CN114442326A - 一种光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种光学成像系统，该系统包括光路折叠模组、第一偏振片以及第一透镜，所述第一偏振片位于所述光路折叠模组以及所述第一透镜之间，所述第一偏振片上设有第一衍射面，所述第一透镜上设有第二衍射面，所述第一衍射面与所述第二衍射面位于相对面，所述第一衍射面及所述第二衍射面均设有菲涅尔衍射条纹。通过上述设置，光线在从所述光路折叠模组射出并经过所述第一衍射面及所述第二衍射面之后，光线在这两个面发生衍射，并且，补偿光线经过所述光路折叠模组发生的高垂轴色差，以此解决色差影响成像质量的问题，使得光线在进入用户的眼中之后，成像清晰，用户可以看到清晰的图像。

Description

一种光学成像系统

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种光学成像系统。

背景技术

Virtual Reality即虚拟现实，简称VR，其具体内涵是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术，一般的VR眼镜主要的配置是内含的两个透镜，让左、右眼所看的图像各自独立分开，连续互相交替地显示在屏幕上，加上人眼视觉暂留的生理特性，就可以产生景深立体的效果。

在保证较好的视场角度、眼动范围和成像质量的同时，用户越来越多地提出了小尺寸超薄的设计需求，目前，为了实现超薄VR设备的目的，采用新型折叠光学系统代替传统方案进行设计。

但是，新型折叠光学系统机会产生不同波长，导致色差问题，严重影响成像质量。

发明内容

本申请实施例提供一种光学成像系统，用于解决色差影响成像质量的问题。

本申请实施例提供一种光学成像系统，包括：光路折叠模组、第一偏振片和第一透镜，所述第一偏振片位于所述光路折叠模组和所述第一透镜之间，所述第一偏振片包括第一衍射面，所述第一透镜包括第二衍射面，所述第一衍射面和所述第二衍射面位于相互靠近的相对面，所述第一衍射面和所述第二衍射面均设有菲涅尔衍射条纹。

可选的，每一所述菲涅尔衍射条纹与其相邻所述菲涅尔衍射条纹之间形成条纹沟槽，每一所述条纹沟槽的槽深为0-50um，槽宽为0-50um。

可选的，所述第一衍射面和所述第二衍射面的距离为0-0.5mm。

可选的，所述光路折叠模组包括第二偏振片、第一相位延迟片、第二透镜以及第二相位延迟片，所述第一相位延迟片、第二透镜位于所述第二偏振片与所述第二相位延迟片之间，所述第二相位延迟片靠近所述第一偏振片，所述第二透镜靠近所述第二相位延迟片。

可选的，所述第一相位延迟片和所述第二相位延迟片均为四分之一波片。

可选的，所述第二透镜上设有半透半反膜。

可选的，所述光路折叠模组还包括基片，所述第二相位延迟片连接于所述基片的一面。

可选的，所述光路折叠模组还包括屏幕，所述第一相位延迟片和所述屏幕分别连接于所述第二偏振片的两相背面。

可选的，所述光路折叠模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第二透镜与所述第二相位延迟片之间。

可选的，所述光路折叠模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第一相位延迟片与所述第二透镜之间。

本申请实施例所提供的光学成像系统，包括光路折叠模组、第一偏振片以及第一透镜，所述第一偏振片位于所述光路折叠模组以及所述第一透镜之间，所述第一偏振片上设有第一衍射面，所述第一透镜上设有第二衍射面，所述第一衍射面与所述第二衍射面位于相对面，所述第一衍射面及所述第二衍射面均设有菲涅尔衍射条纹。通过上述设置，光线在从所述光路折叠模组射出并经过所述第一衍射面及所述第二衍射面之后，光线在这两个面发生衍射，并且，补偿光线经过所述光路折叠模组发生的高垂轴色差，以此解决色差影响成像质量的问题，使得光线在进入用户的眼中之后，成像清晰，用户可以看到清晰的图像。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种光学成像系统的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的一种光学成像系统的一实施例的MTF曲线图。

