏡的至少一個(gè)表面上設(shè)置具有正光焦度的衍射面，通過衍射面和折射面相互補(bǔ)償光焦度，使微顯示目鏡的發(fā)光屏幕在I英寸的情況下實(shí)現(xiàn)80°的視場角；由于衍射面在正光焦度狀態(tài)下具有正的色散，能夠有效的補(bǔ)償系統(tǒng)的色差，并且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生任何場曲，因此微顯示目鏡的邊緣視場的成像質(zhì)量顯著提高；同時(shí)本實(shí)施例中的透鏡可以采用易于加工的塑料材質(zhì)，進(jìn)一步減小系統(tǒng)的體積，以使微顯示目鏡和頭戴設(shè)備能夠滿足輕量化、小型化、大視場、低成本的市場需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的場曲和畸變像差曲線示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的點(diǎn)列圖；
[0025]圖4為一種未校正倍率色差的微顯示目鏡的點(diǎn)列圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的倍率色差示意圖；
[0028]圖7為一種未校色差的微顯示目鏡的倍率色差示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]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)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，本系統(tǒng)為折衍混合式光學(xué)系統(tǒng)。
[0031]該微顯示目鏡包括第一正透鏡I和第二正透鏡2，第一正透鏡I和第二正透鏡2沿著光線入射的方向依次設(shè)置，其中微顯示目鏡的光闌3即為人眼瞳孔，與第一正透鏡I的第一表面11的距離為10mm，其中:
[0032]第一正透鏡I具有面向像方的第一表面11和面向物方的第二表面12 ；
[0033]第二正透鏡2具有面向像方的第三表面21和面向物方的第四表面22 ；
[0034]且所述第一表面11、第二表面12、第三表面21、第四表面22中至少有一表面設(shè)置成具有正光焦度的衍射面。
[0035]在一優(yōu)選實(shí)施例中，第一正透鏡I的第一表面11凸向像方，第二表面12的中央位置凸向物方，且第二表面12為衍射面；
[0036]第二正透鏡2的第三表面21凸向像方，第四表面22的中央位置凸向物方，且第三表面21為衍射面。
[0037]本優(yōu)選實(shí)施例通過設(shè)置兩個(gè)衍射面來分擔(dān)系統(tǒng)所需的光焦度，并且分別設(shè)置在第二表面和第三表面，使兩個(gè)衍射面位于光學(xué)系統(tǒng)的中間位置，方便在生產(chǎn)過程中保護(hù)衍射面的面型。
[0038]進(jìn)一步優(yōu)選地，將第二表面12和第三表面21的衍射面的面型設(shè)計(jì)成相同。兩個(gè)面型相同的衍射面可以減少模具加工費(fèi)用、節(jié)省成本。
[0039]進(jìn)一步優(yōu)選地，將第一表面11和第四表面22設(shè)計(jì)為非球面，以降低系統(tǒng)的加工復(fù)雜度。
[0040]進(jìn)一步優(yōu)選地，將第一正透鏡I和第二正透鏡2的上下端面設(shè)計(jì)為平面，方便調(diào)節(jié)透鏡的裝調(diào)誤差。
[0041]在另一實(shí)施例中，第一正透鏡I為塑料材質(zhì)，其折射率范圍為1.45 < H1 < 1.70，色散范圍為50 < Vl< 75 ;第二正透鏡2為塑料材質(zhì)，其折射率范圍為1.45 < η !< 1.70，色散范圍為50 < V1 < 75，塑料材質(zhì)的透鏡形狀易于加工，使系統(tǒng)更輕便。
[0042]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的場曲和畸變像差曲線示意圖，本實(shí)施例中的兩個(gè)正透鏡分別為PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率為Ii1= 1.531160，色散為ν 1 =56.04 ;左圖為微顯示目鏡的場曲曲線示意圖，圖中的t線為子午場曲，s線為弧矢場曲，子午場曲和弧矢場曲的差為系統(tǒng)的象散，場曲和象散影響著系統(tǒng)軸外視場光線的像差，差值過大會(huì)嚴(yán)重的影響到系統(tǒng)軸外光線的成像質(zhì)量。從左圖可以看出，本系統(tǒng)的場曲和象散均被校正到極小范圍內(nèi)；右圖為微顯示目鏡畸變像差曲線示意圖，畸變不會(huì)影響系統(tǒng)的清晰度，僅會(huì)引起系統(tǒng)圖像變形，但畸變可由后期圖像處理解決，從右圖可以看出，本系統(tǒng)的畸變在合理范圍內(nèi)，因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的衍射面不僅能夠提供正光焦度狀態(tài)下的正的色散，而且不會(huì)影響微顯示目鏡的場曲和畸變，顯著地提高邊緣視場的成像質(zhì)量。
[0043]本實(shí)施例中的微顯示目鏡校正了倍率色差，從而能夠獲得良好的像質(zhì)，如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的點(diǎn)列圖，點(diǎn)列圖顯示的是系統(tǒng)的各個(gè)視場光線在像面處匯聚而形成的彌散斑，表征了系統(tǒng)得到各種相差的特性，點(diǎn)列圖中的RMS RADIUS(均方根半徑)越小證明系統(tǒng)的成像質(zhì)量越好。圖3中三種灰度顏色分別代表三種波段的光線，三種灰度顏色的彌散斑分的越開證明系統(tǒng)的色差越大；圖4是未校正倍率色差的微顯示目鏡的點(diǎn)列圖，圖中色散現(xiàn)象明顯，對比圖3和圖4可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的色差已得到良好的校正。
