具有宽视场的光学透镜组件制造技术

本发明专利技术涉及一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有宽视场的光学透镜组件

技术实现思路

[0001]在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜
。
该第二主表面和该第三主表面彼此面对
。
该第一主表面至该第四主表面具有相应的矢高
S1
至
S4
，其中这些矢高中的每个矢高由以下等式定义：
[0002][0003]其中
c
为
1/
主表面的曲率半径，
k
为该表面的圆锥常数，
r
为距该光学轴线的距离，并且
a
为非球面变形常数
。
该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分
。
该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的
。
对于从约1毫米
(mm)
延伸到至少约
25mm
的
r
值，
S1/S2
的比率大于或等于约
‑
0.7
并且小于或等于约1，并且比率
S1/S4
大于或等于约
‑
0.2
并且小于或等于约
0.4。
对该
S1/S2
比率和该
S1/S4
比率中的每一者的最佳四阶多项式拟合具有大于约
0.95
的
r
平方值
。
[0004]在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜
。
该第二主表面和该第三主表面彼此面对
。
该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分
。
该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的
。
该第一主表面至该第四主表面具有作为距该光学轴线的径向距离
r
的函数的相应矢高
S1
至
S4
，其中
S1*S2
在第一径向距离
r1
处具有第一局部峰值，并且
S1*S2/S4
在不同于
r1
的第二距离
r2
处具有第二局部峰值
。
来自空间频率在每毫米约
15
至约
25
个线对之间的对象的
、
束直径在约
4mm
与
6mm
之间
、
或约
3mm
与约
7mm
之间的基本上准直的光束沿着第一方向传播，在距该第一主表面大于约
20mm
的第一距离处与该光学轴线相交并且入射在该光学透镜组件的该第一主表面侧上，并且在穿过该第一光学透镜和该第二光学透镜中的至少每一者之后聚焦到焦斑，该第一方向与该光学轴线形成至少
15
度的第一角，此时对于静态
、
前视瞳孔，该光学透镜组件对于该焦斑处的该入射光束的调制传递函数
(MTF)
大于约
0.7。
[0005]在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜
。
该第一光学透镜和该第二光学透镜包括第一主表面
、
凸形第二主表面和凸形第三主表面，该第一主表面具有被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分
。
该第一主表面至该第三主表面具有被定义为距该光学轴线的径向距离
r
的函数的相应矢高
S1、S2
和
S4
，其中
S1*S2/S4
具有局部最小值
。
部分反射器设置在该第三主表面上并基本上适形于该第三主表面
。
反射偏振器设置在该第二主表面上并基本上适形于该第二主表面
。
该光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变该第一光学透镜与该第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约
‑5屈光度延伸到约2屈光度的屈光度范围进行调整
的焦点，使得对于该屈光度范围中的每个屈光度，随着视场角从约0度改变为约
30
度，屈光度曲率小于约1屈光度
。
出于本说明书的目的，术语“屈光度曲率”应定义为表示“人眼或物镜跨视场清晰观察图像的不同点所需的焦点调整的总范围，以屈光度为单位测量”。
[0006]在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面
。
该第一光学透镜面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜
。
该第二主表面和该第三主表面彼此面对
。
该第一主表面至该第四主表面具有相应的矢高
S1
至
S4
，其中这些矢高中的每个矢高由下式定义：
[0007][0008]其中
c
为
1/
主表面的曲率半径，
k
为该表面的圆锥常数，
r
为距该光学轴线的距离，并且
a
为非球面变形常数
。
该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的
。
对于该第一主表面：
0.0035≤c≤0.006mm
‑1，
‑
3≤k≤
‑
1.5
，并且
‑
5E
‑
06≤a2≤
‑
3E
‑
06。
对于该第二主表面：
‑
0.006≤c≤0.004mm
‑1，
30≤k≤37
，并且
0.5E
‑
06≤a2≤2E
‑
06。
第四主表面是曲率半径在约
‑
85mm
与约
‑
60mm
之间的基本上球形表面
。
[0009]在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜
。
该第一光学透镜和该第二光学透镜一起至少包括第一主表面
、
凸形第二主表面和凸形第三主表面
、
设置在该第三主表面上并基本上适形于该第三主表面的部分反射器和设置在该第二主表面上并基本上适形于该第二主表面的反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，所述第一光学透镜包括相反的第一主表面和第二主表面并且面向包括相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜，所述第二主表面和所述第三主表面彼此面对，所述第一主表面至所述第四主表面具有相应的矢高
S1
至
S4
，其中所述矢高中的每个矢高由下式定义：其中
c
为
1/
主表面的曲率半径，
k
为所述表面的圆锥常数，
r
为距所述光学轴线的距离，并且
a
为非球面变形常数，其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，所述第二主表面是凸形的，所述第三主表面是基本上平面的，并且所述第四主表面是凸形的，其中对于从约
1mm
延伸到至少约
25mm
的
r
：
‑
0.7≤S1/S2≤1
；
‑
0.2≤S1/S4≤0.4
；并且对所述
S1/S2
和所述
S1/S4
