CN110376735A - Vr透镜结构及显示系统 - Google Patents

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CN110376735A CN201810326480.9A CN201810326480A CN110376735A CN 110376735 A CN110376735 A CN 110376735A CN 201810326480 A CN201810326480 A CN 201810326480A CN 110376735 A CN110376735 A CN 110376735A
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Abstract

本发明提供一种VR透镜结构及显示系统,属于显示技术领域。本发明的VR透镜结构,包括:相对设置的第一镜片和第二镜片;其中,第一镜片具有相对设置的第一侧面和第二侧面,且第一侧面和第二侧面中的至少一者为非球面;第二镜片为菲涅尔透镜,且第二镜片的光面与第二侧面相对设置,菲涅尔面较光面背离第二侧面设置。由于本发明中的VR透镜结构由两个镜片构成,因此将该VR透镜结构应用至显示系统中,该VR透镜结构具有四个光学有效面;这样以来,在设计该VR透镜结构时,可以对这四个光学有效面进行分析匹配,以使所形成VR透镜结构应用至显示系统时,具有较大的视角,以及更优的结构,增强用户体验。

Description

VR透镜结构及显示系统
技术领域
本发明属于显示技术领域,具体涉及一种VR透镜结构及显示系统。
背景技术
在VR显示设备中,为了获得更好的视觉体验,一种设计方法是增大可视视场,增加沉浸感。而传统的VR透镜受目距的限制所提供的视场角偏小。即使忽略人机设计,强行减小目距来增大视角,也存在单透镜像差,畸变严重的问题,影响体验效果。
因此单镜片VR光路结构受限于镜片曲率及厚度的影响,难以达到双眼综合视场超过120°的效果要求。
为了提升VR镜片的大视角成像质量,并控制VR光路系统的长度,采用多镜片的结构被提出并开始应用。通过匹配屏幕的参数,找到合理的多镜片VR光学结构是提升VR显示光学效果的一个方向。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种大视角的VR透镜结构及显示系统。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种VR透镜结构,包括:相对设置的第一镜片和第二镜片;其中,
所述第一镜片具有相对设置的第一侧面和第二侧面,且所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一者为非球面;
所述第二镜片为菲涅尔透镜,且所述第二镜片的光面与所述第二侧面相对设置,菲涅尔面较所述光面背离所述第二侧面设置。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面和第二侧面均为非球面;其中,
所述第一侧面的中间区域朝向远离所述第二侧面的方向凸出,边缘区域朝向靠近所述第二侧面的方向凸出;
所述第二侧面朝向远离所述第一侧面的方向凸出。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面和第二侧面均为非球面;其中,
所述第一侧面朝向远离所述第二侧面的方向凸出;
所述第二侧面朝向远离所述第一侧面的方向凸出。
优选的是,所述第二镜片的光面包括平面或者非球面。
优选的是,所述第二镜片的光面为非球面,且朝向远离所述菲涅尔面的方向凸出。
优选的是,所述第一镜片的折射率1.55-1.7。
优选的是,所述第二镜片上的菲涅尔面上的螺纹间距为0.2mm-0.7mm。
优选的是,所述菲涅尔面上的螺纹深度不同,且所述螺纹深度越深所述螺纹的脱模角越大。
优选的是,所述第一镜片的光焦度为Φ1,所述第二镜片的光焦度为Φ2,且二者满足以下公式:
0.8Φ1≤Φ2≤2Φ1。
优选的是,所述第一镜片的口径小于所述第二镜片的口径。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:99.935mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-49.709mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为8.160mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:223.181mm±0.1mm,菲涅尔面的曲率半径为-41.2mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为4.769mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01。
