透镜组和虚拟现实头显目视系统技术方案

本发明专利技术提供了一种透镜组，由物侧至像侧依序包括：第一透镜，其前表面、后表面皆为球面；第二透镜，其前表面、后表面皆为球面；以及第三透镜，其前表面为球面，后表面为非球面。与相关技术相比，本发明专利技术提供的透镜组，其由物侧至像侧依序包括：第一透镜，其前表面、后表面皆为球面；第二透镜，其前表面、后表面皆为球面；以及第三透镜，其前表面为球面、后表面为非球面；此外，本发明专利技术的透镜组的透镜数目仅为三片，通过上述配置，可以有效消除色差，提升成像品质，且可同时兼具薄型化的特性。本发明专利技术还提供了一种应用所述透镜组的虚拟现实头显目视系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及透镜组
，尤其涉及一种透镜组和应用该透镜组的虚拟现实头显目视系统。
技术介绍
现有的头戴显示(HMD，headmounteddisplay)系统使用的是单片式透镜，这样不可避免的产生视觉上的色差效果。从理论上说，在头戴显系统中，可以通过硬件和软件两种方式来校正色差，但实际上软件校正色差并不能达到好的效果，因此本专利技术提出通过设计一种复消色差镜头来达到目视系统复消色差目的。因此，有必要提供一种新的透镜组解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种透镜组，其可以达到复消色差目的。本专利技术提供了一种透镜组，由物侧至像侧依序包括：第一透镜，其前表面、后表面皆为球面；第二透镜，其前表面、后表面皆为球面；以及第三透镜，其前表面为球面，后表面为非球面，所述第三透镜的非球面的形状由以下非球面公式决定:式中，Z为非球面在矢高方向的坐标，r为非球面在以顶点为中心垂直矢高方向的坐标，R0为顶点曲率半径，K为圆锥系数，α4为4次非球面系数以及α6为6次非球面系数。优选的，所述第一透镜的前表面、后表面皆为凸面，所述第二透镜的前表面、后表面皆为凹面，所述第三透镜的前表面、后表面皆为凸面。优选的，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜皆由玻璃或者塑料制成。优选的，所述第一透镜和第三透镜皆由CaF2材料制成，所述第二透镜由ZF1玻璃制成。优选的，所述第三透镜的前表面的曲率半径为R，满足下面关系式：100<R<250。优选的，所述非球面公式还满足下面关系式：K<0，R0<0,α4<0,α6>0。本专利技术还提供了一种虚拟现实头显目视系统，所述虚拟现实头显目视系统应用如上所述的透镜组。与相关技术相比，本专利技术提供的透镜组，其由物侧至像侧依序包括：第一透镜，其前表面、后表面皆为球面；第二透镜，其前表面、后表面皆为球面；以及第三透镜，其前表面为球面、后表面为非球面；此外，本专利技术的透镜组的透镜数目仅为三片，通过上述配置，可以有效消除色差，提升成像品质，且可同时兼具薄型化的特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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获得其它的附图，其中：图1为本专利技术透镜组示意图；图2为本专利技术透镜组光学传递函数曲线图；图3为本专利技术透镜组色差曲线图；图4为本专利技术透镜组场曲曲线图；图5为本专利技术透镜组畸变像差曲线图；图6为本专利技术透镜组点列图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1为本专利技术透镜组示意图。所述透镜组1由物侧至像侧依序包括第一透镜10、第二透镜11以及第三透镜12，结构简单，体积小，能够采集高质量的虹膜图像，尤其适用于虚拟现实头显目视系统，其中：所述第一透镜10的前表面100、后表面101皆为凸面，且其前表面100、后表面101皆为球面；所述第二透镜11的前表面110、后表面111皆为凹面，且其前表面110、后表面111皆为球面；以及所述第三透镜12的前表面120、后表面121皆为凸面，且其前表面120为球面，后表面121为非球面，所述第三透镜12的非球面的形状由以下非球面公式决定:式中，Z为非球面在矢高方向的坐标，r为非球面在以顶点为中心垂直矢高方向的坐标，R0为顶点曲率半径，K为圆锥系数，α4为4次非球面系数以及α6为6次非球面系数。请一并参阅图1和图2，图2为本专利技术透镜组光学传递函数曲线图。本专利技术提供的所述透镜组1，其光学传递函数MTF是10线对下的MTF，曲线越平滑、且数值越接近1，表明系统的成像质量越好；图2中分别绘出0°、9°、18°、27°、36°、45°视场的曲线，从曲线图中可以看出，传递函数曲线比较平滑，像差得到较好校正。