目鏡的制作方法

本發明涉及一種目鏡，特別是一種用于頭戴顯示器中的目鏡。
背景技術：
：近年來，虛擬現實和增強現實技術進入高速發展階段，應用于此的頭戴顯示器也成為近年來顯示領域的熱門產品。頭戴顯示器要求結構緊湊、重量輕，便于頭戴。同時，視場角要盡可能的大，以此增加觀察范圍。此外，還需重點考慮圖像的質量，控制光學成像系統的各類像差。因此，目鏡光學系統是頭戴顯示器的核心。專利號為“CN104823079A”的專利提出了一種菲涅爾透鏡及光學器件。該折射型菲涅爾透鏡可減少因光在側壁反射和/或折射引起的噪聲，提高成像品質。但是該折射型菲涅爾透鏡的廣角化的特點仍有可以進一步優化的空間，來滿足市場，特別是頭戴式顯示器對于光學成像系統的更高要求。技術實現要素：本發明的目的在于提出一種。本發明所述的目鏡由一片鏡片組成，包含相對的第一表面和第二表面，第一表面為曲面，第二表面為菲涅爾結構面；所述菲涅爾結構面由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面，每一該環帶由一工作面和一非工作面組成；該目鏡滿足下列條件式：85°＜FOV＜130°；其中，FOV為目鏡的最大視場角。第一表面采用曲面，能夠提高鏡片的解像力，使得畫質更加清晰；同時配合菲涅爾結構面，可以使人眼能觀察到的畫面大于敏感視覺區域，獲得較好的沉浸感。進一步的，本發明所述的目鏡，在其第二表面的菲涅爾結構面中，定義自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶中，工作面為非球面；非工作面為一直斜面，定義其與光軸之間的一夾角為θi，并滿足條件式：0°≤θi≤5°。工作面采用非球面，提升了設計的自由度，更利于擴大視場角；同時搭配非工作面的直斜面，可以使鏡片具有較好的可加工性，減少雜散光，提高鏡片性能。進一步的，本發明所述的目鏡，第二表面的菲涅爾結構面中的多個環帶排列在一個基底面上，該基底面是平面。當該基底面為平面時，有益于減小鏡片厚度，滿足輕薄化要求。進一步的，本發明所述的目鏡，第二表面的菲涅爾結構面中的多個環帶排列在一個基底面上，該基底面是曲面。當該基底面為曲面時有益于周邊視場像質，提升畫面整體清晰度。進一步的，本發明所述的目鏡，在第二表面的菲涅爾結構面上，定義自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，并滿足0.08mm≤zi≤3.5mm；定義其第i個環帶深度為di，并滿足0mm＜di≤0.5mm。采用這種設計，可以在保證人眼觀看畫面晶格舒適度前提下有效降低雜光對成像質量影響。)進一步的，本發明所述的目鏡滿足關系式：0≤SAG1/DY≤0.2；其中，SAG為第一表面和光軸的交點至第一表面的有效半徑頂點之間的軸上距離；DY為目鏡的有效外徑。采用這種設計，可以獲得較大的視場角，使人眼能觀察到的畫面大于敏感視覺區域，獲得較好的沉浸感。進一步的，本發明所述的目鏡滿足關系式：7mm≤ED≤20mm；其中，ED為目鏡工作時人眼瞳孔至第一表面的軸上距離。在這個工作距范圍內使用，可以保證像質整體均勻性好。進一步的，本發明所述的目鏡滿足關系式：25mm≤EFL≤50mm；其中，EFL為目鏡的有效焦距。進一步的，本發明所述的目鏡滿足關系式：0.02＜CT/DY＜0.4；其中，CT為目鏡的中心厚度；DY為目鏡的有效外徑。滿足該條件式，可實現較好的沉浸感和較小的晶格感體驗。進一步的，本發明所述目鏡的第一表面上設有周期性衍射相位，由多個周期性相位環帶組成，自近光軸處朝向邊緣的相鄰周期性相位環帶之間有一下降臺階，每一下降臺階深度相等并定義其臺階深度為t，并滿足下列條件式：0.0005mm＜t＜0.0025mm；采用這種設計，可以有效矯正系統色差，進一步提升目鏡的成像品質。本發明的有益效果為，本發明所述的小型目鏡，采用單片鏡片，一面采用曲面，另一面采用菲涅爾透鏡結構，具有較大的視場角，有效矯正像差，提高成像品質，并獲得較大的相對鏡目距。下面結合附圖和實施例對本發明做進一步描述。附圖說明圖1是本發明所述目鏡的工作原理示意圖；圖2是實施例一所述目鏡的結構示意圖；圖3是本發明所述的目鏡中菲涅耳結構面的示意圖；圖4是實施例二所述目鏡的結構示意圖；圖5是實施例三所述目鏡的結構示意圖；圖6是實施例三所述目鏡的相位波帶的結構示意圖；圖7是實施例四所述目鏡的結構示意圖；圖8是實施例五所述目鏡的結構示意圖；圖9是實施例六所述目鏡的結構示意圖；圖10是本發明所述目鏡三維結構示意圖；圖11是本發明所述目鏡正面三維示意圖。