色散范围分别为1.50 < n4< 1.70,40 < v 4< 65，优选E48R型号的塑料材质；
[0068]第五负透镜L5的折射率和色散范围分别为1.55 < n5< 1.75，20 < v 5< 40，优选0KP4HT型号的塑料材质
[0069]第六正透镜L6的折射率和色散范围分别为1.50 < n6< 1.65，55 < v 6< 70，优选E48R型号的塑料材质。
[0070]本优选实施例采用6个透镜，合理安排各个面的光焦度；同时选取合适的材料，通过玻璃与塑料、球面与非球面相结合，实现了大视场、大相对孔径、小筒长的设计需求。
[0071]在上述技术方案中，由6个透镜和I个光阑构成的光学系统达到了如下的技术指标:
[0072]160° 视场角；
[0073]F 数为 2.0 ；
[0074]系统总长小于11.5mm ；
[0075]系统焦距为1.82mm ；
[0076]可见光波段为480-660 μ m ；
[0077]截止频率1201p/mm ；
[0078]系统的传递函数在120线对处达到0.6以上；
[0079]光敏面对角线尺寸为4.5mm。
[0080]图2为本发明实施例提供的微型鱼眼镜头的光学传递函数曲线示意图，图中横轴代表成像平面圆心到边缘的半径尺寸位置，左边为零是镜头中心，最右边是像场半径边缘处，尺寸单位是毫米，纵轴代表成像素质达到实物状况的百分比，从O到1，光学传递函数MTF可以综合反映系统的成像质量，其曲线形状越平滑、且相对横轴高度越高(即越接近1)，系统的成像质量越好；图中分别绘出了 0°视场角、30°视场角、50°视场角、70°视场角、80°视场角下弧矢和子午方向上的像质，从图中可以看出，传递函数的曲线较为平滑紧凑，镜头的成像质量较好。
[0081]图3为本发明实施例提供的微型鱼眼镜头的场曲曲线示意图，图中的t线为子午场曲，s线为弧矢场曲，子午场曲和弧矢场曲的差为系统的象散，场曲和象散影响着系统轴外视场光线的像差，差值过大会严重的影响到系统轴外光线的成像质量。从图中可以看出，本系统的场曲和象散均被校正到50 μm以内。
[0082]图4为本发明实施例提供的微型鱼眼镜头的畸变像差曲线示意图，畸变不会影响系统的清晰度，仅会引起系统图像变形，对于鱼眼镜头来说，校正畸变是不可能的。
[0083]图5为本发明实施例提供的微型鱼眼镜头的点列图，点列图显示的是系统的各个视场光线在像面处汇聚而形成的弥散斑，表征了系统得到各种相差的特性，点列图中的RMSRADIUS (均方根半径)越小证明系统的成像质量越好。图5中三种灰度颜色分别代表三种波段的光线，三种灰度颜色的弥散斑分的越开证明系统的色差越大；从本图可以看出，本镜头的弥散斑直径均小于6 μ m，说明本系统的像差得到良好的校正。
[0084]图6为本发明实施例提供的微型鱼眼镜头的相对照度图，相对照度是大视场镜头的一个非常重要的参数。图中纵轴表示相对照度，横轴表示视场角。在视场角大的状态下，如果光学系统对轴外主光线的屈光能力不足，会使得轴外主光线和光敏元件法线的夹角变大，从而使得光照度不均匀；从本图可以看出，本镜头的边缘光照度可以到达80%，运高于其他系统的65% (调查值)。
[0085]本发明的一实施例提供了一种头戴显示设备，包括上述技术方案中的微型鱼眼镜头。由于该微型鱼眼镜头能够实现160°视场角、系统总长小于11.5_，其F数为2.0，并且系统焦距为1.82mm、光敏面对角线尺寸为4.5mm，因此能够使该头戴显示设备满足小型化、大视角、大相对孔径的市场需求。
[0086]综上所述，本发明实施例公开的一种微型鱼眼镜头及头戴显示设备，该微型鱼眼镜头的光学系统包括6个透镜和一个光阑，沿着光线入射方向依次构成前组、光阑和后组，通过前组减小轴外视场主光线相对于光轴的夹角，后组汇聚光线并控制主光线倾斜角。本实施例的微型鱼眼镜头结构简单、生产成本低，能够实现160°视场角、小筒长、大相对孔径的要求。在优选方案中，通过采用球面的玻璃透镜与非球面的塑料透镜，降低加工难度；通过合理搭配镜片，使系统的色差得到良好的校正。
