專利名稱：：一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學(xué)成像系統(tǒng)，具體一種護目型微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代的目視顯示器主要包括護目型和透視型。護目型顯示器是將顯示器的圖象經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)，成放大虛擬圖像，人眼只能看到顯示器上的圖案或信號成的虛像。在護目型顯示應(yīng)用領(lǐng)域，總希望系統(tǒng)能具有較大的視場角，目艮舒距(出瞳距離)和出瞳直徑。但同時要保證盡可能小的體積和輕的質(zhì)量。所以上述的三個目標(biāo)與像質(zhì)很難同時滿足。往往是出瞳直徑或眼舒距不足，或者是滿足了上述指標(biāo)，而像質(zhì)卻存在不足。傳統(tǒng)目鏡設(shè)計中，通常使用消光學(xué)畸變或復(fù)消光學(xué)畸變透鏡來校正光學(xué)畸變和場曲等，這樣的系統(tǒng)往往具有鏡片數(shù)量較多，系統(tǒng)厚重的缺點。怎樣用盡可能少的鏡片數(shù)量和重量，得到高性能的目視系統(tǒng)成為研究的重點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置。其技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，包括像源，還包括一透鏡組，該透鏡組由共光軸且自人眼向像源順次排列的具有正屈光度的第一透鏡和具有負(fù)屈光度的第二透鏡組成，其中第一透鏡具有面向人眼的第一表面及面向像源的第二表面，所述第一表面向人眼一側(cè)凸出，第二表面相向像源一側(cè)凸出；第二透鏡具有面向人眼的第三表面及面向像源的第四表面，所述第三表面的中部相對人眼一側(cè)凹陷，所述第四表面的中部向像源一側(cè)凸出，所述第一、二、三、四表面均為非球面。所述第一透鏡2的色散值大于第二透鏡3的色散值，所述第一透鏡2的折射率小于第二透鏡3的折射率。第一透鏡的折射率選擇為1.49<第一透鏡折射率<1.52,色散值選擇為55<第一透鏡色散值<60;第二透鏡的折射率選擇為l.55<第二透鏡折射率<1.60，色散值選擇為26<第二透鏡色散值<35。所述第一、二、三、四表面的面形公式為z=-,=+0^+a,o+a4,+!5一"+a6r"......l+力-(l+A:)cV其中Z為以各非球面與光軸o交點為起點，垂直光軸O方向的軸向值，即鏡面深度值，因所選的透鏡形狀為軸對稱式鏡片，故該非球面公式均取偶次項。其中各非球面系數(shù)通過以上公式確定非球面的形狀；k為二次曲面系數(shù)；c-l/R，其中R為鏡面中心曲率半徑，c為鏡面中心曲率；r為鏡面中心高度；al，a2,a3，a4，a5，a6……為非球面系數(shù)，所述二次曲面系數(shù)的取值范圍為-12.3〈二次曲面系數(shù)<0.5，所述曲率半徑R的取值范圍為-0.4〈曲率半徑R〈0.1.所述的透鏡組滿足下列關(guān)系式fl>0;f2<01/3<fl/F<1/2其中，fl為第一透鏡的有效焦距值，f2為第二透鏡的有效焦距值，F(xiàn)為整個目視光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距值所述每個透鏡的中心厚度介于lmm與12咖之間，所述兩個透鏡之間的距離介于lmm與3麵之間，所述第二透鏡與像源之間的距離介于10mm與20mm之間。本發(fā)明采用具有正負(fù)屈光度的第一透鏡和第二透鏡的兩片式結(jié)構(gòu)，第一透鏡具有面向人眼且向人眼一側(cè)凸出的第一表面，及面向像源且向像源一側(cè)凸出的第二表面；第二透鏡具有面向人眼且中部相對人眼一側(cè)凹陷的第三表面，及面向像源且中部向像源一側(cè)凸出的第四表面，有效校正了像差，從而提升了成像質(zhì)量；通過優(yōu)化透鏡組的非球面系數(shù)，來修正各種相差，同時也可避免因采用球面鏡而產(chǎn)生的球面像差，簡化結(jié)構(gòu)和改善成像品質(zhì)；該目鏡采用的鏡片數(shù)量較少，且設(shè)計工作距(包括眼舒距)光學(xué)全長〈-49mm，具有大出瞳直徑和大眼舒距，出瞳直徑為8mm，目艮舒距為20mm，全視場角30°,較好的滿足了護目型微型顯示系統(tǒng)的要求。