目镜光学系统技术方案

本发明专利技术公开了目镜光学系统，其适于显示画面的成像光线经由目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像。目镜光学系统从目侧至显示侧沿光轴依序包括第一透镜以及第二透镜，且第一透镜以及第二透镜各自具有一目侧面以及一显示侧面。第一透镜的显示侧面至第二透镜的目侧面平行于光轴的方向上的最大距离小于5毫米，且目镜光学系统符合：6≦DLD/EPD≦20。DLD为观察者的单一瞳孔所对应的显示画面的对角线长度，且EPD为目镜光学系统的出瞳直径。所述目镜光学系统在缩短系统长度的条件下，仍具备能够有效克服像差的光学性能，提供良好的成像质量，且具有较大的眼视视角。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学系统，尤其涉及目镜光学系统。
技术介绍
虚拟现实(VirtualReality,VR)是利用计算机技术仿真产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉等感官仿真，让使用者感觉身历其境。目前现有的VR装置都是以视觉体验为主。藉由对应左右眼的两个视角略有差异的分割画面来模拟人眼的视差，以达到立体视觉。为了缩小虚拟现实装置的体积，让用户藉由较小的显示画面得到放大的视觉感受，具有放大功能的目镜光学系统成了VR研究发展的其中一个主题。现有的目镜光学系统的半眼视视角较小，使得观察者使用时会感到视觉狭窄且分辨率较低。另外，现有的目镜光学系统的色差和畸变较大，其像差严重到显示画面必须先进行像差补偿，因此如何增加半眼视视角并加强成像质量是目镜光学系统是一个需要改善的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种目镜光学系统，其在缩短系统长度的条件下，仍能保有良好的光学成像质量与具有较大的眼视视角。为实现上述目的，本专利技术提供一种目镜光学系统，其特征在于，适于一显示画面的一成像光线经由该目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向该眼睛的方向为目侧，且朝向该显示画面的方向为显示侧，其中该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜以及一第二透镜，且该第一透镜以及该第二透镜各自包括朝向该目侧且使该成像光线通过的一目侧面及朝向该显示侧且使该成像光线通过的一显示侧面，其中该第一透镜的该显示侧面至该第二透镜的该目侧面平行于该光轴的方向上的最大距离小于5毫米，且该目镜光学系统符合：6≦DLD/EPD≦20，其中，DLD为该观察者的单一瞳孔所对应的该显示画面的对角线长度，且EPD为该目镜光学系统的一出瞳直径。进一步，所述该目镜光学系统符合：2≦EFL/(T1+G12+T2)，其中EFL为该目镜光学系统的系统焦距，T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且G12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙。进一步，所述第二透镜的该显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。进一步，所述该目镜光学系统符合：1.2≦TTL/G2D，其中TTL为该第一透镜的该目侧面到该显示画面在该光轴上的距离，且G2D为该第二透镜的该显示侧面到该显示画面在该光轴上的距离。进一步，所述该目镜光学系统符合：2.5≦T1/T2，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。进一步，所述该目镜光学系统符合：3.5≦(T1+G12)/T2，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且G12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙。进一步，所述该目镜光学系统符合：3.0≦EFL/T1，其中EFL为该目镜光学系统的系统焦距，且该T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。进一步，所述该目镜光学系统符合：10.0≦EFL/T2，其中EFL为该目镜光学系统的系统焦距，且该T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。进一步，所述该目镜光学系统符合：0.5≦ER/(T1+T2)，其中ER为该观察者的该眼睛的该瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离。进一步，所述该目镜光学系统符合：3.0≦TTL/(T1+T2)，其中TTL为该第一透镜的该目侧面到该显示画面在该光轴上的距离，T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。进一步，所述该第一透镜的该目侧面与该显示侧面的其中之一为菲涅耳表面。进一步，所述该第一透镜的该显示侧面为菲涅耳表面。进一步，所述该目镜光学系统符合：G2D/T2≦15.0，其中G2D为该第二透镜的该显示侧面到该显示画面在该光轴上的距离，且T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。进一步，所述该目镜光学系统符合：3.5≦D1/T1，其中D1为该第一透镜的该目侧面的光学有效直径，且T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。进一步，所述该目镜光学系统符合：15.0≦D2/T2，其中D2为该第二透镜的该目侧面的光学有效直径，且T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。本专利技术的一实施例提出一种目镜光学系统，适于显示画面的成像光线经由目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像。朝向眼睛的方向为目侧，且朝向显示画面的方向为显示侧。目镜光学系统从目侧至显示侧沿光轴依序包括第一透镜以及第二透镜，且第一透镜以及第二透镜各自包括朝向目侧且使成像光线通过的目侧面及朝向显示侧且使成像光线通过的显示侧面。