投影透镜组、光机和近眼显示设备的制作方法

本技术涉及近眼显示，特别涉及一种投影透镜组、光机和近眼显示设备。

背景技术：

1、近眼显示设备的投影透镜组，需要将光机产生的图像投影到人眼。近眼显示设备需要在距离人眼很近的位置进行投影，且需要可被佩戴，因此需要被小型化，这让光机内的光源和投影透镜组的布置空间非常有限。光源是用于产生所需投影图像的发光元件，相当于投影透镜组在成像过程中的“物”，因为光源需要距离投影透镜组很近，所以投影透镜组的物距很小。物距极小使得近眼显示设备的投影透镜组容易引入像差；为消除像差，需要增加镜片的数量；这又增加了近眼显示设备的体积，不利于近眼显示设备的小型化。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的是提出一种投影透镜组、光机以及近眼显示设备，旨在使得近眼显示设备更加小型化。

2、为实现上述目的，本实用新型提出的投影透镜组，应用于近眼显示设备，所述投影透镜组具有光焦度的镜片数量为5片，所述投影透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述第一透镜具有正的光焦度；所述第二透镜具有正的光焦度，并设置在所述第一透镜的物侧；所述第三透镜具有负的光焦度，并设置在所述第二透镜的物侧；所述第四透镜具有正的光焦度，并设置在所述第三透镜的物侧；所述第五透镜具有负的光焦度，并设置在所述第四透镜的物侧。

3、在一些实施方式中，所述第一透镜的厚度与所述投影透镜组的光学总长之比，大于或等于10%，且小于或等于20%；和/或

4、所述第五透镜的厚度与所述投影透镜组的光学总长之比，大于或等于18%，且小于或等于28%。

5、在一些实施方式中，所述第一透镜的折射率大于或等于1.48，且小于或等于1.66；和/或

6、所述第二透镜的折射率大于或等于1.48，且小于或等于1.66；和/或

7、所述第三透镜的折射率大于或等于1.48，且小于或等于1.66；和/或

8、所述第四透镜的折射率大于或等于1.48，且小于或等于1.66；和/或

9、所述第五透镜的折射率大于或等于1.77，且小于或等于1.85。

10、在一些实施方式中，所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的厚度之和，与所述第二透镜和所述第三透镜的厚度之和的比值，大于3，且小于3.4。

11、在一些实施方式中，所述第四透镜的像侧面在最大口径处的矢高为第一矢高；所述第四透镜的物侧面在最大口径处的矢高为第二矢高；所述第二矢高与所述第一矢高的比大于或等于2，且小于或等于2.5；和/或

12、所述第五透镜的像侧面在最大口径处的矢高为第三矢高；所述第五透镜的物侧面在最大口径处的矢高为第四矢高，所述第三矢高与所述第四矢高的比大于或等于1.1，且小于或等于1.5。

13、在一些实施方式中，所述第四透镜的像侧面在最大口径处与所述投影透镜组的光轴共面的切线，与所述投影透镜组的光轴在所述第四透镜的径向外侧且朝向所述第四透镜的像侧的夹角为第一夹角；所述第四透镜的物侧面在最大口径处与所述投影透镜组的光轴共面的切线，与所述投影透镜组的光轴在所述第四透镜的径向外侧且朝向所述第四透镜的像侧的夹角为第二夹角；所述第一夹角与所述第二夹角的差大于或等于5°，且小于或等于30°；所述第一夹角与所述第二夹角的商大于1，且小于或等于1.5；和/或

14、所述第五透镜的像侧面在最大口径处与所述投影透镜组的光轴共面的切线，与所述投影透镜组的光轴在所述第五透镜的径向外侧且朝向所述第五透镜的像侧的夹角为第三夹角；所述第五透镜的物侧面在最大口径处与所述投影透镜组的光轴共面的切线，与所述投影透镜组的光轴在所述第五透镜的径向外侧且朝向所述第五透镜的像侧的夹角为第四夹角；所述第四夹角与所述第三夹角的差大于或等于-5°，且小于或等于30°；所述第三夹角与所述第四夹角的商大于或等于0.7，且小于或等于1.5。