圖l是本發(fā)明第一具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明第一具體實施方式的MTF(光學(xué)傳遞函數(shù))圖3是本發(fā)明第一具體實施方式的相對照度圖4是本發(fā)明第一具體實施方式的光學(xué)畸變圖5是本發(fā)明第二具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明第二具體實施方式的MTF(光學(xué)傳遞函凄t)圖7是本發(fā)明第二具體實施方式的相對照度圖8是本發(fā)明第二具體實施方式的光學(xué)畸變圖9是本發(fā)明第三具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖IO是本發(fā)明第三具體實施方式的MTF(光學(xué)傳遞函數(shù))圖ll是本發(fā)明第三具體實施方式的相對照度圖12是本發(fā)明第三具體實施方式的光學(xué)畸變具體實施例方式下面通過具體的實施方式并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。如圖1至12所示，一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，包括像源4，還包括一透鏡組，該透鏡組由共光軸且自人眼向像源順次排列的具有正屈光度的第一透鏡2和具有負(fù)屈光度的第二透鏡3組成，其中第一透鏡2具有面向人眼的第一表面及面向像源的第二表面，所述笫一表面向人眼一側(cè)凸出，第二表面相向像源一側(cè)凸出；第二透鏡3具有面向人眼的第三表面及面向像源的第四表面，所述第三表面的中部相對人眼一側(cè)凹陷，所述第四表面的中部向像源一側(cè)凸出，所述第一、二、三、四表面均為非球面。成像裝置還包括位于第一透鏡前的孔徑光闌1。如圖1至圖4所示，本發(fā)明的第一具體實施方式采用有機電致發(fā)光二極管0LED(0rganicLight--EmittingDiode)顯示屏或主動式矩陣液晶顯示器AMLCD(ActiveMatrixLiquidCrystalDisplay)作為像源4。所迷第二透鏡與像源之間的距離為15mm，第一透鏡2使用的材料為聚甲基丙烯酸曱酯(Polymethylmecrylate，簡稱PMMA)，折射率為1.492,色散值為59;第二透鏡3使用的材料為聚碳酸脂(Polycarbonate,簡稱PC),折射率為1.589,色散值為32。能很好消除光學(xué)畸變影響，提高鏡頭分辨率。鏡頭組件的參數(shù)如下表所示鏡片參數(shù):<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表中厚度d為此面距離下個面的距離，該鏡頭模組有效焦距值F=24，第一透鏡的有效焦距值f1=8.74，第二透鏡的有效焦距值f2--113.31,1/3<fl/F-0.36<1/2,可確保適當(dāng)?shù)暮蠼咕啵€可以對各象差，特別是非點象差和畸變象差進行良好矯正，并得到理想的光學(xué)性能。圖2是本發(fā)明的調(diào)制傳遞函數(shù)(ModulationTransferFunction,簡稱MTF)曲線圖，圖中橫軸表示空間頻率，單位線對每毫米(lp/mm);縱軸表示調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的數(shù)值，所述MTF的數(shù)值用來評價鏡頭的成像質(zhì)量，取值范圍為0-1，MTF曲線越高越直表示鏡頭的成像質(zhì)量越好，對真實圖像的還原能力越強。從圖2可以看出，各視場子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲線很靠近，其表明該鏡頭組件在各個視場，子午方向(T)和弧矢方向(S)這兩個方向的成像性能具有良好的一致性，能保證鏡頭組件在整個成像面上都能清晰成像，而不會出現(xiàn)中間清晰、邊緣才莫糊的情況。圖3是本發(fā)明第一具體實施方式的相對照度圖，從圖3可以看出，該本發(fā)明的相對照度大于90%,表明此鏡頭組件邊緣視場和中心視場的照度均勻，光線充足。圖4是本發(fā)明笫一具體實施方式的光學(xué)畸變圖，從圖4可以看出，該本發(fā)明的橫向光學(xué)畸變小于1%。如圖5至圖8所示，本發(fā)明的第二具體實施方式采用有機電致發(fā)光二極管0LED(0rganicLight—EmittingDiode)顯示屏或主動式矩陣液晶顯示器AMLCD(ActiveMatrixLiquidCrystalDisplay)作為像源4，所述第二透鏡與像源之間的距離為21mrn，第一透鏡2使用的材料為聚曱基丙烯酸曱酯(Polymethylmecrylate,簡稱P固A)，折射率為1.492,色散值為59;第二透鏡3使用的材料為聚碳酸脂(Polycarbonate,簡稱PC),折射率為1.586,色散值為32。能很好消除光學(xué)畸變影響，提高鏡頭分辨率。