一种反射式虚拟现实光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反射式虚拟现实光学系统，包括光阑(100)，所述的光阑(100)一侧设有相对其位置固定的第一透镜(1)和相对其能前后移动的第二透镜(2)，所述的第二透镜(2)远离光阑(100)一侧设有反射元件(3)和显示屏(200)，所述的显示屏(200)发出的光线经过反射元件(3)反射而进入第二透镜(2)和第一透镜(1)后到达光阑(100)，所述的第一透镜(1)为正光焦度的双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为负光焦度的弯月形非球面透镜，所述的反射元件(3)的光焦度为0。本发明专利技术结构简单、清晰度高，视场角大，体积小、重量轻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学系统，更具体地说是一种反射式虚拟现实光学系统。
技术介绍
目前虚拟现实(VirtualReality，简称VR)和增强现实(AugmentedReality，简称AR)进入快速发展期，这些装置安装在观察者的头部，因此它必须紧凑和轻量化，以减轻观察者的负载。对于VR系统而言，大视场是相当重要的，只有大视场，观察者才能更全神贯注的观察优质的动态图像，由于VR系统的视场、出瞳直径、焦距三者之间是相互制约的关系，同时达到大视场、大出瞳直径和短焦距相当困难。为此，镜片组及特殊镜片方案是未来VR系统的发展趋势。对于要求越来越高的VR领域来讲，需要画面更清晰，用户体验更优质的产品。因此，本专利技术应运而生。
技术实现思路
本专利技术目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单、清晰度高，视场角大，体积小、重量轻的反射式虚拟现实光学系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：包括光阑100，所述的光阑100一侧设有相对其位置固定的第一透镜1和相对其能前后移动的第二透镜2，所述的第二透镜2远离光阑100一侧设有反射元件3和显示屏200，所述的显示屏200发出的光线经过反射元件3反射而进入第二透镜2和第一透镜1后到达光阑100，所述的第一透镜1为正光焦度的双凸形非球面透镜，所述的第二透镜2为负光焦度的弯月形非球面透镜，所述的反射元件3的光焦度为0。<br>如上所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：从所述的光阑100至反射元件3方向，所述第一透镜1的第一面为双曲线非球面、第二面为椭圆非球面；所述第二透镜2的第一面为圆形非球面、第二面为扁圆非球面。如上所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：所述的反射元件3是平面反光镜或反射棱镜或反射式自由曲面。如上所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：所述的反射元件3镀有多层反射膜。如上所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1和第二透镜2为塑料透镜。如上所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：所述的显示屏200为液晶显示屏。如上所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第二透镜2的非球面表面形状满足以下方程：在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。与现有技术相比，本专利技术有如下优点：1、本专利技术的视场角非常大，视场角可达到120°，3D效果更明显，观看影像时有身临其境的完美感受。2、本专利技术的光学系统可以适用所有体验者，可以通过调节第二透镜的位置来调节视度，任何使用者都可以通过调节视度，看清楚整个画面。3、本专利技术合理的分配放大率，畸变很小，像面放大后，真实感得到保证，更符合虚拟现实的要求。4、本专利技术的第一透镜和第二透镜全部采用塑料镜片，结构紧凑，体积很小，系统轻便，整个完成品的重量小于250g，观察者佩戴非常舒适。5、本专利技术的入瞳直径很大，显示的图像亮度没有明显的衰减，清晰度非常高，且画面均匀，无论眼睛怎么转动，都能够看清整个画面，不容易导致观察者视觉疲劳。【附图说明】图1是本专利技术示意图；图2是本专利技术光学系统光路图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步描述：一种反射式虚拟现实光学系统，包括光阑100，所述的光阑100一侧设有相对其位置固定的第一透镜1和相对其能前后移动的第二透镜2，所述的第二透镜2远离光阑100一侧设有反射元件3和显示屏200，所述的显示屏200发出的光线经过反射元件3反射而进入第二透镜2和第一透镜1后到达光阑100，所述的第一透镜1为正光焦度的双凸形非球面透镜，所述的第二透镜2为负光焦度的弯月形非球面透镜，所述的反射元件3的光焦度为0。