【技术实现步骤摘要】
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
1、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。
2、随着虚拟现实技术的发展，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，如近眼动跟踪设备、vr医疗设备等近眼显示设备。其中，vr医疗近眼显示设备通过光学技术，将显示器发出的图像光传送到用户的瞳孔，在用户的近目范围实现虚拟、放大图像，为用户提供直观可视的图像、视频信息，可帮助诊断眼底、眼表面疾病。
3、为了给用户提供极佳的感官体验，该类近眼显示设备通常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。
4、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
1、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、屈光度可调范围大及成像质量高的优点，在实现近眼高清成像的同时可对用户的瞳孔信息实现动态追踪，且大大减小了系统的体积，能很好满足多元化的市场需求。
2、本专利技
3、一方面，本专利技术提供一种光学系统，由四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；具有负光焦度的第四群组；所述光学系统中各相邻群组在光轴上的空气间隔可变；所述光学系统满足以下条件式：-2<fq1/fa<-1，-3<fq2/fa<-1，-2<fq3/fa<-0.5，0.2<fq4/fa<1，-16mm<fa<-10mm，85°<fov<100°，其中，fa表示所述光学系统的焦距，fq1表示所述第一群组的焦距，fq2表示所述第二群组的焦距，fq3表示所述第三群组的焦距，fq4表示所述第四群组的焦距，fov表示所述光学系统的最大视场角。
4、在一些实施方式中，所述光学系统满足以下条件式：
5、1<fq2/fq3<3；
6、其中，fq2表示所述第二群组的焦距，fq3表示所述第三群组的焦距。
7、在一些实施方式中，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：
8、1<f1/fq1<4；
9、1<f2/fq1<3；
10、1<f3/fq1<2；
11、-3<f4/fq1<-1；
12、其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。
13、在一些实施方式中，所述第二群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有光焦度的第七透镜；所述光学系统满足以下条件式：
14、2<f5/fq2<3；
15、2<f6/fq2<3；
16、其中，f5表示所述第五透镜的焦距，f6表示所述第六透镜的焦距。
17、在一些实施方式中，所述第三群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜；所述光学系统满足以下条件式：
18、-0.8<f8/fq3<-0.1；
19、0.2<f9/fq3<1；
20、0.5<f10/fq3<1.5；
21、其中，f8表示所述第八透镜的焦距，f9表示所述第九透镜的焦距，f10表示所述第十透镜的焦距。
22、在一些实施方式中，所述第四群组包括一具有负光焦度的第十一透镜。
23、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、具有负光焦度的第四群组；所述分光棱镜包括入光面、出光面、反射面以及透光面；所述第二群组设置在所述分光棱镜的出光面一侧，所述第三群组设置在所述分光棱镜的入光面一侧。所述眼动追踪系统包括一红外成像系统，所述红外成像系统用于传输人眼瞳孔信息；所述红外成像系统包括所述第一群组、所述第二群组、所述分光棱镜以及一具有正光焦度的第五群组；所述第五群组设置在所述分光棱镜的透光面一侧；所述分光棱镜的反射面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。
24、在一些实施方式中，所述近眼显示设备满足以下条件式：
25、-5mm<fb<-0.5mm；
26、其中，fb表示所述红外成像系统的焦距。
27、在一些实施方式中，所述近眼显示设备满足以下条件式：
28、4.5<fa/fb<7.5；
29、其中，fa表示所述光学系统的焦距，fb表示所述红外成像系统的焦距。
30、在一些实施方式中，所述第五群组包括一具有正光焦度的第十二透镜，且所述红外成像系统满足以下条件式：
31、-2<fq5/fb<-0.5；
32、其中，fq5表示所述第五群组的焦距，fb表示所述红外成像系统的焦距。
33、本专利技术提供的光学系统及近眼显示设备，采用十一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，可通过调节各群组之间的距离实现-2d至+8d的屈光度调节，能够为用户带来极佳的感官体验。通过分光棱镜的分光作用，可使第一群组、第二群组参与两次光路成像，实现双重成像系统（光学系统及红外成像系统），在实现近眼高清成像的同时可对用户的瞳孔信息实现动态追踪，且大大减小了系统的体积，能很好满足多元化的市场需求。
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1.一种光学系统，由四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：
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：
3.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：
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有光焦度的第七透镜；所述光学系统满足以下条件式：
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜；所述光学系统满足以下条件式：
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第四群组包括一具有负光焦度的第十一透镜。
7.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：
8.根据权利要
9.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备满足以下条件式：
10.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第五群组包括一具有正光焦度的第十二透镜，且所述红外成像系统满足以下条件式：
...【技术特征摘要】
1.一种光学系统，由四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：
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：
3.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：
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有光焦度的第七透镜；所述光学系统满足以下条件式：
5.根据权利要求1所述的光学系...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔甲臣，王天寅，刘国栋，
申请(专利权)人：江西联昊光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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