[已解决]关于目镜出瞳的问题

Mr.Li

某项目中关于目镜设计要求：出瞳距≥20mm
设计之初，采用反追的方式，将人眼作为光阑，显示屏作为像面，进行光学系统设计。
关于出瞳距≥20mm：我以为是光阑到第一面的距离（中心及边缘）≥20mm就满足了条件。经过设计，满足了上述条件。
倒置的目镜设计结果如下图所示（只研究讨论出瞳问题即可）。

这时候我想将目镜系统正放过来看看出瞳。
于是我翻转整个镜头，将像高改为物高，得到一个正向的目镜。如下：

这么一看好像还对上了。由显示屏出射的光，经过目镜后到达光阑（人眼），玻璃最后一面到光阑的距离为20mm，仿佛已经满足了出瞳距要求。
但突然想到，这是我在将人眼作为光阑，放在了镜片最后20mm处的前提条件下得到的结果。如果我将这个距离手动改为10mm，它果然也没有问题。如下所示

而此时出瞳距由20mm变成了10mm。也即是说眼睛的位置放在哪儿，哪儿就变成了出瞳距。而设计要求里的出瞳距应该是在没有人眼的情况下目镜的出瞳距。
这说明目镜正过来以后，出瞳位置不能通过这种方式来看了！！！
那么问题来了，目镜正放过来以后，目镜本身的出瞳位置怎么看呢？又或者说，从一开始的设计思路（“关于出瞳距≥20mm，我以为是光阑到第一面的距离（中心及边缘）≥20mm就满足了条件”）是否就存在问题？

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maple

2022-7-19 14:47

Mr.Li 发表于 2022-7-19 14:33
是，你说的对。我的问题是，这样正放目镜以后，出瞳距怎么看。我倒着设计的时候，光阑厚度20mm是已经满足 ...

只要正着OK，倒着也一定OK。
你这个系统出瞳光线是比较宽的充满，假定你是按照人眼4mm来设计，那么在一定出瞳距范围内都能满足人眼不同视场瞳的汇合，可以认为每个视场的出瞳光线直径和你目镜最后一个镜片口径相当（不一定完全一样，这里可以认为一样），那么这么多束同口径大小的不同视场的光线在多少个不同出瞳距离处可以保证4mm人眼大小的重合呢？你画个图就明白了。而且这个4mm大小的改变，对你出瞳距离的范围也会产生影响。

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maple

出瞳位置影响了你的主光线角度

Mr.Li

maple 发表于 2022-7-19 14:22
出瞳位置影响了你的主光线角度

是，你说的对。我的问题是，这样正放目镜以后，出瞳距怎么看。我倒着设计的时候，光阑厚度20mm是已经满足要求了的。但正放过来以后，怎么评判这个系统是否还满足出瞳距≥20mm的要求。我将20mm这个厚度设为“光瞳位置”的时候，变成了0，意思是出瞳距0？

maple

Mr.Li 发表于 2022-7-19 14:33
是，你说的对。我的问题是，这样正放目镜以后，出瞳距怎么看。我倒着设计的时候，光阑厚度20mm是已经满足 ...

只要正着OK，倒着也一定OK。
你这个系统出瞳光线是比较宽的充满，假定你是按照人眼4mm来设计，那么在一定出瞳距范围内都能满足人眼不同视场瞳的汇合，可以认为每个视场的出瞳光线直径和你目镜最后一个镜片口径相当（不一定完全一样，这里可以认为一样），那么这么多束同口径大小的不同视场的光线在多少个不同出瞳距离处可以保证4mm人眼大小的重合呢？你画个图就明白了。而且这个4mm大小的改变，对你出瞳距离的范围也会产生影响。

寒冬的咖啡

你角度变了

Mr.Li

maple 发表于 2022-7-19 14:47
只要正着OK，倒着也一定OK。
你这个系统出瞳光线是比较宽的充满，假定你是按照人眼4mm来设计，那么在一 ...

感谢答复。我猜我理解你的意思了。
我把最后一片镜子设为光阑了，去除渐晕后如上所示。人眼的位置没有变动，还是在最后一片镜子20mm处（图中竖直短黑线）。这个时候可以看出，人眼是完全在镜头出光范围以内。于是有了下面一幅图：

在高度方向上，人眼可以上下移动一端距离（竖直双箭头黑线），或者说人眼可以在此范围内增大。
同样在沿轴方向上，人眼可以移动一端距离（水平箭头线）。
无论是在高度方向还是沿轴方向移动，都能同时接收到3个视场的光线。