CN117250757A - 虚拟现实模组 - Google Patents

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宋立通
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游金兴
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Abstract

虚拟现实模组，包括定位装置和目镜装置，定位装置包括第一镜筒以及容置于第一镜筒内的透镜组和至少一个间隔件，透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，至少一个间隔件包括第一透镜与第二透镜之间的第一间隔件；目镜装置包括第二镜筒以及容置于所述第二镜筒内的反射组件、至少一个隔离件和沿第二光轴依序排列的第一镜片、第二镜片和第三镜片，至少一个隔离件包括第一镜片与第二镜片之间的第一隔离件；定位装置的最大视场角的一半Semi‑FOVn、目镜装置的最大视场角的一半Semi‑FOV、第一镜筒前端面最靠近物侧的内径d0sn、第一间隔件的物侧面的内径d1sn、第一隔离件的第一侧面的内径d1s及第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径d0s满足：0.5＜Tan(Semi‑FOVn)*(d0sn‑d1sn)/|Tan(Semi‑FOV)*(d1s‑d0s)|＜7.0。

Description

虚拟现实模组
技术领域
本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种虚拟现实模组。
背景技术
自从“元宇宙”的概念被提出，AR(增强现实)/VR(虚拟现实)迎来了巨大发展契机。作为人机交互媒介——VR头戴装置上未来将搭载越来越多的镜头，用于提升用户的沉浸式体验，包括与现实交互的镜头、捕捉用户手部位置的镜头，和追踪眼部动作的镜头等。
目前的虚拟现实设备，当具有较大的视场角时可使用户获得更好的沉浸体验，但是较易产生内反杂光，导致成像质量较差，无法满足使用者对于虚拟现实的沉浸感和体验感的需求。
发明内容
依据本申请一方面提供了一种虚拟现实模组，包括定位装置和目镜装置，其中，定位装置包括第一镜筒以及容置于第一镜筒内的透镜组和至少一个间隔件，透镜组包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，至少一个间隔件包括位于第一透镜与第二透镜之间的第一间隔件；目镜装置包括成像部，成像部包括第二镜筒以及容置于第二镜筒内的反射组件、至少一个隔离件和沿第二光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一镜片、第二镜片和第三镜片，至少一个隔离件包括位于第一镜片与第二镜片之间的第一隔离件；其中，定位装置的最大视场角的一半Semi-FOVn、目镜装置的最大视场角的一半Semi-FOV、第一镜筒前端面最靠近物侧的内径d0sn、第一间隔件的物侧面的内径d1sn、第一隔离件的第一侧面的内径d1s及第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径d0s满足：0.5＜Tan(Semi-FOVn)*(d0sn-d1sn)/|Tan(Semi-FOV)*(d1s-d0s)|＜7.0。
在一个或多个实施方式中，目镜装置的有效焦距f、第二镜筒的最大高度L、定位装置的有效焦距fn及第一镜筒的最大高度Ln满足：0.5＜f/L+fn/Ln＜1.5。
在一个或多个实施方式中，第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径d0s、第一镜片的有效焦距f1、第二镜筒前端面与第一隔离件之间的间隔EP01及第一镜片的第二侧面的曲率半径R2满足：-24.0＜d0s*(f1/EP01)/R2＜-7.0。
在一个或多个实施方式中，第一镜片的第二侧面的曲率半径R2、第三镜片的第二侧面的曲率半径R6、第二镜筒后端面最靠近第二侧的内径d0m及第一隔离件的第一侧面的外径D1s满足：-20＜|R6*d0m|/(R2*D1s)＜-3.0。
在一个或多个实施方式中，反射组件包括反射式偏光元件和四分之一波板，其中目镜装置的有效焦距f、四分之一波板在第二光轴上的中心厚度dQWP、反射式偏光元件在第二光轴上的中心厚度dRP、第一隔离件的最大厚度CP1及第二镜筒前端面与第一隔离件之间的间隔EP01满足：1.0＜f/(dRP+dQWP+CP1+EP01)＜3.0，。
在一个或多个实施方式中，第一透镜物侧面的曲率半径R1n、第一镜筒前端面最靠近物侧的外径D0sn、第一镜筒前端面最靠近物侧的内径d0sn、第一透镜的有效焦距f1n及第一透镜的折射率N1n满足：-1.5＜R1n*(D0sn/d0sn)/(f1n*N1n)＜-0.5。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第二透镜与第三透镜之间的第二间隔件，其中第一透镜的有效焦距f1n、第二透镜的有效焦距f2n、第一间隔件像侧面的外径D1mn、第一间隔件像侧面的内径d1mn及第一间隔件与第二间隔件之间的间隔EP12n满足：f1n＜0，f2n＜0，1.5＜(f2n*EP12n)/f1n*(D1mn-d1mn)＜3.5。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第二透镜与第三透镜之间的第二间隔件，其中第一透镜物侧面的曲率半径R1n、第一透镜像侧面的曲率半径R2n、第一间隔件物侧面的外径D1sn及第二间隔件物侧面的内径d2sn满足：7.0＜R1n*D1sn/(R2n*d2sn)＜11.5。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第二透镜与第三透镜之间的第二间隔件、和位于第三透镜与第四透镜之间的第三间隔件，其中第二间隔件与第三间隔件之间的间隔EP23n及第二透镜与第三透镜在第一光轴上的空气间隔T23n满足：0＜EP23n/T23n＜1.2。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第三透镜与第四透镜之间的第三间隔件，其中第三透镜像侧面的曲率半径R6n、第四透镜物侧面的曲率半径R7n、第三间隔件像侧面的外径D3mn及第三间隔件像侧面的内径d3mn满足：3.5＜|R6n+R7n|/D3mn+|R6n-R7n|/d3mn＜8.5。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第四透镜与第五透镜之间的第四间隔件，其中第五透镜的有效焦距f5n、第五透镜像侧面的曲率半径R10n、第一镜筒后端面最靠近成像面的内径d0mn及第四间隔件像侧面的外径D4mn满足：-3.0＜f5n*D4mn/R10n*d0mn＜-2.0。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第四透镜与第五透镜之间的第四间隔件，其中第四间隔件的最大厚度CP4n、第三间隔件与第四间隔件之间的间隔EP34n、第四透镜与第五透镜在第一光轴上的空气间隔T45n及第三透镜在第一光轴上的中心厚度CT3n满足：4.5＜EP34n/CT3n+T45n/CP4n＜5.5。
在一个或多个实施方式中，至少一个间隔件还包括位于第四透镜与第五透镜之间第四间隔件，其中第四透镜与第五透镜的组合焦距f45n、第四透镜在第一光轴上的中心厚度CT4n、第五透镜在第一光轴上的中心厚度CT5n、第四间隔件物侧面的外径D4sn、第四间隔件物侧面的内径d4sn及第四间隔件的最大厚度CP4n满足：-88.0＜f45n/(D4sn-d4sn)+f45n/(CT4n+CT5n+CP4n)＜-80.0。
依据本申请另一方面提供了一种虚拟现实模组，包括定位装置和目镜装置，其中，定位装置包括第一镜筒以及容置于第一镜筒内的透镜组和至少一个间隔件，透镜组包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，至少一个间隔件包括位于第一透镜与第二透镜之间的第一间隔件；目镜装置包括成像部，成像部包括第二镜筒以及容置于第二镜筒内的反射组件、至少一个隔离件和沿第二光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一镜片、第二镜片和第三镜片，至少一个隔离件包括位于第一镜片与第二镜片之间的第一隔离件；其中，第一镜片的第二侧面的曲率半径R2、第三镜片的第二侧面的曲率半径R6、第二镜筒后端面最靠近第二侧的内径d0m及第一间隔件物侧面的外径D1s满足：-20＜|R6*d0m|/(R2*D1s)＜-3.0。
