一種目鏡、頭戴目鏡系統(tǒng)和微顯示頭戴設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種目鏡、頭戴目鏡系統(tǒng)和微顯示頭戴設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微顯示頭戴系統(tǒng)由于體積小、重量輕等特點(diǎn)廣受消費(fèi)者歡迎。尤其是系統(tǒng)的大視場(chǎng)角可以給使用者營(yíng)造一個(gè)震撼的視覺(jué)效果，讓使用者如同身處于電影院放映廳中觀看電影一樣。
[0003]但對(duì)于應(yīng)用于微顯示頭戴系統(tǒng)的大視場(chǎng)角目鏡來(lái)說(shuō)，倍率色差、場(chǎng)曲、象散都是影響成像質(zhì)量的像差，因此亟需一種合適的光學(xué)設(shè)計(jì)徹底解決上述問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了，能夠在獲得大視場(chǎng)角的同時(shí)，校正倍率色差、場(chǎng)曲、象散等像差。
[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)明提供了一種目鏡，包括沿著光線依次設(shè)置的第一正透鏡、第二正透鏡、第三負(fù)透鏡，
[0007]所述第一正透鏡具有凸向像方的第一表面和凸向物方的第二表面；
[0008]所述第二正透鏡具有凸向像方的第三表面和凸向物方的第四表面；
[0009]所述第三負(fù)透鏡具有凹向像方的第五表面和凹向物方的第六表面。
[0010]優(yōu)選地，所述第一透鏡的第一表面和第二表面、所述第三透鏡的第五表面和第六表面為非球面；所述第二透鏡的第三表面和第四表面為球面。
[0011]優(yōu)選地，所述第一正透鏡和所述第三負(fù)正透鏡為塑料材質(zhì)，所述第二正透鏡為玻璃材質(zhì)。
[0012]優(yōu)選地，所述第一正透鏡的折射率范圍為1.45 < H1 < 1.60，色散范圍為50 < v i< 75 ；
[0013]所述第二正透鏡的折射率范圍為1.45 < n2< 1.75，色散范圍為50 < v 2< 70 ;
[0014]所述第三負(fù)透鏡的折射率范圍為1.60 < n3< 1.75，色散范圍為20 < v 3< 30。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一正透鏡為PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率Ill =1.491786，色散 V1= 57.327362 ；
[0016]所述第二正透鏡為H-LAK12型號(hào)的玻璃材質(zhì)，其折射率n2= 1.696801，色散v 2 =56.199825 ；
[0017]所述第三負(fù)透鏡為OKPl型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率n3= 1.640，色散v 3= 22.5。
[0018]本技術(shù)方案的目鏡由3個(gè)透鏡構(gòu)成，沿著光線依次設(shè)置第一正透鏡、第二正透鏡、第三負(fù)透鏡，通過(guò)球面玻璃、非球面塑料的透鏡合理排列，在獲得大視場(chǎng)角的同時(shí)，能夠徹底校正倍率色差、場(chǎng)曲、象散等像差，保證系統(tǒng)的成像質(zhì)量，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、輕量化以及大視場(chǎng)角的需求。
[0019]另一方面，本發(fā)明提供了一種頭戴目鏡系統(tǒng)，包括微顯示屏和上述技術(shù)方案提供的目鏡；
[0020]所述微顯示屏靠向所述目鏡的第三負(fù)透鏡的第六表面。
[0021]其中，所述頭戴目鏡系統(tǒng)的像面位于人眼瞳孔處。
[0022]優(yōu)選地，所述頭戴目鏡系統(tǒng)的微顯示屏為1080P、0.7英寸M-OLED顯示屏。
[0023]優(yōu)選地，所述微顯示屏和所述第三負(fù)透鏡的第六表面之間的距離可調(diào)節(jié)。
[0024]本技術(shù)方案的頭戴目鏡系統(tǒng)，采用具有自發(fā)光的M-OLED顯示屏作為系統(tǒng)的微顯示屏，能夠從根本上消除大視場(chǎng)微顯示頭戴系統(tǒng)在觀看時(shí)出現(xiàn)顆?；娜秉c(diǎn)，并且本技術(shù)方案還適用于超過(guò)500°的近視用戶。
[0025]又一方面，本發(fā)明提供了一種微顯示頭戴設(shè)備，包括上述技術(shù)方案的頭戴目鏡系統(tǒng)。
[0026]本技術(shù)方案的微顯示頭戴設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)45°水平視場(chǎng)角、并且光學(xué)系統(tǒng)總長(zhǎng)小于28mm、總重量小于15g，因此能夠滿足輕量化、小型化、大視角的市場(chǎng)需求。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為頭戴可視設(shè)備的工作原理示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種目鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3-a為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)校正900°近視的光路狀態(tài)圖；
[0030]圖3-b為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)校正500°近視的光路狀態(tài)圖；
[0031]圖3-c為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)未校正近視時(shí)的光路狀態(tài)圖；
