[发明专利]目镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种目镜，特别是一种用于头盔式显示器中的目镜，属于光学技术领域。

背景技术

头盔式显示器(Head Mounted Display)是近年来显示领域的热门产品，用于虚拟现实和增强显示的头盔图像显示装置取得了长足的发展。由于头盔显示装置安装在观察者的头部，因此它必须结构紧凑、重量轻，以减轻观察者的负载。头盔显示器主要由三个部分构成：显示部件、光学镜头和头盔，要减轻重量，光学系统是关键，但光学系统的紧凑型与头盔显示器对光学系统成像质量的要求之间存在一定的矛盾。对于头盔显示器而言，要求光学系统可以做到比较大的视场和出瞳直径，因为观察视场的增加，观察范围也会增加，观察者才能更全神贯注的观察优质的动态图像，出瞳直径增加可以保证头盔适应不同瞳距的观察者，而不必调整头盔的瞳距，同时允许观察者在观察过程中眼珠能随意转动而不至于丢失图像。但光学系统的视场、出瞳直径、焦距三者之间有相互制约的关系，同时达到大视场，大出瞳直径和短焦(即系统的紧凑化)并不容易。另外，像面的照度的均匀性也对使用头盔显示器观看时的观看质量有明显影响，光学系统需要兼顾上述多种需求。

发明内容

鉴于上述要求，本发明提出了一种结构非常紧凑、质量很轻的目镜，用于头盔显示器中，将头盔微型显示器件显示的图像放大并经位于光阑处的人眼成像。该目镜出瞳直径大于一般的目镜，出瞳距离长，视场角大，采用微型显示器保证结构紧凑，因此焦距小和F/#小；并且本发明的目镜像方远心，所有视场主光线在像面上的入射角均小于4度，可以保证像面照度比较均匀，利于人眼观看。

本发明的技术方案如下：

本发明的目镜，包括六片透镜，像方远心；所述目镜从人眼观察侧到显示器件侧，沿光轴方向共轴依次排列着光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；

其中第一透镜和第二透镜的组合焦距为f12，第三透镜和第四透镜的组合焦距为f34，所述系统总焦距为fw，第一到第五透镜的组合焦距为f15，各焦距满足以下(1)～(3)关系式：

(1)0.8＜f12/fw＜3

(2)0.9＜|f34/fw|＜6

(3)0.8＜f15/fw＜1.9

并且所述透镜的材料满足如下要求：

Nd₄＞1.8，Nd₆＞1.8，Vd_{1，2，3，5}＞40

Nd₄、Nd₆：分别表示第四透镜、第六透镜在d线的折射率，

Vd₁、Vd₂、Vd₃、Vd₅：分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜在d线的阿贝数，均大于40。

优选的，所述目镜系统各焦距还满足以下(4)～(6)关系式，以获得更好的成像效果。

(4)1.2＜f12/fw＜1.5

(5)2＜|f34/fw|＜3.5

(6)0.85＜f15/fw＜1.3

优选的，上述目镜的第一透镜和第二透镜可以为正透镜，第三和第四透镜构成正-负形式的双胶合透镜。

优选的，第五透镜为正透镜，第六透镜可以为正透镜或负透镜。

优选的，所述目镜系统的出瞳小于8或等于8。

本发明还涉及一种使用上述目镜的头盔显示器，将液晶显示器上显示的图像成像于人眼，人眼位于光阑处观察，其中液晶显示器为微型显示器的对角长不大于3英寸，通常小于1英寸。

有益效果

本发明的目镜具有结构紧凑、质量轻的优点；目镜出瞳直径大于一般的目镜，出瞳距离长，视场角大，焦距小和F/#小；目镜像方远心，所有视场主光线在像面上的入射角均小于4度，可以保证像面照度比较均匀，利于人眼观看。

附图说明

图1示出了根据本发明第一实施例的光学系统图；

图2示出了根据本发明第一实施例的光学系统的像差曲线；

图3示出了根据本发明第二实施例的光学系统图；

图4示出了根据本发明第二实施例的光学系统的像差曲线；

图5示出了根据本发明第三实施例的光学系统图；

图6示出了根据本发明第三实施例的光学系统的像差曲线；

图7示出了根据本发明第四实施例的光学系统图；

图8示出了根据本发明第四实施例的光学系统的像差曲线；

图9示出了根据本发明第五实施例的光学系统图；

图10示出了根据本发明第五实施例的光学系统的像差曲线；