根据本申请实施方式提供的虚拟现实模组可包括定位装置和目镜装置，针对目镜装置和定位装置进行了优化，在满足定位装置和目镜装置大视场角的基础上，通过控制目镜装置第一隔离件和定位装置第一间隔件的内径和镜筒前端面的内径，能有效控制定位装置和目镜装置的内反杂光，提高了成像质量，增强了用户对于虚拟现实的沉浸感和体验感。
根据本申请实施方式提供的虚拟现实模组，通过约束目镜装置第一镜片第二侧面和第三镜片第二侧面的曲率半径，有利于校正系统像差；同时通过控制第二镜筒后端面内径和第一隔离件物侧面的外径，可以保证各组件之间段差较小，有利于保证组立稳定性。
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示出了根据本申请实施方式提供的虚拟现实模组的结构示意图；
图2示出了根据本申请实施方式的定位装置的部分光学参数的示意图；
图3示出了根据本申请实施方式的定位装置的结构示意图；
图4示出了根据本申请实施方式的目镜装置的结构示意图；
图5示出了根据本申请实施方式的目镜装置的成像部的部分光学参数的示意图；
图6示出了根据本申请实施例一的目镜装置的成像部的结构示意图；
图7示出了根据本申请实施例二的目镜装置的成像部的结构示意图；
图8示出了根据本申请实施例三的目镜装置的成像部的结构示意图；
图9A、图9B和图9C分别示出了根据本申请实施例一至三的目镜装置的轴上色差曲线、象散曲线、以及畸变曲线；
图10示出了根据本申请实施例四的目镜装置的成像部的结构示意图；
图11示出了根据本申请实施例五的目镜装置的成像部的结构示意图；
图12示出了根据本申请实施例六的目镜装置的成像部的结构示意图；
图13A、图13B和图13C分别示出了根据本申请实施例四至六的目镜装置的轴上色差曲线、象散曲线、以及畸变曲线；
图14示出了根据本申请实施例七的定位装置的结构示意图；
图15示出了根据本申请实施例八的定位装置的结构示意图；
图16示出了根据本申请实施例九的定位装置的结构示意图；
图17A、图17B和图17C分别示出了根据本申请实施例七至九的定位装置的轴上色差曲线、象散曲线、以及畸变曲线；
图18示出了根据本申请实施例十的定位装置的结构示意图；
图19示出了根据本申请实施例十一的定位装置的结构示意图；
图20示出了根据本申请实施例十二的定位装置的结构示意图；以及
图21A、图21B和图21C分别示出了根据本申请实施例十至十二的定位装置的轴上色差曲线、象散曲线、以及畸变曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜最靠近被摄物体的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过于形式化意义解释，除非本文中明确如此限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下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。
以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
参考图1所示，本申请的第一方面提供了这样一种虚拟现实模组10，虚拟现实模组10可包括目镜装置100和定位装置200。定位装置200可用于对现实景物成像，并且所成的实像以电信号的方式传递至目镜装置100；目镜装置100用于投射设置于第二侧的影像面的虚像以及上述实像。通过目镜装置100和定位装置200结合，能够实现虚拟现实模组的虚拟现实融合。
目镜装置100例如可被配置为折返式光学系统，其数量可为一个或者多个，定位装置200例如可被配置为视频透视光学系统，其数量可为一个或者多个。在一示例中，虚拟现实模组10可包括对称设置的两个目镜装置100。在一示例中，虚拟现实模组10还包括本体，目镜装置100可设置于本体的内侧，定位装置200可设置于本体的外侧。
图2和图3示出了根据本申请实施方式的定位装置200的结构排布示意图。如图2所示，在示例性实施方式中，定位装置200可包括第一镜筒P0n、透镜组和至少一个间隔件，其中透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n，至少一个间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间的第一间隔件P1n。透镜组和至少一个间隔件容置于第一镜筒P0n内。
根据本申请示例性实施方式，第一透镜E1n至第五透镜E5n均可具有用于光学成像的光学区域和从光学区域的外周向外延伸的非光学区域。通常来说，光学区域是指透镜的用于光学成像的区域，非光学区域是透镜的结构区。在光学成像镜头的组装过程中，可通过诸如点胶粘结等工艺在各个透镜的非光学区域处设置间隔元件，并将各个透镜分别联接至第一镜筒内，即各个透镜均与第一镜筒的内壁相抵。在光学成像镜头的成像过程中，各个透镜的光学区域可透射来自物体的光而形成光学通路，形成最终的光学影像；而组装后的各个透镜的非光学区域被容纳在无法透射光线的镜筒中，因而使得非光学区域并不直接参与光学成像镜头的成像过程。应注意，为便于描述，本申请将各个透镜划分成光学区域和非光学区域两部分进行描述，但应理解，透镜的光学区域和非光学区域二者在制造过程中可成形为一个整体，而非成形为单独的两部分。
在示例性实施方式中，位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间的第一间隔件P1n可与第一透镜E1n的像侧面的非光学区域相接触，同时可与第二透镜E2n的物侧面的非光学区域相接触。示例性地，第一间隔元件P1n可抵靠在第一透镜E1n的像侧面的非光学区域与第一透镜E1n的像侧面直接接触，根据实际需求第一间隔元件P1n可以部分或者全部抵靠在第一透镜E1n的像侧面的非光学区域。
在其他示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件可包括以下至少之一：第一间隔件，位于第一透镜和第二透镜之间且可与第一透镜的像侧面直接接触；第二间隔件，位于第二透镜和第三透镜之间且可与第二透镜的像侧面直接接触；第三间隔件，位于第三透镜和第四透镜之间且可与第三透镜的像侧面直接接触；第四间隔件，位于第四透镜和第五透镜之间且可与第四透镜的像侧面直接接触。合理使用间隔件能够有效规避杂光风险，减少对像质的干扰，进而提升摄像系统组件的成像质量。
图3示出了根据本申请实施方式的定位装置200的部分参数的示意图。如图3所示，Ln表示第一镜筒P0n沿光轴方向的最大高度；EP01n表示第一镜筒P0n靠近物侧的前端面与第一间隔件的物侧面沿光轴方向的间隔；EP34n表示第三间隔元件的像侧面与第四间隔元件的物侧面沿第一光轴方向上的间隔；CPn4表示第四间隔件沿第一光轴方向的最大厚度；D0sn表示第一镜筒前端面最靠近物侧的外径；d0sn表示第一镜筒前端面最靠近物侧的内径；D1sn表示第一间隔件的物侧面的外径；d1sn表示第一间隔件的物侧面的内径；D4mn表示第四间隔件的像侧面的外径；d4mn表示第四间隔件的像侧面的内径；D3mn表示第三间隔件的像侧面的外径；d0mn表示第一镜筒靠近像侧的后端面最靠近成像面的内径等。
结合图4和图5所示，在示例性实施方式中，目镜装置100包括成像部，成像部可包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件，镜片组可包括沿第二光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3，至少一个隔离件可包括位于第一镜片E1与第二镜片之间E2且可与第一镜片E1的第二侧面直接接触的第一隔离件P1。在示例性实施方式中，目镜装置100的第一侧例如可以为人眼侧，第二侧例如可以为显示屏幕侧。
在示例性实施方式中，目镜装置100还包括位于第一侧的接收部J和位于第二侧的发射部F。相应地，成像部的各光学元件(第一镜片E1、第二镜片E2、第三镜片E3)的第一侧面可以是靠近人眼侧的表面，第二侧面可以是靠近显示屏幕侧的表面。
作为示例性实施方式，成像部的反射组件可包括反射式偏光元件(RP)和四分之一波板(QWP)。反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP可以位于第一镜片E1的第一侧面、或者也可以位于第二镜片E2的第一侧面。
在示例性实施方式中，目镜装置100还可以包括部分反射元件(BS)，部分反射元件BS例如可以是贴附或者镀设于第二镜片E2的第一侧面上的部分反射层，或者也可以是设置于第三镜片E3的第二侧面上的部分反射层。部分反射层对光线具有半透射半反射作用。通过在设置部分反射层，并结合反射式偏光元件和四分之一波板，能够使得光线多次折返，从而有效降低目镜装置的本体长度。
