一种仿人眼大视场光学镜头的制作方法

本发明涉及镜头成像，特别是涉及一种仿人眼大视场光学镜头。

背景技术：

1、虚拟现实系统近年来广受关注，应用也越来越广泛。其虚拟显示原理是将显示器上的像素内容，通过一系列的光学元件形成远处的虚像。正常人眼经过虚拟现实系统看到虚拟图像，同时也会看到真实世界中的景象，经过人的大脑的处理达到虚拟现实融合的效果。

2、人眼属于一种成像光学系统，光线经由角膜，结膜，晶状体，玻璃体，到达视网膜进行成像，通过视神经传输到大脑，人就可以感知到人眼看到的景象。

3、为了研究虚拟现实系统呈现给人的视觉效果，也可以更好地量化测量虚拟现实系统的成像质量，需要一种应用在虚拟现实系统中，模仿人眼成像的光学系统。该光学系统从结构、外形、功能上尽可能地贴近真实人眼，以尽可能真实地模拟人眼佩戴虚拟现实系统的效果，即该光学系统应用在ar/vr系统中时，ar/vr系统会将显示器上的像素内容投影在距离光学系统(相当于人眼)2米左右的地方，光学系统同时接收外界信息(真实世界中的景象)和ar/vr系统投出来的图像(虚拟图像)，并进行成像。研究人员和开发者根据该系统的成像能够更好地理解并图像化分析人眼在虚拟现实环境中的视觉体验，进而改进虚拟现实系统的设计，使其提供更自然、更舒适的视觉体验。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种仿人眼大视场光学镜头，该光学镜头应用在虚拟现实系统中，从结构、外形、功能上模拟人眼在虚拟现实系统中接收真实世界景象与虚拟图像的效果。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种仿人眼大视场光学镜头，其轴向上的总长度在23mm以内，最大视场角fov为80°，包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜、仿人眼瞳孔光阑、光焦度为负的第二透镜、光焦度为正的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为负的第七透镜、光焦度为正的第八透镜、光焦度为负的第九透镜和像面，所述第一透镜为非球面透镜。

3、其中，所述第一透镜的口径范围为14-16mm。

4、其中，所述第二透镜和第三透镜胶合连接，所述第四透镜和第五透镜和第六透镜胶合连接；所述第七透镜和第八透镜和第九透镜胶合连接。

5、其中，所述各个透镜与光学镜头的焦距满足下列条件：

6、2.5≤|f1/f|≤3.5；且0.3≤|f2/f|≤1；且0.3≤|f3/f|≤1；且0.5≤|f4/f|≤2；且1≤|f5/f|≤2；且3≤|f6/f|≤4；且1≤|f7/f|≤2；且0.5≤|f8/f|≤1；且1≤|f9/f|≤3；

7、其中，f为光学镜头的焦距，f1-f9依次为第一透镜至第九透镜的焦距。

8、其中，所述仿人眼大视场光学镜头的焦距为8.51mm，工作f数为3.43。

9、其中，所述第一透镜的焦距为-25.5mm，所述第二透镜的焦距为-5.88mm，所述第三透镜的焦距为6.26mm，所述第四透镜的焦距为8.81mm，所述第五透镜的焦距为-13.55mm，所述第六透镜的焦距为30.87mm，所述第七透镜的焦距为30.87mm，所述第七透镜的焦距为-16.17mm，所述第八透镜的焦距为8.23mm，所述第九透镜的焦距为-18.42mm。