其中,本发明中的原数值“±”某一数值包括:在原数值的基础“+”某一数值所得到的数值和“-”某一数值所得到的数值,且在所得到的两数值之间的任意数值。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:89.442mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-59.286mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为9.847mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:0mm±0.1mm,菲涅尔的曲率半径为-63.253mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为2.0mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:72.002mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-283.789mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为6.729mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.68879±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:0mm±0.1mm,菲涅尔的曲率半径为-58.943mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为2.0mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示系统,其包括显示面板,以及位于所述显示面板出光面侧的、上述的VR透镜结构;其中,所述第二镜片的菲涅尔面较光面靠近所述显示面板设置。
优选的是,所述第一镜片、所述第二镜片、所述显示面板三者的中心点在同一条直线上;且所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离小于所述VR透镜结构的有效焦距。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:99.935mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-49.709mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为8.160mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:223.181mm±0.1mm,菲涅尔面的曲率半径为-41.2mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为4.769mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离为32.945mm±0.1mm。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:89.442mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-59.286mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为9.847mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:0mm±0.1mm,菲涅尔的曲率半径为-63.253mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为2.0mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01;所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离为30.185mm±0.1mm。
优选的是,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:72.002mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-283.789mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为6.729mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.68879±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:0mm±0.1mm,菲涅尔的曲率半径为-58.943mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为2.0mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离为33.021mm±0.1mm。