图3是本申请实施例提供的一种光学成像系统的另一实施例的色差图。

请参阅图1，500为光学成像系统，10为光路折叠模组，20为第一偏振片，30为第一透镜，101为屏幕，102为第二偏振片，103为第一相位延迟片，104为第二透镜，105为第二相位延迟片，201为第一衍射面，301为第二衍射面。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当元件被称为“固定于”元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本申请实施例提供一种光学成像系统，在光学系统中引入菲涅尔衍射光栅面，以补偿光路折叠模块中的产生的高垂轴色差，在整个光学系统中垂轴色差可以很高程度的优化，解决色差影响成像质量的问题。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种光学成像系统的结构示意图，所述光学成像系统500包括有光路折叠模组10、第一偏振片20以及第一透镜30，所述第一偏振片20位于所述光路折叠系统10与所述第一透镜30之间。

具体的，所述光路折叠模组10包括有屏幕101、第二偏振片102、第一相位延迟片103、第二透镜104以及第二相位延迟片105。

所述屏幕101可显示待透射至用户眼中的图像，在使用所述光学系统500时，所述屏幕101投射出光线，光线经过其它光学结构的作用，进入用户的视网膜上成像。

在本申请的实施例中，在所述光学系统500中，所述屏幕101位于所述光学系统500的一侧。

所述第二偏振片102与所述屏幕101连接，在所述屏幕101投射出光线之后，光线经过所述第二偏振片102，形成线偏振光。

所述第一相位延迟片103为四分之一波片，在所述屏幕101投射出光线之后，光线经过所述第二偏振片102变为线偏振光，当光线再经过所述第一相位延迟片103，光线变为圆偏振光。

所述四分之一波片可以是在期望的或者预定的多个波长中的至少一个波长的四分之一波延迟器。

在本申请的实施例中，所述第一相位延迟片103和所述屏幕101分别位于所述第二偏振片102的两相背面，所述第一相位延迟片103和所述屏幕101均与所述第二偏振片102粘贴连接。

所述第二透镜104位于所述第一相位延迟片103的一侧，设有半透半反膜，所述半透半反膜具有透射及反射的特点，所述半透半反膜具有百分之五十的透射率，以及，具有百分之五十的反射率。

在本申请的实施例中，所述半透半反膜设置于所述第二透镜104的右侧，所述右侧的定义为：以用户的眼睛朝向所述光学成像系统500为基准，与用户的右眼相对的一侧设定为所述第二透镜104的右侧。

所述第二透镜104位于所述第二透镜104上与所述第一相位延迟片103相背的一面上，用于所述屏幕101发出的光线在经过所述第二偏振片102及所述第一相位延迟片103之后，经过所述第二透镜104以及其它光学结构之后，反射至所述半透半反膜上，由于所述半透半反膜具有反射性，可将反射至所述半透半反膜上的光线进行再一次的反射。

在本申请的实施例中，将所述半透半反膜设置于所述第二透镜104的右侧，可以使得产生的视场角较大。

可选的，在其它实施例中，所述半透半反膜设置于所述第二透镜104的左侧，所述左侧的定义为：以用户的眼睛朝向所述光学成像系统500为基准，与用户的左眼相对的一侧设定为所述第二透镜104的左侧。

在其它实施例中，可以将所述半透半反膜设置于所述第二透镜104的左侧，使得产生的杂散光较少。

所述第二相位延迟片105为四分之一波片，用于改变光偏振状态，所述四分之一波片可以是在期望的或者预定的多个波长中的至少一个波长的四分之一波延迟器。

在本申请的实施例中，所述第二相位延迟片105位于所述第二透镜104的一侧，具体的，所述第一相位延迟片103和所述第二相位延迟片105分别位于所述第二透镜104的两侧，所述第一相位延迟片103与所述第二偏振片102粘贴连接，所述第二相位延迟片105位于远离所述第二偏振片102的一侧。