[0032]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)的場(chǎng)曲曲線示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)的畸變像差曲線示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖；
[0036]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的頭戴目鏡系統(tǒng)的倍率色差曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]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(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0038]圖1為頭戴可視設(shè)備的工作原理示意圖，人眼透過(guò)微顯示目鏡觀看顯示屏，顯示屏發(fā)出的光線通過(guò)該目鏡，并在距離人眼5m處形成一個(gè)巨大的虛像，再由人眼接收。
[0039]設(shè)計(jì)該頭戴可視設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，采用反向追跡，使頭戴可視設(shè)備的顯示屏位于光學(xué)系統(tǒng)的像面位置，光闌位于人眼瞳孔處；其中顯示屏采用M-OLED顯示屏，用來(lái)消除顆粒化的缺陷。
[0040]該光學(xué)系統(tǒng)采用特殊的正正負(fù)結(jié)構(gòu)，以充分校正色差、場(chǎng)曲、象散等像差，系統(tǒng)中第一片正透鏡用于匯聚發(fā)散的軸外主光線，其后的第二片正透鏡進(jìn)一步將軸外主光線彎曲，此時(shí)系統(tǒng)將產(chǎn)生巨大的色差，因此在第二片正透鏡后放置一個(gè)高色散的負(fù)透鏡校正色差，同時(shí)，負(fù)透鏡采用非球面來(lái)矯正象散等像差。
[0041]此外，該光學(xué)系統(tǒng)的第一片正透鏡和第三片負(fù)透鏡均采用塑料非球面，第二片正透鏡采用玻璃球面。如此設(shè)計(jì)的原因是:軸外主光線在第二片透鏡上的投射高度最高，最容易產(chǎn)生色差，而部分光學(xué)玻璃折射率高、色散低，產(chǎn)生色差小，因此采用低色散玻璃來(lái)減少色差的產(chǎn)生；塑料相對(duì)于玻璃來(lái)說(shuō)更容易加工成非球面，并且塑料的密度比光學(xué)玻璃小很多、價(jià)格相對(duì)玻璃要低，因此，第一片透鏡和第三片透鏡采用玻璃非球面的面型不但能夠減小系統(tǒng)體積、減輕系統(tǒng)重量，還有利于大批量的生產(chǎn)、節(jié)約成本。
[0042]基于上述設(shè)計(jì)思想，本發(fā)明提供了一種目鏡，如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種目鏡的結(jié)構(gòu)不意圖，該目鏡包括沿著光線依次設(shè)置為第一正透鏡L1、第二正透鏡L2以及第三負(fù)透鏡L3。
[0043]第一正透鏡LI具有凸向像方的第一表面21和凸向物方的第二表面22，第一正透鏡LI用于匯聚發(fā)散的軸外主光線。
[0044]第二正透鏡L2具有凸向像方的第三表面23和凸向物方的第四表面24，第二正透鏡L2用于進(jìn)一步使軸外主光線彎向光軸。
[0045]第三負(fù)透鏡L3具有凹向像方的第五表面25和凹向物方的第六表面26，第三負(fù)透鏡L3用于校正色散、象散等像差。
[0046]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第一正透鏡LI和第三負(fù)透鏡L3為塑料材質(zhì)，第二正透鏡L2為玻璃材質(zhì)；第一正透鏡LI的第一表面21、第二表面22以及第三負(fù)透鏡L3的第五表面25和第六表面26為非球面，第二正透鏡L2的第三表面23和第四表面24為球面。本技術(shù)方案通過(guò)采用非球面塑料材質(zhì)的透鏡以及球面玻璃材質(zhì)的透鏡組合，以保證目鏡小型化、輕量化，同時(shí)提高成像質(zhì)量。
[0047]進(jìn)一步優(yōu)選地，第一正透鏡LI的折射率范圍為1.45 < H1 < 1.60，色散范圍為50< V1 < 75 ；
[0048]第二正透鏡L2的折射率范圍為1.45 < n2< 1.75，色散范圍為50 < v 2< 70 ;
[0049]第三負(fù)透鏡L3的折射率范圍為1.60 < n3< 1.75，色散范圍為20 < v 3< 30。
[0050]具體的，第一正透鏡LI為PMMA型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率Ii1= 1.491786，色散ν ι=57.327362 ；
[0051]第二正透鏡L2為H-LAK12型號(hào)的玻璃材質(zhì)，其折射率n2= 1.696801，色散ν 2 =56.199825 ；
[0052]第三負(fù)透鏡L3為OKPl型號(hào)的塑料材質(zhì)，其折射率η3= 1.640，色散ν 3= 22.5。
[0053]在上述技術(shù)方案中，由3個(gè)透鏡構(gòu)成的正正負(fù)結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)能夠在獲得大視場(chǎng)角的同時(shí)，徹底校正倍率色差、場(chǎng)曲、象散等像差。本實(shí)施例中的目鏡能夠?qū)崿F(xiàn)45°水平視場(chǎng)角，并且校正了倍率色差、場(chǎng)曲、象散等像差，幾乎沒(méi)有圖像變形，成像質(zhì)量較好。
[0054]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供給了一種頭戴目鏡系統(tǒng)，該