中的每一者的最佳四阶多项式拟合具有大于约
0.95
的
r
平方值
。2.
一种光学系统，所述光学系统包括根据权利要求1所述的光学透镜组件
、
设置在所述第四主表面上并基本上适形于所述第四主表面的部分反射器
、
设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面的反射偏振器
、
光学系统轴线和显示器，当眼睛邻近所述光学透镜组件的眼睛侧上的眼睛位置定位时，所述光学系统形成由所述显示器发射的图像的虚像以供所述眼睛观看，使得对于相对于所述系统轴线在约5度和约
30
度之间的第一场角处的每个第一虚像位置，当以成像系统轴线为中心的成像系统邻近所述眼睛位置定位并形成对应于所述第一虚像位置的所述虚像的图像时，随着所述成像系统被至少旋转成使得所述成像系统轴线接近所述第一场角，所形成图像的分辨率增加
。3.
根据权利要求2所述的光学系统，其中所述光学系统轴线被折叠
。4.
根据权利要求2所述的光学系统，其中所述光学系统轴线被折叠，使得所述光学系统轴线的第一分段与所述光学系统轴线的不同的第二分段基本上重合
。5.
根据权利要求1所述的光学透镜组件，所述光学透镜组件还包括：部分反射器，所述部分反射器设置在所述第四主表面上并基本上适形于所述第四主表面；以及反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面，其中对于基本上垂直的入射光和从约
420nm
延伸到约
680nm
的可见光波长范围：所述部分反射器对于正交的第一偏振态和第二偏振态中的每一者具有至少
30
％的平均反射率和至少
30
％的平均透射率；并且所述反射偏振器对于所述第一偏振态具有至少
60
％的平均反射率并且对于所述第二偏振态具有至少
60
％的平均透射率；并且其中对于高达至少约
45
度的视场，所述光学透镜组件具有变化小于约
100
微米的弧矢场曲率
。
6.
根据权利要求5所述的光学透镜组件，其中对于高达至少约
45
度的所述视场，所述光学透镜组件具有变化小于约
200
微米的子午场曲率
。7.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，所述虚像的放大率在
95
度视场上变化小于约
4.5
％
。8.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有
95
度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约
4.5
％
。9.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有
95
度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约
2.7
％
。10.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有
95
度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约
1.9
％
。11.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，所述虚像的放大率在
60
度视场上变化小于约
2.5
％
。12.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有
60
度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约
2.5
％
。13.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有
60
度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约1％
。14.
根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约
‑4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有
60
度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约
0.6
％
。15.
一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，所述第一光学透镜包括相反的第一主表面和第二主表面并且面向包括相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜，所述第二主表面和所述第三主表面彼此面对，其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，所述第二主表面是凸形的，所述第三主表面是基本上平面的，并且所述第四主表面是凸形的，所述第一主表面至所述第四主表面具有作为距所述光学轴线的径向距离
r
的函数的相应矢高
S1
至
S4
，其中
S1*S2
在第一径向距离
r1
处具有第一局部峰值，并且
S1*S2/S4
在不同于
r1
的第二距离
r2
处具有第二局部峰值；来自空间频率在每毫米约
15
至约
25
个线对之间的对象的
、
束直径在约
4mm
与
6mm
之间的基本上准直的光束沿着第一方向传播，在距所述第一主表面大于约
20mm
的第一距离处与所述光学轴线相交并且入射在所述光学透镜组件的所述第一主表面侧上，并且在穿过所述第一光学透镜和所述第二光学透镜中的至少每一者之后聚焦到焦斑，所述第一方向与所述光学轴线形成至少
15
度的第一角，此时使得对于静态
、
前视瞳孔，所述光学透镜组件对于所述焦斑处的所述入射光束的调制传递函数
(MTF)
大于约
0.7。16.
根据权利要求
15
所述的光学透镜组件，其中所述第一距离距所述第一主表面小于约
30mm。17.
根据权利要求
15
所述的光学透镜组件，其中比率
S1/S2
和
S1/S4
中的至少一者由四阶多项式描述
。18.
根据权利要求
15
所述的光学透镜组件，其中所述第一局部峰值为局部最大值，并且所述第二局部峰值为局部最小值
。19.
根据权利要求
15
所述的光学透镜组件，其中所述基本上准直的光束具有小于约5度的全发散角
。
20.
一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜包括：第一主表面
、
凸形第二主表面和凸形第三主表面，所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西，
申请(专利权)人：三M，
类型：发明
国别省市：