图5示出了根据本申请实施方式的目镜装置100的部分参数的示意图。如图3所示，如图5所示，L表示第二镜筒P0沿第二光轴方向的最大高度；EP01表示第二镜筒靠近第一侧的前端面与第一隔离件的物侧面沿第二光轴方向的间隔；EP12表示第一隔离件的像侧面与第二隔离件的物侧面沿第二光轴方向上的间隔；CP1表示第一隔离件沿第二光轴方向的最大厚度；CP2表示第二隔离件沿第二光轴方向的最大厚度；D0s表示第二镜筒P0前端面最靠近第一侧的外径；d0s表示第二镜筒P0前端面最靠近第一侧的内径；D1s表示第一隔离件的物侧面的外径；d1s表示第一隔离件的物侧面的内径；D2m表示第二隔离件的像侧面的外径；d2m表示第二隔离件的像侧面的内径；D0m表示第二镜筒靠近第二侧的后端面最靠近第二侧的外径；d0m表示第二镜筒靠近第二侧的后端面最靠近第二侧的内径等。
在示例性实施方式中，目镜装置100的镜片组中的镜片的光学表面可以为球面或者非球面。非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面镜片，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
在示例性实施方式中，目镜装置100的第一镜片E1的第二侧面可以为凸面。第二镜片E2的第二侧面可以为凹面。第三镜片E3的第一侧面可以为凸面，第二侧面可以为凸面或平面。
根据本申请示例性实施方式的虚拟现实模组10，目镜装置100用于将显示屏幕的虚像传递至使用者的眼睛，定位装置200用于对现实景物成像，并将所成的实像通过定位装置200的芯片传递至目镜装置100的显示屏幕上，目镜装置100再将显示屏幕上的实像传递给使用者，以使得使用者可以观看到由虚拟画面和现实景物融合后的图像，提高虚拟现实模组的视觉沉浸感。
在示例性实施方式中，目镜装置100的第二侧可设置有影像面。影像面上可设置有显示屏幕。来自显示屏幕的图像光经过第三镜片E3、第二镜片E2、第一镜片E1、反射式偏光元件RP、四分之一波板QWP、以及部分反射元件BS等多次折射和反射后最终投射至使用者的眼睛。
在示例性实施方式中，虚拟现实模组可满足以下条件式：0.5＜Tan(Semi-FOVn)*(d0sn-d1sn)/|Tan(Semi-FOV)*(d1s-d0s)|＜7.0，其中，Semi-FOVn为定位装置的最大视场角的一半，Semi-FOV为目镜装置的最大视场角的一半，d0sn为第一镜筒前端面最靠近物侧的内径，d1sn为第一间隔件的物侧面的内径，d1s为第一隔离件的第一侧面的内径，d0s为第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径。通过满足该条件式，可在满足定位装置角度Semi-FOVn>80°和目镜镜头装置Semi-FOV>50°时，通过控制目镜装置第一隔离件和定位装置第一间隔件的内径以及第一镜筒和第二镜筒前端面的内径，能有效控制目镜装置和定位装置的内反杂光，提高了成像质量，增强了用户体验感。
在示例性实施方式中，虚拟现实模组可满足以下条件式：0.5＜f/L+fn/Ln＜1.5，其中f为目镜装置的有效焦距，L为第二镜筒的最大高度，fn为定位装置的有效焦距，Ln为第一镜筒的最大高度。通过控制目镜装置和定位装置的有效焦距可以约束系统视场角，达到两种光学装置的大视场角的特点；另一方面通过约束两种光学装置的最大高度，在保证其加工性和光学性能的前提下，尺寸较小，有利于两种光学装置在整机中的布局。
在示例性实施方式中，虚拟现实模组可满足以下条件式：-24.0＜d0s*(f1/EP01)/R2＜-7.0，其中d0s为第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径，f1为第一镜片的有效焦距，EP01为第二镜筒前端面与第一隔离件之间的间隔，R2为第二镜片的第二侧面的曲率半径。通过控制以上参数，一方面约束了目镜装置第一镜片的光焦度和第一镜片第二侧面的曲率半径，有利于光线的走向和对面型的控制；另一方面间接控制了第二镜筒的壁厚和第一镜片的边厚，达到最佳的成型结构和组立稳定性。
在示例性实施方式中，虚拟现实模组可满足以下条件式：-20＜|R6*d0m|/(R2*D1s)＜-3.0，其中R2为第二镜片的第二侧面的曲率半径，R6为第三镜片的第二侧面的曲率半径，d0m为第二镜筒后端面最靠近第二侧的内径，D1s为第一隔离件的第一侧面的外径。通过控制以上参数，约束了目镜装置第一镜片第二侧面和第三镜片第二侧面的曲率半径，有利于校正系统像差；同时通过控制第二镜筒后端面内径和第一隔离件第一侧面的外径，可以保证各组件之间段差不大，有利于保证组立稳定性。
在示例性实施方式中，目镜装置的成像部中的反射组件可包括位于第一镜片的第一侧的反射式偏光元件和四分之一波板；虚拟现实模组可满足以下条件式：1.0＜f/(dRP+dQWP+CP1+EP01)＜3.0，其中f为目镜装置的有效焦距，dQWP为四分之一波板在第二光轴上的中心厚度，dRP为反射式偏光元件在第二光轴上的中心厚度，CP1为第一隔离件的最大厚度，EP01为第二镜筒前端面与第一隔离件之间的间隔。通过控制以上参数，一方面控制了目镜装置的有效焦距，约束目镜装置的系统视场角，保证目镜系统大视场角的特点；另一方面间接约束了目镜装置中第一镜片和第二镜片机构部分的厚度，从而保证组立。
在示例性实施方式中，虚拟现实模组可满足：-1.5＜R1n*(D0sn/d0sn)/(f1n*N1n)＜-0.5，其中R1n为第一透镜物侧面的曲率半径，D0sn为第一镜筒前端面最靠近物侧的外径，d0sn为第一镜筒前端面最靠近物侧的内径，f1n为第一透镜的有效焦距，N1n为第一透镜的折射率。通过控制定位装置第一镜筒前端面的内、外径，在有效光线能完全进入光学系统的前提下保证第一镜筒的可加工性；通过控制第一透镜的有效焦距、折射率和物侧面的曲率半径，可以有效约束第一透镜的光焦度，确保定位装置具有大视场的特点。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件还包括位于第二透镜与第三透镜之间且可与第二透镜的像侧面直接接触的第二间隔件，虚拟现实模组可满足：f1n＜0，f2n＜0，1.5＜(f2n*EP12n)/f1n*(D1mn-d1mn)＜3.5，其中f1n为第一透镜的有效焦距，f2n为第二透镜的有效焦距，D1mn为第一间隔件像侧面的外径，d1mn为第一间隔件像侧面的内径，EP12n为第一间隔件与第二间隔件之间的间隔。通过控制以上参数，有效控制了定位装置中第一透镜和第二透镜的光焦度，有利于光线走向；同时通过约束第一间隔件像侧面的内、外径和第二透镜的厚度，一方面可以阻挡多余光线产生的杂光；另一方面保证了镜片的成型强度和组立稳定性。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件还包括位于第二透镜与第三透镜之间且可与第二透镜的像侧面直接接触的第二间隔件，虚拟现实模组可满足：7.0＜R1n*D1sn/(R2n*d2sn)＜11.5，其中R1n为第一透镜物侧面的曲率半径，R2n为第一透镜像侧面的曲率半径，D1sn第一间隔件物侧面的外径，d2sn为第二间隔件物侧面的内径。通过控制定位装置第一透镜物侧面和像侧面的曲率半径，约束了第一透镜两个表面的面型，保证该第一透镜的均匀性和可加工性；通过控制第一间隔件物侧面外径和第二间隔件物侧面内径，满足其结构对透镜支撑性和阻挡杂光作用前提下，保证第一间隔件和第二间隔件的可加工性。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件还包括位于第二透镜与第三透镜之间且可与第二透镜的像侧面直接接触的第二间隔件、和位于第三透镜与第四透镜之间且可与第三透镜的像侧面直接接触的第三间隔件，虚拟现实模组可满足：0＜EP23n/T23n＜1.2，其中EP23n为第二间隔件与第三间隔件之间的间隔，T23n为第二透镜与第三透镜在第一光轴上的空气间隔。通过控制以上两者的比值，有利于保证第三透镜的厚薄比，便于加工成型。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件还包括位于第三透镜与第四透镜之间且可与第三透镜的像侧面直接接触的第三间隔件，虚拟现实模组可满足：3.5＜|R6n+R7n|/D3mn+|R6n-R7n|/d3mn＜8.5，其中R6n为第三透镜像侧面的曲率半径，R7n为第四透镜物侧面的曲率半径，D3mn为第三间隔件像侧面的外径，d3mn为第三间隔件像侧面的内径。通过控制以上参数，有利于实现整个镜头结构的紧凑性，另一方面也有利于矫正轴外相差，提升定位装置的整体成像质量。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件还包括位于第四透镜与第五透镜之间且可与第四透镜的像侧面直接接触的第四间隔件，虚拟现实模组可满足：-3.0＜f5n*D4mn/R10n*d0mn＜-2.0，其中f5n为第五透镜的有效焦距，R10n为第五透镜像侧面的曲率半径，d0mn为第一镜筒后端面最靠近成像面的内径，D4mn为第四间隔件像侧面的外径。通过控制定位装置第五透镜有效焦距和像侧面的曲率半径，可以更好地约束第五透镜的光焦度和面型，提升最终成像质量；另一方面通过控制第一镜筒后端面内径和第四间隔件像侧面外径，可以保证第五透镜两侧受力均匀，提升组立稳定性。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件包括位于第三透镜与第四透镜之间且可与第三透镜的像侧面直接接触的第三间隔件，和位于第四透镜与第五透镜之间且可与第四透镜的像侧面直接接触的第四间隔件，虚拟现实模组可满足：4.5＜EP34n/CT3n+T45n/CP4n＜5.5，其中CP4n为第四间隔件的最大厚度，EP34n为第三间隔件与第四间隔件之间的间隔，T45n为第四透镜与第五透镜在第一光轴上的空气间隔，CT3n为第三透镜在第一光轴上的中心厚度。通过控制以上参数，一方面保证第四间隔件的最大厚度和第四透镜与第五透镜之间的空气间隙在一定范围内，弥补面型加工误差导致的性能损失；另一方面控制了第三透镜中心厚度和第四透镜的边厚，保证透镜具有合适的厚薄比，有利于成型和组立稳定性。
