CN109375364A - 一种虚拟现实设备的2k目镜光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，包括入瞳到显示屏之间的若干个同光轴排布的透镜，所述透镜从入瞳到显示屏之间的若干个同轴排布顺序是第一凸透镜、第二正弯月透镜、第三负弯月透镜、第四凸透镜、第五凹透镜、第六凸透镜、第七场镜。本发明以光阑为入瞳，正焦距透镜组在后的目镜光学系统。根据此结构设想构造正焦距透镜组的若干镜片代替组成初始结构，改换显示屏大小，通过更换增减玻璃材质、焦距缩放和像差控制的优化设计，最终达到像质优良的虚拟现实设备的2K目镜光学系统设计。

Description

一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统
技术领域
本发明属于光学目镜技术领域，尤其涉及一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统。
背景技术
虚拟现实显示设备有手机屏幕搭载镜片和微显示芯片搭载镜片两种目镜光学系统。其中OLED微显示芯片搭载若干镜片的目镜用于高端虚拟现实显示设备上，配合独立的传感器和处理器，可实现较强的沉浸感。
虚拟现实目镜系统对显示屏放大后得到画面还原效果要求很高。采用多片非球面镜片设计可以在较大视角下达到较高的清晰度和较小畸变。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明以光阑为入瞳，正焦距透镜组在后的目镜光学系统。根据此结构设想构造正焦距透镜组的若干镜片代替组成初始结构，改换显示屏大小，通过更换增减玻璃材质、焦距缩放和像差控制的优化设计，最终达到像质优良的虚拟现实设备的2K目镜光学系统设计。
本发明采用的结构是：一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，包括入瞳到显示屏之间的若干个同光轴排布的透镜，所述透镜从入瞳到显示屏之间的若干个同轴排布顺序是第一凸透镜、第二正弯月透镜、第三负弯月透镜、第四凸透镜、第五凹透镜、第六凸透镜、第七场镜。
作为优选，所述显示屏为1.06英寸，分辨率为2048×2048，所述显示屏垂直于光轴，显示屏中心在光轴上。
进一步地，所述第一凸透镜的焦距介于30mm与60mm之间；所述第二正弯月透镜的焦距介于30mm与50mm之间；所述第三负弯月透镜的焦距介于-70mm与-50mm之间；所述第四凸透镜的焦距介于20mm与40mm之间；所述第五凹透镜的焦距介于-20mm与-10mm之间；所述第六凸透镜的焦距介于10mm与30mm之间；所述第七场镜的焦距介于-200mm与200mm之间。
进一步地，所述第一凸透镜的折射率介于1.60与1.70之间；所述第二正弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第三负弯月透镜的折射率介于1.85与2.05之间；所述第四凸透镜的折射率介于1.80与1.95之间；所述第五凹透镜的折射率介于1.60与1.70之间；所述第六凸透镜的折射率介于1.75与1.85之间；所述第七场镜的折射率介于1.60与1.70之间。
进一步地，所述第二正弯月透镜、第三负弯月透镜、第五凹透镜和第七场镜的左右两面为非球面。
进一步地，所述入瞳直径介于4～7mm之间。
本发明的有益效果为：
1、本发明以光阑为入瞳，正焦距透镜组在后的目镜光学系统。根据此结构设想构造正焦距透镜组的若干镜片代替组成初始结构，改换显示屏大小，通过更换增减玻璃材质、焦距缩放和像差控制的优化设计，最终达到像质优良的目镜光学系统设计；
2、本法发明的虚拟现实设备的2K目镜光学系统为结构精密，小体积的目镜光学系统：入瞳直径5mm，畸变小于3％，视场角72度的目镜光学系统；
3、基于光学成像原理，使用光学设计软件对目镜反复地进行结构优化达到的优化设计。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的MTF曲线图；
图3是本发明的点列图。
图中：1、入瞳；2、显示屏；3、第一凸透镜；4、第二正弯月透镜；5、第三负弯月透镜；6、第四凸透镜；7、第五凹透镜；8、第六凸透镜；9、第七场镜。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。
如图1所述，本发明的虚拟现实设备的2K目镜光学系统，包括入瞳1到显示屏2之间的若干个同光轴排布的透镜，所述透镜从入瞳到显示屏之间的若干个同轴排布顺序是第一凸透镜3、第二正弯月透镜4、第三负弯月透镜5、第四凸透镜6、第五凹透镜7、第六凸透镜8、第七场镜9。
其中所述显示屏为1.06英寸，分辨率为2048×2048，所述显示屏垂直于光轴，显示屏中心在光轴上。所述第一凸透镜的焦距介于30mm与60mm之间；所述第二正弯月透镜的焦距介于30mm与50mm之间；所述第三负弯月透镜的焦距介于-70mm与-50mm之间；所述第四凸透镜的焦距介于20mm与40mm之间；所述第五凹透镜的焦距介于-20mm与-10mm之间；所述第六凸透镜的焦距介于10mm与30mm之间；所述第七场镜的焦距介于-200mm与200mm之间。
并且所述第一凸透镜的折射率介于1.60与1.70之间；所述第二正弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第三负弯月透镜的折射率介于1.85与2.05之间；所述第四凸透镜的折射率介于1.80与1.95之间；所述第五凹透镜的折射率介于1.60与1.70之间；所述第六凸透镜的折射率介于1.75与1.85之间；所述第七场镜的折射率介于1.60与1.70之间。
所述第二正弯月透镜、第三负弯月透镜、第五凹透镜和第七场镜的左右两面为非球面。所述入瞳直径介于4mm到7mm之间。
对各透镜的曲率半径、材料、厚度以及透镜之间的间距进行修改，达到对像差的优化。
以下是1.06英寸分辨率2048×2048的OLED芯片为例，给出本发明一种目镜光学系统实施例的参数。
Surface Type radius Thickness Glass Conic
1 入瞳 infinity 16.000
2 243.3244 5.119 1.64,60.2
3 -33.7077 0.200
4 非球面 -72.8609 2.948 1.53,56.0 -12.89131
5 非球面 -16.1213 0.200 -19.54776
6 非球面 -52.8912 1.705 2.00,20.7 -407.04010
7 非球面 -393.901 0.200 251.43563
8 31.64277 9.332 1.88,40.8
9 -100.798 0.269
10 非球面 -70.7611 4.432 1.64,22.5 -6.02492
11 非球面 13.09602 2.980 -0.39996
12 25.96626 6.960 1.79,47.5
13 -59.3461 0.200
14 非球面 3.642181 3.089 1.64,22.5 -1E+18
15 非球面 -13.341 2.044 -113.59042
16 显示屏 infinity 0.000
非球面系数：
最终得到一款入瞳直径5mm，畸变小于3％，视场角72度的各视场像质均匀并且像质最佳的目镜光学系统。
如图2是本发明的MTF曲线图.图中54lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.1，说明目镜光学系统成像画面清晰均匀。2048×2048的1.06英寸显示屏的像素是9.3微米，对应奎尼斯线对为54lp/mm，在该线对下MTF数值>0.1即满足该显示屏的分辨率要求。
如图3是本发明的点列图，从图中知，各视场下的点列图平均弥散斑半径小于54.88微米，像质较好。