[0044]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的倍率色差示意圖，圖中的橫軸表示色差，縱軸為視場角，曲線越偏離縱軸傾斜代表倍率色差隨著視場增大而發(fā)送變化；圖6為一種未校色差的微顯示目鏡的倍率色差示意圖，對比圖5和圖6，可以看出圖5中(本發(fā)明提供的系統(tǒng))表征的色差值遠(yuǎn)小于圖6(未校正色差的系統(tǒng))的色差值，綜和圖2-圖6可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的色差已得到良好的校正。
[0045]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的微顯示目鏡的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線示意圖，圖中橫軸代表成像平面圓心到邊緣的半徑尺寸位置，左邊為零是鏡頭中心，最右邊是像場半徑邊緣處，尺寸單位是毫米，縱軸代表成像素質(zhì)達(dá)到實(shí)物狀況的百分比，從O到1，光學(xué)傳遞函數(shù)MTF可以綜合反映系統(tǒng)的成像質(zhì)量，其曲線形狀越平滑、且相對橫軸高度越高(即越接近1)，系統(tǒng)的成像質(zhì)量越好；圖7中給出本實(shí)施例的微顯示目鏡在0°?40°視場角獲得的MTF(與本實(shí)施例的微顯示目鏡在0°?-40°視場角的MTF曲線互相對稱)較為理想，可以看出本系統(tǒng)的像差得到良好的校正。
[0046]上述技術(shù)方案提供的微顯示目鏡包括兩個(gè)正透鏡，沿著光線入社方向依次設(shè)置有第一正透鏡和第二正透鏡；采用雙正透鏡結(jié)構(gòu)，至少在兩個(gè)正透鏡的一個(gè)表面上設(shè)置具有正光焦度的衍射面，通過衍射面和折射面相互補(bǔ)償光焦度，使微顯示目鏡的發(fā)光屏幕在I英寸的情況下實(shí)現(xiàn)80°的視場角；由于衍射面在正光焦度狀態(tài)下具有正的色散，能夠有效的補(bǔ)償系統(tǒng)的色差，并且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生任何場曲，因此系統(tǒng)的邊緣視場的成像質(zhì)量顯著提高；同時(shí)本實(shí)施例中的透鏡采用易于加工的塑料材質(zhì)，進(jìn)一步減小系統(tǒng)的體積，以使微顯示目鏡滿足輕量化、小型化、大視場的市場需求。
[0047]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種頭戴設(shè)備，采用上述技術(shù)方案提供的微顯示目鏡。
[0048]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微顯示目鏡，其特征在于，包括第一正透鏡和第二正透鏡，所述第一正透鏡和第二正透鏡沿著光線入射的方向依次設(shè)置， 所述第一正透鏡具有面向像方的第一表面和面向物方的第二表面； 所述第二正透鏡具有面向像方的第三表面和面向物方的第四表面； 其中所述第一表面、第二表面、第三表面、第四表面中至少有一面為具有正光焦度的衍射面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微顯示目鏡，其特征在于， 所述第一正透鏡的第一表面凸向像方，第二表面的中央位置凸向物方，且第二表面為衍射面； 所述第二正透鏡的第三表面凸向像方，第四表面的中央位置凸向物方，且第三表面為衍射面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微顯示目鏡，其特征在于，所述第二表面的衍射面和所述第三表面的衍射面的面型相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微顯示目鏡，其特征在于，所述第一表面和所述第四表面為非球面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微顯示目鏡，其特征在于，所述第一正透鏡和所述第二正透鏡的上下端面為平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2任一項(xiàng)所述的微顯示目鏡，其特征在于，所述第一正透鏡和/或所述第二正透鏡為塑料材質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微顯示目鏡，其特征在于， 所述第一正透鏡的折射率范圍為1.45 < ηι< 1.70，色散范圍為50 < V 75 ; 所述第二正透鏡為折射率范圍為1.45 < n2< 1.75，色散范圍為25 < v 2< 40。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的微顯示目鏡，其特征在于，所述微顯示目鏡的發(fā)光屏幕的尺寸小于I英寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微顯示目鏡，其特征在于，所述微顯示目鏡的光闌為人眼瞳孔，與所述第一表面的距離為10mm。
10.一種頭戴設(shè)備，其特征在于，所述頭戴設(shè)備包括如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的微顯示目鏡。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK104503076SQ201410713899
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】王元鵬 申請人:青島歌爾聲學(xué)科技有限公司