一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置。该虚拟现实设备的透镜优化方法包括：设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值；物点经透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。本发明专利技术实施例实现了透镜的高质量成像效果，由于仅采用一片透镜，同时兼容了便携性和低成本等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置
本申请涉及但不限于光学透镜
，尤指一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置。
技术介绍
随着计算机技术的不断发展，虚拟现实(VirtualReality，简称为：VR)设备成为人们生活娱乐的一种重要工具。VR设备中透镜的形态和成像效果成为影响VR设备显示效果的主要器件之一。现有的VR设备中通常使用的透镜包括三片式、两片式和单片式透镜。其中，三片式组合透镜的成本较高，并且在实际应用当中出于佩戴到人脸上时必须考虑重量和体积的原因，几乎不能应用于实际；两片式透镜的重量和体积虽然相比于三片式透镜有所改善，但是透镜形态比较特殊，难以加工成型且会增加组装难度；单片式透镜是目前商业应用中的主流设计，可以同时兼顾低重量、小体积和低成本等优势。透镜的设计目标为尽可能的减少成像时的像差，现有VR设备的单片式透镜，例如采用菲涅尔透镜的设计方案，在该方案中，主要校正像差中的场曲和彗差，球差不能完全校正，并且菲涅尔透镜并没有解决场曲、像散等的设计优化问题，使得透镜的成像质量较低，难以达到用户的需求。综上所述，现有VR设备中的透镜，难以兼容较高的成像质量、便携性和低成本等优势。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置，基于人眼的视觉特性对VR设备的透镜进行优化，优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，实现了透镜的高质量成像效果，由于仅采用一片透镜，同时兼容了便携性和低成本等优势。本专利技术实施例提供一种虚拟现实设备的透镜优化方法，包括：设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值；所述物点经所述透镜成像的像面为像散为零时的像面。可选地，如上所述的方法中，所述设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量之前，所述方法还包括：确定待成像物点对应的多个视场；所述通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：通过所述优化变量对每个所述视场下的物点经所述透镜的成像进行优化处理。可选地，如上所述的方法中，所述通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：根据所述优化目标和所述优化变量生成目标函数；确定所述优化变量的初始值；根据所述初始值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果；根据所述成像结果与所述优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值。可选地，如上所述的方法中，所述优化目标包括：所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件。可选地，如上所述的方法中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。可选地，如上所述的方法中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；所述物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；所述物点成像在所述像面上的球差和慧差小于预设阈值。可选地，如上所述的方法中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括：所述物点经所述透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。可选地，如上所述的方法中，所述优化变量和透镜参数包括：所述透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及所述透镜的厚度；所述优化变量还包括：所述像面的面型、曲率半径、物理半径和圆锥系数。本专利技术实施例还提供一种虚拟现实设备的透镜优化装置，包括：设置模块，用于设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；优化处理模块，用于通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值；所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。可选地，如上所述的装置中，还包括：确定模块，用于确定待成像物点对应的多个视场；所述优化处理模块通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：通过所述优化变量对每个所述视场下的物点经所述透镜的成像进行优化处理。可选地，如上所述的装置中，所述优化处理模块包括：函数生成单元，用于根据所述优化目标和所述优化变量生成目标函数；初始值确定单元，用于确定所述优化变量的初始值；结果获取单元，用于根据所述初始值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果；优化处理单元，用于根据所述成像结果与所述优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值。可选地，如上所述的装置中，所述优化目标包括：所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件。可选地，如上所述的装置中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑大小小于预设阈值，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。可选地，如上所述的装置中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；所述物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；所述物点成像在所述像面上的球差和慧差小于预设阈值；或者，所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括：所述物点经所述透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。可选地，如上所述的装置中，所述优化变量和透镜参数包括：所述透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及所述透镜的厚度；所述优化变量还包括：所述像面的面型、曲率半径、物理半径和圆锥系数。本专利技术实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法和装置，通过设置透镜成像优化目标和优化变量，并通过已设置的优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，即对成像结果进行优化，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值，上述物点经透镜的成像的像面为像散小于预设阈值的像面(理想情况下为像散为零的像面，即匹兹凡像面)；上述优化目标、优化变量，以及透镜成像的像面都是基于人眼的视觉特征设计的。本专利技术实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，基于人眼的视觉特征，在匹兹凡场曲的弯曲像面上对VR设备中透镜成像的像差进行消除和减弱处理，使得优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，保证了透镜的成像质量，并且仅采用一片透镜，可以兼容便携性和低成本等优势。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟现实设备的透镜优化方法，其特征在于，包括：设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值；所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实设备的透镜优化方法，其特征在于，包括：设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值；所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量之前，所述方法还包括：确定待成像物点对应的多个视场；所述通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：通过所述优化变量对每个所述视场下的物点经所述透镜的成像进行优化处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：根据所述优化目标和所述优化变量生成目标函数；确定所述优化变量的初始值；根据所述初始值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果；根据所述成像结果与所述优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化目标包括：所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；所述物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；所述物点成像在所述像面上的球差和慧差小于预设阈值。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括：所述物点经所述透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化变量和透镜参数包括：所述透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及所述透镜的厚度；所述优化变量还包括：所述像面的面型、曲率半径、物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚丽，王晨如，董瑞君，张雪冰，栗可，张浩，陈丽莉，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，北京京东方光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11