具體實施方式實施例一：請參照圖2和圖3，目鏡由一片鏡片L1組成，包含相對的第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為非球面，第二表面S2為菲涅爾結構面。目鏡第二表面S2為菲涅爾結構面，由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，每個環帶的環帶寬度皆相等，并滿足：zi＝0.4mm。每一該環帶Ci由一工作面Sa和一非工作面Sb組成。其工作面Sa滿足條件式：其中，h是工作面Sa上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面第i階的修正系數。該環帶中，非工作面Sb為一直斜面，其與光軸呈一夾角θi，并滿足條件式：2°＜θi＜5°。目鏡第二表面S2的菲涅爾結構面中的環帶排列在一個基底面S2’上，該基底面S2’為曲面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶深度為di，并滿足0.1mm＜di≤0.5mm。目鏡工作時，人眼瞳孔至第一表面S1的軸上距離為ED，其滿足下列條件式：ED＝13mm。目鏡的有效焦距為EFL，其滿足下列條件式：EFL＝37.68mm。目鏡的中心厚度為CT，目鏡的有效外徑為DY，其滿足下列條件式：CT/DY＝0.24。目鏡的最大視場角為FOV，其滿足下列條件式：FOV＝95.04°。第一實施例中各條件參數如下表1所示：表1FOV(°)95.04SAG1/DY0.03θi(°)2～5ED(mm)13zi(mm)0.4EFL(mm)37.68di(mm)0.1～0.5CT/DY0.24實施例二：請參照圖4和圖3，目鏡由一片鏡片L1組成，包含相對的第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為球面，第二表面S2為菲涅爾結構面。目鏡第二表面S2為菲涅爾結構面，由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面。定義其自近光軸處朝向邊緣第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，每個環帶的環帶寬度皆相等，并滿足：zi＝0.2mm。每一該環帶Ci由一工作面Sa和一非工作面Sb組成。其工作面Sa滿足條件式：其中，h是工作面Sa上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面第i階的修正系數。該環帶中，非工作面Sb為一直斜面，其與光軸呈一夾角θi，并滿足條件式：1°＜θi＜3°。目鏡第二表面S2的菲涅爾結構面中的環帶排列在一個基底面S2’上，該基底面S2’為平面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶深度為di，并滿足0.0mm＜di≤0.3mm。第二實施例中各條件參數如下表2所示，其定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。表2FOV(°)95.04SAG1/DY0.07θi(°)1～3ED(mm)13zi(mm)0.2EFL(mm)39.67di(mm)0～0.3CT/DY0.14實施例三：請參照圖3、圖5和圖6，目鏡由一片鏡片L1組成，包含相對的第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為非球面，第二表面S2為菲涅爾結構面。在本實施例中，目鏡第一表面上設有周期性衍射相位，由多個周期性相位環帶組成，定義第i個周期性相位環帶Hi與第i+1個周期性相位環帶Hi+1之間有一下降臺階，每一下降臺階深度相等并定義其臺階深度為t，并滿足ti＝0.001mm。目鏡第二表面S2為菲涅爾結構面，由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，每個環帶的環帶寬度皆相等，并滿足：zi＝0.25mm。每一該環帶Ci由一工作面Sa和一非工作面Sb組成。其工作面Sa滿足條件式：其中，h是工作面Sa上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面第i階的修正系數。該環帶中，非工作面Sb為一直斜面，其與光軸呈一夾角θi，并滿足條件式：0°＜θi＜2°。目鏡第二表面S2的菲涅爾結構面中的環帶排列在一個基底面S2’上，該基底面S2’為曲面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶深度為di，并滿足0.0mm＜di≤0.3mm。