一种目视光学成像系统及其成像方法与流程

1.本发明涉及一种目视光学成像系统及其成像方法。


背景技术：

2.目视镜头是当前光学设计领域的前沿之一，虚拟现实、增强现实技术则更是其中的一大热门。vr/ar设备以其能给带给人们沉浸式体验越来越多地应用于教育、军事、医学等领域，未来的发展空间不可限量。然而，当前市面上大多数产品受其硬件限制，分辨率与定位精度难以满足部分用户的实际需求，导致vr/ar技术在经历短暂的热潮后再次陷入发展瓶颈。


技术实现要素：

3.本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种目视光学成像系统及其成像方法，结构简单且使用方便。
4.本发明是这样构成的，它包括沿光线入射光路自左向右依次设置的光阑、保护玻璃、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜；其中，第一透镜为双凸正透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜为弯月负透镜。
5.进一步的，光学系统的焦距设为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f
5 ，其中f1、f2、f3、f4、f5与f满足以下比例：0.9＜f
1 /f＜1.5，-4.0＜f
2 /f＜-2.0，-3.5＜f
3 /f＜-0.5，0.1＜f
4 /f＜1.1，-51.0＜f
5 /f＜-39.1。
6.进一步的，所述第一透镜满足关系式：n
d ≥1.5，vd≥50.0；所述第二透镜满足关系式：nd≥1.5，vd≤50.0；所述第三透镜满足关系式：nd≥1.5，v
d ≤50.0；所述第四透镜满足关系式：nd≥1.5，vd≥50.0；所述第五透镜满足关系式：nd≥1.5，vd≥50.0；其中n
d 为折射率，v
d 为阿贝常数。
7.进一步的，第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：；其中z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8均为高次项系数。
8.进一步的，光学系统的光学总长度ttl与光学系统的焦距f之间满足：ttl/f≤1.69。
9.进一步的，光学系统的视觉放大率》11.0。
10.进一步的，光学系统可适配的荧屏尺寸与光学系统的焦距f之间满足：imah/f≥0.56。
11.进一步的，一种目视光学成像系统的成像方法，光线依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜后进行成像。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置结构简单，设计合理，可实现
±
5视度的大范围调节，能更好地适应更多用户群体；光学镜片面型设计合理，成像质量优秀，周边照度比》93%，成像画面亮度与均匀性俱佳；可适配φ13mm及以上的大尺寸屏幕，镜头分辨率高；采用玻塑混合结构，配合底座可实现-40~120℃温度范围内零焦点漂移，成像稳定性相对于当前市面常见的全塑胶结构系统得到了极大提升。
附图说明
13.图1是本发明实施例一的光学结构示意图；图2是本发明实施例一的工作波段轴向像差图；图3是本发明实施例一的工作波段mtf图；图4是本发明实施例一的工作波段场曲畸变图；图5是本发明实施例二的光学结构示意图；图6是本发明实施例二的工作波段轴向像差图；图7是本发明实施例二的工作波段mtf图；图8是本发明实施例二的工作波段场曲畸变图。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
15.如图1~8所示，本发明提供一种目视光学成像系统，包括沿光线入射光路自左向右依次设置的光阑sto、保护玻璃cg、第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5；其中，第一透镜为双凸正透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜为弯月负透镜。
16.上述光学系统的焦距设为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f
5 ，其中f1、f2、f3、f4、f5与f满足以下比例：0.9＜f
1 /f＜1.5，-4.0＜f
2 /f＜-2.0，-3.5＜f
3 /f＜-0.5，0.1＜f
4 /f＜1.1，-51.0＜f
5 /f＜-39.1。
17.上述的第一透镜满足关系式：n
d ≥1.5，vd≥50.0；所述第二透镜满足关系式：nd≥1.5，vd≤50.0；所述第三透镜满足关系式：nd≥1.5，v
d ≤50.0；所述第四透镜满足关系式：nd≥1.5，vd≥50.0；所述第五透镜满足关系式：nd≥1.5，vd≥50.0；其中n
d 为折射率，v
d 为阿贝常数。
18.上述的第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：；其中z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8均为高次项系数。
19.上述的光学系统的光学总长度ttl与光学系统的焦距f之间满足：ttl/f≤1.69。
20.上述的光学系统的视觉放大率》11.0。
21.上述的光学系统可适配的荧屏尺寸与光学系统的焦距f之间满足：imah/f≥0.56。
22.成像时，光线依次经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜后进行成像。
23.实施例1：本实施例光学系统实现的技术指标如下：（1）焦距：19.6mm≤effl≤26.4mm；（2）工作波段：可见光（3）工作距离：18mm。
24.为实现上述设计参数，本实施例光学系统所采用的具体设计见下表1：表1本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表2：表2实施例2：本实施例光学系统实现的技术指标如下：（1）焦距：19.6mm≤effl≤26.4mm；（2）工作波段：可见光（3）工作距离：16.3mm。
25.为实现上述设计参数，本实施例光学系统所采用的具体设计见下表3：
表3本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表4：表4上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
26.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
27.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
28.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
29.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
30.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。