CN106501928A

CN106501928A - 一种光学系统

Info

Publication number: CN106501928A
Application number: CN201611029809.2A
Authority: CN
Inventors: 谢斌
Original assignee: Shanghai Le Wo Information Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Whale Investment Management Co., Ltd.
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-03-15

Abstract

本申请的目的是提供了一种光学系统，其特征在于，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜均具有正光焦度，所述第一透镜包括第一透镜第一表面和第一透镜第二表面，所述第一透镜第二表面为菲涅尔表面，所述第一透镜第一表面与入瞳面相邻，所述第二透镜包括第二透镜第一表面和第二透镜第二表面，所述第二透镜第一表面为衍射面，所述第一透镜第二表面与所述第二透镜第一表面相邻，所述第二透镜第二表面与成像面相邻，因菲涅尔与衍射面特有的光学属性可以更好的矫正色差，同时也可以更大的减少由第一透镜与第二透镜组成的镜头的重量，将该镜头运用于虚拟现实设备中，减轻佩带用户的头部承担重量。

Description

一种光学系统

技术领域

本申请涉及光学领域，尤其涉及一种光学系统。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)是一种最有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，使参与者可直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化，仿佛置身于虚拟的现实世界中，产生沉浸感、想象和实现交互性。随着虚拟现实技术在军事模拟、工业仿真、数字城市、数字娱乐及电子商务等各种领域的广泛应用，目前市场上各种虚拟现实产品层出不穷，目前，在VR设备光学部分上使用的光学镜片，大多数是采用单片Fresnel单片光学设计，镜头布局图如图1所示，包括入瞳面01、单片Fresnel镜片02和成像面03，该设计镜头可见光波段解像力低，且不同波段色差大，严重影响了整个画面的质感，用户体验普遍较差，还有部分使用多片光学镜片的，但运用于VR设备上后使得VR设备重量较重，加重佩带用户的头部承担重量，用户体验差。

发明内容

本申请的目的是提供一种光学系统，以解决现有技术中镜头解像力低和光学色差大、镜头重量较重的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种光学系统，包括第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜和所述第二透镜均具有正光焦度，所述第一透镜包括第一透镜第一表面和第一透镜第二表面，所述第一透镜第二表面为菲涅尔表面，所述第一透镜第一表面与入瞳面相邻，所述第二透镜包括第二透镜第一表面和第二透镜第二表面，所述第二透镜第一表面为衍射面，所述第一透镜第二表面与所述第二透镜第一表面相邻，所述第二透镜第二表面与成像面相邻。

进一步地，所述第一透镜和第二透镜满足以下条件：

F1>0，F1/F>1，

F2>0，F2/F>2，

2mm<D<8mm，

其中，F1为所述第一透镜的焦距，F2为所述第二透镜的焦距，F为所述光学系统的总焦距，D为所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离。

进一步地，所述第一透镜的中心与边缘的厚度比、所述第二透镜的中心与边缘的厚度比均小于等于5。

更进一步地，所述第一透镜的中心与边缘的厚度比、所述第二透镜的中心与边缘的厚度比均小于等于2。

进一步地，所述第一透镜满足如下条件：中心的厚度大于等于2.5mm，边缘的厚度大于等于2.5mm。

进一步地，所述第二透镜满足如下条件：中心厚度大于等于2.8mm，边缘厚度大于等于2.8mm。

进一步地，所述第一透镜第一表面与所述第二透镜第二表面均为非球面。

更进一步地，所述第一透镜第一表面与所述第二透镜第二表面均为旋转对称非球面。

进一步地，所述第二透镜第一表面为旋转对称衍射面。

进一步地，所述第一透镜第一表面、第一透镜第二表面、第二透镜第一表面和第二透镜第二表面的表面形状均满足以下方程：

其中，z表示水平坐标，参数R表示表面的基半径值，K表示圆锥系数，y表示径向坐标，A表示4阶表面系数，B表示6阶表面系数，C表示8阶表面系数，D表示10阶表面系数，E表示12阶表面系数，F表示14阶表面系数，G表示16阶表面系数。

