光学系统及近眼显示设备技术方案

本发明专利技术公开了一种光学系统及近眼显示设备，所述光学系统由三个具有光焦度的群组组成，所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组；具有负光焦度的第二群组；具有正光焦度的第三群组；所述光学系统满足以下条件式：

【技术实现步骤摘要】
光学系统及近眼显示设备


[0001]本专利技术涉及光学系统
，特别是涉及一种光学系统及近眼显示设备
。

技术介绍

[0002]近年来，随着
5G
的商用推广，
VR/AR/MR
产业发展也在不断提速，其在游戏
、
社交
、
教育
、
医疗等多个领域都得到了广泛应用
。
[0003]随着科学技术的发展，各种智能穿戴设备的形态与种类也日益繁多，应用领域也愈加广泛，比如应用较广的近眼显示设备通常是将设备中的显示屏通过光学系统的传递和放大后，将输出的图像传递至人眼，因此人眼接收到的是显示屏经过放大后的虚像，从而通过设备实现大屏观看的目的
。
[0004]为了给用户提供极佳的感官体验，近眼显示设备需要具备较大的视场角
、
较远的眼距距离
、
较大的眼动范围以及较高品质的成像，同时为了满足不同近视程度的用户，还需要具备屈光度可调
。
同时为了提高显示画面的质量及降低设备功耗，一些近眼显示设备采用眼动追踪技术，能够快速准确地检测到用户在设备内的注视方向，从而在注视点进行渲染，提高用户的感官体验
。
[0005]目前搭载在近眼显示设备中的光学系统还存在视场角较小
、
屈光度调节不佳
、
光效率低等不足，且眼动追踪交互不佳等问题，不能很好的满足多元化的市场需求
。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术的目的在于提供一种光学系统及近眼显示设备，具有视场角大
、
屈光度可调范围大
、
光效率高及成像质量高的优点，同时能够实现眼动追踪功能，能很好满足多元化的市场需求
。
[0007]本专利技术实施例通过以下技术方案实施上述的目的
。
[0008]一方面，本专利技术提供一种光学系统，由三个具有光焦度的群组组成，所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组；具有正光焦度的第二群组；分光棱镜；具有正光焦度的第三群组；所述光学系统满足以下条件式：
‑
2<f
Q1
/f<
‑
0.5
，
‑
2<f
Q2
/f<
‑1，
‑
10<f
Q3
/f<
‑
0.5
，
0.15<CT23/TTL<0.2
，其中，
f
表示所述光学系统的焦距，
f
Q1
表示所述第一群组的焦距，
f
Q2
表示所述第二群组的焦距，
f
Q3
表示所述第三群组的焦距，
TTL
表示所述光学系统的光学总长，
CT23
表示所述第二群组与所述第三群组在光轴上的间隔距离
。
[0009]另一方面，本专利技术还提供一种近眼显示设备，所述近眼显示设备包括显示屏
、
如上所述的光学系统和眼动追踪系统
。
其中，所述显示屏用于发射光信号，所述光信号包括图像信息
。
所述光学系统设置于所述显示屏的出光方向上，所述光学系统用于对所述显示屏发出的光信号进行调制传输至人眼；所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组
、
具有正光焦度的第二群组
、
分光棱镜
、
具有正光焦度的第三群组；所述分光棱镜包括入光面
、
出光面
、
反射面以及透光面；所述眼动追踪系统包括红外成像系统，所述红外成像系统设置在所述分光棱镜的透光面一侧；所述分光棱镜将所述第一群组和所述
第二群组内接收的人眼瞳孔信息进行转向，以使其入射进入所述红外成像系统
。
[0010]本专利技术提供的光学系统及近眼显示设备，采用十个具有特定光焦度的镜片，各个透镜通过特定的表面形状搭配，使得光学系统具有较大的视场角和较高的解像力，提高用户的沉浸感，而且直通式的光学结构使其光效率高，从而给用户带来更好的体验感；同时所述光学系统还具有较大的出瞳距离
、
较小的畸变，可通过调节显示屏与整个光学系统之间的距离实现
‑
8D
至
+5D
的屈光度调节，能够为用户带来极佳的感官体验
。
通过分光棱镜的光路反射，可使第一群组及第二群组与红外成像系统搭配，实现眼动追踪功能，能很好满足多元化的市场需求
。
附图说明
[0011]本专利技术的上述和
/
或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术第一实施例提供的光学系统的结构示意图；图2是本专利技术第一实施例提供的光学系统的象散曲线图；图3是本专利技术第一实施例提供的光学系统的
f
‑
tan
θ
畸变曲线图；图4是本专利技术第一实施例提供的光学系统的垂轴色差曲线图；图5是本专利技术第二实施例提供的光学系统的象散曲线图；图6是本专利技术第二实施例提供的光学系统的
f
‑
tan
θ
畸变曲线图；图7是本专利技术第二实施例提供的光学系统的垂轴色差曲线图；图8是本专利技术第三实施例提供的光学系统的象散曲线图；图9是本专利技术第三实施例提供的光学系统的
f
‑
tan
θ
畸变曲线图；图
10
是本专利技术第三实施例提供的光学系统的垂轴色差曲线图；图
11
是本专利技术第四实施例提供的近眼显示设备的结构示意图
。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的目的
、
特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明
。
附图中给出了本专利技术的若干实施例
。
但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例
。
相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面
。
[0013]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同
。
在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术
。
在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件
。
[0014]在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域
。
如透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凸面；如透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光学系统，由三个具有光焦度的群组组成，其特征在于，所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组；具有正光焦度的第二群组；分光棱镜；具有正光焦度的第三群组；所述光学系统满足以下条件式：
‑
2<f
Q1
/f<
‑
0.5
；
‑
2<f
Q2
/f<
‑1；
‑
10<f
Q3
/f<
‑
0.5
；
0.15<CT23/TTL<0.2
；其中，
f
表示所述光学系统的焦距，
f
Q1
表示所述第一群组的焦距，
f
Q2
表示所述第二群组的焦距，
f
Q3
表示所述第三群组的焦距，
TTL
表示所述光学系统的光学总长，
CT23
表示所述第二群组与所述第三群组在光轴上的间隔距离
。2.
根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
‑
15mm<f<
‑
10mm
；
85
°
<FOV<100
°
；其中，
f
表示所述光学系统的焦距，
FOV
表示所述光学系统的最大视场角
。3.
根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
0.1<f
Q2
/f
Q3
<1
；其中，
f
Q2
表示所述第二群组的焦距，
f
Q3
表示所述第三群组的焦距
。4.
根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
‑
11<TTL/f<
‑8；其中，
f
表示所述光学系统的焦距，
TTL
表示所述光学系统的光学总长
。5.
根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：
13mm<ED<16mm
；
4mm<EPD<6mm
；其中，
ED
表示所述光学系统的出瞳距离，
EPD
表示所述光学系统的入瞳直径
。6.
根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜
、
具有正光焦度的第二透镜
、
具有正光焦度的第三透镜
、
具有负光焦度的第四透镜，所述光学系统满足以下条件式：
1.5<f1/f
Q1
<3.5
；
2.5<f2/f
Q1
<5
；
2<f3/f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于笑枝，曾昊杰，
申请(专利权)人：江西联昊光电有限公司，
类型：发明
国别省市：