本发明具有如下有益效果:
由于本发明中的VR透镜结构由两个镜片构成,也即第一镜片和第二镜片,因此将该VR透镜结构应用至显示系统中,该VR透镜结构具有四个光学有效面,即第一镜片的第一侧面、第二侧面,以及第二镜片的菲涅尔面和光面;这样以来,在设计该VR透镜结构时,可以对这四个光学有效面进行分析匹配,以使所形成VR透镜结构应用至显示系统时,具有较大的视角,以及更优的结构,增强用户体验。
附图说明
图1为本发明的实施例2的VR透镜结构及显示系统的示意图;
图2为本发明的实施例2的VR透镜结构的场曲曲线示意图;
图3为本发明的实施例2的VR透镜结构的畸变量曲线示意图;
图4为本发明的实施例3的VR透镜结构及显示系统的示意图;
图5为本发明的实施例3的VR透镜结构的场曲曲线示意图;
图6为本发明的实施例3的VR透镜结构的畸变量曲线示意图;
图7为本发明的实施例4的VR透镜结构及显示系统的示意图;
图8为本发明的实施例4的VR透镜结构的场曲曲线示意图;
图9为本发明的实施例4的VR透镜结构的畸变量曲线示意图。
其中附图标记为:1、第一镜片;2、第二镜片;3、显示面板;4、瞳孔;S1、第一侧面;S2、第二侧面;S3、菲涅尔面;S4、光面。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1:
本实施例提供一种VR透镜结构,包括:相对设置的第一镜片和第二镜片;其中,第一镜片具有相对设置的第一侧面和第二侧面,且第一侧面和第二侧面中的至少一者为非球面;第二镜片为菲涅尔透镜,其具有相对设置的菲涅尔面和光面,且该第二镜片的光面与第一镜片的第二侧面相对设置,该第二镜片的菲涅尔面较光面背离所述第二侧面设置。
由于本实施例中的VR透镜结构由两个镜片构成,也即第一镜片和第二镜片,因此将该VR透镜结构应用至显示系统中,该VR透镜结构具有四个光学有效面,即第一镜片的第一侧面、第二侧面,以及第二镜片的菲涅尔面和光面;这样以来,在设计该VR透镜结构时,可以对这四个光学有效面进行分析匹配,以使所形成VR透镜结构应用至显示系统时,具有较大的视角,以及更优的结构,增强用户体验。
优选的,在本实施例中将第二镜片的菲涅尔面的上的螺纹间距为0.2mm-0.7mm,且螺纹深度不同,且所述螺纹深度越深螺纹的脱模角越大,也即每个螺纹的脱模角不同,渐变性分布,这样以来可以减小脱模难度。
进一步的,在本实施例中将VR透镜结构的第一镜片的光焦度设置为Φ1,第二镜片的光焦度设置为Φ2,且二者满足以下公式:0.8Φ1≤Φ2≤2Φ1;该种设置方式不仅能够使得应用该VR透镜结构的虚拟显示设备的单眼可视角度FOV大于115°,双眼FOV达到130°,从而实现更大的视场范围,增加显示沉浸感。而且相比单镜片的装置可提供更大的虚拟现实装置的视场角度,同时可减少整体设备,特别是屏幕的尺寸大小,得到结构紧凑的VR显示系统。
具体结合下述实施例,对本实施例中的VR透镜结构,以及应用该VR透镜结构的显示系统的结构和效果进行说明。
实施例2:
本实施例提供一种VR透镜结构和应用该VR透镜结构的显示系统。其中,VR透镜结构包括相对设置的第一镜片1和第二镜片2;如图1所示,第一镜片1为非球面镜片,也即第一镜片1的第一侧面S1和第二侧面S2均为非球面;其中,将第一侧面S1称之为第一非球面,第二侧面S2称之为第二非球面;且第一非球面的中间区域朝向远离第二非球面的方向凸出,边缘区域朝向靠近第二非球面的方向凸出;第二非球面朝向远离第一非球面的方向凸出。第二镜片2为菲涅尔镜片,且第二镜片2的光面S4为非球面,且朝向远离菲涅尔面S3的方向凸出。
由于本实施例中的VR透镜结构由两个镜片构成,即具有两个非球面的第一镜片1和应用菲涅尔透镜的第二镜片2,且菲涅尔镜片的光面也为非球面,也就是说,在本实施例中第一镜片1和第二镜片2均为非球面镜片,这样以来,有利于控制光的折射方向以实现大视角,增强用户体验。
具体的,将上述的VR透镜结构应用至显示系统中,从图1中左至右分别为观看者的瞳孔4位置、第一镜片1、第二镜片2、显示面板3的屏幕。其中,瞳孔4的聚焦点、第一镜片1的中心点、第二镜片2的中心点、显示面板3的中心点应该在同一直线上。第二镜片2的口径大于第一镜片1的口径,这样以来对入射光线角度起到明显的折射作用,从而可以匹配显示面板3的尺寸。第一镜片和第二镜片所采用的材料为光学树脂或玻璃,为减轻结构重量,可优选采用树脂材料。本实施例中的显示面板3的中心点到第二镜片2的菲涅尔面S3中心点的距离,即物距小于组合透镜的有效焦距EFL。
以下给出第一镜片和第二镜片的各光学有效面的曲率半径、透镜中心厚度以及第一透镜与第二镜片之间,以及第一镜片与观看者瞳孔4之间、第二镜片与显示面板3之间的间距等参数。
第一镜片和第二镜片的有效焦距EFL为36.1mm;第一镜片与观看者瞳孔4的间距11mm,第一镜片1的第一侧面S1的曲率半径为:99.935mm,第二侧面S2的曲率半径为-49.709mm;第一镜片1的厚度为8.160mm;第一镜片1的折射率为1.4918;第一镜片1的阿贝系数为57.44;第二镜片2的光面S4的曲率半径为:223.181mm,菲涅尔面S3的曲率半径为-41.2mm;第二镜片2的厚度为4.769mm;第二镜片2的折射率为1.4918;第二镜片2的阿贝系数为57.44;第一镜片1和第二镜片2之间的间隙为0.5mm;显示面板3的中心点到第二镜片2的菲涅尔面S3的中心点之间的距离为32.945mm。