在示例性实施方式中，定位装置中的至少一个间隔件包括位于第四透镜与第五透镜之间且可与第四透镜的像侧面直接接触的第四间隔件，虚拟现实模组可满足：-88.0＜f45n/(D4sn-d4sn)+f45n/(CT4n+CT5n+CP4n)＜-80.0，其中f45n为第四透镜与第五透镜的组合焦距，CT4n为第四透镜在第一光轴上的中心厚度，CT5n为第五透镜在第一光轴上的中心厚度，D4sn为第四间隔件物侧面的外径，d4sn为第四间隔件物侧面的内径，CP4n为第四间隔件的最大厚度。通过控制定位装置中第四透镜与第五透镜的组合焦距，能够与前端光学元件产生的像差进行平衡，使整体的像差处于一个合理的水平；其次通过控制第四透镜、第五透镜的中厚和第四间隔件的内外径及中厚，可在满足第四间隔件对透镜支撑性的同时保证间隔件的可加工性。
在示例性实施方式中，本申请的虚拟现实模组可包括至少一个光阑。光阑可约束光路，控制光强大小。光阑可设置在目镜装置或者定位装置的适当位置。在一示例中，定位装置200可包括光阑，光阑可位于第二透镜与第三透镜之间、或者位于第三透镜与第四透镜之间。在一示例中，目镜装置100可包括例如设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在示例性实施方式中，可选地，本申请的虚拟现实模组还可包括用于保护位于成像面上的感光元件的保护玻璃。
在示例性实施方式中，目镜装置100的有效焦距f可以例如在28.26mm到31.87mm的范围内，第一镜片的有效焦距f1可以例如在76.81mm到130.95mm的范围内，第二镜片的有效焦距f2可以例如在-255.80mm到-75.59mm的范围内，第三镜片的有效焦距f3可以例如在70.57mm到146.75mm的范围内。
在示例性实施方式中，定位装置200的有效焦距fn可以例如在0.60mm到0.87mm的范围内，第一透镜的有效焦距f1n可以例如在-3.70mm到-3.23mm的范围内，第二透镜的有效焦距f2n可以例如在-2.12mm到-1.82mm的范围内，第三透镜的有效焦距f3n可以例如在1.19mm到3.29mm的范围内，第四透镜的有效焦距f4n可以例如在-1.12mm到1.21mm的范围内，第五透镜的有效焦距f5n可以例如在-2.56mm到1.61mm的范围内。
参考图1，本申请的第二方面提供了这样一种虚拟现实模组10，其可包括目镜装置100和定位装置200。在示例性实施方式中，定位装置200可包括第一镜筒、透镜组和至少一个间隔件，透镜组以及一个或多个间隔件均容纳于镜筒内。透镜组可包括五片具有光焦度的透镜，分别为沿光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。这五片透镜沿第一光轴从物侧至像侧依序排列。其中第一透镜至第五透镜中任意相邻的两透镜之间均可具有间隔距离。
在示例性实施方式中，目镜装置100可包括目镜装置由接收部，成像部和发射部，成像部可包括第二镜筒、反射组件，镜片组和至少一个隔离件，镜片组可包括三片镜片，分别为沿第二光轴由第一侧至第二侧依次设置的第一镜片、第二镜片和第三镜片。其中反射组件、镜片组和至少一个隔离件均容置于第二镜筒内。
在示例性实施方式中，虚拟现实模组满足：-20＜|R6*d0m|/(R2*D1s)＜-3.0，其中R2为第一镜片的第二侧面的曲率半径，R6为第三镜片的第二侧面的曲率半径，d0m为第二镜筒后端面最靠近第二侧的内径，D1s为第一隔离件物侧面的外径。通过控制以上参数，约束了目镜装置第一镜片第二侧面和第三镜片第二侧面的曲率半径，有利于校正系统像差；同时通过控制第二镜筒后端面内径和第一间隔件物侧面的外径，可以保证各组件之间段差较小，有利于保证组立稳定性。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的虚拟现实模组的具体实施例。
实施例一
以下参照图4至图6描述根据本申请实施例一的目镜装置。
如图4所示，目镜装置可包括由第一侧(例如，人眼侧)至第二侧(例如显示屏幕侧)依序排列的接收部J、成像部和发射部F。
图6示出了根据本申请实施例一的目镜装置的成像部的结构示意图。如图6所示，目镜装置的成像部包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件。镜片组包括沿第一侧至第二侧依序包括第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3。隔离件包括位于第一镜片E1和第二镜片E2之间且可与第一镜片E1的第二侧面S2直接接触的第一隔离件P1，及位于第二镜片E2和第三镜片E3之间且可与第二镜片E2的第二侧面S4直接接触的第二隔离件P2。反射组件可包括位于第一镜片E1的第一侧面S1处的反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP。
在该实施例中，目镜装置还可包括设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在该实施例中，目镜装置还可包括部分反射元件BS，部分反射元件BS可设置于第二镜片E2的第一侧面S3上。
在示例性实施方式中，目镜装置的第二侧可设置有影像面。位于目镜装置的第二侧的影像面上设置有显示屏幕。目镜装置的发射部F的光线投射至显示屏幕上，显示屏幕上的图像光可依序穿过第三镜片E3、第二镜片E2、第一镜片E1，到达反射式偏光元件RP，然后在反射式偏光元件RP处反射，并穿过四分之一波板QWP和第一镜片E1到达部分反射元件BS，之后，光束在部分反射元件BS处再次被反射并依次穿过第一镜片E1、四分之一波板QWP和反射式偏光元件RP到达目镜装置100的接收部J，以朝向人眼侧出射。本申请所提供的目镜装置通过光反射和折射组合的方式在不影响投影品质的前提下将所需光程折叠，有效缩短了目镜装置的本体长度。
在该实施例中，第一镜片E1具有正光焦度，其中第一镜片E1的第二侧面S2为凸面。第二镜片E2具有负光焦度，其中第二镜片E2的第一侧面S3为凹面，第二侧面S4为凹面。第三镜片E3具有正光焦度，其中第三镜片E3的第一侧面S5为凸面，第二侧面S6为凸面。通过控制镜片组靠近人眼侧与靠近显示器侧的表面形状，有利于控制光线的出射角度，并且有助于视场角的提升；另一方面通过合理控制镜片组的表面形状，可以进一步优化光线走向，有利于提升系统像质，并且约束边缘光线的入射角度，有利于芯片匹配。
实施例二
以下参照图4、图5和图7描述根据本申请实施例二的目镜装置。在本实施例及以下实施例三中，为简洁起见，将省略部分与实施例一相似的描述。
图7示出了根据本申请实施例二的目镜装置的成像部的结构示意图。如图7所示，目镜装置的成像部包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件。镜片组包括沿第一侧至第二侧依序包括第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3。隔离件包括位于第一镜片E1和第二镜片E2之间且可与第一镜片E1的第二侧面直接接触的第一隔离件P1。反射组件可包括位于第一镜片E1的第一侧面S1处的反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP。
在该实施例中，目镜装置还可包括设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在该实施例中，目镜装置还可包括部分反射元件BS，部分反射元件BS可设置于第二镜片E2的第一侧面S3上。
在该实施例中，第一镜片E1具有正光焦度，其中第一镜片E1的第一侧面S1为平面，第二侧面S2为凸面。第二镜片E2具有负光焦度，其中第二镜片E2的第一侧面S3为凹面，第二侧面S4为凹面。第三镜片E3具有正光焦度，其中第三镜片E3的第一侧面S5为凸面，第二侧面S6为凸面。通过控制镜片组靠近人眼侧与靠近显示器侧的表面形状，有利于控制光线的出射角度，并且有助于视场角的提升；另一方面通过合理控制镜片组的表面形状，可以进一步优化光线走向，有利于提升系统像质，并且约束边缘光线的入射角度，有利于芯片匹配。