进一步地，所述第二透镜第一表面还满足以下方程：

r＝y/R，

其中，表示衍射相位总和，M表示衍射级数，A_i表示相位项的系数，ρ²ⁱ表示相位项，R表示衍射面的基半径值，N表示多项式最大项数，i＝1,2……N，r表示归一化径向半径，y表示衍射面的径向坐标。

更进一步地，所述第二透镜的第一表面的衍射级数为1、归一化径向半径为1。

进一步地，所述第一透镜和第二透镜的总重量小于等于0.009kg。

进一步地，所述第一透镜和第二透镜采用塑胶材质。

与现有技术相比，本申请提供了一种光学系统，包括第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜和所述第二透镜均具有正光焦度，所述第一透镜包括第一透镜第一表面和第一透镜第二表面，所述第一透镜第二表面为菲涅尔表面，所述第一透镜第一表面与入瞳面相邻，所述第二透镜包括第二透镜第一表面和第二透镜第二表面，所述第二透镜第一表面为衍射面，所述第一透镜第二表面与所述第二透镜第一表面相邻，所述第二透镜第二表面与成像面相邻，从而平衡了像差，提高镜头的解像力，矫正光学色差，因菲涅尔与衍射面特有的光学属性可以更好的矫正色差，同时也可以更大的减少由第一透镜与第二透镜组成的镜头的重量，将该镜头运用于虚拟现实设备中，减轻佩带用户的头部承担重量。

进一步地，在本申请中，所述第一透镜和第二透镜满足以下条件：

F1>0，F1/F>1，

F2>0，F2/F>2，

2mm<D<8mm，

其中，F1为所述第一透镜的焦距，F2为所述第二透镜的焦距，F为所述光学系统的总焦距，D为所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离。从而通过限定光学系统中F1、F2、F1/F、F2/F及D的值的范围，提高了该光学系统的光线角度，增加虚拟现实设备的沉浸感，并在满足加工工艺的情况下，使用透镜数量少的同时提高镜头解像力，矫正光学色差。

其中，z表示水平坐标，参数R表示表面的基半径值，K表示圆锥系数，y表示径向坐标，A表示4阶表面系数，B表示6阶表面系数，C表示8阶表面系数，D表示10阶表面系数，E表示12阶表面系数，F表示14阶表面系数，G表示16阶表面系数。通过对各表面上每一点坐标的确定就可以确定该表面的形状，根据系数R、A、B、C等的确定进行确定各表面的大小、形状等，同一个透镜的不同有效表面的方程中各系数的不同，可以更好地平衡光学像差。

进一步地，所述第一透镜的中心厚度大于等于2.5mm，边缘厚度大于等于2.5mm，以便于镜头的注塑成型。

进一步地，所述第二透镜的中心厚度大于边缘厚度，中心厚度大于等于2.8mm，边缘厚度大于等于2.8mm，以便于镜头的注塑成型。

进一步地，在本申请中所述第一透镜和第二透镜采用塑胶材质，与光学玻璃材料相比，镜头采用塑胶材质使得加工更容易，且降低了镜头制造的成本。

附图说明

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：

图1示出现有技术中单片Fresnel光学镜头布局图；

图2示出本申请一个方面的一种光学系统的镜头布局图；

图3示出根据本申请一实施例中光学系统的镜头解像力的示意图；

图4示出根据本申请一实施例中光学系统的镜头色差的示意图；

图5示出本申请一实施例中光学系统的镜头场曲与畸变的示意图；

图6示出根据本申请又一实施例中光学系统的镜头解像力的示意图；

图7示出根据本申请又一实施例中光学系统的镜头色差的示意图；

图8示出本申请又一实施例中光学系统的镜头场曲与畸变的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述。