本专利技术光学系统使用时光线是逆向传播的，实际光路为微型液晶显示屏200发出的光线，先经过反射元件3反射进入第二透镜2，然后经过第二透镜2透射进入第一透镜1，最后经过第一透镜1透射到达光阑100处，光阑100即为观察者眼睛。为了设计方便，设计中眼睛可当作理想透镜，同时按照光线正向传播的思路设计，设计系统中的光阑即为观察者。所述的第一透镜1为塑料非球面正透镜，使得通过光阑100孔径的所有光线都能顺利进入整个光学系统，实现了大视场角，视场角可达到120°，实现明显的3D效果，第一透镜1可以采用低折射率材料，且光焦度较大，主要承担了图像放大及图像投远的效果。所述的第一透镜1的光焦度为正，且相对于光阑100固定不动；所述的第二透镜2的光焦度为负且能相对光阑100前后移动。因此，利用人眼成像原理，当近视眼用户使用时，画面需要向眼睛方向移动，调节第二透镜2的位置，补偿由近视引起的画面移动量，使得光学系统始终能够聚焦在显示屏200上。利用光路可逆原理，显示屏200发出的光线也能够进入人眼，聚焦在视网膜上，不同视度的人，只要将第二透镜2调整到合适的位置，就能够看清楚画面，实现光学系统内部对焦、视度调整，适用于所有体验者，改善了市面上的产品只能用于正常视力使用者的局限性。所述的反射元件3可以是平面反光镜，还可以是反射棱镜或反射式自由曲面，所述的反射元件3镀有多层反射膜。按照光线正向传播设计思路，通过第二透镜2投射出来的光线被反射元件3完全反射，进入像面即显示屏200。由于反射元件3的光焦度为0，本身不会产生像差，也不会影响整个光学系统像差的分配，另外，反射元件3使得光学系统的像面位置发生变化，转移到第一透镜1和第二透镜2的侧面，这样大大的减小了整个光学系统的长度，结构变得紧凑轻巧。所述的第一透镜1采用低折射率高色散系数的塑料非球面正透镜，所述的第二透镜2采用高折射率低色散的塑料非球面负透镜，正负透镜配合使用，正透镜产生的负球差正好抵偿了负透镜产生的正球差，很好的矫正了光学系统的球差和正弦差。高色散材料和低色散材料搭配，不仅能够矫正系统的轴向色差，还能够矫正系统的垂轴色差，保证了系统的图像锐度和色彩还原性。光学系统中的第一透镜和第二透镜分开使用，能够很好的矫正光学系统的场曲及畸变。从所述的光阑100至反射元件3方向，所述第一透镜1的第一面为双曲线非球面、第...

【技术保护点】
一种反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：包括光阑(100)，所述的光阑(100)一侧设有相对其位置固定的第一透镜(1)和相对其能前后移动的第二透镜(2)，所述的第二透镜(2)远离光阑(100)一侧设有反射元件(3)和显示屏(200)，所述的显示屏(200)发出的光线经过反射元件(3)反射而进入第二透镜(2)和第一透镜(1)后到达光阑(100)，所述的第一透镜(1)为正光焦度的双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为负光焦度的弯月形非球面透镜，所述的反射元件(3)的光焦度为0。

【技术特征摘要】
1.一种反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：包括光阑(100)，所述的光阑(100)一侧
设有相对其位置固定的第一透镜(1)和相对其能前后移动的第二透镜(2)，所述的第二透镜
(2)远离光阑(100)一侧设有反射元件(3)和显示屏(200)，所述的显示屏(200)发出的光线
经过反射元件(3)反射而进入第二透镜(2)和第一透镜(1)后到达光阑(100)，所述的第一透
镜(1)为正光焦度的双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为负光焦度的弯月形非球面透
镜，所述的反射元件(3)的光焦度为0。
2.根据权利要求1所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：从所述的光阑(100)
至反射元件(3)方向，所述第一透镜(1)的第一面为双曲线非球面、第二面为椭圆非球面；所
述第二透镜(2)的第一面为圆形非球面、第二面为扁圆非球面。
3.根据权利要求1或2所述的反射式虚拟现实光学系统，其特征在于：所述的反射元件
(3)是平面反光镜或反射棱镜或反射式自由曲面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉荣，肖明志，邹艳华，陈安科，
申请(专利权)人：中山联合光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44