本實(shí)用新型涉及頭盔顯示光學(xué)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種應(yīng)用非球面技術(shù)和衍射鏡片技術(shù)的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備。
背景技術(shù)：
：近年來，在虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、電子取景器(EVF)等近眼目視投影應(yīng)用領(lǐng)域中，為適應(yīng)人們較長時(shí)間觀看圖像、視頻等投影內(nèi)容的需要，要求投影圖像具有高質(zhì)量的體驗(yàn)感受，具體包括大視場(chǎng)角、高沉浸感的圖像、人眼觀看的舒適度等。這些都與其光學(xué)系統(tǒng)本身直接相關(guān)，光學(xué)系統(tǒng)提供了觀看所需的視場(chǎng)角，提供了舒適的觀看距離及觀看位置，同時(shí)也必須提供高質(zhì)量的人眼觀看不易疲勞的圖像質(zhì)量。但是，對(duì)于目前已有的目視投影光學(xué)設(shè)備來說，無法同時(shí)滿足大視場(chǎng)角、長出瞳距離、大出瞳直徑、高像質(zhì)的苛刻要求，從而導(dǎo)致已有的目視投影光學(xué)設(shè)備的體驗(yàn)效果較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于提出一種頭盔顯示光學(xué)設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的目視投影光學(xué)設(shè)備的體驗(yàn)效果較差的技術(shù)問題。為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種頭盔顯示光學(xué)設(shè)備，包括顯示光學(xué)主體，所述顯示光學(xué)主體包括：兩個(gè)正透鏡，分別為第一正透鏡和第二正透鏡，所述正透鏡的透鏡材料折射率均不小于1.65，F(xiàn)-C光譜范圍阿貝數(shù)不小于35，一個(gè)所述正透鏡的焦距范圍在1.5-3.0倍顯示光學(xué)主體焦距；另外一個(gè)所述正透鏡的焦距范圍在1.0-1.9倍顯示光學(xué)主體焦距一個(gè)負(fù)透鏡，所述負(fù)透鏡的透鏡材料折射率不小于1.55，F(xiàn)-C光譜范圍阿貝數(shù)不大于45，所述負(fù)透鏡焦距絕對(duì)值大于0.8倍顯示光學(xué)主體焦距；一個(gè)帶衍射結(jié)構(gòu)的非球面透鏡，所述非球面透鏡的透鏡材料的折射率均不小于1.40，F(xiàn)-C光譜范圍阿貝數(shù)不大于60，所述非球面透鏡上焦距范圍在1.1-110倍顯示光學(xué)主體焦距；兩個(gè)所述正透鏡、所述負(fù)透鏡及所述非球面透鏡依次排列，且中心位于同一直線上。進(jìn)一步的，所述正透鏡、所述負(fù)透鏡及所述非球面透鏡有單個(gè)鏡片構(gòu)成或由透鏡組構(gòu)成。進(jìn)一步的，所述非球面透鏡的兩個(gè)光學(xué)面上至少一個(gè)所述光學(xué)面上設(shè)有所述衍射結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，所述非球面透鏡的材質(zhì)為玻璃材質(zhì)或樹脂材質(zhì)。本實(shí)用新型提供的一種頭盔顯示光學(xué)設(shè)備，通過設(shè)置非球面透鏡及在非球面透鏡上設(shè)置衍射結(jié)構(gòu)，同時(shí)配置合理的焦距范圍，最終可以滿足視場(chǎng)角大于56度，出瞳距離大于1.1倍焦距，出瞳直徑大于1/2倍焦距的設(shè)計(jì)需求，以實(shí)現(xiàn)目視投影光學(xué)設(shè)備更高的體驗(yàn)效果。