实施例三
以下参照图4、图5和图8描述根据本申请实施例三的目镜装置。
图8示出了根据本申请实施例三的目镜装置的成像部的结构示意图。如图8所示，目镜装置的成像部包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件。镜片组包括沿第一侧至第二侧依序包括第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3。隔离件包括位于第一镜片E1和第二镜片E2之间且可与第一镜片E1的第二侧面直接接触的第一隔离件P1，及位于第二镜片E2和第三镜片E3之间且可与第二镜片E2的第二侧面直接接触的第二隔离件P2。反射组件可包括位于第一镜片E1的第一侧面S1处的反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP。
在该实施例中，目镜装置还可包括设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在该实施例中，目镜装置还可包括部分反射元件BS，部分反射元件BS可设置于第二镜片E2的第一侧面S3上。
在该实施例中，第一镜片E1具有正光焦度，其中第一镜片E1的第一侧面S1为平面，第二侧面S2为凸面。第二镜片E2具有负光焦度，其中第二镜片E2的第一侧面S3为凹面，第二侧面S4为凹面。第三镜片E3具有正光焦度，其中第三镜片E3的第一侧面S5为凸面，第二侧面S6为凸面。通过控制镜片组靠近人眼侧与靠近显示器侧的表面形状，有利于控制光线的出射角度，并且有助于视场角的提升；另一方面通过合理控制镜片组的表面形状，可以进一步优化光线走向，有利于提升系统像质，并且约束边缘光线的入射角度，有利于芯片匹配。
下表1示出了根据本申请实施例一至实施例三的目镜装置的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。来自发射部的图像光依次经过各元件并最终投射至位于接收部的人眼中。
表1
在实施例一至实施例三中，第一镜片E1的第二侧面S2、第二镜片E2的第一侧面S3和第二侧面S4、第三镜片E3的第一侧面S5和第二侧面S6均为非球面，各非球面镜片的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。表2给出了可用于实施例一至实施例三中各非球面镜面S2、S3、S4、S5、S6的高次项系数A4、A6、A8和A10。
面号 非球面系数 A4 A6 A8 A10
S2 0.0000 -9.06E-02 1.27E-01 -3.01E-02 2.91E-03
S3 0.0000 -3.11E-02 -4.44E-02 1.81E-02 -1.79E-03
S4 0.0000 1.23E+00 -1.78E-01 5.72E-02 -1.59E-02
S5 0.0000 -1.07E+00 1.87E-02 3.69E-02 -2.24E-02
S6 0.0000 2.08E-01 -3.86E-02 -1.87E-02 3.50E-02
表2
图9A示出了上述实施例一至实施例三的目镜装置的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由目镜装置后的会聚焦点偏离。图9B示出了实施例一至实施例三的目镜装置的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图9C示出了实施例一至实施例三的目镜装置的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图9A至图9C可知，实施例一至实施例三所给出的目镜装置能够实现良好的成像质量。
实施例四
以下参照图4、图5和图10描述根据本申请实施例四的目镜装置。
如图4所示，目镜装置可包括由第一侧(例如，人眼侧)至第二侧(例如显示屏幕侧)依序排列的接收部J、成像部和发射部F。
图10示出了根据本申请实施例四的目镜装置的成像部的结构示意图。如图10所示，目镜装置的成像部包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件。镜片组包括沿第一侧至第二侧依序包括第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3。隔离件包括位于第一镜片E1和第二镜片E2之间且可与第一镜片E1的第二侧面S2直接接触的第一隔离件P1，及位于第二镜片E2和第三镜片E3之间且可与第二镜片E2的第二侧面S4直接接触的第二隔离件P2。反射组件可包括位于第二镜片E2的第一侧面S3处的反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP。
在该实施例中，目镜装置还可包括设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在该实施例中，目镜装置还可包括部分反射元件BS，部分反射元件BS可设置于第二镜片E2的第二侧面S6上。
目镜装置的第二侧可设置有影像面。在示例性实施方式中，位于目镜装置的第二侧的影像面上设置有显示屏幕。目镜装置的发射部F的光线投射至显示屏幕上，显示屏幕上的图像光可依序穿过第三镜片E3、第二镜片E2，到达反射式偏光元件RP，然后在反射式偏光元件RP处反射，并穿过四分之一波板QWP和第三镜片E3到达部分反射元件BS，之后，光束在部分反射元件BS处再次被反射并依次穿过第三镜片E3、第二镜片E2、四分之一波板QWP和反射式偏光元件RP、第一镜片E1，到达目镜装置100的接收部J，以朝向人眼侧出射。本申请所提供的目镜装置通过光反射和折射组合的方式在不影响投影品质的前提下将所需光程折叠，有效缩短了目镜装置的本体长度。
在该实施例中，第一镜片E1具有正光焦度，其中第一镜片E1的第一侧面S1为凹面，第二侧面S2为凸面。第二镜片E2具有负光焦度，其中第二镜片E2的第一侧面S3为平面，第二侧面S4为凹面。第三镜片E3具有正光焦度，其中第三镜片E3的第一侧面S5为凸面，第二侧面S6为凸面。通过控制镜片组靠近人眼侧与靠近显示器侧的表面形状，有利于控制光线的出射角度，并且有助于视场角的提升；另一方面通过合理控制镜片组的表面形状，可以进一步优化光线走向，有利于提升系统像质，并且约束边缘光线的入射角度，有利于芯片匹配。
实施例五
以下参照图4、图5和图11描述根据本申请实施例五的目镜装置。在本实施例及以下实施例六中，为简洁起见，将省略部分与实施例四相似的描述。
图11示出了根据本申请实施例五的目镜装置的成像部的结构示意图。如图11所示，目镜装置的成像部包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件。镜片组包括沿第一侧至第二侧依序包括第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3。隔离件包括位于第二镜片E2和第三镜片E3之间且可与第二镜片E2的第二侧面S4直接接触的第二隔离件P2。反射组件可包括位于第二镜片E2的第一侧面S3处的反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP。
在该实施例中，目镜装置还可包括设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在该实施例中，目镜装置还可包括部分反射元件BS，部分反射元件BS可设置于第二镜片E2的第二侧面S6上。
在该实施例中，第一镜片E1具有正光焦度，其中第一镜片E1的第一侧面S1为凹面，第二侧面S2为凸面。第二镜片E2具有负光焦度，其中第二镜片E2的第一侧面S3为平面，第二侧面S4为凹面。第三镜片E3具有正光焦度，其中第三镜片E3的第一侧面S5为凸面，第二侧面S6为凸面。通过控制镜片组靠近人眼侧与靠近显示器侧的表面形状，有利于控制光线的出射角度，并且有助于视场角的提升；另一方面通过合理控制镜片组的表面形状，可以进一步优化光线走向，有利于提升系统像质，并且约束边缘光线的入射角度，有利于芯片匹配。
实施例六
以下参照图4、图5和图12描述根据本申请实施例六的目镜装置。
图12示出了根据本申请实施例六的目镜装置的成像部的结构示意图。如图12所示，目镜装置的成像部包括第二镜筒P0以及容置于第二镜筒P0内的反射组件、镜片组和至少一个隔离件。镜片组包括沿第一侧至第二侧依序包括第一镜片E1、第二镜片E2和第三镜片E3。隔离件包括位于第一镜片E1和第二镜片E2之间且可与第一镜片E1的第二侧面S2直接接触的第一隔离件P1，及位于第二镜片E2和第三镜片E3之间且可与第二镜片E2的第二侧面S4直接接触的第二隔离件P2。反射组件可包括位于第二镜片E2的第一侧面S3处的反射式偏光元件RP和四分之一波板QWP。