在使用所述光学成像系统500时，当所述屏幕101透射出光线，光线经过所述第二偏振片102，光线变为线偏振光，光线经过所述第一相位延迟片103，变为圆偏光线，光线透过所述第二透镜104，并且，光线继续经过所述第二相位延迟片105以及其它光学结构，之后，光线在其它光学结构的作用下，穿过所述第二相位延迟片105并反射至所述第二透镜104的所述半透半反膜，光线被所述半透半反膜再次反射，再次经过所述第二相位延迟片105及其其它光学结构，最终进入用户的视网膜。

在一些实施例中，所述光路折叠模组10还包括基片(图未示)，所述基片为玻璃材质，所述基片位于与所述第二相位延迟片105连接。

可选的，所述基片与所述第二相位延迟片105粘贴连接，所述第二相位延迟片105粘贴于所述基片的正面或者反面。

在一些实施例中，所述光路折叠模组10还包括第三透镜(图未示)，所述第三透镜可设置于所述第一相位延迟片103与所述第二透镜104之间，或者，所述第三透镜可设置于所述第二相位延迟片105与所述第二透镜104之间，在此，对所述第三透镜的设置位置不作限定。

可选的，增加所述第三透镜可以增加光焦度，提高成像质量。

进一步的，所述第一偏振片20设置于所述第二相位延迟片105与所述第一透镜30之间，所述第一偏振片20上设有第一衍射面201。

在本申请的实施例中，所述第一衍射面201位于所述第一偏振片20上靠近所述第一透镜30的一表面上，即所述第一衍射面201与所述第一透镜30相对，所述第一衍射面201与所述第二相位延迟片105相背。

所述第一衍射面201包括若干条菲涅尔衍射条纹，具体的，其制得的方式为：在所述第一偏振片20的表面上，通过光刻的工艺，形成若干条菲涅尔衍射条纹。

在所述第一衍射面201上，每一所述菲涅尔条纹与其相邻的所述菲涅尔条纹之间形成条纹沟槽，则所述第一衍射面201上可包括有多条所述条纹沟槽，所述条纹沟槽的槽深可设置为0-50um，槽宽可设置为0-50um。

可选的，所述第一衍射面201可以设置为平面，也可以设置为球面，或者，也可以设置为其它形状的曲面等等，在此不作限制。

进一步的，所述第一透镜30设置于所述第一偏振片20的一侧，在所述光学系统500中，所述第一透镜30与所述屏幕101位于其它光学结构的两侧，即所述第一透镜30与所述屏幕101位于所述第一偏振片20、第二偏振片10/2、第一相位延迟片103、第二透镜104、第二相位延迟片105、基片以及所述第三透镜等光学结构的两侧。

所述第一透镜30上设有第二衍射面301，所述第二衍射面301位于所述第一透镜30上与所述第一衍射面201相对的一面上。

所述第二衍射面301包括若干条菲涅尔衍射条纹，具体的，其制得的方式为：在所述第一透镜30的表面上，通过光刻的工艺，形成若干条菲涅尔衍射条纹。

在所述第二衍射面301上，每一所述菲涅尔条纹与其相邻的所述菲涅尔条纹之间形成条纹沟槽，则所述第二衍射面301上可包括有多条所述条纹沟槽，所述条纹沟槽的槽深可设置为0-50um，槽宽可设置为0-50um。

可选的，所述第二衍射面301可以设置为平面，也可以设置为球面，或者，也可以设置为其它形状的曲面等等，在此不作限制。

在本申请的实施例中，设置所述第一衍射面201以及所述第二衍射面301，可以使得光线在这两个面发生衍射，并且，补偿光线经过所述光路折叠模组10发生的高垂轴色差，以此解决色差影响成像质量的问题，使得光线在进入用户的眼中之后，成像清晰，用户可以看到清晰的图像。

