目镜光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种目镜光学系统，用于使成像光线从显示画面经目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向眼睛的方向为目侧，朝向显示画面的方向为显示侧，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、一第二透镜及一第三透镜，第一透镜至第三透镜各自具有一目侧面及一显示侧面，第一透镜的目侧面的一光轴区域为凸面，第二透镜的目侧面的一圆周区域为凸面，且第三透镜的目侧面的一圆周区域为凹面。本发明专利技术可有效增加半眼视视角，并加强成像质量。

Eyepiece optical system

【技术实现步骤摘要】
目镜光学系统
本专利技术是有关于一种光学系统，且特别是有关于一种目镜光学系统。
技术介绍
虚拟实境(virtualreality,VR)是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VR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，以达到立体视觉。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VR研究发展的其中一个主题。现有的目镜光学系统的半眼视视角较小，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，另外，色差明显也难以满足使用者的需求。因此，如何增加半眼视视角并加强成像质量是目镜光学系统一个需要改善的问题。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于，提供一种目镜光学系统，其可有效增加半眼视视角，并加强成像质量。本专利技术的一实施例提出一种目镜光学系统，用于使成像光线从显示画面经目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向眼睛的方向为目侧，朝向显示画面的方向为显示侧，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、一第二透镜及一第三透镜，第一透镜至第三透镜各自具有朝向目侧且使成像光线通过的一目侧面及朝向显示侧且使成像光线通过的一显示侧面，第一透镜的目侧面的一光轴区域为凸面，第二透镜的目侧面的一圆周区域为凸面，且第三透镜的目侧面的一圆周区域为凹面，目镜光学系统符合：TL/G3D≦4.600；以及0.800≦G3D/(T1+AAG)，其中TL为第一透镜的目侧面到第三透镜的显示侧面在光轴上的距离，G3D为第三透镜到显示画面在光轴上的距离，T1为第一透镜在光轴上的厚度，且AAG为第一透镜至第三透镜在光轴上的三个空气间隙的总和，目镜光学系统中具有屈光率的透镜只有第一透镜、第二透镜及第三透镜。基于上述，由于本专利技术的实施例的目镜光学系统的第一透镜的目侧面的一光轴区域为凸面，第二透镜的目侧面的一圆周区域为凸面，且第三透镜的目侧面的一圆周区域为凹面，因此可有效增加目镜光学系统的半眼视视角，且可加强目镜光学系统的成像质量。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。附图说明图1是本专利技术的一目镜光学系统的示意图；图2是本专利技术的一透镜的面型结构示意图；图3是本专利技术的一透镜的面型凹凸结构及光线焦点的关系示意图；图4是范例一的透镜的面型结构示意图；图5是范例二的透镜的面型结构示意图；图6是范例三的透镜的面型结构示意图；图7为本专利技术的第一实施例的目镜光学系统的示意图；图8的A至D为第一实施例的目镜光学系统的纵向球差与各项像差图；图9为本专利技术的第一实施例的目镜光学系统的详细光学数据；图10为本专利技术的第一实施例的目镜光学系统的非球面参数；图11为本专利技术的第二实施例的目镜光学系统的示意图；图12的A至D为第二实施例的目镜光学系统的纵向球差与各项像差图；图13为本专利技术的第二实施例的目镜光学系统的详细光学数据；图14为本专利技术的第二实施例的目镜光学系统的非球面参数；图15为本专利技术的第三实施例的目镜光学系统的示意图；图16的A至D为第三实施例的目镜光学系统的纵向球差与各项像差图；图17为本专利技术的第三实施例的目镜光学系统的详细光学数据；图18为本专利技术的第三实施例的目镜光学系统的非球面参数；图19为本专利技术的第四实施例的目镜光学系统的示意图；图20的A至D为第四实施例的目镜光学系统的纵向球差与各项像差图；图21为本专利技术的第四实施例的目镜光学系统的详细光学数据；图22为本专利技术的第四实施例的目镜光学系统的非球面参数；图23为本专利技术的第五实施例的目镜光学系统的示意图；图24的A至D为第五实施例的目镜光学系统的纵向球差与各项像差图；图25为本专利技术的第五实施例的目镜光学系统的详细光学数据；图26为本专利技术的第五实施例的目镜光学系统的非球面参数；图27为本专利技术的第六实施例的目镜光学系统的示意图；图28的A至D为第六实施例的目镜光学系统的纵向球差与各项像差图；图29为本专利技术的第六实施例的目镜光学系统的详细光学数据；图30为本专利技术的第六实施例的目镜光学系统的非球面参数；图31是本专利技术的第一至第六实施例的目镜光学系统的各重要参数及其关系式的数值。符号说明0瞳孔1第一透镜10、V100目镜光学系统100、200、300、400、500透镜130组装部15、25、35、110、410、510目侧面16、26、36、120、320显示侧面2第二透镜211、212平行光线3第三透镜99、V50显示画面A1目侧A2显示侧CP中心点CP1第一中心点CP2第二中心点D1出瞳直径D2显示像圆的直径EL延伸线I光轴Lm边缘光线Lc主光线OB光学边界M、R相交点TP1第一转换点TP2第二转换点V60眼睛VD虚像距离VI成像光线VV放大虚像Z1、151、161、251、261、352、361、362光轴区域Z2、153、154、163、253、263、354、363、364圆周区域ω半眼视视角Z3中继区域具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要是用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域具有通常知识者应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。