附圖說明圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的場(chǎng)曲分布圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的畸變分布圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的全視場(chǎng)MTF評(píng)價(jià)圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的場(chǎng)曲分布圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的畸變分布圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的頭盔顯示光學(xué)設(shè)備的全視場(chǎng)MTF評(píng)價(jià)圖。圖中：1、第一正透鏡；2、第二正透鏡；3、負(fù)透鏡；4、非球面透鏡；5、像面。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。實(shí)施例1如圖1-4所示，圖1由三個(gè)玻璃鏡片和一個(gè)非球面鏡片組成。使用時(shí)，系統(tǒng)光闌在目鏡前面，即出瞳位置，或叫眼點(diǎn)位置，出瞳直徑即系統(tǒng)的光闌直徑。像面為微像源的發(fā)光面，例如OLED，LCD等；圖2是場(chǎng)曲分布圖，圖3是畸變分布圖，可以看出畸變小于3％；圖4是MTF評(píng)價(jià)圖，評(píng)價(jià)的是整個(gè)視場(chǎng)各個(gè)線對(duì)頻率下的MTF表現(xiàn)，包括10/20/30/40/50/60cyc/mm，其中，實(shí)線T1-T6為S方向測(cè)得，虛線S1-S6為M方向測(cè)得。實(shí)施例1中，系統(tǒng)焦距為16.32mm，出瞳距離為17mm，出瞳直徑為Φ7.0mm。視場(chǎng)角為全角60°。該實(shí)施例的各鏡片設(shè)計(jì)參數(shù)如下：其中第7面為非球面，非球面方程如下：z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16]]>其中，c＝1/r＝-0.0069724，k＝0，α1＝0，α2＝3.3326E-4，α3＝-2.299E-5，α4＝1.467E-6，α5＝-3.787E-8，α6＝4.8262E-10，α7＝-3.043E-12，α8＝7.5999E-15。其中第8面為DOE面，面方程如下：z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16]]>其中，c＝1/r＝-0.06351，k＝0，α1＝0，α2＝1.178E-3，α3＝-5.943E-5，α4＝2.7163E-6，α5＝-5.426E-8，α6＝4.8308E-10，α7＝-1.397E-12，α8＝-1.744E-15；DOE相位方程如下：ΦP＝A1*r2+A2*r4+A3*r6+A4*r8，其中，A1＝-63.126，A2＝0.36098，A3＝-6.95607E-3，A4＝5.00973E-5。圖1中，面2和面3構(gòu)成第一正透鏡1(下稱L1)，L1焦距f1＝35.63mm；面4與面5構(gòu)成第二正透鏡2(下稱L2)，面5與面6構(gòu)成負(fù)透鏡3(下稱L3)，L2與L3又構(gòu)成一對(duì)膠合透鏡，該膠合透鏡的焦距為f23，f23＝84.04mm，L2的焦距為f2，f2＝22.54mm，L3的焦距為f3，f3＝-21.20mm，請(qǐng)注意此處f2、f3的焦距按在膠合透鏡組里計(jì)算，并非按單個(gè)透鏡計(jì)算，即L2的左側(cè)介質(zhì)為空氣，而右側(cè)介質(zhì)為L3的玻璃材料，L3的左側(cè)介質(zhì)為L2的玻璃材料，右側(cè)介質(zhì)為空氣；面7、面8構(gòu)成非球面透鏡4(下稱L4)，L4為DOE非球面透鏡，中心等效焦距為f4，f4＝26.19mm；面9、面10構(gòu)成像面5(下稱W1)，W1實(shí)際為微像源發(fā)光面外側(cè)的保護(hù)窗口，W1內(nèi)側(cè)極為微像源的發(fā)光面。系統(tǒng)焦距f＝16.32mm，按歸一化的比例計(jì)算，各透鏡L1、L2、L3、L4焦距如下：f1＝2.18f；f2＝1.38f；f3＝-1.30f；f23＝5.15f；f4＝1.60f。實(shí)施例2如圖5-8所示，圖5由三個(gè)玻璃鏡片和一個(gè)非球面鏡片組成。