在本申请的实施例中，所述第一衍射面201与所述第二衍射面301之间的距离设置为0-0.5mm。

在使用所述光学成像系统500时，当所述屏幕101透射出光线，光线经过所述第二偏振片102，光线变为线偏振光，光线经过所述第一相位延迟片103，变为圆偏光线，光线透过所述第二透镜104，并且，光线继续经过所述第二相位延迟片105以及所述第一偏振片20，由于偏振态的原因，使得光线在所述第二偏振片20的表面发生反射，光线反射后穿过所述第二相位延迟片105，之后到达所述第二透镜104的所述半透半反膜，被所述半透半反膜进行再一次的反射，之后光线重新经过所述第二相位延迟片105以及所述第一偏振片20，由于光线在此折反过程中先后经过了两次所述第二相位延迟片105，因此这两次在所述第一偏振片20上的偏振态是正交的，所以，第二次经过所述第一偏振片20的光线是透射状态，光线经过所述第一衍射面201以及所述第二衍射面301，光线在这两个面发生衍射，，菲涅尔衍射条纹的设置补偿光线经过所述光路折叠模组10发生的高垂轴色差。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种光学成像系统的一实施例的MTF曲线图，MTF为调制传递函数，MTF值是评价成像质量好坏的重要标志之一。

进一步的，图中的横坐标为频率，纵坐标为MTF数值，可以理解的是，图像成像质量越好，图像越精细，那么，频率越高。

图中示出的多根曲线表明不同的视场，即在所述光学成像系统500中，不同位置处的成像质量。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种光学成像系统的另一实施例的色差图，色差为色像差，即用白光进行成像时，除了每种单色光仍会产生五种单色像差外，还会因不同色光有不同折射率造成的色散，而使不同的色光有不同的传播光路，从而呈现出因不同色光的光路差别而引起的像差。

进一步的，图中的横坐标为：在像面上不同波长聚焦与参考波长聚焦点的横向距离。图中纵坐标为：像高大小。图中三条线分别指：RGB三个波长的聚焦点与主波长聚焦点的距离。

图中的A线对应红色波长，B线对应蓝色波长，C线对应绿色波长，在该图中，C线对应的绿色波长为主波长，即C线为参考线。

本申请实施例提供了一种光学成像系统，包括光路折叠模组10、第一偏振片20以及第一透镜30，所述第一偏振片20位于所述光路折叠模组10以及所述第一透镜30之间，所述第一偏振片20上设有第一衍射面，所述第一透镜30上设有第二衍射面301，所述第一衍射面201与所述第二衍射面301位于相对面，所述第一衍射面201及所述第二衍射面301均设有菲涅尔衍射条纹。通过上述设置，光线在从所述光路折叠模组10射出并经过所述第一衍射面201及所述第二衍射面301之后，光线在这两个面发生衍射，并且，补偿光线经过所述光路折叠模组10发生的高垂轴色差，以此解决色差影响成像质量的问题，使得光线在进入用户的眼中之后，成像清晰，用户可以看到清晰的图像。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学成像系统，其特征在于，包括：光路折叠模组、第一偏振片和第一透镜，所述第一偏振片位于所述光路折叠模组和所述第一透镜之间，所述第一偏振片包括第一衍射面，所述第一透镜包括第二衍射面，所述第一衍射面和所述第二衍射面位于相互靠近的相对面，所述第一衍射面和所述第二衍射面均设有菲涅尔衍射条纹。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，每一所述菲涅尔衍射条纹与其相邻所述菲涅尔衍射条纹之间形成条纹沟槽，每一所述条纹沟槽的槽深为0-50um，槽宽为0-50um。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一衍射面和所述第二衍射面的距离为0-0.5mm。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述光路折叠模组包括第二偏振片、第一相位延迟片、第二透镜以及第二相位延迟片，所述第一相位延迟片、第二透镜位于所述第二偏振片与所述第二相位延迟片之间，所述第二相位延迟片靠近所述第一偏振片，所述第二透镜靠近所述第二相位延迟片。

5.根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一相位延迟片和所述第二相位延迟片均为四分之一波片。

6.根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于，所述第二透镜上设有半透半反膜。

7.根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于，所述光路折叠模组还包括基片，所述第二相位延迟片连接于所述基片的一面。

8.根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于，所述光路折叠模组还包括屏幕，所述第一相位延迟片和所述屏幕分别连接于所述第二偏振片的两相背面。

9.根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于，所述光路折叠模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第二透镜与所述第二相位延迟片之间。

10.根据权利要求4所述的光学成像系统，其特征在于，所述光路折叠模组还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第一相位延迟片与所述第二透镜之间。

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