根据本申请的一个方面，提供了一种光学系统，如图2示出的根据本申请一个方面的一种光学系统的镜头布局图，包括第一透镜2和第二透镜3，其中，所述第一透镜2和所述第二透镜3均具有正光焦度，所述第一透镜2包括第一透镜第一表面21和第一透镜第二表面22，所述第一透镜第二表面22为菲涅尔表面，所述第一透镜第一表面21与入瞳面1相邻，所述第二透镜3包括第二透镜第一表面31和第二透镜第二表面32，所述第二透镜第一表面31为衍射面，所述第一透镜第二表面22与所述第二透镜第一表面31相邻，所述第二透镜第二表面32与成像面4相邻，从而平衡了像差，提高镜头的解像力，矫正光学色差，因菲涅尔与衍射面特有的光学属性可以更好的矫正色差，同时也可以更大的减少由第一透镜与第二透镜组成的镜头的重量，将该镜头运用于虚拟现实设备中，减轻佩带用户的头部承担重量。

在一实施例中，满足图2的镜头布局图的情况下，所述第一透镜2和第二透镜3满足以下条件：F1>0，F1/F>1，F2>0，F2/F>2，2mm<D<8mm其中，F1为所述第一透镜的焦距，F2为所述第二透镜的焦距，F为所述光学系统的总焦距，D为所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离。在此，第一透镜2和第二透镜3均具有正光焦度，所以F1>0，F2>0；F为由第一透镜2和第二透镜3组成的镜头的整体焦距，通过限定光学系统中F1、F2、F1/F、F2/F及D的值的范围，提高了该光学系统的光线角度，增加虚拟现实(VR)设备的沉浸感，并在满足加工工艺的情况下，使用透镜数量少的同时提高镜头解像力，矫正光学色差。

在本申请一优选实施例中，所述第一透镜2和第二透镜3采用塑胶材质。在此，塑胶材质区别一般光学玻璃材质，在本申请中采用双片塑胶材质的设计，使得加工更容易且制造镜头成本大幅度降低。可选地，所述第一透镜第一表面21与所述第二透镜第二表面32均为非球面，能够更好地平衡光学像差。更可选地，所述第一透镜第一表面21与所述第二透镜第二表面32均为旋转对称非球面，表面为非球面的透镜有很多种，有旋转对称的和非旋转对称的，而旋转对称的透镜更加有利于镜片的加工，测量以及组装，非球面的性质决定了该透镜相比较于球面可以更好的矫正光学像差。

可选地，设计所述第一透镜第一表面21与所述第二透镜第二表面32均为非球面的同时，设计第一透镜第二表面22为菲涅尔表面，第二透镜第一表面31为旋转对称衍射面，在本申请所述的光学系统中，设计第一透镜2的第一表面为非球面且第二表面为菲涅尔表面，第二透镜3的第一表面为旋转对称衍射面且第二表面为非球面，使得由该第一透镜和第二透镜组成的镜头可以更好的矫正色差，同时也可以更大的减少镜头的重量，将该镜头运用于虚拟现实设备中，减轻佩带用户的头部承担重量。另一方面，衍射面具有可以消除色差且不依赖材料本身的阿贝数的特性，因此第二透镜可选择的光学材料范围更广。

在本申请一实施例中，所述第一透镜的中心与边缘的厚度比、所述第二透镜的中心与边缘的厚度比均小于等于5，这样能够更好的注塑成型。可选地，第一透镜第一表面21、第一透镜第二表面22、第二透镜第一表面31和第二透镜第二表面32的表面形状均满足以下方程：