按照上述参数设置的VR透镜结构,该VR透镜结构的场曲和畸变性能分别如图2和图3所示。从图中可以看出,本实施例中的VR透镜结构在大视角时场曲值并未明显增加,保证了较好的成像质量。同时透镜组的畸变值随视场角的变化逐渐增加,具有平滑的增加曲线,有利于后期通过软件方法进行反畸变修正,从而避免出现显示场景发生变形影响观看舒适性的问题。本实施例中的VR透镜结构可实现单眼120°视场范围,双眼总视场超过135°,使得VR显示设备的视觉沉浸感得到大大增强。本实施例中第一镜片1(非球面镜片)的光焦度Φ1=146.11 1/m,第二镜片2(菲涅尔透镜)的光焦度Φ2=146.13 1/m,即符合所设定的菲涅尔光焦度大于非球面光焦度的0.8倍,小于非球面光焦度的2倍要求。通过上述设定,可保证VR透镜结构的整体厚度及成像质量。
其中,在本实施例中第一镜片1和第二镜片2的各光学有效面的曲率半径、透镜中心厚度以及第一镜片1与第二镜片2之间,以及第一镜片1与观看者瞳孔4之间、第二镜片2与显示面板3之间的间距不局限于上述数值,也可以在选用在上述数值的基础上±0.1mm所在范围之间的任意数值,而第一镜片1和第二镜片2所选用的材料的折射率,也可以在选用在上述数值的基础上±0.01所在范围之间的任意数值。
实施例3:
本实施例提供一种VR透镜结构和应用该VR透镜结构的显示系统。其中,VR透镜结构包括相对设置的第一镜片1和第二镜片2;如图4所示,第一镜片1为非球面镜片,也即第一镜片1的第一侧面S1和第二侧面S2均为非球面;其中,将第一侧面S1称之为第一非球面,第二侧面S2称之为第二非球面;且第一非球面的中间区域朝向远离第二非球面的方向凸出,边缘区域朝向靠近第二非球面的方向凸出;第二非球面朝向远离第一非球面的方向凸出。第二镜片2为菲涅尔镜片,且第二镜片2的光面S4为平面。
由于本实施例中的VR透镜结构由两个镜片构成,即具有两个非球面的第一镜片1和应用菲涅尔透镜的第二镜片2,因此将该VR透镜结构应用至显示系统中,该VR透镜结构具有四个光学有效面,即第一镜片1的第一侧面S1、第二侧面S2,以及第二镜片的菲涅尔面S3和光面S4;这样以来,在设计该VR透镜结构时,可以对这四个光学有效面进行分析匹配,以使所形成VR透镜结构应用至显示系统时,具有较大的视角,以及更优的结构,增强用户体验,特别的是,本实施例中的菲涅尔透镜的光面S4为平面,方便制备,结构简单。
具体的,将上述的VR透镜结构应用至显示系统中,从图4中左至右分别为观看者的瞳孔4位置、第一镜片1、第二镜片2、显示面板3的屏幕。其中,瞳孔4的聚焦点、第一镜片1的中心点、第二镜片2的中心点、显示面板3的中心点应该在同一直线上。第二镜片2的口径大于第一镜片1的口径,这样以来对入射光线角度起到明显的折射作用,从而可以匹配显示面板3的尺寸。第一镜片和第二镜片所采用的材料为光学树脂或玻璃,为减轻结构重量,可优选采用树脂材料。本实施例中的显示面板3的中心点到第二镜片2的菲涅尔面S3中心点的距离,即物距小于组合透镜的有效焦距EFL。
以下给出第一镜片和第二镜片的各光学有效面的曲率半径、透镜中心厚度以及第一镜片与第二镜片之间,以及第一镜片与观看者瞳孔4之间、第二镜片与显示面板3之间的间距等参数。
第一镜片和第二镜片的有效焦距EFL为36.0mm;第一镜片与观看者瞳孔4的间距11mm,第一镜片1的第一侧面S1的曲率半径为:89.442mm,第二侧面S2的曲率半径为-59.286mm;第一镜片1的厚度为9.847mm;第一镜片1的折射率为1.4918;第一镜片1的阿贝系数为57.44;第二镜片2的光面S4的曲率半径为:0mm,菲涅尔的曲率半径为-63.253mm;第二镜片2的厚度为2.0mm;第二镜片2的折射率为1.4918;第二镜片2的阿贝系数为57.44;第一镜片1和第二镜片2之间的间隙为0.5mm;显示面板3的中心点到第二镜片2的菲涅尔面S3的中心点之间的距离为30.185mm。
按照上述参数设置的VR透镜结构,该VR透镜结构的场曲和畸变性能分别如图5和图6所示。从图中可以看出,本实施例中的VR透镜结构在大视角时场曲值并未明显增加,保证了较好的成像质量。同时透镜组的畸变值随视场角的变化逐渐增加,具有平滑的增加曲线有利于后期通过软件方法进行反畸变修正,从而避免出现显示场景发生变形影响观看舒适性的问题。本实施例所示的VR透镜结构可实现单眼115°视场范围,双眼总视场超过130°,使得VR显示设备的视觉沉浸感得到大大增强。
其中,在本实施例中第一镜片1和第二镜片2的各光学有效面的曲率半径、透镜中心厚度以及第一镜片1与第二镜片2之间,以及第一镜片1与观看者瞳孔4之间、第二镜片2与显示面板3之间的间距不局限于上述数值,也可以在选用在上述数值的基础上±0.1mm所在范围之间的任意数值,而第一镜片1和第二镜片2所选用的材料的折射率,也可以在选用在上述数值的基础上±0.01所在范围之间的任意数值。
实施例4:
本实施例提供一种VR透镜结构和应用该VR透镜结构的显示系统。其中,VR透镜结构包括相对设置的第一镜片1和第二镜片2;如图7所示,第一镜片1为非球面镜片,也即第一镜片1的第一侧面S1和第二侧面S2均为非球面;其中,将第一侧面S1称之为第一非球面,第二侧面S2称之为第二非球面;且第一非球面朝向远离第二非球面的方向凸出;第二非球面朝向远离第一非球面的方向凸出。第二镜片2为菲涅尔镜片,且第二镜片2的光面S4为平面。
由于本实施例中的VR透镜结构由两个镜片构成,即具有两个非球面的第一镜片1和应用菲涅尔透镜的第二镜片2,因此将该VR透镜结构应用至显示系统中,该VR透镜结构具有四个光学有效面,即第一镜片1的第一侧面S1、第二侧面S2,以及第二镜片2的菲涅尔面S3和光面S4;这样以来,在设计该VR透镜结构时,可以对这四个光学有效面进行分析匹配,以使所形成VR透镜结构应用至显示系统时,具有较大的视角,以及更优的结构,增强用体验。
具体的,将上述的VR透镜结构应用至显示系统中,从图7中左至右分别为观看者的瞳孔4位置、第一镜片1、第二镜片2、显示面板3的屏幕。其中,瞳孔4的聚焦点、第一镜片1的中心点、第二镜片2的中心点、显示面板3的中心点应该在同一直线上。第二镜片2的口径大于第一镜片1的口径,这样以来对入射光线角度起到明显的折射作用,从而可以匹配显示面板3的尺寸。第一镜片和第二镜片所采用的材料为光学树脂或玻璃,为减轻结构重量,可优选采用树脂材料。同时,第一镜片所用材料折射率较高,在1.55到1.70之间。本实施例中的显示面板3的中心点到第二镜片2的菲涅尔面S3中心点的距离,即物距小于组合透镜的有效焦距EFL。
以下给出第一镜片和第二镜片的各光学有效面的曲率半径、透镜中心厚度以及第一透镜与第二镜片之间,以及第一镜片与观看者瞳孔4之间、第二镜片与显示面板3之间的间距等参数。
第一镜片和第二镜片的有效焦距EFL为35.37mm;第一镜片与观看者瞳孔4的间距11mm,第一镜片1的第一侧面S1的曲率半径为:72.002mm,第二侧面S2的曲率半径为-283.789mm;第一镜片1的厚度为6.729mm;第一镜片1的折射率为1.68879;第一镜片1的阿贝系数为52.868;第二镜片2的光面S4的曲率半径为:0mm,菲涅尔的曲率半径为-58.943mm;第二镜片2的厚度为2.0mm;第二镜片2的折射率为1.4918;第二镜片2的阿贝系数为57.44;第一镜片1和第二镜片2之间的间隙为0.5mm;显示面板3的中心点到第二镜片2的菲涅尔面S3的中心点之间的距离为33.021mm。
按照上述参数设置的VR透镜结构,该VR透镜结构的场曲和畸变性能分别如图8和图9所示。该实施例中第一镜片采用高折射率材料,具体的该种材料的折射率n1.68879,,这样以来,第一镜片可以具有更薄的厚度。在保证镜头组性能的情况下,减轻了结构的厚度和重量,具有很好的应用优势。本实施例中的VR透镜结构在大视角时场曲值并未明显增加,保证了较好的成像质量。同时透镜组的畸变值随视场角的变化逐渐增加,具有平滑的增加曲线有利于后期通过软件方法进行反畸变修正,从而避免出现显示场景发生变形影响观看舒适性的问题。本实施例中的VR透镜结构可实现单眼118°视场范围,双眼总视场达到130°,使得VR显示设备的视觉沉浸感得到大大增强。
其中,在本实施例中第一镜片1和第二镜片2的各光学有效面的曲率半径、透镜中心厚度以及第一镜片1与第二镜片2之间,以及第一镜片1与观看者瞳孔4之间、第二镜片2与显示面板3之间的间距不局限于上述数值,也可以在选用在上述数值的基础上±0.1mm所在范围之间的任意数值,而第一镜片1和第二镜片2所选用的材料的折射率,也可以在选用在上述数值的基础上±0.01所在范围之间的任意数值。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种VR透镜结构,其特征在于,包括:相对设置的第一镜片和第二镜片;其中,
所述第一镜片具有相对设置的第一侧面和第二侧面,且所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一者为非球面;
所述第二镜片为菲涅尔透镜,且所述第二镜片的光面与所述第二侧面相对设置,菲涅尔面较所述光面背离所述第二侧面设置。
2.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的第一侧面和第二侧面均为非球面;其中,
所述第一侧面的中间区域朝向远离所述第二侧面的方向凸出,边缘区域朝向靠近所述第二侧面的方向凸出;
所述第二侧面朝向远离所述第一侧面的方向凸出。
3.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的第一侧面和第二侧面均为非球面;其中,
所述第一侧面朝向远离所述第二侧面的方向凸出;
所述第二侧面朝向远离所述第一侧面的方向凸出。
4.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第二镜片的光面包括平面或者非球面。
5.根据权利要求4所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第二镜片的光面为非球面,且朝向远离所述菲涅尔面的方向凸出。
