投影光学系统及具有其的增强现实眼镜的制作方法

本发明涉及投影成像领域，尤其涉及一种投影光学系统及具有其的增强现实眼镜。
背景技术：
：投影系统广泛地应用于投影仪及增强现实(augmentedreality，ar)眼镜中，现有的投影系统中，主要是通过不同的镜片组合降低光学系统的像差，提高分辨率，从而实现良好的成像质量。尤其是对于ar眼镜来说，过多的镜片组合会导致投影系统的尺寸变大，不利于ar眼镜的小型化发展。目前ar眼镜的投影光学系统中为了保证成像质量，通常会采用五枚或五枚以上的镜片进行组合，较多的镜片会使ar眼镜尺寸增大，重量增加，并且会导致增加投影光学系统中的光线转折，影响整个光学系统的照度，无法满足ar眼镜小型化的要求。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种投影光学系统及具有其的增强现实眼镜，旨在解决现有技术中投影光学系统体积过大，投影光学系统照度低的问题。为实现上述目的，本发明提出一种投影光学系统，所述投影光学系统包括第一镜组，所述第一镜组用于提高所述投影光学系统的照度，所述第一镜组由四个透镜组件组成，由物侧至像侧依序为：具有正光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧表面为凸非球面结构，像侧表面为凹非球面结构；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧表面为凸非球面结构，像侧表面为凸非球面结构；具有负光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧表面为凹非球面结构，像侧表面为凸非球面结构；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧表面为凹非球面结构，像侧表面为凸非球面结构；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及将所述第四透镜的光轴位于同一条直线上，并满足以下关系：0.5<f1/f2<25；-5<f3/f4<0；其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。可选地，所述投影光学系统满足以下关系：0.2<c1/c2<2；0.2<c3/c4<2；其中，c1为所述第一透镜的中心厚度，c2为所述第二透镜的中心厚度，c3为所述第三透镜的中心厚度，c4为所述第四透镜的中心厚度。可选地，所述投影光学系统满足以下关系：1<a1/a3<10；0.01<a2/ttl<0.1；0.2<effl/ttl<1；其中，a1为所述第一透镜的像侧面与所述第二透镜的物侧面沿光轴上的间隔距离，a2为所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面沿光轴上的间隔距离，a3为所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面沿光轴上的间隔距离，effl为所述投影光学系统的焦距，ttl为所述投影光学系统的光学总长。可选地，所述投影光学系统满足以下关系：vd1≥55，vd2≥55，vd3≤30，vd4≥55；其中，所述vd1为所述第一透镜的阿贝数，所述vd2为所述第二透镜的阿贝数，所述vd3为所述第三透镜的阿贝数，所述vd4为所述第四透镜的阿贝数。可选地，所述第一透镜为环烯烃聚合物。可选地，所述第二透镜为环烯烃聚合物。可选地，所述第三透镜为环状聚烯树脂。可选地，所述第四透镜为环烯烃聚合物。可选地，所述投影光学系统还包括光阑，直角棱镜，偏振分光棱镜以及像面；其中，所述光阑与所述直角棱镜设于所述第一镜组靠近所述物侧的一侧，所述偏振分光棱镜与所述像面设于所述第一镜组靠近所述像侧的一侧；光线从所述光阑穿过后进入所述直角棱镜，并在所述直角棱镜的斜面反射后射出所述直角棱镜，进入所述第一镜组，从所述第一镜组射出的光线在经过所述偏振分光棱镜后到达所述像面。为实现上述目的，本申请提出一种增强现实眼镜，所述增强现实眼镜包括如上述任一种实施方式所述的投影光学系统。本发明提出的技术方案中，所述投影光学系统包括第一镜组，所述第一镜组由四个透镜组成，由物侧至像侧依序为：具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜，具有负光焦度的第三透镜以及具有正光焦度的第四透镜，四个透镜的物侧表面与像侧表面均为非球面结构。另外所述第一透镜与所述第二透镜的焦距满足关系0.5<f1/f2<25；所述第三透镜与所述第四透镜的焦距满足关系-5<f3/f4<0。相比于现有技术中使用五枚或五枚以上的镜片组合形成的投影光学系统，所述第一镜组通过四个透镜进行组合，有效地减小了投影光学系统的尺寸，减少了光线在光学系统中的转折次数，解决了现有投影光学系统尺寸较大，并且导致投影光学系统照度低的问题。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明投影光学系统的结构示意图；图2为本发明实施例1的轴向球差图；图3为本发明实施例1的垂轴色差图；图4为本发明实施例1的场曲与光学畸变图；图5为本发明实施例1的调制传递函数图；图6为本发明实施例2的轴向球差图；图7为本发明实施例2的垂轴色差图；图8为本发明实施例2的场曲与光学畸变图；图9为本发明实施例2的调制传递函数图。