其中，z表示水平坐标，参数R表示表面的基半径值，K表示圆锥系数，y表示径向坐标，A表示4阶表面系数，B表示6阶表面系数，C表示8阶表面系数，D表示10阶表面系数，E表示12阶表面系数，F表示14阶表面系数，G表示16阶表面系数。在此，z表示水平坐标，为镜片曲面上某一点到镜片该面中心的沿水平方向的坐标，y表示径向坐标，为镜片曲面上某一点到镜片该面中心点的竖直方向的坐标，如图2中标出的坐标zy。通过对透镜各有效面上每一点坐标的确定就可以确定该有效面的表面形状，根据系数R、A、B、C等的确定进行确定有效面的大小、形状等，同一个透镜的不同有效面的表面方程中各系数的不同，可以更好地平衡光学像差，如果将各有效面的表面方程中各系数进行互换，则无法矫正镜头性能所需的光学像差、成像质量、畸变、已成像位置等都会改变，甚至镜头无法使用。因此，各有效面即第一透镜第一表面21、第一透镜第二表面22、第二透镜第一表面31和第二透镜第二表面32的表面形状满足的方程中设计的系数不能互换使用。需要说明的是，上述透镜的有效面的表面形状满足的方程式仅为本申请一优选实施例，其他现有的或今后可能出现的透镜的有效面的表面形状满足的方程式，如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

可选地，本申请中所述的光学系统中采用双片塑胶透镜设计，满足图2的镜头布局图的情况，两片透镜第一透镜2和第二透镜3采用相同聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)的材料。

第一透镜第一表面21为非球面，设计参数如表1：

R	447.517301
		K	-9.981782
A	-1.352E-005
		B	3.3538E-008
C	0
		0	0
E	0
		F	0
J	0

表1

第一透镜第二表面22为菲涅尔表面，设计参数如表2：

R	-22.877339
		K	-9.981782
A	3.2617E-005
		B	-3.268E-007
C	1.6363E-009
		D	-4.860E-012
E	6.3134E-015
		F	8.0306E-019
J	-6.976E-021

表2

第一透镜第一表面21和第一透镜第二表面22的表面形状满足上述设计时，使得第一透镜2的中心厚度大于等于2.5mm，边缘厚度大于等于2.5mm，且第一透镜2的中心与边缘的厚度比小于等于2，便于注塑成型，本申请中实施例中，第一透镜第一表面21和第一透镜第二表面22的表面形状的参数设计更好地平衡了光学像差，且含有菲涅尔面，可以更好地矫正色差并更大的减少第一透镜的重量。

第二透镜第一表面31为旋转衍射面，设计参数如表3：

R	-12.27304
		K	-2.154758
A	3.4422E-005
		B	-2.346E-008
C	0
		0	0
E	0
		F	0
J	0

表3

进一步地，第二透镜第一表面31因为旋转衍射面，具有衍射面独有的参数，即还满足以下方程：

其中，表示衍射相位总和，M表示衍射级数，A_i表示相位项的系数，ρ²ⁱ表示相位项，R表示衍射面的基半径值，N表示多项式最大项数，i＝1,2……N，r表示归一化径向半径，y表示衍射面的径向坐标。在一实施例中，第二透镜的第一表面的衍射级数为1、归一化径向半径为1，相位项的系数A_i从A₁……A₁₀的数值如表4所示，

A₁	A₂	A₃	A₄	A₅
					-12.413128	0.022420	-7.82E-05	3.7001E-08	3.223E-010
A₆	A₇	A₈	A₉	A₁₀
					6.3775E-013	-5.550E-016	-9.593E-018	-1.655E-020	7.2828E-023

表4

第二透镜第二表面32为非球面，设计参数如表5：

R	-11.447825
		K	-1.300893
A	1.113E-0005
		B	3.2919E-008
C	1.7872E-010
		D	0
E	0
		F	0
J	0

表5

第二透镜第一表面31和第二透镜第二表面32的表面形状满足上述设计时，使得第二透镜的中心厚度大于边缘厚度，中心厚度大于等于2.8mm，边缘厚度大于等于2.8mm，所述第二透镜的中心与边缘的厚度比均小于等于2，便于注塑成型，本申请中实施例中，第二透镜第一表面31为旋转衍射面和第二透镜第二表面32为非球面，且满足上述的参数设计更好地平衡了光学像差，因含有衍射面可以更好地矫正色差并更大的减少第二透镜的重量。