在该实施例中，目镜装置还可包括设置于第一侧与第一镜片E1之间的光阑。
在该实施例中，目镜装置还可包括部分反射元件BS，部分反射元件BS可设置于第二镜片E2的第二侧面S6上。
在该实施例中，第一镜片E1具有正光焦度，其中第一镜片E1的第一侧面S1为平面，第二侧面S2为凸面。第二镜片E2具有负光焦度，其中第二镜片E2的第一侧面S3为凹面，第二侧面S4为凹面。第三镜片E3具有正光焦度，其中第三镜片E3的第一侧面S5为凸面，第二侧面S6为凸面。通过控制镜片组靠近人眼侧与靠近显示器侧的表面形状，有利于控制光线的出射角度，并且有助于视场角的提升；另一方面通过合理控制镜片组的表面形状，可以进一步优化光线走向，有利于提升系统像质，并且约束边缘光线的入射角度，有利于芯片匹配。
下表3示出了根据本申请实施例四至实施例六的目镜装置的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。来自发射部的图像光依次经过各元件并最终投射至位于接收部的人眼中。
表3
在实施例四至实施例六中，第一镜片E1的第一侧面S1和第二侧面S2、第二镜片E2的第二侧面S4、第三镜片E3的第一侧面S5和第二侧面S6均为非球面，各非球面镜片的面型x可利用但不限于上述实施例一中给出的公式(1)进行限定。
表4给出了可用于实施例四至实施例六中各非球面镜面S1、S2、S4、S5、S6的高次项系数A4、A6、A8和A10。
面号 非球面系数 A4 A6 A8 A10
S1 0.0000 -7.08E-01 6.66E-02 -1.36E-02 1.92E-03
S2 0.0000 -9.40E-01 1.23E-01 1.80E-02 1.94E-03
S4 0.0000 -3.93E-01 1.43E-01 -1.08E-01 3.90E-02
S5 0.0000 -3.05E-01 1.60E-01 -1.13E-01 3.70E-02
S6 0.0000 -6.35E-02 -4.66E-02 8.24E-03 -1.31E-03
表4
图13A示出了上述实施例四至实施例六的目镜装置的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由目镜装置后的会聚焦点偏离。图13B示出了实施例四至实施例六的目镜装置的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图13C示出了实施例四至实施例六的目镜装置的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图13A至图13C可知，实施例四至实施例六所给出的目镜装置能够实现良好的成像质量。
下表5示出了根据本申请实施例一至实施例六的目镜装置的基本参数表，其中，厚度/距离和焦距的单位均为毫米(mm)。
表5
以下参照附图进一步描述根据本申请实施例的定位装置。
实施例七
图14示出了根据本申请实施例七的定位装置的结构示意图。如图14所示，定位装置可包括第一镜筒P0n以及容置于第一镜筒P0n内的透镜组和至少一个间隔件。
在该实施例中，透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n。间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间且可与第一透镜E1n的像侧面直接接触的第一间隔件P1n、位于第二透镜E2n与第三透镜E3n之间且可与第二透镜E2n的像侧面直接接触的第二间隔件P2n、位于第三透镜E3n与第四透镜E4n之间且可与第三透镜E3n的像侧面直接接触的第三间隔件P3n、和位于第四透镜E4n与第五透镜E5n之间且可与第四透镜E4n的像侧面直接接触的第四间隔件P4n。
在该实施例中，定位装置还可包括设置于第二透镜E2n和第三透镜E3n之间的光阑，以及设置于第五透镜E5n的像侧面S10n与成像面S13n之间的滤光片E6n。
在该实施例中第一透镜E1n具有负光焦度，其物侧面S1n为凸面，像侧面S2n为凹面。第二透镜E2n具有负光焦度，其物侧面S3n为凸面，像侧面S4n为凹面。第三透镜E3n具有正光焦度，其物侧面S5n为凸面，像侧面S6n为凸面。第四透镜E4n具有负光焦度，其物侧面S7n为凹面，像侧面S8n为凹面。第五透镜E5n具有正光焦度，其物侧面S9n为凸面，像侧面S10n为凸面。滤光片E6n具有物侧面S11n和像侧面S12n。来自物体的光由物侧至像侧依序穿过各表面并最终成像在成像面S13n上。
实施例八
图15示出了根据本申请实施例八的定位装置的结构示意图。在本实施例及以下实施例九中，为简洁起见，将省略部分与实施例七相似的描述。
如图15所示，定位装置可包括第一镜筒P0n以及容置于第一镜筒P0n内的透镜组和至少一个间隔件。
在该实施例中，透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n。间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间且可与第一透镜E1n的像侧面直接接触的第一间隔件P1n、位于第二透镜E2n与第三透镜E3n之间且可与第二透镜E2n的像侧面直接接触的第二间隔件P2n、位于第三透镜E3n与第四透镜E4n之间且可与第三透镜E3n的像侧面直接接触的第三间隔件P3n、和位于第四透镜E4n与第五透镜E5n之间且可与第四透镜E4n的像侧面直接接触的第四间隔件P4n。
在该实施例中，定位装置还可包括设置于第二透镜E2n和第三透镜E3n之间的光阑，以及设置于第五透镜E5n的像侧面S10n与成像面S13n之间的E6n。
在该实施例中第一透镜E1n具有负光焦度，其物侧面S1n为凸面，像侧面S2n为凹面。第二透镜E2n具有负光焦度，其物侧面S3n为凸面，像侧面S4n为凹面。第三透镜E3n具有正光焦度，其物侧面S5n为凸面，像侧面S6n为凸面。第四透镜E4n具有负光焦度，其物侧面S7n为凹面，像侧面S8n为凹面。第五透镜E5n具有正光焦度，其物侧面S9n为凸面，像侧面S10n为凸面。滤光片E6n具有物侧面S11n和像侧面S12n。来自物体的光由物侧至像侧依序穿过各表面并最终成像在成像面S13n上。
实施例九
图16示出了根据本申请实施例九的定位装置的结构示意图。
如图16所示，定位装置可包括第一镜筒P0n以及容置于第一镜筒P0n内的透镜组和至少一个间隔件。
在该实施例中，透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n。间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间且可与第一透镜E1n的像侧面直接接触的第一间隔件P1n、位于第二透镜E2n与第三透镜E3n之间且可与第二透镜E2n的像侧面直接接触的第二间隔件P2n、位于第三透镜E3n与第四透镜E4n之间且可与第三透镜E3n的像侧面直接接触的第三间隔件P3n、和位于第四透镜E4n与第五透镜E5n之间且可与第四透镜E4n的像侧面直接接触的第四间隔件P4n。
在该实施例中，定位装置还可包括设置于第二透镜E2n和第三透镜E3n之间的光阑，以及设置于第五透镜E5n的像侧面S10n与成像面S13n之间的滤光片E6n。
在该实施例中第一透镜E1n具有负光焦度，其物侧面S1n为凸面，像侧面S2n为凹面。第二透镜E2n具有负光焦度，其物侧面S3n为凸面，像侧面S4n为凹面。第三透镜E3n具有正光焦度，其物侧面S5n为凸面，像侧面S6n为凸面。第四透镜E4n具有负光焦度，其物侧面S7n为凹面，像侧面S8n为凹面。第五透镜E5n具有正光焦度，其物侧面S9n为凸面，像侧面S10n为凸面。滤光片E6n具有物侧面S11n和像侧面S12n。来自物体的光由物侧至像侧依序穿过各表面并最终成像在成像面S13n上。
表6示出了本申请实施例七至实施例九的定位装置的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
表6
在实施例七至实施例九中，第二透镜E2n的物侧面S3n和像侧面S4n、第三透镜E3n的物侧面S5n和像侧面S6n、第四透镜E4n的物侧面S7n和像侧面S8n，以及第五透镜E5n的物侧面S9n和像侧面S10n均为非球面，各非球面镜片的面型x可利用但不限于上述实施例一中给出的公式(1)进行限定。
表7给出了可用于实施例七至实施例九的定位装置的各非球面镜面S3n、S4n、S5n、S6n、S7n、S8n、S9n、S10n的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12和A14和A16。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S3n 1.3634E-01 -2.2555E-01 1.6976E-01 -7.3120E-02 1.8057E-02 -2.2711E-03 1.0183E-04