附图标号说明：具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提供一种投影光学系统及具有其的增强现实眼镜。请参照图1，所述投影光学系统包括第一镜组100，所述第一镜组100用于提高所述投影光学系统的照度，所述第一镜组100由四个透镜组件组成，由物侧至像侧依序为：具有正光焦度的第一透镜10，所述第一透镜10的物侧表面为凸非球面结构，像侧表面为凹非球面结构；具有正光焦度的第二透镜20，所述第二透镜20的物侧表面为凸非球面结构，像侧表面为凸非球面结构；具有负光焦度的第三透镜30，所述第三透镜30的物侧表面为凹非球面结构，像侧表面为凸非球面结构；具有正光焦度的第四透镜40，所述第四透镜40的物侧表面为凹非球面结构，像侧表面为凸非球面结构；所述第一透镜10、所述第二透镜20、所述第三透镜30以及将所述第四透镜40的光轴位于同一条直线上，并满足以下关系：0.5<f1/f2<25；-5<f3/f4<0；其中，f1为所述第一透镜10的焦距，f2为所述第二透镜20的焦距，f3为所述第三透镜30的焦距，f4为所述第四透镜40的焦距。本发明提出的技术方案中，所述投影光学系统包括第一镜组100，所述第一镜组100由四个透镜组成，由物侧至像侧依序为：具有正光焦度的第一透镜10、具有正光焦度的第二透镜20，具有负光焦度的第三透镜30以及具有正光焦度的第四透镜40，四个透镜的物侧表面与像侧表面均为非球面结构。另外所述第一透镜10与所述第二透镜20的焦距满足关系0.5<f1/f2<25；所述第三透镜30与所述第四透镜40的焦距满足关系-5<f3/f4<0。相比于现有技术中使用五枚或五枚以上的镜片组合形成的投影光学系统，所述第一镜组100通过四个透镜进行组合，有效地减小了投影光学系统的尺寸，减少了光线在光学系统中的转折次数，解决了现有投影光学系统尺寸较大，并且导致投影光学系统照度低的问题。在一些可选的实施方式中，所述投影光学系统满足以下关系：0<c1/c2<1,1<c3/c4<2。在一些可选的实施方式中，所述投影光学系统满足以下关系：0<a1/a3<10,0<a2/ttl<1，0<effl/ttl<1。其中，f1为所述第一透镜10的焦距；f2为所述第二透镜20的焦距；f3为所述第三透镜30的焦距；f4为所述第四透镜40的焦距。c1为所述第一透镜10的中心厚度；c2为所述第二透镜20的中心厚度；c3为所述第三透镜30的中心厚度；c4为所述第四透镜40的中心厚度。a1为所述第一透镜10的像侧面与所述第二透镜20的物侧面沿光轴上的间隔距离；a2为所述第二透镜20的像侧面与所述第三透镜30的物侧面沿光轴上的间隔距离；a3为所述第三透镜30的像侧面与所述第四透镜40的物侧面沿光轴上的间隔距离。ttl为所述投影光学系统的光学总长；effl为所述投影光学系统的焦距。在一些可选的实施方式中，所述投影光学系统满足以下关系：vd1≥55，vd2≥55，vd3≤30，vd4≥55；其中，所述vd1为所述第一透镜10的阿贝数，所述vd2为所述第二透镜20的阿贝数，所述vd3为所述第三透镜30的阿贝数，所述vd4为所述第四透镜40的阿贝数。在一些可选的实施方式中，所述第一透镜10，所述第二透镜20以及所述第四透镜40为环烯烃聚合物(cycloolefinpolymer，cop)，所述第三透镜30为环状聚烯树脂(cycloolefincopolymer，coc)。可以理解的是，本申请不限于此，为了满足投影光学系统的要求，于另一实施例中，所述第一镜组100中的透镜可以为其他光学玻璃或光学塑料。请参考图1，在本申请的投影光学系统中，所述投影光学系统还包括光阑50，棱镜60，偏振分光棱镜70以及像面90；其中，所述光阑50与所述棱镜60设于所述第一镜组100靠近所述物侧的一侧，所述偏振分光棱镜70与所述像面90设于所述第一镜组100靠近所述像侧的一侧。具体实施方式中，所述光阑50发出的光线在经过棱镜60的反射后射出棱镜60，并依次经过所述第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30以及第四透镜40后射入偏振分光棱镜70，光线在所述偏振分光棱镜70分光后，一束光线在分光面透射，射出所述偏振分光棱镜70后，到达像面90，另一束光在分光面反射，从所述偏振分光棱镜70的另一个表面射出后，进入后续的照明系统或其他光学系统中。在一些可选的实施方式中，所述投影光学系统还包括保护玻璃80，所述保护玻璃80设于所述偏振分光棱镜70与所述像面90之间，所述保护玻璃80用于保护所述投影光学系统。所述第一实施例投影光学系统设计数据如下表1所示：表1实施例1中，各参数如下所述：f1＝-26.99；f2＝-6.75；f3＝8.89；f4＝-25.62。那么f1/f2＝4.0；f2/f3＝-0.35。c1＝1.8；c2＝2.42；c3＝1.35；c4＝1.45。那么、c1/c2＝0.74；c3/c4＝0.93。a1＝0.51；a2＝1.43；a3＝0.1；ttl＝25，effl＝12.5。a1/a3＝5.1；a2/ttl＝0.057；effl/ttl＝0.5。其中，从物侧至像侧，所述第一透镜10的物侧表面为s1面11，像侧表面为s2面12；所述第二透镜20的物侧表面为s3面21，像侧表面为s4面22；所述第三透镜30的物侧表面为s5面31，像侧表面为s6面32；所述第四透镜40的物侧表面为s7面41，像侧表面为s8面42。