本申请所述的光学系统通过采用上述第一透镜2与第二透镜3均为PMMA的塑胶镜片设计，且第一透镜中含有菲涅尔面，第二透镜中含有衍射面，并满足第一透镜2与第三透镜3满足：F1>0，F1/F>1，F2>0，F2/F>2，2mm<D<8mm；第一透镜第一表面21、第一透镜第二表面22和第二透镜第一表面31、第二透镜第二表面32的表面参数设计满足上述实施例中的设计，得到本申请所述的光学系统的镜头解像力如图3所示，其中，横轴表示空间频率，单位线对表示在1mm范围内的黑白线对数，纵轴表示在该空间频率下的MTF值，范围为0～1，表示镜头的解像力，T表示视场径向的解像力，S表示与径向垂直方向的解像力；由图3可看出在该空间频率下的镜头的解像力比较高，通过本申请所述的光学系统提高了镜头的解像力。

通过对光学系统中的第一透镜2和第二透镜3进行上述的设计，所述的光学系统镜头的色差如图4所示，其中，横坐标表示距离，单位为微米，纵坐标表示在视场时不同波长光线在成像面4上位置相对于参考波长光线的距离差，表示不同视场下不同波长的光分开的程度，不同波长在成像面4上位置越集中，成像后效果越好。在本申请中以0.5876微米波长为参考光，以艾利斑范围为镜头色差的参考范围，如图4中101表示艾利斑范围，小于或接近艾利斑范围(101)时认为镜头色差小。由图4中不同波长的光线与艾利斑范围(101)的比较可知，本申请所述的光学系统的镜头色差得到了很好的矫正。

通过对光学系统中的第一透镜2和第二透镜3进行上述的设计，所述的光学系统镜头的镜头场曲如图5的左图所示，镜头的畸变如图5的右图所示。在图5的左图中，横轴表示距离，纵轴表示视场，该图表示不同波长在水平方向和竖直方向上相对于镜头成像中心的位移量，其中，S,T分开越小表明镜头水平和竖直方向差异越小，对称性越好，S,T离纵坐标距离越近，表示镜头不同视场成像清晰面与中心视场平面越近。在图5的右图中，纵轴表示视场位置，横轴表示畸变量，畸变曲线离纵轴距离越近，表示镜头的几何失真越小，即变形越小。由图5的左图和右图可知，本申请光学系统的镜头的对称性较好，视场角增大使得用户的视野范围更宽，画面清晰度较好，提高了画面质量，且畸变得到了很好的矫正。

本申请所述的光学系统通过采用上述第一透镜2与第二透镜3均为PMMA的塑胶镜片设计，且第一透镜中含有菲涅尔面，第二透镜中含有衍射面，第一透镜第一表面21、第一透镜第二表面22和第二透镜第一表面31、第二透镜第二表面32的表面参数设计满足上述实施例中的设计，得到第一透镜和第二透镜的总重量小于等于0.009kg，将由第一透镜2和第二透镜3组成的光学系统运用于虚拟现实(VR)设备上后使得VR设备重量大大减少，减轻了佩带用户的头部承担重量，提高用户体验。

在本申请的又一实施例中，可选地，第一透镜2选用环烯烃共聚物(APEL)，Nd＝1.543402，Vd＝56.0226，其中，Nd为折射率，Vd为色散系数。

第一透镜第一表面21为非球面，设计参数如表1’：

R	622.822458
		K	-9.999393
A	-1.355E-005
		B	3.3719E-008
C	0
		D	0
E	0
		F	0
J	0

表1’

第一透镜第二表面22为菲涅尔表面，设计参数如表2’：

R	-24.713380
		K	-1.953008
A	-3.2683E-005
		B	-3.221E-007
C	1.6377E-009
		D	-4.854E-012
E	6.3185E-015
		F	8.0296E-019
J	-7.016E-021

表2’