第三實施例中各條件參數如下表3所示：表3FOV(°)98.8ED(mm)10θi(°)0～2EFL(mm)36.86zi(mm)0.25CT/DY0.2di(mm)0～0.3t(um)1SAG1/DY0.01實施例四：請參照圖7和圖3，目鏡由一片鏡片L1組成，包含相對的第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為非球面，第二表面S2為菲涅爾結構面。目鏡第二表面S2為菲涅爾結構面，由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，每個環帶的環帶寬度皆相等，并滿足：zi＝0.25mm。每一該環帶Ci由一工作面Sa和一非工作面Sb組成。其工作面Sa滿足條件式：其中，h是工作面Sa上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面第i階的修正系數。該環帶中，非工作面Sb為一直斜面，其與光軸呈一夾角θi，并滿足條件式：1°＜θ；＜3°。目鏡第二表面S2的菲涅爾結構面中的環帶排列在一個基底面S2’上，該基底面S2’為平面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶深度為di，并滿足0.0mm＜di≤0.3mm。第四實施例中各條件參數如下表4所示：表4FOV(°)125.76SAG1/DY0.03θi(°)1～3ED(mm)10.29zi(mm)0.25EFL(mm)25di(mm)0～0.3CT/DY0.05實施例五：請參照圖8和圖3，目鏡由一片鏡片L1組成，包含相對的第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為非球面，第二表面S2為菲涅爾結構面。目鏡第二表面S2為菲涅爾結構面，由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，每個環帶的環帶寬度皆相等，并滿足：zi＝0.25mm。每一該環帶Ci由一工作面Sa和一非工作面Sb組成。其工作面Sa滿足條件式：其中，h是工作面Sa上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面第i階的修正系數。該環帶中，非工作面Sb為一直斜面，其與光軸呈一夾角θi，并滿足條件式：1°＜θi＜3°。目鏡第二表面S2的菲涅爾結構面中的環帶排列在一個基底面S2’上，該基底面S2’為平面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶深度為di，并滿足0.0mm＜di≤0.3mm。第五實施例中各條件參數如下表5所示：表5FOV(°)89.98SAG1/DY0.04θi(°)1～3ED(mm)10.29zi(mm)0.25EFL(mm)50di(mm)0～0.3CT/DY0.13實施例六：請參照圖9和圖3，目鏡由一片鏡片L1組成，包含相對的第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為非球面，第二表面S2為菲涅爾結構面。目鏡第二表面S2為菲涅爾結構面，由多個環帶依序排列組成，形成鋸齒表面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶寬度，即第i個環帶垂直于光軸方向的間距為zi，并滿足：0.2mm≤zi≤3.1mm。每一該環帶Ci由一工作面Sa和一非工作面Sb組成。其工作面Sa滿足條件式：其中，h是工作面Sa上任一點到光軸的高度，c是頂點曲率，k是錐形常數，Ai是非球面第i階的修正系數。該環帶中，非工作面Sb為一直斜面，其與光軸呈一夾角θi，并滿足條件式：θi＝0°。目鏡第二表面S2的菲涅爾結構面中的環帶排列在一個基底面S2’上，該基底面S2’為平面。定義其自近光軸處朝向邊緣計數第i個環帶深度為di，每兩個相鄰環帶之間的深度皆相等，并滿足di＝0.2mm。第六實施例中各條件參數如下表6所示：表6FOV(°)88SAG1/DY0.07θi(°)0ED(mm)15zi(mm)0.2～3.1EFL(mm)42.5di(mm)0.2CT/DY0.14以上實施例僅是為充分說明本發明所述目鏡而所舉的較佳具體實施方式，并非用于限定本發明的保護范圍。本
技術領域：
的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書記載的內容為準。當前第1頁1 2 3