CN108761788A - 一种用于虚拟现实设备的成像光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，包括组合式光学系统和光显示屏，所述光显示屏上的图像经组合式光学系统成放大的虚像，再由位于组合式光学系统另一侧孔径光阑处的人眼所观察；所述组合式光学系统从孔径光阑起向着光显示屏方向依次包括非球面弯月镜、非球面双凸透镜和非球面双凹透镜；所述组合式光学系统的非球面弯月镜向着孔径光阑的方向弯曲。本技术大大提高了虚拟现实设备的光学成像装置的光学分辨率，分辨可达到每毫米30线对以上（30LP/MM），图像色差和畸变小，大大提高了人们在体验虚拟现实设备时视觉舒适感和沉浸感，提高了人们体验满足感。

Description

一种用于虚拟现实设备的成像光学装置
技术领域
本发明涉及虚拟现实设备领域，特别是涉及一种用于虚拟现实设备的成像光学装置。
背景技术
现有的用于虚拟现实设备的光学成像装置大都采用一片非球面镜片或一片菲涅尔镜片对光显示屏上图像进行虚拟放大后成像。现有的用于虚拟现实设备的光学成像装置最大的不足就是光学分辨率低，通常只能分辨每毫米几个线对(LP/MM)；图像畸变大，边沿视场通常超过20％；色差太大，图像边沿呈现彩带。人们在体验时总感觉图像清晰度不够，色差太大，图像边沿呈现彩带，体验久了后会有眼胀头晕的感觉。虽然图像畸变可以通过反畸变算法进行图像处理校正，但过大的畸变会增加反畸变算法图像处理的难度，同时也会占用运算单元更多的资源，增加成本。
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，包括组合式光学系统和光显示屏，所述光显示屏上的图像经组合式光学系统成放大的虚像，再由位于组合式光学系统另一侧孔径光阑处的人眼所观察；所述组合式光学系统从孔径光阑起向着光显示屏方向依次包括非球面弯月镜、非球面双凸透镜和非球面双凹透镜；所述组合式光学系统的非球面弯月镜向着孔径光阑的方向弯曲。
作为本发明的进一步改进，所述组合式光学系统的中每片非球面镜片的两面均为非球面。
作为本发明的进一步改进，所述非球面弯月镜的优化的面形矢高数据表如下：
以上数据的误差允许范围是正负百分之五。
作为本发明的进一步改进，所述非球面双凸透镜的优化的面形矢高数据表如下：
以上数据的误差允许范围是正负百分之五。
作为本发明的进一步改进，所述非球面双凹透镜的优化的面形矢高数据表如下：
作为本发明的进一步改进，所述光显示屏为液晶显示屏为2.89英寸液晶显示屏。
本发明的有益效果是：
本申请的一种用于虚拟现实设备的光学成像装置，采用多片镜片的组合式光学成像装置，其中的镜片采用不同材料的非球面设计和成型。本技术大大提高了虚拟现实设备的光学成像装置的光学分辨率，分辨可达到每毫米30线对以上(30LP/MM)，图像色差和畸变小，大大提高了人们在体验虚拟现实设备时视觉舒适感和沉浸感，提高了人们体验满足感。
附图说明
图1为本发明用于虚拟现实设备的成像光学装置示意图；
图2为本发明组合式光学系统示意图；
图3为本发明成像光学装置的中心(0视场)分辨率示意图；
图4为本发明成像光学装置的17.5mm(0.7视场)分辨率示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种用于虚拟现实设备的光学成像装置，包括组合式光学系统1和光显示屏2。光显示屏2上的图像经组合式光学系统1成放大的虚像，再由位于组合式光学系统1另一侧孔径光阑3处的人眼所观察。
如图2所示，组合式光学系统1包括多片不同材料的非球面镜片，包括非球面弯月镜4、非球面双凸透镜5和非球面双凹透镜6，并通过优化设计和成型，因此本技术提供的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，具有分辨率高，畸变和色差小的特点。
任选地，所述光显示屏2和系统孔径光阑3分别位于组合式光学系统1的两侧，人眼位于系统孔径光阑3处体验。所述组合式光学系统1从系统孔径光阑3起向着光显示屏2方向依次包括非球面弯月镜4、非球面双凸透镜5和非球面双凹透镜6。所述组合式光学系统1的非球面弯月镜4向着孔径光阑3的方向弯曲。
优选地，所述光显示屏2为液晶显示屏，如2.89英寸液晶显示屏。
优选地，所述组合式光学系统1的中每片非球面镜片的两面均为非球面。
所述非球面弯月镜4的优化的面形矢高数据表如下：
所述非球面双凸透镜5的优化的面形矢高数据表如下：
所述非球面双凹透镜6的优化的面形矢高数据表如下：
如图3所示，由于采用以上技术方案，所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置分辨率高，其中心视场分辨率可达到每毫米35线对以上(35LP/MM)。
如图4所示，由于采用以上技术方案，所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置分辨率高，其17.5mm(0.7视场)分辨率可达到每毫米25线对以上(25LP/MM)。
由于采用以上技术方案，所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置色差小，其最大色差小于0.008mm；畸变也较小，最大畸变小于18％。
本例中，由于所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置的光学分辨率高、畸变和色差小，能够大大提高了人们在体验虚拟现实设备时视觉舒适感和沉浸感，提高了人们体验满足感。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，其特征在于：包括组合式光学系统(1)和光显示屏(2)，所述光显示屏(2)上的图像经组合式光学系统(1)成放大的虚像，再由位于组合式光学系统(1)另一侧孔径光阑(3)处的人眼所观察；所述组合式光学系统(1)从孔径光阑(3)起向着光显示屏(2)方向依次包括非球面弯月镜(4)、非球面双凸透镜(5)和非球面双凹透镜(6)；所述组合式光学系统(1)的非球面弯月镜(4)向着孔径光阑(3)的方向弯曲。
2.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，其特征在于：所述组合式光学系统(1)的中每片非球面镜片的两面均为非球面。
3.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，其特征在于：所述非球面弯月镜(4)的优化的面形矢高数据表如下：
以上数据的误差允许范围是正负百分之五。
4.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，其特征在于：所述非球面双凸透镜(5)的优化的面形矢高数据表如下：
以上数据的误差允许范围是正负百分之五。
5.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，其特征
在于：所述非球面双凹透镜(6)的优化的面形矢高数据表如下：
6.根据权利要求1所述的一种用于虚拟现实设备的成像光学装置，其特征在于：所述光显示屏(2)为液晶显示屏为2.89英寸液晶显示屏。
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