第一透镜的显示侧面至第二透镜的目侧面平行于光轴的方向上的最大距离小于5毫米，且目镜光学系统符合：6≦DLD/EPD≦20，其中，DLD为观察者的单一瞳孔所对应的显示画面的对角线长度，且EPD为目镜光学系统的出瞳直径。基于上述，本专利技术的实施例的目镜光学系统的有益效果在于：藉由上述透镜间的距离设计，目镜光学系统的出瞳直径与显示画面的对角线长度的关系设计，以及光学参数的设计，使目镜光学系统在缩短系统长度的条件下，仍具备能够有效克服像差的光学性能，提供良好的成像质量，且具有较大的眼视视角(apparentfieldofview)。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。附图说明图1为一示意图，说明一目镜光学系统。图2为一示意图，说明一透镜径向上的剖视图。图3为一示意图，说明一透镜的面型凹凸结构及光线焦点图。图4为一示意图，说明一范例一的透镜的面型结构。图5为一示意图，说明一范例二的透镜的面型结构。图6为一示意图，说明一范例三的透镜的面型结构。图7为本专利技术第一实施例之目镜光学系统的示意图。图8A为本专利技术第一实施例的纵向球差图。图8B为本专利技术第一实施例的有关弧矢方向的场曲像差图。图8C为本专利技术第一实施例的有关子午方向的场曲像差图。图8D为本专利技术第一实施例的畸变像差图。图9为本专利技术第一实施例之目镜光学系统的详细光学数据图。图10为本专利技术第一实施例之目镜光学系统的非球面参数。图11为本专利技术第二实施例的目镜光学系统的示意图。图12A为本专利技术第二实施例的纵向球差图。图12B为本专利技术第二实施例的有关弧矢方向的场曲像差图。图12C为本专利技术第二实施例的有关子午方向的场曲像差图。图12D为本专利技术第二实施例的畸变像差图。图13为本专利技术第二实施例之目镜光学系统的详细光学数据。图14为本专利技术第二实施例之目镜光学系统的非球面参数。图15为本专利技术第三实施例的目镜光学系统的示意图。图16A为本专利技术第三实施例的纵向球差图。图16B为本专利技术第三实施例的有关弧矢方向的场曲像差图。图16C为本专利技术第三实施例的有关子午方向的场曲像差图。图16D为本专利技术第三实施例的畸变像差图。图17为本专利技术第三实施例之目镜光学系统的详细光学数据。图18为本专利技术第三实施例之目镜光学系统的非球面参数。图19为本专利技术第四实施例的目镜光学系统的示意图。图20A为本专利技术第四实施例的纵向球差图。图20B为本专利技术第四实施例的有关弧矢方向的场曲像差图。图20C为本专利技术第四实施例的有关子午方向的场曲像差图。图20D为本专利技术第四实施例的畸变像差图。图21为本专利技术第四实施例之目镜光学系统的详细光学数据。图22为本专利技术第四实施例之目镜光学系统的非球面参数。图23为本专利技术第五实施例的目镜光学系统的示意图。图24A为本专利技术第五实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目镜光学系统，其特征在于，适于一显示画面的一成像光线经由该目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向该眼睛的方向为目侧，且朝向该显示画面的方向为显示侧，其中该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜以及一第二透镜，且该第一透镜以及该第二透镜各自包括朝向该目侧且使该成像光线通过的一目侧面及朝向该显示侧且使该成像光线通过的一显示侧面，其中该第一透镜的该显示侧面至该第二透镜的该目侧面平行于该光轴的方向上的最大距离小于5毫米，且该目镜光学系统符合：6≦DLD/EPD≦20，其中，DLD为该观察者的单一瞳孔所对应的该显示画面的对角线长度，且EPD为该目镜光学系统的一出瞳直径。

【技术特征摘要】
1.一种目镜光学系统，其特征在于，适于一显示画面的一成像光线经由该目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向该眼睛的方向为目侧，且朝向该显示画面的方向为显示侧，其中该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜以及一第二透镜，且该第一透镜以及该第二透镜各自包括朝向该目侧且使该成像光线通过的一目侧面及朝向该显示侧且使该成像光线通过的一显示侧面，其中该第一透镜的该显示侧面至该第二透镜的该目侧面平行于该光轴的方向上的最大距离小于5毫米，且该目镜光学系统符合：6≦DLD/EPD≦20，其中，DLD为该观察者的单一瞳孔所对应的该显示画面的对角线长度，且EPD为该目镜光学系统的一出瞳直径。2.根据权利要求1所述目镜光学系统，其特征在于，所述该目镜光学系统符合：2≦EFL/(T1+G12+T2)，其中EFL为该目镜光学系统的系统焦距，T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且G12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙。3.根据权利要求1所述目镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜的该显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。4.根据权利要求1所述目镜光学系统，其特征在于，所述该目镜光学系统符合：1.2≦TTL/G2D，其中TTL为该第一透镜的该目侧面到该显示画面在该光轴上的距离，且G2D为该第二透镜的该显示侧面到该显示画面在该光轴上的距离。5.根据权利要求1所述目镜光学系统，其特征在于，所述该目镜光学系统符合：2.5≦T1/T2，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。6.根据权利要求1所述目镜光学系统，其特征在于，所述该目镜光学系统符合：3.5≦(T1+G12)/T2，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且G12为该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加欣，林茂宗，殷炎煊，
申请(专利权)人：玉晶光电厦门有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35