6.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的折射率1.55-1.70。
7.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第二镜片上的菲涅尔面上的螺纹间距为0.2mm-0.7mm。
8.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述菲涅尔面上的螺纹深度不同,且所述螺纹深度越深所述螺纹的脱模角越大。
9.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的光焦度为Φ1,所述第二镜片的光焦度为Φ2,且二者满足以下公式:
0.8Φ1≤Φ2≤2Φ1。
10.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的口径小于所述第二镜片的口径。
11.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:99.935mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-49.709mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为8.160mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:223.181mm±0.1mm,菲涅尔面的曲率半径为-41.2mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为4.769mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01。
12.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:89.442mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-59.286mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为9.847mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.4918±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:0mm±0.1mm,菲涅尔的曲率半径为-63.253mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为2.0mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01。
13.根据权利要求1所述的VR透镜结构,其特征在于,所述第一镜片的第一侧面的曲率半径为:72.002mm±0.1mm,第二侧面的曲率半径为-283.789mm±0.1mm;所述第一镜片的厚度为6.729mm±0.1mm;所述第一镜片的折射率为1.68879±0.01;
所述第二镜片的光面的曲率半径为:0mm±0.1mm,菲涅尔的曲率半径为-58.943mm±0.1mm;所述第二镜片的厚度为2.0mm±0.1mm;所述第二镜片的折射率为1.4918±0.01。
14.一种显示系统,其特征在于,包括显示面板,位于所述显示面板出光面侧的、如权利要求1-13中任一项所述的VR透镜结构;其中,所述第二镜片的菲涅尔面较光面靠近所述显示面板设置。
15.根据权利要求14所述的显示系统,其特征在于,所述第一镜片、所述第二镜片、所述显示面板三者的中心点在同一条直线上;且所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离小于所述VR透镜结构的有效焦距。
16.根据权利要求14所述的显示系统,其特征在于,所述VR透镜结构为权利要求11中的VR透镜结构;其中,
所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离为32.945mm±0.1mm。
17.根据权利要求14所述的显示系统,其特征在于,所述VR透镜结构为权利要求12中的VR透镜结构;其中,
所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离为30.185mm±0.1mm。
18.根据权利要求14所述的显示系统,其特征在于,所述VR透镜结构为权利要求13中的VR透镜结构;其中,
所述显示面板的中心点到所述第二镜片的菲涅尔面的中心点之间的距离为33.021mm±0.1mm。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3845949B1 (en) * 2018-08-28 2024-09-25 Sony Interactive Entertainment Inc. Lens system and image observation device
