光学系统及增强现实设备技术方案

本发明专利技术公开一种光学系统及增强现实设备，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元、第三透镜、第二透镜以及第一透镜，所述第一透镜和第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度；所述第一透镜包括第一表面与第二表面，所述第一表面为凹面非球面结构，所述第二表面为凸面非球面结构；所述第二透镜包括第三表面与第四表面，所述第三表面为凸面非球面结构，所述第四表面为凹面非球面结构；所述第三透镜包括第五表面与第六表面，所述第五表面为凸面非球面结构，所述第六表面为凸面非球面结构。本发明专利技术提供一种光学系统及增强现实设备，旨在解决现有技术中AR设备的体积较大，重量较重的问题。

Optical system and augmented reality equipment

【技术实现步骤摘要】
光学系统及增强现实设备
本专利技术涉及光学成像
，尤其涉及一种光学系统及增强现实设备。
技术介绍
可穿戴设备是光电成像领域的新型发展方向，其中增强现实设备作为可穿戴设备中的增强现实设备正在逐渐向轻量化，小型化的方向发展。现有的AR设备中，光学系统是AR设备中的主要工作部件，其中，光学系统由显示单元与镜组组成，显示单元发出的光线经过镜组作用后传输至人眼，为了提高AR设备的成像质量，AR设备中的镜组通常需要由多个透镜组合使用，当透镜个数较多时，会导致AR设备的体积增加，重量增加。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学系统及增强现实设备，旨在解决现有技术中AR设备的体积较大，重量较重的问题。为实现上述目的，本专利技术提出了一种光学系统，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元、第三透镜、第二透镜以及第一透镜，所述第一透镜和第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度；所述第一透镜包括远离所述显示单元的第一表面以及靠近所述显示单元的第二表面，所述第一表面为凹面结构，所述第二表面为凸面结构；所述第二透镜包括远离所述显示单元的第三表面以及靠近所述显示单元的第四表面，所述第三表面为凸面结构，所述第四表面为凹面结构；所述第三透镜包括远离所述显示单元的第五表面以及靠近所述显示单元的第六表面，所述第五表面为凸面结构，所述第六表面为凸面结构。可选的，所述光学系统满足以下关系：0.6≤f1/f3≤2；0.5≤f1/f≤2；-1≤f2/f≤-0.3；0.5≤f3/f≤1；其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述f1为所述第一透镜的焦距，所述f2为所述第二透镜的焦距，所述f3为所述第三透镜的焦距。可选的，所述光学系统满足以下关系：0.4≤T1/T3≤1；0.2≤T2/T3≤0.8；0.05≤T3/TTL≤0.15；其中，所述T1为所述第一透镜沿光轴方向的镜片厚度，所述T2为所述第二透镜沿光轴方向的镜片厚度，所述T3为所述第三透镜沿光轴方向的镜片厚度。可选的，所述光学系统满足以下关系：0.1<D1<1.5；0.5<D2<2.5；其中，所述D1为所述第二表面与所述第三表面沿光轴方向的距离，所述D2为所述第四表面与所述第五表面沿光轴方向的距离。可选的，所述光学系统满足以下关系：1≤(R21+R22)/(R21-R22)≤3.5；0.1≤(R31+R32)/(R31-R32)≤1；其中，所述R21为所述第三表面的曲率半径，所述R22为所述第四表面的曲率半径，所述R31为所述第五表面的曲率半径，所述R32为所述第六表面的曲率半径。可选的，所述光学系统满足以下关系：Nd1≥1.5；Nd2≥1.6；Nd3≥1.5；其中，所述Nd1为所述第一透镜的折射率，所述Nd2为所述第二透镜的折射率，所述Nd3为所述第三透镜的折射率。可选的，所述光学系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述第一透镜远离所述显示单元的一侧。可选的，所述光学系统还包括分光棱镜，所述分光棱镜设于所述第一透镜与所述显示单元之间。可选的，所述光学系统的光圈数小于或等于2.5。为实现上述目的，本申请提出一种增强现实设备，所述增强现实设备包括壳体与如上述任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统收容于所述壳体内。本申请提出的技术方案中，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元、第三透镜、第二透镜以及第一透镜，其中，所述第一透镜与所述第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第一透镜包括凹向所述显示单元的第二表面以及远离所述显示单元的第一表面，所述第二透镜包括凹向所述显示单元的第四表面以及远离所述显示单元的第三表面，所述第三透镜包括凸向所述显示单元的第六表面以及远离所述显示单元的第五表面，所述显示单元发出的光线依次经过所述第三透镜、所述第二透镜以及所述第一透镜后射出所述光学系统，在所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的组合作用下，能够在保证所述光学系统的视场角的情况下，减少所述光学系统使用的透镜个数，从而解决现有技术中AR设备的体积较大，重量较重的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。图1是本专利技术光学系统的结构示意图；图2是本专利技术光学系统的光路示意图；图3是本专利技术光学系统第一实施例的轴向球差图；图4是本专利技术光学系统第一实施例的垂轴色差图；图5是本专利技术光学系统第一实施例的调制传递函数图；图6是本专利技术光学系统第一实施例的场曲与畸变图。附图标号说明：本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提供一种光学系统及增强现实设备。请参照图1与图2，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元10、第三透镜40、第二透镜30以及第一透镜20，所述第一透镜20和第三透镜40均具有正光焦度，所述第二透镜30具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元、第三透镜、第二透镜以及第一透镜，所述第一透镜和第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度；/n所述第一透镜包括远离所述显示单元的第一表面以及靠近所述显示单元的第二表面，所述第一表面为凹面非球面结构，所述第二表面为凸面非球面结构；/n所述第二透镜包括远离所述显示单元的第三表面以及靠近所述显示单元的第四表面，所述第三表面为凸面非球面结构，所述第四表面为凹面非球面结构；/n所述第三透镜包括远离所述显示单元的第五表面以及靠近所述显示单元的第六表面，所述第五表面为凸面非球面结构，所述第六表面为凸面非球面结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元、第三透镜、第二透镜以及第一透镜，所述第一透镜和第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度；
所述第一透镜包括远离所述显示单元的第一表面以及靠近所述显示单元的第二表面，所述第一表面为凹面非球面结构，所述第二表面为凸面非球面结构；
所述第二透镜包括远离所述显示单元的第三表面以及靠近所述显示单元的第四表面，所述第三表面为凸面非球面结构，所述第四表面为凹面非球面结构；
所述第三透镜包括远离所述显示单元的第五表面以及靠近所述显示单元的第六表面，所述第五表面为凸面非球面结构，所述第六表面为凸面非球面结构。


2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：
0.6≤f1/f3≤2；0.5≤f1/f≤2；-1≤f2/f≤-0.3；0.5≤f3/f≤1；
其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述f1为所述第一透镜的焦距，所述f2为所述第二透镜的焦距，所述f3为所述第三透镜的焦距。


3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：
0.4≤T1/T3≤1；0.2≤T2/T3≤0.8；0.05≤T3/TTL≤0.15；
其中，所述T1为所述第一透镜沿光轴方向的镜片厚度，所述T2为所述第二透镜沿光轴方向的镜片厚度，所述T3为所述第三透镜沿光轴方向的镜片厚度，所述TTL为所述光学系统的总长。


4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：
0....

【专利技术属性】
技术研发人员：聂红星，赵望妮，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37