第一透镜第一表面21和第一透镜第二表面22的表面形状满足上述设计时，使得第一透镜2的中心厚度大于等于2.5mm，边缘厚度大于等于2.5mm，且厚度比小于等于2，便于注塑成型，厚度比越小能够更好地加工镜头，第一透镜第一表面21和第一透镜第二表面22的表面形状的参数设计更好地平衡了光学像差，且含有菲涅尔面，可以更好地矫正色差并更大的减少第一透镜的重量。

可选地，第二透镜3选用PMMA，第二透镜第一表面31为旋转衍射面，设计参数如表3’：

R	29.9986
		K	-64.12564
A	-6.6884E-006
		B	4.9372E-008
C	-7.939E-010
		D	1.3802E-012
E	0
		F	0
J	0

表3’

其中，表示衍射相位总和，M表示衍射级数，A_i表示相位项的系数，ρ²ⁱ表示相位项，R表示衍射面的基半径值，N表示多项式最大项数，i＝1,2……N，r表示归一化径向半径，y表示衍射面的径向坐标。在一实施例中，第二透镜的第一表面的衍射级数为1、归一化径向半径为1，相位项的系数A_i从A₁……A₁₀的数值如表4’所示，

A₁	A₂	A₃	A₄	A₅
					-12.75374	0.023755	-8.056E-005	3.2615E-008	3.2404E-010
A₆	A₇	A₈	A₉	A₁₀
					6.5549E-013	-5.018E-016	-9.494E-018	-1.651E-020	7.236E-023

表4’

第二透镜第二表面32为非球面，设计参数如表5’：

R	24.972702
		K	-1.306
A	1.1198E-005
		B	3.2927E-008
C	1.7907E-010
		D	0
E	0
		F	0
J	0

表5’

本申请所述的光学系统通过上述第一透镜2选用APEL材料与第二透镜3选用PMMA的塑胶镜片设计，且第一透镜中含有菲涅尔面，第二透镜中含有衍射面，并满足第一透镜2与第三透镜3满足：F1>0，F1/F>1，F2>0，F2/F>2，2mm<D<8mm；第一透镜第一表面21、第一透镜第二表面22和第二透镜第一表面31、第二透镜第二表面32的表面参数设计满足上述实施例中的设计，得到本申请所述的光学系统的镜头解像力如图6所示，其中，横轴表示空间频率，单位线对表示在1mm范围内的黑白线对数，纵轴表示在该空间频率下的MTF值，范围为0～1，表示镜头的解像力，T表示视场径向的解像力，S表示与径向垂直方向的解像力；由图6可看出在该空间频率下的镜头的解像力比较高，通过本申请所述的光学系统提高了镜头的解像力。在该实施例中得到的所述的光学系统镜头的色差如图7所示，其中，横坐标表示距离，单位为微米，纵坐标表示在视场时不同波长光线在成像面4上位置相对于参考波长光线的距离差，表示不同视场下不同波长的光分开的程度，不同波长在成像面4上位置越集中，成像后效果越好。在本申请中以0.5876微米波长为参考光，以艾利斑范围为镜头色差的参考范围，如图7中102表示艾利斑范围，小于或接近艾利斑范围(102)时认为镜头色差小。由图7中不同波长的光线与艾利斑范围(102)的比较可知，本申请所述的光学系统的镜头色差得到了很好的矫正。

通过对光学系统中的第一透镜2和第二透镜3进行上述的设计，所述的光学系统镜头的镜头场曲如图8的左图所示，镜头的畸变如图8的右图所示。在图8的左图中，横轴表示距离，纵轴表示视场，该图表示不同波长在水平方向和竖直方向上相对于镜头成像中心的位移量，其中，S,T分开越小表明镜头水平和竖直方向差异越小，对称性越好，S,T离纵坐标距离越近，表示镜头不同视场成像清晰面与中心视场平面越近。在图8的右图中，纵轴表示视场位置，横轴表示畸变量，畸变曲线离纵轴距离越近，表示镜头的几何失真越小，即变形越小。由图8的左图和右图可知，本申请光学系统的镜头的对称性较好，视场角增大使得用户的视野范围更宽，画面清晰度较好，提高了画面质量，且畸变得到了很好的矫正。

