一种大视场角的目镜光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种目镜光学系统，具体涉及一种大视场角的目镜光学系统，属于目镜光学系统技术领域。


背景技术：

2.头戴显示装置通过光学技术，将微型图像显示器发出的视频图像光引导到使用者的瞳孔，在使用者的近目范围实现虚拟、放大图像，为使用者提供直观、可视的图像、视频、文字信息；其中，目镜光学系统是头戴显示装置的核心，实现将微型图像显示在人眼前形成虚拟放大图像的功能；其中，大视场角和视觉舒适体验也逐渐成为衡量头戴显示装置优劣的关键因素，大视场角决定了高临场感的视觉体验效果，高像质决定了视觉体验的舒适度；满足这些要求，需要目镜光学系统尽可能地实现大视场角、高图像分辨力、小场曲、小体积等指标，同时满足上述光学性能对系统的设计和像差优化是很大挑战；单片和双片正透镜组合，其不可避免的在光学系统的像差上难以有所建树，存在很大的畸变及球差。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提出了一种大视场角的目镜光学系统，能够实现大视场角、高图像分辨力、小场曲和小体积等指标。
4.本实用新型的大视场角的目镜光学系统，包括从像面到物面侧沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组的有效焦距为负和正组合；所述第一透镜组包括靠近人眼侧的第一透镜和远离人眼侧的第二透镜；所述第二透镜组包括与第一透镜组相邻且沿光轴依次排列的第三透镜和第四透镜；所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为负透镜；所述第三透镜的光学面为偶次非球面。
5.进一步地，所述第一透镜和第四透镜为负透镜，所述第二透镜和第三透镜为正透镜。
6.进一步地，所述第一透镜和第四透镜分别由火石玻璃zf11和火石玻璃qf50构成，所述第二透镜和第三透镜由镧冕玻璃h-lak3构成。
7.进一步地，所述第一透镜组贴近眼部安装；所述第二透镜组贴近显示器安装。
8.进一步地，所述第一透镜组的光学焦距为-86，所述第二透镜组的光焦度为103；所述第一透镜的焦距为-19.7，所述第二透镜的焦距为-47，所述第三透镜的焦距为1768，所述第四透镜的焦距为-27；目镜光学系统有效焦距为46。
9.与现有技术相比，本实用新型的大视场角的目镜光学系统，与传统光学球面及非球面面型的组合，结合负、正的透镜组组合以及各透镜的焦距在满足特定搭配条件的情况下实现其所具有的大视场角、高像质、小场曲、小体积等指标优势的同时，也极大的减小光学系统的重量，系统像差得到大幅消除，降低各光学部件的感度，易于部件的加工及组装，进一步提高了光学系统中的视场角、场曲、畸变等指标，极大的提高的用户的视觉舒适体验。
附图说明
10.图1为本实用新型的整体结构示意图。
11.图2为本实用新型的目镜设计数据示意图。
12.图3为本实用新型的光学系统点列图。
13.图4为本实用新型的图3弥散斑示意图。
14.图5为本实用新型的场曲与畸变示意图。
15.图6为本实用新型的空间传递函数示意图。
具体实施方式
16.实施例1：
17.如图1和图2所示的大视场角的目镜光学系统，包括从像面a到物面b侧沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组的有效焦距为负和正组合；所述第一透镜组包括靠近人眼侧的第一透镜1和远离人眼侧的第二透镜2；所述第二透镜组包括与第一透镜组相邻且沿光轴依次排列的第三透镜3和第四透镜4；所述第三透镜3为正透镜，所述第四透镜4为负透镜；所述第三透镜3的光学面为偶次非球面。
18.其中，所述第一透镜1和第四透镜4为负透镜，所述第二透镜2和第三透镜3为正透镜。
19.所述第一透镜1和第四透镜4分别由火石玻璃zf11和火石玻璃qf50构成，所述第二透镜和第三透镜由折射率较高的镧冕玻璃h-lak3构成。
20.所述第一透镜1组贴近眼部安装；所述第二透镜2组贴近显示器安装。
21.所述第一透镜组的光学焦距f1为-86，所述第二透镜组的光焦度f2为103；所述第一透镜的焦距f11为-19.7，所述第二透镜的焦距f12为-47，所述第三透镜的焦距f21为1768，所述第四透镜的焦距f22为-27；目镜光学系统f有效焦距f为46。
22.如图3和图4所示，其为对像质评价，可见边缘视场点列图平均半径约26μm，中心视场点列图半径约6.7μm，考虑到系统对应显示屏单个像素36μm，人眼通过此目镜系统观察显示屏时，边缘视场图像不会模糊且中心视场也不会产生颗粒感；图6是mtf曲线分布，各个视场mtf曲线分布较为均匀，中心视场处mtf值于8cycle/mm约0.94，12cycle/mm约0.91，边缘视场8cycle/mm约0.7，12cycle/mm处约0.4；图5为场曲与畸变曲线，可见系统场曲控制在人眼调节范围内且最大畸变小于-7.14%。
23.上述实施例，仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。


技术特征：
1.一种大视场角的目镜光学系统，其特征在于：包括从像面到物面侧沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组的有效焦距为负和正组合；所述第一透镜组包括靠近人眼侧的第一透镜和远离人眼侧的第二透镜；所述第二透镜组包括与第一透镜组相邻且沿光轴依次排列的第三透镜和第四透镜；所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为负透镜；所述第三透镜的光学面为偶次非球面。2.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜和第四透镜为负透镜，所述第二透镜和第三透镜为正透镜。3.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜和第四透镜分别由火石玻璃zf11和火石玻璃qf50构成，所述第二透镜和第三透镜由镧冕玻璃h-lak3构成。4.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜组贴近眼部安装；所述第二透镜组贴近显示器安装。5.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜组的光学焦距为-86，所述第二透镜组的光焦度为103；所述第一透镜的焦距为-19.7，所述第二透镜的焦距为-47，所述第三透镜的焦距为1768，所述第四透镜的焦距为-27；目镜光学系统有效焦距为46。

技术总结
本实用新型公开了一种大视场角的目镜光学系统，包括从像面到物面侧沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组的有效焦距为负和正组合；所述第一透镜组包括靠近人眼侧的第一透镜和远离人眼侧的第二透镜；所述第二透镜组包括与第一透镜组相邻且沿光轴依次排列的第三透镜和第四透镜；所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为负透镜；所述第三透镜的光学面为偶次非球面。本实用新型的大视场角的目镜光学系统，能够实现大视场角、高图像分辨力、小场曲和小体积等指标。积等指标。积等指标。


技术研发人员：马飒飒 张勇 王伟明 刘家儒 刘海涛 谢大兵 康科 高润冬 耿斌 方东兴 王祖文
受保护的技术使用者：中国人民解放军32181部队
技术研发日：2022.06.08
技术公布日：2022/9/13