[发明专利]透射式大数值孔径消色差近眼显示光学镜头及智能眼镜

说明书

透射式大数值孔径消色差近眼显示光学镜头及智能眼镜，其中该光学镜头由4组5片光学镜片组成，第一透镜为双凹透镜，物面一侧曲率半径较小，通光孔径为6.0mm,第二透镜为弯月透镜，物面一侧曲率半径较大，通光孔径为9.0mm，第三透镜为双凸透镜，物面一侧曲率半径较大，通光孔径为12.5mm的胶合透镜组中的第四透镜为弯月透镜且位于物面一侧，第五透镜为双凸透镜且位于像面一侧，第四透镜物面一侧曲率较大，胶合透镜组的通光孔径为14.0mm。本发明采用透射式设计，光能利用效率大于90％；在可见光范围内针对人眼消除色差，光束经该镜头准直后,不同波长的光线发射角度偏差小于显示芯片一个像元对于人眼的张角；且具有大数值孔径设计，物方NA值为0.385。

技术领域

本发明涉及光学成像系统，具体的，涉及一种透射式大数值孔径消色差光学镜头，能够适用于近眼显示的智能眼镜成像系统。

背景技术

随着诸如AR增强现实和VR虚拟现实技术的发展，智能眼镜的使用率逐渐增加。近眼显示光学镜头被广泛的应用在智能眼镜中。该镜头可以将微显示器(例如LCoS、OLED、DLP、Micro LCD等)每个像元输出的发散光束准直为近平行光，经过短距离导光元件的传输，输入人眼，将微显示器的图像直接投影在视网膜上，使人眼可以清晰的看到放大的图像。

现有技术中，在智能眼镜中通常采用棱镜式成像元件，棱镜的其中的一个反射面为球面，起到对显示芯片输出光线准直的作用。由于采用棱镜成像，首先需要将显示芯片发出的光束转换为偏振光，这就损失了50％的光能，而棱镜内部还有一个分光面，通过半透半反的方式对光束进行分光传输，进一步增加了光束的损耗，光能的使用效率只有25％，这将极大的降低智能眼镜成像亮度，进而影响成像效果。另一方面，在棱镜式成像元件仅有一个球面反射面对光束进行准直，像差较大，且不能消除色差，成像质量较差，人眼在观看彩色图像时会感到色彩失真且图像边缘会出现紫边或红边现象。

此外，现有的棱镜成像系统数值孔径NA值较低，通常只有0.1，不能有效地利用物方，即微显示器所发射的光束，这也不利于亮度的提高。

因此，如何提高光能利用率，在人眼的范围内消除色差，减少人眼对色差的感知影响，并尽可能的提高透镜组的数值孔径，以入射更多的光束，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的透射式大数值孔径消色差近眼显示光学镜头，以提高光能利用率，消除色差，并增大数值孔径NA值。

本发明公开了一种透射式大数值孔径消色差近眼显示光学镜头，从物侧到像侧依次包括：

具有负屈光力的第一透镜，具有正屈光力的第二透镜，具有正屈光力的第三透镜，以及具有正屈光力的胶合透镜组，其中第一透镜为双凹透镜，且物面一侧为曲率半径较小的一面，第二透镜为弯月透镜，且物面一侧为曲率半径较大的一面，第三透镜为双凸透镜，且物面一侧为曲率半径较大的一面，胶合透镜组由第四透镜和第五透镜胶合而成，第四透镜为弯月透镜且位于物面一侧，第五透镜为双凸透镜且位于像面一侧，第四透镜的物面一侧为曲率较小的一面。

可选的，第一透镜的通光孔径d1为6.0mm，第二透镜的通光孔径d2为9.0mm，第三透镜的通光孔径d3为12.5mm，胶合透镜组的通光孔径为14.0mm。

可选的，第一透镜的焦距f1为-8.98mm，第二透镜的焦距f2为22.70mm，第三透镜的焦距f3为22.82mm，胶合透镜组的组合焦距54.102mm。

可选的，第一透镜与第二透镜在光轴处的中心距为1.38mm，第二透镜与第三透镜在光轴处的中心距为1.47mm，第三透镜与胶合透镜组在光轴处的中心距为10.70mm，同轴的中心偏差为±0.05mm。