本申请所述的光学系统通过上述第一透镜2选用APEL材料与第二透镜3选用PMMA的塑胶镜片设计，且第一透镜中含有菲涅尔面，第二透镜中含有衍射面，第一透镜第一表面21、第一透镜第二表面22和第二透镜第一表面31、第二透镜第二表面32的表面参数设计满足上述实施例中的设计，得到第一透镜和第二透镜的总重量小于等于0.009kg，将由第一透镜2和第二透镜3组成的光学系统运用于虚拟现实(VR)设备上后使得VR设备重量大大减少，减轻了佩带用户的头部承担重量，提高用户体验。

需要说明的是，第一透镜2与第二透镜3所用的光学材料可以相同也可以不同，第二透镜3含有衍射面，因此在可以消除色差的同时也可以使得第二透镜不依赖任何光学材料，使得对镜片的材料选择范围更宽。

本领域技术人员应能理解，上述实施例中所述PMMA、APEL仅为光学材料中塑胶材料的举例，还可以为聚酯树脂(OKP4)、聚碳酸酯(Polycarb)等，其他现有的或今后可能出现的光学材料，如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

需要说明的是，第一透镜2和第二透镜3所采用的材料、每个有效面的参数设计的不同(第一透镜第一表面、第一透镜第二表面、第二透镜第一表面、第二透镜第二表面)等会影响最终的镜头的成像质量、解像力、色差，当光学系统中的第一透镜2和第二透镜3满足如下条件：第一透镜含有菲涅尔表面，第二透镜含有衍射面，且F1>0，F1/F>1，F2>0，F2/F>2，2mm<D<8mm时，该光学系统相比于现有技术中的单片光学设计得到的镜头具有更高的解像力和较小的色差，相比于现有技术中的多片光学设计镜头的重量更小，用于虚拟现实设备中的镜头，成像品质好、透镜加工容易，使得佩带用户的头部承受重量更轻，给用户带来更好的沉浸感，提升用户体验。

上面结合附图对本申请所述的光学系统进行了示例性的描述，显然本申请所述的光学系统的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本申请所述光学系统的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本申请所述的光学系统的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本申请的保护范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种光学系统，其特征在于，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜均具有正光焦度，所述第一透镜包括第一透镜第一表面和第一透镜第二表面，所述第一透镜第二表面为菲涅尔表面，所述第一透镜第一表面与入瞳面相邻，所述第二透镜包括第二透镜第一表面和第二透镜第二表面，所述第二透镜第一表面为衍射面，所述第一透镜第二表面与所述第二透镜第一表面相邻，所述第二透镜第二表面与成像面相邻。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜满足以下条件：

F1>0，F1/F>1，

F2>0，F2/F>2，

2mm<D<8mm，

3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的中心与边缘的厚度比、所述第二透镜的中心与边缘的厚度比均小于等于5。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的中心与边缘的厚度比、所述第二透镜的中心与边缘的厚度比均小于等于2。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜满足如下条件：中心的厚度大于等于2.5mm，边缘的厚度大于等于2.5mm。

6.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜满足如下条件：中心厚度大于等于2.8mm，边缘厚度大于等于2.8mm。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜第一表面与所述第二透镜第二表面均为非球面。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜第一表面与所述第二透镜第二表面均为旋转对称非球面。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜第一表面为旋转对称衍射面。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一透镜第一表面、第一透镜第二表面、第二透镜第一表面和第二透镜第二表面的表面形状均满足以下方程：

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜第一表面还满足以下方程：

r＝y/R，

12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜的第一表面的衍射级数为1、归一化径向半径为1。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜的总重量小于等于0.009kg。

14.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜采用塑胶材质。