CN110927958B (zh) * 2018-09-20 2022-07-01 玉晶光电股份有限公司 目镜光学系统
JP7194470B2 (ja) * 2019-11-26 2022-12-22 深▲ゼン▼納徳光学有限公司 広視野角・高画質接眼レンズ光学システム及び設備
TWI755954B (zh) * 2020-12-01 2022-02-21 雙瑩科技股份有限公司 頭戴型顯示器之光學系統

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104181689A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 索尼公司 目镜透镜和显示单元
CN105242400A (zh) * 2015-07-10 2016-01-13 上海鹰为智能科技有限公司 虚拟现实眼镜
CN206960773U (zh) * 2017-01-24 2018-02-02 上海欢米光学科技有限公司 一种虚拟现实设备的光学系统
CN107703627A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 石庆俊 视角展宽的单目双目可切换vr头盔显示器
US20180081092A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Valve Corporation Optical system for head-mounted display system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5446588A (en) * 1994-07-29 1995-08-29 The University Of Rochester Wide-angle eyepiece optical system employing refractive and diffractive optical elements
JP6800611B2 (ja) * 2016-05-25 2020-12-16 キヤノン株式会社 観察光学系及びそれを有する観察装置
JP2017211475A (ja) * 2016-05-25 2017-11-30 キヤノン株式会社 観察光学系及びそれを有する観察装置
CN106125307A (zh) 2016-06-28 2016-11-16 姜冬英 外挂屏式vr眼镜及调整屏幕显示的方法和屏幕显示装置
TWI712828B (zh) 2016-07-07 2020-12-11 日商尼康股份有限公司 目鏡光學系統及頭戴式顯示器
CN106526852B (zh) * 2016-09-29 2019-05-03 玉晶光电(厦门)有限公司 目镜光学系统
US9810904B1 (en) * 2016-11-11 2017-11-07 Google Inc. Fresnel lens assembly having varying facet angle
JP7086581B2 (ja) * 2016-12-21 2022-06-20 キヤノン株式会社 観察光学系及びそれを有する観察装置
JP6824769B2 (ja) * 2017-02-14 2021-02-03 キヤノン株式会社 観察光学系及びそれを有する観察装置
TWI653481B (zh) * 2017-06-09 2019-03-11 大立光電股份有限公司 光學影像擷取鏡組、取像裝置及電子裝置
TWI617834B (zh) * 2017-09-18 2018-03-11 大立光電股份有限公司 光學攝影鏡頭、取像裝置及電子裝置
TWI651565B (zh) * 2018-02-22 2019-02-21 Largan Precision Co.,Ltd. 成像光學鏡頭、取像裝置及電子裝置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104181689A (zh) * 2013-05-23 2014-12-03 索尼公司 目镜透镜和显示单元
CN105242400A (zh) * 2015-07-10 2016-01-13 上海鹰为智能科技有限公司 虚拟现实眼镜
CN107703627A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 石庆俊 视角展宽的单目双目可切换vr头盔显示器
US20180081092A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Valve Corporation Optical system for head-mounted display system
CN206960773U (zh) * 2017-01-24 2018-02-02 上海欢米光学科技有限公司 一种虚拟现实设备的光学系统

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