該鏡頭組件的參數(shù)如下表所示鏡片參數(shù)類型曲率半徑R(mm)厚度d(mm)折射率色散值光闌20第一非球面0.05984731271.49259第二非球面-0.1269068452第三非球面-0.37199084621.58632第四非球面-0.24449100921非球面系數(shù):類型ka2a3a5a6第一非0.47357.092E-1.422E-1.081E-2.O備球面497220-0.00441-05-08-08-ll第二非-8.027-9.905E6.754E4.125E3.779E球面2682640-0.02092-06-07-09-ll第三非-2.6416.027E2.307E7.060E-5.030E球面3574630-0.01023-05-06-09-11第四非-3.501-9.054E6.148E-1.053E1.577E球面32031900.015815-05-06-07-09表中厚度d為此面距離下個面的距離，該鏡頭模組的總長有效焦距值F-27，第一透鏡的有效焦距值f1=12.02，第二透鏡的有效焦距值f2》28,1/3<fl/F=0.45<1/2，可以確保適當(dāng)?shù)暮蠼咕?，還可以對各象差，特別式非點象差和畸變象差進行良好矯正，并得到理想的光學(xué)性能。圖6是本發(fā)明的調(diào)制傳遞函數(shù)(ModulationTransferFunction,簡稱MTF)曲線圖，圖中橫軸表示空間頻率，單位線對每毫米(lp/mm);縱軸表示調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的數(shù)值，所述MTF的數(shù)值用來評價鏡頭的成像質(zhì)量，取值范圍為0-1，MTF曲線越高越直表示鏡頭的成像質(zhì)量越好，對真實圖像的還原能力越強。從圖6可以看出，各視場子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲線很靠近，其表明該鏡頭組件在各個禾見場，子午方向(T)和瓜矢方向(S)這兩個方向的成像性能具有良好的一致性，能保證鏡頭組件在整個成像面上都能清晰成像，而不會出現(xiàn)中間清晰、邊^(qū)^莫糊的情況。圖7是本發(fā)明第二具體實施方式的相對照度圖，從圖7可以看出，該本發(fā)明的相對照度大于90°/，表明此鏡頭組件邊緣視場和中心視場的照度均勻，光線充足。圖8是本發(fā)明第二具體實施方式的光學(xué)畸變圖，從圖8可以看出，該本發(fā)明的橫向光學(xué)畸變小于5%。如圖9至圖12所示，本發(fā)明的第三具體實施方式采用有機電致發(fā)光二極管0LED(0rganicLight—EmittingDiode)顯示屏或主動式矩陣液晶顯示器AMLCD(ActiveMatrixLiquidCrystalDisplay)作為像源4，所述第二透鏡與像源之間的距離為16.8mm，第一透鏡2使用的材料為聚甲基丙烯酸曱酯(Polymethylmecrylate,簡稱P畫A)，折射率為1.492,色散值為59;第二透鏡3使用的材料為聚碳酸脂(Polycarbonate,簡稱PC)，折射率為1.582,色散值為29.5。能很好消除光學(xué)畸變影響，提高鏡頭分辨率。該鏡頭組件的參數(shù)如下表所示鏡片參數(shù)類型曲率半徑R(mm)厚度d(mm)折射率色散值光闌20第一非球面0.04564913271.49259第二非球面-0.1959962831.6第三非球面-0.30835729621.58229.5<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表中厚度d為此面距離下個面的距離，該鏡頭模組的總長有效焦距值F-24.7,第一透鏡的有效焦距值fl=9.2，第二透鏡的有效焦距值f2=-3.15，1/3<fl/F=0.37<1/2,可以確保適當(dāng)?shù)暮蠼咕啵€可以對各象差，特別式非點象差和畸變象差進行良好矯正，并得到理想的光學(xué)性能。圖10是本發(fā)明的調(diào)制傳遞函數(shù)(ModulationTransferFunction,簡稱MTF)曲線圖，圖中橫軸表示空間頻率，單位線對每毫米(lp/mm);縱軸表示調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的數(shù)值，所述MTF的數(shù)值用來評價鏡頭的成像質(zhì)量，取值范圍為0-1，MTF曲線越高越直表示鏡頭的成像質(zhì)量越好，對真實圖像的還原能力越強。從圖10可以看出，各視場子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲線很靠近，其表明該鏡頭組件在各個視場，子午方向(T)和弧矢方向(S)這兩個方向的成像性能具有良好的一致性，能保證鏡頭組件在整個成像面上都能清晰成《象，而不會出現(xiàn)中間清晰、邊緣才莫糊的情況。圖ll是本發(fā)明第一具體實施方式的相對照度圖，從圖IO可以看出，該本發(fā)明的相對照度大于55%，表明此鏡頭組件邊緣視場和中心視場的照度均勻，光線充足。圖12是本發(fā)明第一具體實施方式的光學(xué)畸變圖，從圖4可以看出，該本發(fā)明的橫向光學(xué)畸變小于2、以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求1.