[发明专利]目镜光学系统

说明书

本发明公开一种目镜光学系统，用于成像光线从显示画面经该目镜光学系统进入观察者眼睛成像，目镜光学系统从目侧至显示侧沿一光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜。第一透镜至第四透镜各自包括一目侧面及一显示侧面。本发明透过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，而在维持良好光学性能之条件下，增加半眼视角幅度。本发明可用于虚拟实境设备，通过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，可维持良好的光学性能，并增加半眼视角幅度。

技术领域

本发明是与一种目镜光学系统相关，且尤其是与应用四片式透镜之目镜光学系统相关。

背景技术

以虚拟实境技术来说，其利用计算机技术模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉等感官模拟，让使用者感觉身历其境。目前现有的虚拟实境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来达到立体视觉。为了缩小虚拟实境装置的体积，让使用者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虚拟实境研究发展的其中一个主题。

现有的目镜光学系统之半眼视角较小，让观察者感到视觉狭窄、分辨率低且像差严重到显示画面要先进行像差补偿，因此如何增加半眼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。然而，目镜光学系统设计并非单纯将成像质量佳的镜头等比例缩小就能制作出兼具成像质量与微型化的目镜光学系统，设计过程牵涉到材料特性，还必须考量到制作、组装良率等生产面的实际问题，所以其技术难度明显高出传统镜头。因此如何制作出符合应用的目镜光学系统，并持续提升其成像质量并增加半眼视角幅度，一直是业界持续精进的目标。

发明内容

本发明之一目的是在提供一种目镜光学系统，通过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，维持足够之光学性能，且同时增加半眼视角幅度。

依据本发明，提供一种目镜光学系统，用于成像光线从显示画面经其及观察者的眼睛的瞳孔进入观察者眼睛成像，其中朝向眼睛的方向为目侧，朝向显示画面的方向为显示侧。此目镜光学系统从目侧至显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜。每一透镜都具有一朝向目侧且使成像光线通过的目侧面及一朝向显示侧且使成像光线通过的显示侧面。

为了便于表示本发明所指的参数，在本说明书及图示中定义：T1代表第一透镜在光轴上的厚度、G12代表第一透镜与第二透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T2代表第二透镜在光轴上的厚度、G23代表第二透镜与第三透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T3代表第三透镜在光轴上的厚度、G34代表第三透镜与第四透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T4代表第四透镜在光轴上的厚度、G4D代表第四透镜之显示侧面至一显示画面在光轴上的距离、f1代表第一透镜的焦距、f2代表第二透镜的焦距、f3代表第三透镜的焦距、f4代表第四透镜的焦距、n1代表第一透镜的折射率、n2代表第二透镜的折射率、n3代表第三透镜的折射率、n4代表第四透镜的折射率、v1代表第一透镜的阿贝数、v2代表第二透镜的阿贝数、v3代表第三透镜的阿贝数、v4代表第四透镜的阿贝数、EFL代表目镜光学系统的有效焦距、TL代表第一透镜之目侧面至第四透镜之显示侧面在光轴上的距离、ER代表观察者的一瞳孔至第一透镜之目侧面的距离、SL代表观察者瞳孔到显示画面在光轴上的距离、TTL代表第一透镜之目侧面至显示画面在光轴上的距离、ALT代表第一透镜至第四透镜在光轴上的四片透镜厚度总和(即T1、T2、T3、T4之和)、AAG代表第一透镜至第四透镜之间在光轴上的所有空气间隙宽度总和(如G12、G23、G34之和)、DLD为观察者单一瞳孔对应之显示画面之对角线长。

依据本发明的所提供的目镜光学系统，第一透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，第二透镜具有正屈光率，第三透镜具有一屈光率，第四透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部，并满足下列条件式：

G4D/AAG≦7条件式(1)。