CN104898267A - 一种扩大视场角的目镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学技术领域。一种扩大视场角的目镜，包括目镜主体，目镜主体的前端面为第一曲面，目镜主体的后端面为第二曲面，第一曲面与第二曲面均为旋转对称面；第一曲面中央呈外凸状，第一曲面的边缘呈内凹状，第二曲面呈外凸状。本发明采用的目镜结构用于虚拟现实装置显示，优化了传统双外凸的目镜结构，在2k分辨率的前提下，在特定的空间范围内，可实现畸变系数低于10％，色差小，视场角120度，放大率合适，y方向上小的偏心范围内都能获得较好成像质量的光学镜头。

Description

一种扩大视场角的目镜

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及目镜。

背景技术

虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟现实系统是由计算机生成的通过视、听、触觉等作用于用户，使其产生身临其境感觉的交互式虚拟环境。虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式,利用数字头盔、数字手套等的传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。其中头盔显示部件是虚拟现实观感实现的关键，而现在市场上流行的头盔显示器中的目镜存在视场角不够大，视域范围不够开括，且畸变像差较大等问题，不能给用户提供良好的虚拟现实观感体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扩大视场角的目镜，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种扩大视场角的目镜，包括目镜主体，其特征在于，所述目镜主体的前端面为第一曲面，所述目镜主体的后端面为第二曲面，所述第一曲面与所述第二曲面均为旋转对称面；

所述第一曲面中央呈外凸状，所述第一曲面的边缘呈内凹状，所述第二曲面呈外凸状。

本发明采用的目镜结构用于虚拟现实装置显示，优化了传统双外凸的目镜结构，在2k分辨率的前提下，在特定的空间范围内，可实现畸变系数低于10％，色差小，视场角120度，放大率合适，y方向上小的偏心范围内都能获得较好成像质量的光学镜头。

所述旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。

所述第一曲面中央的曲率大于所述第一曲面边缘的曲率，所述第一曲面边缘的曲率大于所述第二曲面边缘的曲率，所述第二曲面边缘的曲率大于所述第二曲面中央的曲率。

所述第二曲面的中央横截面优选为一直线。便于保证成像效果。

所述第一曲面是一非球面，所述第一曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1-(1+K)y^2/R^2)}+{\mathrm{Ay}}^4+B{y}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

所述第二曲面是一非球面，所述第二曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1-(1+K)y^2/R^2)}+{\mathrm{Ay}}^4+B{y}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

所述目镜主体的中心厚度大于所述目镜主体的边缘厚度；所述目镜主体的厚度从中心向边缘依次递增；

所述目镜主体的中心厚度为12mm-20mm，所述目镜主体的边缘厚度为1mm-9mm。

作为一种优选方案，所述目镜主体的中心厚度为16mm，所述目镜主体的边缘厚度为5mm。便于注塑加工。

所述目镜主体可以为树脂材料制成的目镜主体。树脂材料质地轻盈、耐冲击、加工便捷，成本低廉。

所述目镜主体优选为由PMMA制成的目镜主体。

PMMA是目前最优良的高分子透明材料，可见光透过率达到92％，比玻璃的透光度高。

所述目镜主体还可以为光学玻璃制成的目镜主体。光学玻璃耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好。

所述第一曲面朝向物面，所述第二曲面朝向出瞳面，所述第二曲面上均匀涂覆有一防蓝光膜层。

通过防蓝光膜层，用于对用户观测时的视力保护。

所述防蓝光膜层的厚度不大于500μm，不小于100μm。

本发明通过对防蓝光膜层厚度的优化，有助于保证成像效果的同时，起到保护视力的效果。

所述第一曲面与所述第二曲面通过一环形曲面固定连接。

所述环状曲面的外壁上设有一挡光层。

便于聚焦，减少杂散光。

所述挡光层的厚度不大于1mm，不小于10μm。防止厚度过厚，浪费成本，厚度过薄，挡光性不佳。

所述挡光层可以是由AZ光胶涂覆而成的挡光层。AZ正性光胶当厚度大于10μm时，在200～285nm的紫外光区几乎不透光。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图，进一步阐述本发明。

参见图1，一种扩大视场角的目镜，包括目镜主体，目镜主体的前端面为第一曲面1，目镜主体的后端面为第二曲面2，第一曲面1与第二曲面2均为旋转对称面；第一曲面1中央呈外凸状，第一曲面1的边缘呈内凹状，第二曲面2呈外凸状。本发明采用的目镜结构用于虚拟现实装置显示，优化了传统双外凸的目镜结构，在2k分辨率的前提下，在特定的空间范围内，可实现畸变系数低于10％，色差小，视场角120度，放大率合适，y方向上小的偏心范围内都能获得较好成像质量的光学镜头。

旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。

第一曲面1中央的曲率大于第一曲面1边缘的曲率，第一曲面1边缘的曲率大于第二曲面2边缘的曲率，第二曲面2边缘的曲率大于第二曲面2中央的曲率。

第二曲面2的中央横截面优选为一直线。便于保证成像效果。

第一曲面1是一非球面，第一曲面1的非球面系数 $z=\frac{y^2}{R(1-(1+K)y^2/R^2)}+{\mathrm{Ay}}^4+B{y}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

R	20.90
		K	-0.514965
A	-8.16235e-006
		B	-5.64210e-009
C	-2.34590e-011
		D	-5.84926e-014
E	0.00000e+000
		F	0.00000e+000
G	0.00000e+000
		H	0.00000e+000
J	0.00000e+000

。

第二曲面是一非球面，第二曲面2的非球面系数 $z=\frac{y^2}{R(1-(1+K)y^2/R^2)}+{\mathrm{Ay}}^4+B{y}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

R	324.5
		K	0.066702
A	-1.18590e-005
		B	5.23218e-009
C	-1.27637e-011
		D	-8.86964e-015
E	0.00000e+000
		F	0.00000e+000
G	0.00000e+000
		H	0.00000e+000
J	0.00000e+000

。

目镜主体的中心厚度大于目镜主体的边缘厚度；目镜主体的厚度从中心向边缘依次递增；目镜主体的中心厚度为12mm-20mm，目镜主体的边缘厚度为1mm-9mm。作为一种优选方案，目镜主体的中心厚度为16mm，目镜主体的边缘厚度为5mm。便于注塑加工。

目镜主体可以为树脂材料制成的目镜主体。树脂材料质地轻盈、耐冲击、加工便捷，成本低廉。目镜主体优选为由PMMA制成的目镜主体。PMMA是目前最优良的高分子透明材料，可见光透过率达到92％，比玻璃的透光度高。目镜主体还可以为光学玻璃制成的目镜主体。光学玻璃耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好。

第一曲面1朝向物面，第二曲面2朝向出瞳面，第二曲面2上均匀涂覆有一防蓝光膜层。通过防蓝光膜层，用于对用户观测时的视力保护。防蓝光膜层的厚度不大于500μm，不小于100μm。本发明通过对防蓝光膜层厚度的优化，有助于保证成像效果的同时，起到保护视力的效果。

第一曲面1与第二曲面2通过一环形曲面固定连接。

环状曲面3的外壁上设有一挡光层。便于聚焦，减少杂散光。

挡光层的厚度不大于1mm，不小于10μm。防止厚度过厚，浪费成本，厚度过薄，挡光性不佳。挡光层可以是由AZ光胶涂覆而成的挡光层。AZ正性光胶当厚度大于10μm时，在200～285nm的紫外光区几乎不透光。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种扩大视场角的目镜，包括目镜主体，其特征在于，所述目镜主体的前端面为第一曲面，所述目镜主体的后端面为第二曲面，所述第一曲面与所述第二曲面均为旋转对称面；

所述第一曲面中央呈外凸状，所述第一曲面的边缘呈内凹状，所述第二曲面呈外凸状。

2.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述第一曲面中央的曲率大于所述第一曲面边缘的曲率，所述第一曲面边缘的曲率大于所述第二曲面边缘的曲率，所述第二曲面边缘的曲率大于所述第二曲面中央的曲率。

4.根据权利要求3所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述第二曲面的中央横截面为一直线。

5.根据权利要求3所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述第一曲面是一非球面，所述第一曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1+\sqrt{1-(1+K)y^2/R^2})}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中， R 20.90 K -0.514965 A -8.16235e-006 B -5.64210e-009 C -2.34590e-011 D -5.84926e-014 E 0.00000e+000 F 0.00000e+000 G 0.00000e+000 H 0.00000e+000 J 0.00000e+000

            。

6.根据权利要求5所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述第二曲面是一非球面，所述第二曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1+\sqrt{1-(1+K)y^2/R^2})}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中， R 324.5 K 0.066702 A -1.10590e-005 B 5.23218e-009 C -1.27637e-011 D -8.86964e-015 E 0.00000e+000 F 0.00000e+000 G 0.00000e+000 H 0.00000e+000 J 0.00000e+000

               。

7.根据权利要求6所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述目镜主体的中心厚度大于所述目镜主体的边缘厚度；所述目镜主体的厚度从中心向边缘依次递增；

所述目镜主体的中心厚度为12mm-20mm，所述目镜主体的边缘厚度为1mm-9mm。

8.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述目镜主体为由PMMA制成的目镜主体。

9.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述第一曲面朝向物面，所述第二曲面朝向出瞳面，所述第二曲面上均匀涂覆有一防蓝光膜层。

10.根据权利要求1所述的一种扩大视场角的目镜，其特征在于：所述第一曲面与所述第二曲面通过一环形曲面固定连接；

所述环状曲面的外壁上设有一挡光层。