S4n 9.3632E-02 -1.7401E-02 -1.6107E+00 4.1420E+00 -5.1176E+00 3.2712E+00 -8.9376E-01
S5n -7.0550E-02 1.1098E-01 -1.2879E+00 4.8385E+00 -1.0834E+01 1.2643E+01 -6.5929E+00
S6n 9.2839E-01 -2.6701E+00 9.1468E+00 -2.2265E+01 3.6705E+01 -3.5532E+01 1.5903E+01
S7n 2.9848E-01 -6.7826E+00 3.2323E+01 -9.7742E+01 1.8985E+02 -2.1820E+02 1.1259E+02
S8n 5.6737E-02 -5.6224E+00 2.1268E+01 -4.5838E+01 5.5218E+01 -3.4174E+01 6.8612E+00
S9n 8.7574E-01 -1.3673E+00 -6.2823E+00 3.6389E+01 -8.0681E+01 8.7082E+01 -3.8504E+01
S10n 2.8861E-01 -2.8280E-01 1.7408E+00 -5.6573E+00 1.1362E+01 -1.1512E+01 4.3500E+00
表7
图17A示出了实施例七至实施例九的定位装置的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由定位装置后的会聚焦点偏离。图17B示出了实施例七至实施例九的定位装置的象散曲线，其表示不同像高对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图17C示出了实施例七至实施例九的定位装置的畸变曲线，其表示不同像高对应的畸变大小值。根据图17A至图17C可知，实施例七至实施例九所给出的定位装置能够实现良好的成像质量。
实施例十
图18示出了根据本申请实施例十的定位装置的结构示意图。如图18所示，定位装置可包括第一镜筒P0n以及容置于第一镜筒P0n内的透镜组和至少一个间隔件。
在该实施例中，透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n。间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间且可与第一透镜E1n的像侧面直接接触的第一间隔件P1n、位于第二透镜E2n与第三透镜E3n之间且可与第二透镜E2n的像侧面直接接触的第二间隔件P2n、和位于第三透镜E3n与第四透镜E4n之间且可与第三透镜E3n的像侧面直接接触的第三间隔件P3n。
在该实施例中，定位装置还可包括设置于第三透镜E3n和第四透镜E4n之间的光阑，以及设置于第五透镜E5n的像侧面S10n与成像面S13n之间的滤光片E6n。
在该实施例中第一透镜E1n具有负光焦度，其物侧面S1n为凸面，像侧面S2n为凹面。第二透镜E2n具有负光焦度，其物侧面S3n为凹面，像侧面S4n为凹面。第三透镜E3n具有正光焦度，其物侧面S5n为凸面，像侧面S6n为凹面。第四透镜E4n具有正光焦度，其物侧面S7n为凸面，像侧面S8n为凸面。第五透镜E5n具有正光焦度，其物侧面S9n为凹面，像侧面S10n为凸面。滤光片E6n具有物侧面S11n和像侧面S12n。来自物体的光由物侧至像侧依序穿过各表面并最终成像在成像面S13n上。
实施例十一
图19示出了根据本申请实施例十一的定位装置的结构示意图。在本实施例及以下实施例十二中，为简洁起见，将省略部分与实施例七相似的描述。
如图19所示，定位装置可包括第一镜筒P0n以及容置于第一镜筒P0n内的透镜组和至少一个间隔件。
在该实施例中，透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n。间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间且可与第一透镜E1n的像侧面直接接触的第一间隔件P1n、位于第二透镜E2n与第三透镜E3n之间且可与第二透镜E2n的像侧面直接接触的第二间隔件P2n、和位于第三透镜E3n与第四透镜E4n之间且可与第三透镜E3n的像侧面直接接触的第三间隔件P3n。
在该实施例中，定位装置还可包括设置于第三透镜E3n和第四透镜E4n之间的光阑，以及设置于第五透镜E5n的像侧面S10n与成像面S13n之间的滤光片E6n。
在该实施例中第一透镜E1n具有负光焦度，其物侧面S1n为凸面，像侧面S2n为凹面。第二透镜E2n具有负光焦度，其物侧面S3n为凹面，像侧面S4n为凹面。第三透镜E3n具有正光焦度，其物侧面S5n为凸面，像侧面S6n为凹面。第四透镜E4n具有正光焦度，其物侧面S7n为凸面，像侧面S8n为凸面。第五透镜E5n具有正光焦度，其物侧面S9n为凹面，像侧面S10n为凸面。滤光片E6n具有物侧面S11n和像侧面S12n。来自物体的光由物侧至像侧依序穿过各表面并最终成像在成像面S13n上。
实施例十二
图20示出了根据本申请实施例十二的定位装置的结构示意图。
如图20所示，定位装置可包括第一镜筒P0n以及容置于第一镜筒P0n内的透镜组和至少一个间隔件。
在该实施例中，透镜组可包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜E1n、第二透镜E2n、第三透镜E3n、第四透镜E4n和第五透镜E5n。间隔件可包括位于第一透镜E1n与第二透镜E2n之间且可与第一透镜E1n的像侧面直接接触的第一间隔件P1n、位于第二透镜E2n与第三透镜E3n之间且可与第二透镜E2n的像侧面直接接触的第二间隔件P2n、和位于第三透镜E3n与第四透镜E4n之间且可与第三透镜E3n的像侧面直接接触的第三间隔件P3n。
在该实施例中，定位装置还可包括设置于第三透镜E3n和第四透镜E4n之间的光阑，以及设置于第五透镜E5n的像侧面S10n与成像面S13n之间的滤光片E6n。
在上述实施例十至实施例十二中，第四透镜E4n与第五透镜E5n可以为胶合透镜，即第四透镜E4n的像侧面S8n可与第五透镜E5n的物侧面S9n重合。第一透镜E1n具有负光焦度，其物侧面S1n为凸面，像侧面S2n为凹面。第二透镜E2n具有负光焦度，其物侧面S3n为凹面，像侧面S4n为凹面。第三透镜E3n具有正光焦度，其物侧面S5n为凸面，像侧面S6n为凹面。第四透镜E4n和第五透镜E5n组成的胶合透镜可具有正光焦度或负光焦度，其物侧面S7n为凸面，像侧面S10n为凸面。滤光片E6n具有物侧面S11n和像侧面S12n。来自物体的光由物侧至像侧依序穿过各表面并最终成像在成像面S13n上。
表8示出了本申请实施例十至实施例十二的定位装置的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
面号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数 圆锥系数
OBJ 球面 无穷 1000.0000
S1n 球面 5.4745 0.9114 1.77 19.6
S2n 球面 1.7458 1.3041
S3n 非球面 -25.9358 0.2750 1.53 55.6 0.0000
S4n 非球面 1.0360 1.3377 0.0000
STO 非球面 1.7821 0.5516 0.0000
S5n 非球面 9.7188 0.0947 1.54 56.1 0.0000
S6n 球面 无穷 0.2533
S7n 非球面 1.5641 1.0410 1.67 19.2 0.0000
S8n/S9n 非球面 -0.8793 0.2750 1.54 56.1 0.0000
S10n 非球面 -2.0357 0.5081 0.0000
S11n 球面 无穷 0.2100 1.52 64.2
S12n 球面 无穷 1.2385
S13n 球面 无穷
表8
在实施例十至实施例十二中，第二透镜E2n的物侧面S3n和像侧面S4n、第三透镜E3n的物侧面S5n和像侧面S6n、第四透镜E4n的物侧面S7n和像侧面S8n，以及第五透镜E5n的物侧面S9n和像侧面S10n均为非球面，各非球面镜片的面型x可利用但不限于上述实施例一中给出的公式(1)进行限定。