Claims (6)

1.一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，其特征在于，包括入瞳到显示屏之间的若干个同光轴排布的透镜，所述透镜从入瞳到显示屏之间的若干个同轴排布顺序是第一凸透镜、第二正弯月透镜、第三负弯月透镜、第四凸透镜、第五凹透镜、第六凸透镜、第七场镜。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，其特征在于，所述显示屏为1.06英寸，分辨率为2048×2048，所述显示屏垂直于光轴，显示屏中心在光轴上。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，其特征在于：
所述第一凸透镜的焦距介于30mm与60mm之间；
所述第二正弯月透镜的焦距介于30mm与50mm之间；
所述第三负弯月透镜的焦距介于-70mm与-50mm之间；
所述第四凸透镜的焦距介于20mm与40mm之间；
所述第五凹透镜的焦距介于-20mm与-10mm之间；
所述第六凸透镜的焦距介于10mm与30mm之间；
所述第七场镜的焦距介于-200mm与200mm之间。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，其特征在于：
所述第一凸透镜的折射率介于1.60与1.70之间；
所述第二正弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；
所述第三负弯月透镜的折射率介于1.85与2.05之间；
所述第四凸透镜的折射率介于1.80与1.95之间；
所述第五凹透镜的折射率介于1.60与1.70之间；
所述第六凸透镜的折射率介于1.75与1.85之间；
所述第七场镜的折射率介于1.60与1.70之间。
5.根据权利要求1所述的一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，其特征在于：所述第二正弯月透镜、第三负弯月透镜、第五凹透镜和第七场镜的左右两面为非球面。
6.根据权利要求1所述的一种虚拟现实设备的2K目镜光学系统，其特征在于：所述入瞳直径介于4～7mm之间。
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