a2、a4、a8、a10、a12、a14、a16为非球面透镜的非球面高次项系数，具体如表2所示。表2表面编号a4a6a8a10a12a14a16s1面-9.6e-05-2.1e-061.8e-05-9.5e-07-1.5e-082.7e-09-8.0e-11s2面2.4e-048.6e-052.1e-05-1.5e-06-4.3e-087.1e-09-2.0e-10s3面9.8e-04-4.8e-05-1.5e-056.0e-071.7e-08-5.3e-10-1.0e-11s4面-1.9e-03-4.8e-05-9.8e-06-9.0e-071.1e-07-1.7e-09-3.0e-11s5面-6.2e-03-1.1e-043.7e-05-1.8e-061.0e-081.4e-09-2.8e-11s6面-3.2e-032.9e-05-5.2e-061.9e-072.0e-08-1.3e-092.1e-11s7面8.3e-03-5.2e-041.0e-05-9.3e-08-9.0e-094.7e-10-4.0e-12s8面4.8e-03-2.3e-04-3.2e-074.3e-07-9.2e-09-1.0e-093.4e-11请参照图2，图2为实施例1的轴向球差图，其中，轴向球差是指光学系统中边缘光线焦点与近轴焦点间的距离，用于评价轴上物点的成像质量；请参照图3，图3为实施例1的垂轴色差图，其中，垂轴色差是指又称为倍率色差，主要是指物方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在像方出射时变成多根光线，氢蓝光与氢红光在像面上的焦点位置的差值；请参照图4，图4为实施例1的场曲与光学畸变图，其中，场曲用于表示不同视场点的光束像点离开像面的位置变化，光学畸变是指某一视场主波长时的主光线与像面交点离开理想像点的垂轴距离；请参照图5，图5为实施例1的调制传递函数图，其中，调制传递函数(modulationtransferfunction，mtf)是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于评价对景物细部还原能力。所述第二实施例投影光学系统设计数据如下表3所示：表3实施例2中，各参数如下所述：f1＝-20.24；f2＝-5.62；f3＝6.94；f4＝-15.52。那么f1/f2＝3.6；f2/f3＝-0.45。c1＝1.27；c2＝1.62；c3＝0.98；c4＝1.16。那么、c1/c2＝0.78；c3/c4＝0.84。a1＝0.25；a2＝1.07；a3＝0.1；ttl＝19.2，effl＝9.4。a1/a3＝2.5；a2/ttl＝0.056；effl/ttl＝0.49。其中，从物侧至像侧，所述第一透镜10的物侧表面为s1面11，像侧表面为s2面12；所述第二透镜20的物侧表面为s3面21，像侧表面为s4面22；所述第三透镜30的物侧表面为s5面31，像侧表面为s6面32；所述第四透镜40的物侧表面为s7面41，像侧表面为s8面42。a2、a4、a8、a10、a12、a14、a16为非球面透镜的非球面高次项系数，具体如表4所示。表4表面编号a4a6a8a10a12a14a16s1面5.2e-046.5e-051.3e-04-1.3e-05-3.6e-071.1e-07-5.3e-09s2面6.4e-043.4e-041.7e-04-2.0e-05-1.1e-062.8e-07-1.3e-08s3面1.9e-03-9.1e-05-1.1e-046.8e-064.1e-07-1.2e-08-1.1e-09s4面-3.6e-03-2.0e-04-8.8e-05-1.2e-052.7e-06-7.9e-08-2.0e-09s5面-1.3e-02-5.2e-042.6e-04-2.5e-053.6e-076.5e-08-2.8e-09s6面-7.6e-03-5.0e-05-2.6e-053.0e-064.1e-07-6.7e-082.4e-09s7面1.9e-02-2.2e-039.1e-05-9.3e-07-3.0e-071.4e-082.8e-10s8面1.1e-02-9.2e-04-3.3e-065.6e-06-2.1e-07-4.3e-082.6e-09请参照图6，图6为实施例2的轴向球差图，其中，轴向球差是指光学系统中边缘光线焦点与近轴焦点间的距离，用于评价轴上物点的成像质量；请参照图7，图7为实施例2的垂轴色差图，其中，垂轴色差是指又称为倍率色差，主要是指物方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在像方出射时变成多根光线，氢蓝光与氢红光在像面上的焦点位置的差值；请参照图8，图8为实施例2的场曲与光学畸变图，其中，场曲用于表示不同视场点的光束像点离开像面的位置变化，光学畸变是指某一视场主波长时的主光线与像面交点离开理想像点的垂轴距离；请参照图9，图9为实施例2的调制传递函数图，其中，调制传递函数(modulationtransferfunction，mtf)是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于评价对景物细部还原能力。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12