目视光学系统及虚拟现实显示设备技术方案

一种目视光学系统及虚拟现实显示设备，其中目视光学系统包括沿光轴由人眼侧至显示屏侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，其出光面为凸面，入光面依次贴附有反射式偏光元件和四分之一波板；以及具有正光焦度的第二透镜，其入光面为凸面，出光面为凸面；其中，所述第一透镜的出光面或者所述第二透镜的出光面为菲涅尔面；所述第一透镜的出光面到所述显示屏的轴上距离TTL、所述第一透镜的中心厚度CT1、所述第二透镜的中心厚度CT2、所述第二透镜的出光面的曲率半径R3及所述第二透镜的入光面的曲率半径R4满足以下条件式：1.5<TTL/(CT1+CT2)<2.6；

【技术实现步骤摘要】
目视光学系统及虚拟现实显示设备


[0001]本申请涉及光学成像领域，具体地，涉及一种包括两片式透镜的目视光学系统及虚拟现实显示设备。

技术介绍

[0002]近年来虚拟现实(Virtual Reality，VR)显示技术在教育、医疗、消费等领域的应用越来越广泛。VR显示装置可通过模拟虚拟环境，从而给人以视觉、听觉、触觉等方面的沉浸感。
[0003]目视光学系统是VR显示设备的重要组成部分，其成像质量、视场角等因素直接影响VR显示设备的用户体验性。同时，目视光学系统的尺寸大小也直接影响VR显示设备的体积大小。目前的VR显示设备，为了在减小体积的同时保证良好的成像性能，通常的方案是采用多片非球面透镜组合，但这种方案会降低生产的良率，增加加工成本，且光学组件的长度较长，因而导致整个设备体积较大。
[0004]因此，需要一种能够满足用户高体验感的目视光学系统，能够在减小体积的同时，保证外视场性能以及提高成像质量。