10、其中，所述光学镜头满足以下条件：bfl/ttl＞0.7；

11、其中，bfl为第九透镜的像侧面中心至像面在所述光轴上的距离，ttl为所述第一透镜的物侧面中心至像面在所述光轴上的距离。

12、其中，所述光学镜头满足以下条件：65≤(fov×f)/h≤75；

13、其中，fov为所述光学镜头的最大视场角，f为所述光学镜头的焦距，h为所述光学镜头最大视场角所对应的像高。

14、其中，所述第一透镜至第九透镜的折射率、色散系数满足以下条件：

15、所述第一透镜的折射率为nd1，色散系数为vd1，其中，1.4≤nd1≤1.5，60≤vd1≤70；

16、所述第二透镜的折射率为nd2，色散系数为vd2，其中，1.6≤nd2≤1.7，30≤vd2≤40；

17、所述第三透镜的折射率为nd3，色散系数为vd3，其中，1.85≤nd3≤2，30≤vd3≤40；

18、所述第四透镜的折射率为nd4，色散系数为vd4，其中，1.7≤nd4≤1.8，45≤vd4≤55；

19、所述第五透镜的折射率为nd5，色散系数为vd5，其中，1.75≤nd5≤1.9，20≤vd5≤30；

20、所述第六透镜的折射率为nd6，色散系数为vd6，其中，1.55≤nd6≤1.9，40≤vd6≤55；

21、所述第七透镜的折射率为nd7，色散系数为vd7，其中，1.7≤nd7≤1.8，40≤vd7≤60；

22、所述第八透镜的折射率为nd8，色散系数为vd8，其中，1.4≤nd8≤1.6，70≤vd8≤90；

23、所述第九透镜的折射率为nd9，色散系数为vd9，其中，1.7≤nd9≤1.8，20≤vd9≤30。

24、其中，在所述第九透镜和像面之间设有红外截止滤光片和像面保护玻璃。

25、有益效果：本发明具有如下优点：1、本发明所述仿人眼大视场光学镜头视场角可达80°，具有较宽的视野范围，和真实人眼类似，在平视前方的时候，余光可以看到较大的视场范围；

26、2、本发明所述仿人眼大视场光学镜头总长度控制在23mm内，其中第一透镜为非球面透镜，是一种仿人眼球角膜形状并接近半球的大口径光学透镜，从而使光学镜头从结构和外形接近真实人眼，这种结构设计使得该镜头适用于视觉机器人系统，从而提供更为自然和准确的视觉感知能力；

27、3、本发明将多组透镜分别胶合连接，使得透镜组之间的接口更为平滑，减少了光线的散射和反射，有效地改善了光学镜头的成像质量，不仅减少了光能的损失，还提高了成像的清晰度，此外，通过合理分配各透镜的光焦度，可以更有效地矫正像差，进一步提高了成像的对比度和分辨率；

28、4、本发明所述仿人眼大视场光学镜头应用在ar/vr系统中时，能够同时接收外界信息和ar/vr系统投出来的图像，并对接收到的信息进行成像，便于研究人员和开发者能够图像化地分析人眼在虚拟现实环境中的视觉体验，进而改进ar/vr系统的设计。

技术特征：

1.一种仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述光学镜头轴向上的总长度在23mm以内，最大视场角fov为80°，包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜、仿人眼瞳孔光阑、光焦度为负的第二透镜、光焦度为正的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为负的第七透镜、光焦度为正的第八透镜、光焦度为负的第九透镜和像面，其中第一透镜为非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的口径范围为14-16mm。

3.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和第三透镜胶合连接，所述第四透镜和第五透镜和第六透镜胶合连接；所述第七透镜和第八透镜和第九透镜胶合连接。

4.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述各个透镜与光学镜头的焦距满足下列条件：

5.根据权利要求4所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述仿人眼大视场光学镜头的焦距为8.51mm，工作f数为3.43。

6.根据权利要求4所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距为-25.5mm，所述第二透镜的焦距为-5.88mm，所述第三透镜的焦距为6.26mm，所述第四透镜的焦距为8.81mm，所述第五透镜的焦距为-13.55mm，所述第六透镜的焦距为30.87mm，所述第七透镜的焦距为30.87mm，所述第七透镜的焦距为-16.17mm，所述第八透镜的焦距为8.23mm，所述第九透镜的焦距为-18.42mm。

7.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件：bfl/ttl＞0.7；

8.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足以下条件：65≤(fov×f)/h≤75；

9.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，所述第一透镜至第九透镜的折射率、色散系数满足以下条件：

10.根据权利要求1所述的仿人眼大视场光学镜头，其特征在于，在所述第九透镜和像面之间设有红外截止滤光片和像面保护玻璃。

技术总结本发明公开了一种仿人眼大视场光学镜头，所述光学镜头轴向上的总长度在23mm以内，视场角可达80°，包括由物侧到像侧依次布置的光焦度为负的第一透镜、仿人眼瞳孔光阑、光焦度为负的第二透镜、光焦度为正的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为负的第七透镜、光焦度为正的第八透镜、光焦度为负的第九透镜和像面，其中第一透镜为仿人眼球角膜形状并接近半球的大口径光学透镜。本发明该提供了一种应用在虚拟现实系统中的光学镜头，该镜头将远处虚像成像到像面上，从而从结构、外形、功能上模拟人眼戴虚拟现实系统接收到虚拟图像的效果。技术研发人员：蔡茂,范浩受保护的技术使用者：茂莱（南京）仪器有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29