作为本专利技术的一种改进，所述第一透镜10、所述第二透镜11以及所述第三透镜12的材质均可为玻璃或塑料，若透镜的材质为玻璃，则可增加系统曲折力配置的自由度，若透镜材料为塑料，则可有效降低生产成本。由于三片透镜具有复消色差功能，因此，所述第一透镜10、所述第二透镜11以及所述第三透镜12的组合可同时消红黄蓝三种波长的色差，提高目视系统色差还原能力。在本专利技术优选实施方式中，所述第一透镜10和第三透镜12皆由CaF2材料制成，所述第二透镜11由ZF1玻璃制成，这几种具体材料的组合，具有优异的复消色差特性。具体请参阅图3，图3为本专利技术透镜组色差曲线图。其中，曲线I标示短波焦距和长波焦距的差值，曲线II标示短波焦距和参考长波焦距的差值，可以看出色差很小，对目视系统而言，该色差不会被肉眼明显察觉。作为本专利技术的另一种改进，所述第三透镜12的前表面120的曲率半径为R，满足下面关系式：100<R<250。所述第三透镜12的后表面121设置为非球面，由于非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消除色差，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低本专利技术透镜组1的光学总长度。所述非球面公式还满足下面关系式：K<0，R0<0,α4<0,α6>0。这几个参数的特定组合才可以达到预定的良好效果。请参阅图4，图4为本专利技术透镜组的场曲曲线图。子午场曲和弧矢场曲的差为系统的像散，场曲和像散影响系统轴外视场光线的像差，差值过大会严重影响系统外轴光线的成像质量。从曲线图中可以看出，在全视场范围内，系统子午场曲和弧矢场曲各光线的场曲像差均被控制在合理范围之内。请参阅图5，图5为本专利技术透镜组的畸变像差曲线图。畸变不会影响系统的清晰度，只会引起系统图像变形。从曲线图中可以看出，在全视场范围内，系统的畸变像差很小。请参阅图6，图6为本专利技术透镜组的点列图。点列图显示的是系统各个视场光线在像面处汇聚而形成的弥散斑，是系统有关的各种像差的综合表现，点列图中的均方根半径越小证明系统成像质量越好。点列图中横坐标单位为毫米，表示像高；纵坐标单位为微米，表示点半径的尺寸大小，可以看出，弥散斑半径大小在合理的成像质量范围内。本专利技术还提供了一种应用如上述的透镜组1的虚拟现实头显目视系统(未图示)，该虚拟现实头显目视系统通过应用所述透镜组1来实现复消色差，从而显著提升其目视成像品质。与相关技术相比，本专利技术提供的所述透镜组1由物侧至像侧依序包括：所述第一透镜10，其前表面100、后表面101皆为球面；所述第二透镜11，其前表面110、后表面111皆为球面；以及所述第三透镜12，其前表面120为球面、后表面121为非球面；此外，本专利技术提供的所述透镜组1的透镜数目仅为三片，通过上述配置，可以有效消除色差，提升成像品质，且可同时兼具薄型化的特性。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透镜组，其特征在于，由物侧至像侧依序包括：第一透镜，其前表面、后表面皆为球面；第二透镜，其前表面、后表面皆为球面；以及第三透镜，其前表面为球面，后表面为非球面，所述第三透镜的非球面的形状由以下非球面公式决定:Z=(1R0)r21+1-(K+1)(1R0)2r2+α4r4+α6r6]]>式中，Z为非球面在矢高方向的坐标，r为非球面在以顶点为中心垂直矢高方向的坐标，R0为顶点曲率半径，K为圆锥系数，α4为4次非球面系数，以及α6为6次非球面系数。

【技术特征摘要】
1.一种透镜组，其特征在于，由物侧至像侧依序包括：第一透镜，其前表面、后表面皆为球面；第二透镜，其前表面、后表面皆为球面；以及第三透镜，其前表面为球面，后表面为非球面，所述第三透镜的非球面的形状由以下非球面公式决定:Z=(1R0)r21+1-(K+1)(1R0)2r2+α4r4+α6r6]]>式中，Z为非球面在矢高方向的坐标，r为非球面在以顶点为中心垂直矢高方向的坐标，R0为顶点曲率半径，K为圆锥系数，α4为4次非球面系数，以及α6为6次非球面系数。2.根据权利要求1所述的透镜组，其特征在于，所述第一透镜的前表面、后表面皆为凸面，所述第二透镜的前表面、后表面皆为凹面，所述第三透镜的前...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾戈，张宁，董灏磊，贺艺峰，
申请(专利权)人：湖南虚拟现实世界智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43