一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，包括像源，其特征在于還包括一透鏡組，該透鏡組由共光軸且自人眼向像源順次排列的具有正屈光度的第一透鏡和具有負(fù)屈光度的第二透鏡組成，其中第一透鏡具有面向人眼的第一表面及面向像源的第二表面，所述第一表面向人眼一側(cè)凸出，第二表面相向像源一側(cè)凸出；第二透鏡具有面向人眼的第三表面及面向像源的第四表面，所述第三表面的中部相對人眼一側(cè)凹陷，所述第四表面的中部向像源一側(cè)凸出，所述第一、二、三、四表面均為非球面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述第一透鏡的色散值大于第二透鏡的色散值，所述第一透鏡的折射率小于第二透鏡的折射率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于第一透鏡的折射率選擇為1.49<第一透鏡折射率<1.52,色散值選擇為55<第一透鏡色散值<60;第二透鏡的折射率選擇為1.55<第二透鏡折射率<1.60，色散值選擇為26<第二透鏡色散值<35。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述第一、二、三、四表面的面形公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中z為以各非i^面與光軸o交點為起點，垂直光軸o方向的軸向值，即鏡面深度值，因所選的透鏡形狀為軸對稱式鏡片，故該非球面公式均取偶次項。其中各非球面系數(shù)通過以上公式確定非球面的形狀；k為二次曲面系數(shù)；c-l/R，其中R為鏡面中心曲率半徑，c為鏡面中心曲率；r為鏡面中心高度；al,a2,a3，a4，a5，a6……為非球面系數(shù)，其特征在于所述二次曲面系數(shù)的取值范圍為-12.3<二次曲面系數(shù)〈0.5,所述曲率半徑R的取值范圍為-0.4<曲率半徑R<0.1.5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于還包括位于第一透鏡前的孔徑光闌。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述的本發(fā)明滿足下列關(guān)系式fl>0;f2<01/3<fl/F<1/2其中，fl為第一透鏡的有效焦距值，f2為第二透鏡的有效焦距值，F(xiàn)為整個目視光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距值7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述每個鏡片的中心厚度介于lmm與12mm之間，所述兩個鏡片之間的距離介于lmm與3mm之間，第二透鏡與像源之間的距離介于9mm與22mm之間。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述本發(fā)明的參數(shù)如下鏡片參數(shù):<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>非球面系數(shù):<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述本發(fā)明的參數(shù)如下:鏡片參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>非球面系數(shù):<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，其特征在于所述本發(fā)明的參數(shù)如下:鏡片參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>非球面系數(shù):<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>全文摘要一種微型顯示目鏡光學(xué)成像裝置，包括像源，還包括一透鏡組，該透鏡組由共光軸且自人眼向像源順次排列的具有正屈光度的第一透鏡和具有負(fù)屈光度的第二透鏡組成，其中第一透鏡具有面向人眼的第一表面及面向像源的第二表面，所述第一表面向人眼一側(cè)凸出，第二表面相向像源一側(cè)凸出；第二透鏡具有面向人眼的第三表面及面向像源的第四表面，所述第三表面的中部相對人眼一側(cè)凹陷，所述第四表面的中部向像源一側(cè)凸出，所述第一、二、三、四表面均為非球面。本發(fā)明采用具有正負(fù)屈光度的第一透鏡和第二透鏡的兩片式結(jié)構(gòu)，采用較少數(shù)量的鏡片，通過優(yōu)化透鏡組的非球面系數(shù)，來修正各種相差，較好的滿足了護目型微型顯示系統(tǒng)的要求。文檔編號G02B25/00GK101470262SQ20071012571公開日2009年7月1日申請日期2007年12月27日優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日發(fā)明者姜莉莉申請人:比亞迪股份有限公司