表9给出了可用于实施例十至实施例十二的定位装置的各非球面镜面S3n、S4n、S5n、S6n、S7n、S8n、S9n、S10n的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12和A14和A16。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S3n 1.0582E-02 -2.5694E-03 2.0871E-04 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S4n 5.2423E-02 -1.5297E-02 6.6388E-02 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S5n 5.9759E-02 -1.2581E-01 1.1462E+00 -3.5953E+00 6.3650E+00 -5.6885E+00 2.0912E+00
S6n 7.0654E-02 -9.0698E-02 7.5718E-01 -1.1937E+00 4.3950E-01 1.2393E+00 -3.5206E-01
S7n 3.3269E-02 -2.2909E-01 1.5376E+00 -5.1078E+00 9.5109E+00 -9.3081E+00 3.7462E+00
S8n/S9n -1.1375E+00 2.6530E+00 -3.1239E+00 6.3913E+00 -8.1887E+00 4.1553E+00 2.7496E-01
S10n -5.7760E-02 3.4483E-01 -1.8761E-01 4.5629E-01 -1.2328E+00 1.5242E+00 -6.4502E-01
表9
图21A示出了实施例十至实施例十二的定位装置的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由定位装置后的会聚焦点偏离。图21B示出了实施例十至实施例十二的定位装置的象散曲线，其表示不同像高对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图21C示出了实施例十至实施例十二的定位装置的畸变曲线，其表示不同像高对应的畸变大小值。根据图21A至图21C可知，实施例十至实施例十二所给出的定位装置能够实现良好的成像质量。
下表10示出了根据本申请实施例七至实施例十二的定位装置的基本参数表，其中，厚度/距离和焦距的单位均为毫米(mm)。
表10
参考图1，本申请所提供的虚拟现实模组10可以由上述任意一个实施例中的目镜装置与上述任意一个实施例中的定位装置组成，目镜装置与定位装置两两组合可以形成36种虚拟现实模组，即虚拟现实模组具有36个示例。其中，示例1所对应的虚拟现实模组由实施例一的目镜装置与实施例七的定位装置组成，示例2所对应的虚拟现实模组由实施例一的目镜装置与实施例八的定位装置组成，示例3所对应的虚拟现实模组由实施例一的目镜装置与实施例九的定位装置组成，示例4所对应的虚拟现实模组由实施例一的目镜装置与实施例十的定位装置组成，示例5所对应的虚拟现实模组由实施例一的目镜装置与实施例十一的定位装置组成，示例6所对应的虚拟现实模组由实施例一的目镜装置与实施例十二的定位装置组成，示例7所对应的虚拟现实模组由实施例二的目镜装置与实施例七的定位装置组成，示例8所对应的虚拟现实模组由实施例二的目镜装置与实施例八的定位装置组成，示例9所对应的虚拟现实模组由实施例二的目镜装置与实施例九的定位装置组成，示例10所对应的虚拟现实模组由实施例二的目镜装置与实施例十的定位装置组成，示例11所对应的虚拟现实模组由实施例二的目镜装置与实施例十一的定位装置组成，示例12所对应的虚拟现实模组由实施例二的目镜装置与实施例十二的定位装置组成，以此类推。
综上，根据本申请的示例1至示例36的虚拟现实模组分别满足下表11中所示的条件式。
表11
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种虚拟现实模组，其特征在于，包括定位装置和目镜装置，其中，
所述定位装置包括第一镜筒以及容置于所述第一镜筒内的透镜组和至少一个间隔件，所述透镜组包括沿第一光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述至少一个间隔件包括位于所述第一透镜与所述第二透镜之间的第一间隔件；
所述目镜装置包括成像部，所述成像部包括第二镜筒以及容置于所述第二镜筒内的反射组件、至少一个隔离件和沿第二光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一镜片、第二镜片和第三镜片，所述至少一个隔离件包括位于所述第一镜片与所述第二镜片之间的第一隔离件；
其中，所述定位装置的最大视场角的一半Semi-FOVn、所述目镜装置的最大视场角的一半Semi-FOV、所述第一镜筒前端面最靠近物侧的内径d0sn、所述第一间隔件的物侧面的内径d1sn、所述第一隔离件的第一侧面的内径d1s及所述第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径d0s满足：
0.5＜Tan(Semi-FOVn)*(d0sn-d1sn)/|Tan(Semi-FOV)*(d1s-d0s)|＜7.0。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述目镜装置的有效焦距f、所述第二镜筒的最大高度L、所述定位装置的有效焦距fn及所述第一镜筒的最大高度Ln满足：0.5＜f/L+fn/Ln＜1.5。
3.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述第二镜筒前端面最靠近第一侧的内径d0s、所述第一镜片的有效焦距f1、所述第二镜筒前端面与所述第一隔离件之间的间隔EP01及所述第一镜片的第二侧面的曲率半径R2满足：-24.0＜d0s*(f1/EP01)/R2＜-7.0。
4.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述第一镜片的第二侧面的曲率半径R2、所述第三镜片的第二侧面的曲率半径R6、所述第二镜筒后端面最靠近第二侧的内径d0m及所述第一隔离件的第一侧面的外径D1s满足：-20＜|R6*d0m|/(R2*D1s)＜-3.0。
5.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述反射组件包括反射式偏光元件和四分之一波板，
其中所述目镜装置的有效焦距f、所述四分之一波板在所述第二光轴上的中心厚度dQWP、所述反射式偏光元件在所述第二光轴上的中心厚度dRP、所述第一隔离件的最大厚度CP1及所述第二镜筒前端面与所述第一隔离件之间的间隔EP01满足：1.0＜f/(dRP+dQWP+CP1+EP01)＜3.0。
6.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述第一透镜物侧面的曲率半径R1n、所述第一镜筒前端面最靠近物侧的外径D0sn、所述第一镜筒前端面最靠近物侧的内径d0sn、所述第一透镜的有效焦距f1n及所述第一透镜的折射率N1n满足：-1.5＜R1n*(D0sn/d0sn)/(f1n*N1n)＜-0.5。
7.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述至少一个间隔件还包括位于所述第二透镜与所述第三透镜之间的第二间隔件，
其中所述第一透镜的有效焦距f1n、所述第二透镜的有效焦距f2n、所述第一间隔件像侧面的外径D1mn、所述第一间隔件像侧面的内径d1mn及所述第一间隔件与所述第二间隔件之间的间隔EP12n满足：f1n＜0，f2n＜0，1.5＜(f2n*EP12n)/f1n*(D1mn-d1mn)＜3.5。
8.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述至少一个间隔件还包括位于所述第二透镜与所述第三透镜之间的第二间隔件，
其中所述第一透镜物侧面的曲率半径R1n、所述第一透镜像侧面的曲率半径R2n、所述第一间隔件物侧面的外径D1sn及所述第二间隔件物侧面的内径d2sn满足：7.0＜R1n*D1sn/(R2n*d2sn)＜11.5。
9.根据权利要求1所述的虚拟现实模组，其中，所述至少一个间隔件还包括位于所述第二透镜与所述第三透镜之间的第二间隔件、和位于所述第三透镜与所述第四透镜之间的第三间隔件，
其中所述第二间隔件与所述第三间隔件之间的间隔EP23n及所述第二透镜与所述第三透镜在所述第一光轴上的空气间隔T23n满足：0＜EP23n/T23n＜1.2。
10.根据权利要求1-8中的任一项所述的虚拟现实模组，其中，所述至少一个间隔件还包括位于所述第三透镜与所述第四透镜之间的第三间隔件，
其中所述第三透镜像侧面的曲率半径R6n、所述第四透镜物侧面的曲率半径R7n、所述第三间隔件像侧面的外径D3mn及所述第三间隔件像侧面的内径d3mn满足：3.5＜|R6n+R7n|/D3mn+|R6n-R7n|/d3mn＜8.5。
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