使用時(shí)，系統(tǒng)光闌在目鏡前面，即出瞳位置，或叫眼點(diǎn)位置，出瞳直徑即系統(tǒng)的光闌直徑。像面為微像源的發(fā)光面，例如OLED，LCD等。圖6是場(chǎng)曲分布圖，圖7是畸變分布圖，可以看出畸變小于3％；圖8是MTF評(píng)價(jià)圖，評(píng)價(jià)的是整個(gè)視場(chǎng)各個(gè)線對(duì)頻率下的MTF表現(xiàn)，包括10/20/30/40/50/60cyc/mm，其中，實(shí)線T1-T6為S方向測(cè)得，虛線S1-S6為M方向測(cè)得。實(shí)施例2中，系統(tǒng)焦距為16.32mm，出瞳距離為17～18.3mm，出瞳直徑為Φ7.0～8.0mm。視場(chǎng)角為全角60°。該實(shí)施例的各鏡片設(shè)計(jì)參數(shù)如下：面編號(hào)曲率半徑中心厚度材料半口徑STOPInfinity17AIR3.502272.345.874H-LAF3A14.023-30.0350.12AIR14.51420.11213.081H-ZLAF50E15.425-29.4441.491H-ZF614.556571.8220.789AIR11.967-11.8562.882PMMA11.608-16.4684.509AIR8.169Infinity0.7BK79.210Infinity0AIR9.2IMAinfinity--9.15其中第7面為非球面，非球面方程如下：z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16]]>其中，c＝1/r＝-0.08434，k＝0，α1＝0，α2＝1.3202E-3，α3＝-2.677E-5，α4＝5.8571E-7，α5＝-9.995E-9，α6＝1.0494E-10，α7＝-5.830E-13，α8＝1.3215E-15。其中第8面為DOE面，面方程如下：z=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12+α7r14+α8r16]]>其中，c＝1/r＝-0.06072，k＝0，α1＝0，α2＝1.8026E-3，α3＝-3.257E-5，α4＝5.4865E-7，α5＝3.4238E-9，α6＝-3.202E-10，α7＝4.5484E-12，α8＝-2.030E-14；DOE相位方程如下：ΦP＝A1*r2+A2*r4+A3*r6+A4*r8，其中，A1＝-58.666，A2＝0.065，A3＝1.289E-4，A4＝6.582E-6。圖5中，面2和面3構(gòu)成第一正透鏡1(下稱L1)，L1焦距f1＝36.10mm；面4與面5構(gòu)成第二正透鏡2(下稱L2)，面5與面6構(gòu)成負(fù)透鏡3(下稱L3)，L2與L3又構(gòu)成一對(duì)膠合透鏡，該膠合透鏡的焦距為f23，f23＝24.59mm，L2的焦距為f2，f2＝24.05mm，L3的焦距為f3，f3＝19300mm，請(qǐng)注意此處f2、f3的焦距按在膠合透鏡組里計(jì)算，并非按單個(gè)透鏡計(jì)算，即L2的左側(cè)介質(zhì)為空氣，而右側(cè)介質(zhì)為L3的玻璃材料，L3的左側(cè)介質(zhì)為L2的玻璃材料，右側(cè)介質(zhì)為空氣；面7、面8構(gòu)成非球面透鏡4(下稱L4)，L4為DOE非球面透鏡，中心等效焦距為f4，f4＝-521.52mm；面9、面10構(gòu)成像面5(下稱W1)，W1實(shí)際為微像源發(fā)光面外側(cè)的保護(hù)窗口，W1內(nèi)側(cè)極為微像源的發(fā)光面。系統(tǒng)焦距f＝16.32mm，按歸一化的比例計(jì)算，各透鏡L1、L2、L3、L4焦距如下：f1＝2.21f；f2＝1.47f；f3＝1182.6f；f23＝1.51f；f4＝-31.96f。以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實(shí)用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本實(shí)用新型的其它具體實(shí)施方式，這些方式都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3