15、在一些实施方式中，所述投影透镜组的光学总长与所述投影透镜组的最大口径之比大于或等于2，且小于或等于2.5。

16、在一些实施方式中，所述第一透镜的有效焦距大于或等于5mm，且小于或等于6mm；和/或

17、所述第二透镜的有效焦距大于或等于10mm，且小于或等于15mm；和/或

18、所述第三透镜的有效焦距大于或等于-4mm，且小于或等于-3mm；和/或

19、所述第四透镜的有效焦距大于或等于18mm，且小于或等于27mm；和/或

20、所述第五透镜的有效焦距大于或等于-50mm，且小于或等于-30mm。

21、在一些实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为弯月透镜；所述第一透镜凹面朝向物侧；所述第二透镜的凹面朝向物侧；所述第三透镜的凹面朝向物侧；所述第四透镜的凹面朝向像侧；所述第五透镜的凹面朝向像侧。

22、在一些实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、第四透镜和所述第五透镜各自的物侧面和像侧面均为非球面，且非球面系数的阶数均大于或等于8。

23、在一些实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的材质为塑料；所述第五透镜的材质为玻璃。

24、本实用新型还提出一种光机，包括上述的投影透镜组。

25、在一些实施方式中，所述光机还包括显示屏；所述显示屏设置在所述投影透镜组的入射端，所述显示屏被配置成，出射光直接射入所述投影透镜组；所述显示屏为单色显示屏。

26、本实用新型还提出一种近眼显示设备，包括上述的投影透镜组或上述的光机。

27、本申请的技术方案中，投影透镜组仅采用五枚透镜即可将像差消除到可用的程度。具体地，投影透镜组包括的五枚透镜，在自投影透镜组的像方空间到物方空间的方向上，透镜的光焦度的排列顺序为正，正，负，正，负；可见第三透镜两侧的透镜的光焦度的正负分布并不关于第三透镜对称。这与相关技术中，强调通过对称性减小像差的设计思路不同；即考虑到近眼显示设备物距极小这一特点，使得物距与像距的差异极大，所需成像的光路本身具有较大的不对称性。因此将透镜的光焦度排列也设计得不对称，以适应近眼显示设备的应用场景；这就使得仅用5片镜片，即可将像差抑制到可用的程度，使得近眼显示设备更加小型化。

1.一种投影透镜组，其特征在于，应用于近眼显示设备，所述投影透镜组具有光焦度的镜片数量为5片，所述投影透镜组包括：

2.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜的厚度与所述投影透镜组的光学总长之比，大于或等于10%，且小于或等于20%；和/或

3.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜的折射率大于或等于1.48，且小于或等于1.66；和/或

4.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的厚度之和，与所述第二透镜和所述第三透镜的厚度之和的比值，大于3，且小于3.4。

5.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第四透镜的像侧面在最大口径处的矢高为第一矢高；所述第四透镜的物侧面在最大口径处的矢高为第二矢高；所述第二矢高与所述第一矢高的比大于或等于2，且小于或等于2.5；和/或

6.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第四透镜的像侧面在最大口径处与所述投影透镜组的光轴共面的切线，与所述投影透镜组的光轴在所述第四透镜的径向外侧且朝向所述第四透镜的像侧的夹角为第一夹角；所述第四透镜的物侧面在最大口径处与所述投影透镜组的光轴共面的切线，与所述投影透镜组的光轴在所述第四透镜的径向外侧且朝向所述第四透镜的像侧的夹角为第二夹角；所述第一夹角与所述第二夹角的差大于或等于5°，且小于或等于30°；所述第一夹角与所述第二夹角的商大于1，且小于或等于1.5；和/或

7.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述投影透镜组的光学总长与所述投影透镜组的最大口径之比大于或等于2，且小于或等于2.5。

8.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距大于或等于5mm，且小于或等于6mm；和/或

9.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为弯月透镜；所述第一透镜凹面朝向物侧；所述第二透镜的凹面朝向物侧；所述第三透镜的凹面朝向物侧；所述第四透镜的凹面朝向像侧；所述第五透镜的凹面朝向像侧。

10.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、第四透镜和所述第五透镜各自的物侧面和像侧面均为非球面，且非球面系数的阶数均大于或等于8。

11.如权利要求1所述的投影透镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的材质为塑料；所述第五透镜的材质为玻璃。

12.一种光机，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的投影透镜组。

13.如权利要求12所述的光机，其特征在于，所述光机还包括显示屏；所述显示屏设置在所述投影透镜组的入射端，所述显示屏被配置成，出射光直接射入所述投影透镜组；所述显示屏为单色显示屏。

14.一种近眼显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的投影透镜组或如权利要求12或13所述的光机。