技术实现思路

[0005]本申请第一方面提供了一种目视光学系统，其包括沿光轴由人眼侧至显示屏侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，其出光面为凸面，入光面依次贴附有反射式偏光元件和四分之一波板；以及具有正光焦度的第二透镜，其入光面为凸面，出光面为凸面；
[0006]其中，第一透镜的出光面或者第二透镜的出光面为菲涅尔面；第一透镜的出光面到显示屏的轴上距离TTL、第一透镜的中心厚度CT1、第二透镜的中心厚度CT2、第二透镜的出光面的曲率半径R3及第二透镜的入光面的曲率半径R4满足以下条件式：1.5<TTL/(CT1+CT2)<2.6；
‑
2.0<R4/R3<0。
[0007]在一个或多个实施方式中，第一透镜的入光面为球面或非球面。
[0008]在一个或多个实施方式中，第二透镜的入光面为非球面、且贴附有部分反射式元件。
[0009]在一个或多个实施方式中，第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波板的组合焦距F1与第二透镜的有效焦距F2满足：0.2<(F1
‑
F2)/(F1+F2)<1.2。
[0010]在一个或多个实施方式中，第一透镜最大有效径处的边缘厚度ET1、反射式偏光元件的中心厚度CTR及四分之一波板的中心厚度CTQ满足：12.0<ET1/(CTR+CTQ)<20.0。
[0011]在一个或多个实施方式中，第二透镜的有效焦距F2与目视光学系统的有效焦距F满足：3.8<F2/F<5.7。
[0012]在一个或多个实施方式中，第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波板的组合焦距F1与第一透镜的出光面的曲率半径R1满足：0<F1/R1<2.2。
[0013]在一个或多个实施方式中，第二透镜的有效焦距F2、第二透镜的出光面的曲率半
径R3及第二透镜的入光面的曲率半径R4满足：0<F2/(R3
‑
R4)<0.8。
[0014]在一个或多个实施方式中，第一透镜的折射率N1、第二透镜的折射率N2、第一透镜的中心厚度CT1及第二透镜的中心厚度CT2满足：2.0<N1/N2+CT2/CT1<4.0。
[0015]在一个或多个实施方式中，第二透镜的入光面到显示屏的轴上距离BFL满足：14.0mm<BFL<20.6mm。
[0016]在一个或多个实施方式中，第一透镜的出光面到显示屏的轴上距离TTL与第二透镜的入光面到显示屏的轴上距离BFL满足：1.5<TTL/BFL<2.5。
[0017]在一个或多个实施方式中，第二透镜最大有效半口径处的边缘厚度ET2与第二透镜的入光面在光轴上的交点到第二透镜的入光面最大有效半口径处在光轴上的距离SAG22满足：
‑
4.2<ET2/SAG22<
‑
1.5。
[0018]在一个或多个实施方式中，目视光学系统的光圈数FNO与目视光学系统的最大视场角的一半Semi
‑
FOV满足：7.0<FNO*TAN(Semi
‑
FOV)<10.2。
[0019]依据本申请第二方面提供了一种目视光学系统，包括沿光轴由人眼侧至显示屏侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，其出光面为凸面，入光面依次贴附有反射式偏光元件和四分之一波板；以及具有正光焦度的第二透镜，其入光面为凸面，出光面为凸面；其中，第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波板的组合焦距F1与第二透镜的有效焦距F2满足：0.2<(F1
‑
F2)/(F1+F2)<1.2。
[0020]依据本本申请第三方面提供了一种虚拟现实显示设备，其包括如本申请第一方面或第二方面所述的目视光学系统。
[0021]根据本申请一些实施方式提供的目视光学系统，通过将非球面改为菲涅尔面，缩减了该面的厚度，能有效与后一面的平面或曲面相结合，减小矢高造成的厚度加大，减小光学系统的长度，较好地平衡折返式光学系统的长度与性能；通过控制第一透镜出光面到显示屏的轴上距离与第一透镜的中心厚度、第二透镜的中心厚度的比值，可以控制整体镜头的长度，保证较小的总长度；此外，通过控制第二透镜出光面曲率半径与第二透镜入光面曲率半径的比值，可以减小球面的敏感度，降低透镜的加工难度，同时可以控制光线入射的角度，减小球差，增加系统分辨率。
附图说明
[0022]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0023]图1示出了根据本申请实施例1的目视光学系统的结构示意图；
[0024]图2A和图2B分别示出了根据本申请实施例1的目视光学系统的轴上色差曲线和象散曲线；
[0025]图3示出了根据本申请实施例2的目视光学系统的结构示意图；
[0026]图4A和图4B分别示出了根据本申请实施例2的目视光学系统的轴上色差曲线和象散曲线；
[0027]图5示出了根据本申请实施例3的目视光学系统的结构示意图；
[0028]图6A和图6B分别示出了根据本申请实施例3的目视光学系统的轴上色差曲线和象散曲线；
[0029]图7示出了根据本申请实施例4的目视光学系统的结构示意图；
[0030]图8A和图8B分别示出了根据本申请实施例4的目视光学系统的轴上色差曲线和象散曲线；
[0031]图9示出了根据本申请实施例5的目视光学系统的结构示意图；
[0032]图10A和图10B分别示出了根据本申请实施例5的目视光学系统的轴上色差曲线和象散曲线；
[0033]图11示出了根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种目视光学系统，其特征在于，包括沿光轴由人眼侧至显示屏侧依次设置的：具有正光焦度的第一透镜，其出光面为凸面，入光面依次贴附有反射式偏光元件和四分之一波板；以及具有正光焦度的第二透镜，其入光面为凸面，出光面为凸面；其中，所述第一透镜的出光面或者所述第二透镜的出光面为菲涅尔面；所述第一透镜的出光面到所述显示屏的轴上距离TTL、所述第一透镜的中心厚度CT1、所述第二透镜的中心厚度CT2、所述第二透镜的出光面的曲率半径R3及所述第二透镜的入光面的曲率半径R4满足以下条件式：1.5<TTL/(CT1+CT2)<2.6；
‑
2.0<R4/R3<0。2.根据权利要求1所述的目视光学系统，其中，所述第一透镜的入光面为球面或非球面。3.根据权利要求1所述的目视光学系统，其中，所述第二透镜的入光面为非球面、且贴附有部分反射式元件。4.根据权利要求1所述的目视光学系统，其中，所述第一透镜、所述反射式偏光元件和所述四分之一波板的组合焦距F1与所述第二透镜的有效焦距F2满足：0.2<(F1
‑
F2)/(F1+F2)<1.2。5.根据权利要求1所述的目视光学系统，其中，所述第一透镜最大有效径处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚嘉诚，张晓彬，戴付建，金银芳，赵烈烽，
申请(专利权)人：浙江舜宇光学有限公司，
类型：发明
国别省市：