[0087]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种微型鱼眼镜头，其特征在于，包括6个透镜和一个光阑，沿着光线入射方向依次构成前组、光阑和后组， 所述前组沿着光线入射方向依次包括:第一负透镜，第二负透镜，第三正透镜；用于减小轴外视场主光线相对于光轴的夹角； 所述后组沿着光线入射方向依次包括:第四正透镜，第五负透镜，第六正透镜；且所述后组具有正光焦度；用于汇聚光线并控制主光线倾斜角； 所述光阑固定于所述第三正透镜与所述第四正透镜之间。
2.根据权利要求1所述的微型鱼眼镜头，其特征在于， 所述第一负透镜具有凸向物方的第一表面，上下端为平面且中央位置凹向像方的第二表面； 所述第二负透镜具有凹向物方的第三表面，上下端为平面且中央位置凹向像方的第四表面； 所述第三正透镜具有凸向物方的第五表面，凸向像方第六表面； 所述光阑的光阑面构成第七表面； 所述第四正透镜具有凸向物方的第八表面，凸向像方的第九表面； 所述第五负透镜具有凹向物方的第十表面，凹向像方的第十一表面； 所述第六透正镜具有凹向物方的第十二表面，凹向像方的第十三表面。
3.根据权利要求1所述的微型鱼眼镜头，其特征在于， 所述第一负透镜的折射率和色散范围分别为1.45 < H1 < 1.70，50 < Vl< 75 ； 所述第二负透镜的折射率和色散范围分别为1.45 < n2< 1.75，50 < v 2< 65 ； 所述第三正透镜的折射率和色散范围分别为1.50 < n3< 1.70，40 < v 3< 65 ； 所述第四正透镜的折射率和色散范围分别为1.50 < n4< 1.70，40 < v 4< 65 ； 所述第五负透镜的折射率和色散范围分别为1.55 < n5< 1.75，20 < v 5< 40 ； 所述第六正透镜的折射率和色散范围分别为1.50 < n6< 1.65，55 < v 6< 70。
4.根据权利要求3所述的微型鱼眼镜头，其特征在于， 所述第一负透镜采用H-ZK7型号的玻璃材质； 所述第二负透镜采用PMMA型号的塑料材质； 所述第三正透镜采用E48R型号的塑料材质； 所述第四正透镜采用E48R型号的塑料材质； 所述第五负透镜采用0KP4HT型号的塑料材质； 所述第六正透镜采用E48R型号的塑料材质。
5.根据权利要求1所述的微型鱼眼镜头，其特征在于， 所述第一负透镜、所述第二负透镜和所述第三正透镜构成逆伽利略结构形式。
6.根据权利要求1所述的微型鱼眼镜头，其特征在于， 所述第四正透镜、所述第五负透镜和所述第六正透镜构成三分离结构。
7.根据权利要求1所述的微型鱼眼镜头，其特征在于， 所述第一负透镜的两个表面均为玻璃球面； 所述第二负透镜至所述第六正透镜的表面均为塑料非球面。
8.根据权利要求1所述的微型鱼眼镜头，其特征在于，所述第三正透镜为鼓型透镜。
9.根据权利要求1-8任一项所述的微型鱼眼镜头，其特征在于，系统总长小于11.5mm，视场角为160°，F数为2.0。
10.一种头戴显示设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的微型鱼眼镜头。
【专利摘要】本发明公开了一种微型鱼眼镜头及头戴显示设备，所述微型鱼眼镜头包括6个透镜和一个光阑，沿着光线入射方向依次构成前组、光阑和后组，所述前组沿着光线入射方向依次包括：第一负透镜，第二负透镜，第三正透镜；用于减小轴外视场主光线相对于光轴的夹角；所述后组沿着光线入射方向依次包括：第四正透镜，第五负透镜，第六正透镜；且所述后组具有正光焦度；用于汇聚光线并控制主光线倾斜角；所述光阑固定于所述第三正透镜与所述第四正透镜之间。本技术方案可以满足大视场角、小筒长、大相对孔径的要求，并且本发明的微型鱼眼镜头结构简单、易于加工、生产成本低。
【IPC分类】G02B13-18, G02B1-04, G02B1-00, G02B27-01, G02B13-00, G02B13-06
【公开号】CN104570286
【申请号】CN201410746080
【发明人】王元鹏
【申请人】青岛歌尔声学科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月8日