一种双片折超混合VR镜头制造技术

本发明专利技术公开了一种双片折超混合VR镜头，涉及光学显示技术领域。包括第一超透镜、第二超透镜、传统透镜，像源设置于所述第一超透镜的前面；像源发出的携带信息的光线依次经过第一超透镜和第二超透镜后发生衍射，通过调整第一超透镜和第二超透镜的各项参数，使两个超透镜对光线达到理想的调制效果，光线再继续向前传播经过传统透镜后被调整成成像在特定距离处的实像，在这之前光线会先经过光瞳，此处模拟人眼瞳孔效果，光线进入人眼后会汇聚在视网膜上形成清晰的像。本发明专利技术具有体积小、像源大、自由度高的特点。由度高的特点。由度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种双片折超混合VR镜头


[0001]本专利技术属于光学显示
，更具体地说，是涉及一种双片折超混合VR镜头。

技术介绍

[0002]虚拟现实技术(Virtual Reality：VR)，又称虚拟实境或灵境技术，是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是以计算机技术为主，利用并综合三维图形技术、多媒体技术、仿真技术、显示技术、伺服技术等多种高科技的最新发展成果，借助计算机等设备产生一个逼真的三维视觉、触觉、嗅觉等多种感官体验的虚拟世界，它可以让用户身临其境地感受到虚拟世界中的场景、声音和互动，从而使处于虚拟世界中的人产生一种身临其境的感觉。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。虚拟现实技术的应用领域非常广泛，包括游戏娱乐、教育培训、医疗保健、建筑设计等。通过虚拟现实技术，可以实现沉浸式的体验和互动，带来前所未有的感官体验和学习效果，目前VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学