一般而言，目镜光学系统V100的光线方向为一成像光线VI由显示画面V50射出，经由目镜光学系统V100进入眼睛V60，于眼睛V60的视网膜聚焦成像并且于虚像距离VD产生一放大虚像VV，如图1所示。在以下说明本案的光学规格的判断准则是假设光线方向逆追迹(reverselytracking)为一平行成像光线由目侧经过目镜光学系统到显示画面聚焦成像。本说明书的光学系统包含至少一透镜，接收入射光学系统的平行于光轴至相对光轴呈半眼视视角(ω)角度内的成像光线。成像光线通过光学系统于显示画面上成像。所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的目侧面(或显示侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。成像光线包括至少两类光线：主光线(chiefray)Lc及边缘光线(marginalray本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种目镜光学系统，用于使成像光线从显示画面经该目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向该眼睛的方向为目侧，朝向该显示画面的方向为显示侧，其特征在于：该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，该第一透镜至该第三透镜各自具有朝向该目侧且使该成像光线通过的一目侧面及朝向该显示侧且使该成像光线通过的一显示侧面；/n该第一透镜的该目侧面的一光轴区域为凸面；/n该第二透镜的该目侧面的一圆周区域为凸面；/n该第三透镜的该目侧面的一圆周区域为凹面；以及/n该目镜光学系统符合：TL/G3D≦4.600；以及0.800≦G3D/(T1+AAG)，/n其中，TL为该第一透镜的该目侧面到该第三透镜的该显示侧面在该光轴上的距离，G3D为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离，T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且AAG为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的二个空气间隙的总和，且该目镜光学系统中具有屈光率的透镜只有该第一透镜、该第二透镜及该第三透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种目镜光学系统，用于使成像光线从显示画面经该目镜光学系统进入观察者的眼睛而成像，朝向该眼睛的方向为目侧，朝向该显示画面的方向为显示侧，其特征在于：该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，该第一透镜至该第三透镜各自具有朝向该目侧且使该成像光线通过的一目侧面及朝向该显示侧且使该成像光线通过的一显示侧面；
该第一透镜的该目侧面的一光轴区域为凸面；
该第二透镜的该目侧面的一圆周区域为凸面；
该第三透镜的该目侧面的一圆周区域为凹面；以及
该目镜光学系统符合：TL/G3D≦4.600；以及0.800≦G3D/(T1+AAG)，
其中，TL为该第一透镜的该目侧面到该第三透镜的该显示侧面在该光轴上的距离，G3D为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离，T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且AAG为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的二个空气间隙的总和，且该目镜光学系统中具有屈光率的透镜只有该第一透镜、该第二透镜及该第三透镜。


2.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合G23/(G12+T3)≦2.000，其中G23为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙，G12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。


3.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合ALT/(T1+G12+T3)≦1.700，其中ALT为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的透镜厚度的总和，G12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。


4.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合T2/T3≦2.300，其中T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。


5.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合TTL/(T3+G3D)≦2.500，其中TTL为该第一透镜的该目侧面到该显示画面在该光轴上的距离，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。


6.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合T1/T2≦1.400，其中T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。


7.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合EFL/G3D≦2.000，其中EFL为该目镜光学系统的系统焦距。


8.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更符合T1/G23≦2.500，其中G23为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙。


9.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：该...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄峻洋，陈婉君，
申请(专利权)人：玉晶光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71