[0003]申请公布号为CN107065182A的专利中公布了一种虚拟现实光学透镜及虚拟现实设备，该设备中光学透镜的表面形状与人眼形状匹配，用于贴合于人眼角膜，并用于将外部显示屏射入光线中多个像素点的光线进行折射叠加，以在人眼成像位置呈现为虚拟影像，理论上该设备可以减少人眼与光学透镜的距离，同时避免了人眼睫毛或者支架眼镜对光学透镜之间的干涉。其是通过限制距离人眼最近一片透镜的形状与人眼形状相似，达到该目的，但是该方法限制了光学系统中透镜的自由度，将会对实际成像效果造成影响。
[0004]申请公布号为CN113433705A的专利中公布了一种VR光学透镜模组，其由像侧至物侧依次排列设置的多组透镜镜片，多组透镜镜片的中心线共线，多组透镜镜片分别为光焦度为正的第一透镜，光焦度为负的第二透镜，光焦度为正的第三透镜，光焦度为正的第四透镜以及光焦度为负的第五透镜，多组透镜镜片均为非球面。通过对光焦度的控制以及对不同折射率、阿贝数的材料的选取应用已达到更好的成像质量。但是该方式光学系统总长过长，且透镜数量很多，将会直接导致模组的成本急剧上升，且体积上也不利于VR应用的推广。
[0005]授权公告号为CN218240537U的专利提供了一种两片式光学镜头及包含其的指纹识别装置和电子设备，该设备用于指纹识别，其特征在于，沿物侧至像侧依次包括第一超透镜和第二超透镜，虽然该系统通过对两片超透镜的参数设置实现了，既满足大视场角，又有效减小镜头的系统长度等目的，当该实施例仅为超透镜应用的一个实例，其结果仅能应用在指纹识别等像面要求很小的场景，并不符合VR的大像源，大FOV的要求。
[0006]因此，专利技术一个能实现高自由度的光学系统透镜、小体积、满足大像源的VR光学模组镜头很有必要。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双片折超混合VR镜头，体积小、像源大、自由度高。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]一种双片折超混合VR镜头，按光线传播方向，依次设有第一超透镜、第二超透镜和传统透镜；像源设置于所述第一超透镜的前面，所述第一超透镜的焦距f
前
＜0，所述传统透镜的焦距f
后
＞0，且8f
前
＜/f
后
/＜9f
前
；所述像源距传统透镜的间距为f
L
，传统透镜距第二透镜的间距为f
M
，两者之间满足f
M
＞3f
L
＞0；像源发出的携带信息的光线经过第一超透镜和第二超透镜后发生衍射，通过调整第一超透镜和第二超透镜的各项参数，使两个超透镜对光线达到预设调制效果，光线再继续向前传播经过传统透镜后被调整成成像在特定距离处的实像，在这之前光线会先经过光瞳，此处模拟人眼瞳孔效果，光线进入人眼后会汇聚在视网膜上形成清晰的像。
[0010]优选地，所述第一超透镜和第二超透镜的材料为折射率在1.4～2.2之间的光学玻璃，厚度为0.3～2mm。
[0011]优选地，所述传统透镜材料为折射率在1.5～2.0之间的光学玻璃，厚度在1.5～15mm之间。
[0012]优选地，所述特定距离根据具体的设计来定，通常为1.2m或3m或5m。
[0013]优选地，所述第一超透镜和第二超透镜的一侧面均为二元光学面，在光学面上刻上小的凹槽或线以改变通过该光学面的波前的相位从而形成二元光学面；所述二元光学面为自由曲面面型，可用为球面、偶次非球面、XY多项式、切比雪夫多项式表示；第一超透镜和第二超透镜的另一侧表面均为平面。
[0014]优选地，所述第一超透镜和所述第二超透镜根据如下附加多项式展开式对光线累加相位差，
[0015][0016]其中，A
i
是ρ的2i次幂的系数，ρ是归一化的径向孔径坐标；M是衍射阶数；N是多项式系数的个数，第一个附加数据项，也就是总项数，项的数目为0或者是任何高于240的整数，或可设为最大为240或者ρ
480
的任何整数，是相位，i是序号数。
[0017]优选地，所述偶次非球面的表达式为：
[0018][0019]上式中c＝1/r0，k＝
‑
e2，a2、a4、a6…
为多次项系数，r0为曲面近轴部分的曲率半径，c为非球面的基准面，k为圆锥度，Z为非球面在不同球面半径r下的矢高值。
[0020]优选地，XY多项式表达式为：
[0021][0022][0023]其中c＝1/r0，k＝
‑
e2，r0为曲面近轴部分的曲率半径，c为非球面的基准面，k为圆锥度，m、n为阶数，满足m+n≤10，N为多项式系数的个数，第一个附加数据项，也就是总项数，N＝66，Z为非球面在不同半径r下的矢高值，Aj为第j项系数，XY为多项式中x,y的坐标。
[0024]优选地，切比雪夫多项式曲面是一个由基本曲率半径和切比雪夫多项式序列描述的自由曲面，
[0025]第一类一维切比雪夫多项式如下：
[0026]T
n
(x)＝cos(ncos
‑1)x))，n＝0
…
∞，x∈[
‑
1,1][0027]作为参考，前十个切比雪夫多项式系数如下：
[0028]T0(x)＝1
[0029]T1(x)＝x
[0030]T2(x)＝2x2‑1[0031]T3(x)＝4x3‑
3x
[0032]T4(x)＝8x4‑
8x2+1
[0033]T5(x)＝16x5‑
20x3+5x
[0034]T6(x)＝32x6‑
48x4+18x2‑1[0035]T7(x)＝64x7‑
112x5+56x3‑
7x
[0036]T8(x)＝128x8‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，按光线传播方向，依次设有第一超透镜、第二超透镜和传统透镜；像源设置于所述第一超透镜的前面，所述第一超透镜的焦距f
前
＜0，所述传统透镜的焦距f
后
＞0，且8f
前
＜/f
后
/＜9f
前
；所述像源距传统透镜的间距为f
L
，传统透镜距第二透镜的间距为f
M
，两者之间满足f
M
＞3f
L
＞0；像源发出的携带信息的光线经过第一超透镜和第二超透镜后发生衍射，通过调整第一超透镜和第二超透镜的各项参数，使两个超透镜对光线达到预设调制效果，光线再继续向前传播经过传统透镜后被调整成成像在特定距离处的实像，在这之前光线会先经过光瞳，此处模拟人眼瞳孔效果，光线进入人眼后会汇聚在视网膜上形成清晰的像。2.根据权利要求1所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，所述第一超透镜和第二超透镜的材料为折射率在1.4～2.2之间的光学玻璃，厚度为0.3～2mm。3.根据权利要求1所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，所述传统透镜材料为折射率在1.5～2.0之间的光学玻璃，厚度在1.5～15mm之间。4.根据权利要求1所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，所述特定距离根据具体的设计来定，通常为1.2m或3m或5m。5.根据权利要求1所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，所述第一超透镜和第二超透镜的一侧面均为二元光学面，在光学面上刻上小的凹槽或线以改变通过该光学面的波前的相位从而形成二元光学面；所述二元光学面为自由曲面面型，可用为球面、偶次非球面、XY多项式、切比雪夫多项式表示；第一超透镜和第二超透镜的另一侧表面均为平面。6.根据权利要求5所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，所述第一超透镜和所述第二超透镜根据如下附加多项式展开式对光线累加相位差，其中，A
i
是ρ的2i次幂的系数，ρ是归一化的径向孔径坐标；M是衍射阶数；N是多项式系数的个数，第一个附加数据项，也就是总项数，项的数目为0或者是任何高于240的整数，或可设为最大为240或者ρ
480
的任何整数，是相位，i是序号数。7.根据权利要求5所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，所述偶次非球面的表达式为：上式中c＝1/r0，k＝
‑
e2，a2、a4、a6…
为多次项系数，r0为曲面近轴部分的曲率半径，c为非球面的基准面，k为圆锥度，Z为非球面在不同球面半径r下的矢高值。8.根据权利要求5所述的一种双片折超混合VR镜头，其特征在于，XY多项式...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，郭晓明，王景，谢玉增，贾红辉，段辉高，
申请(专利权)人：湖大粤港澳大湾区创新研究院广州增城，
类型：发明
国别省市：