CN205485019U - 一种光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光学系统，包括光阑(100)，从所述的光阑(100)向后依次设有第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)以及显示屏(200)，所述的第一透镜(1)为双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为弯月形非球面透镜，所述的第三透镜(3)为双凸形非球面透镜，所述的第四透镜(4)为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜(1)与第二透镜(2)用光学胶水粘合在一起形成胶合透镜组(300)，且胶合面弯向光阑(100)。本实用新型结构简单，清晰度高，视场角度大，适用范围广。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种光学系统。
【背景技术】
目前虚拟现实(Virtual Reality)是发展上升期，VR眼镜(虚拟现实眼镜)的原理类似于放大镜，就是把画面放大，人眼感知这个放大了的画面。当前的主流产品为一片式，可以实现3D效果，但清晰度较差，观看3D影像时眩晕感较强。局限于能优化的参数过少，镜片的成像质量很难提高，比如色散畸变这类像差，单镜片几乎是无法消除的，为此，镜片组的方案是未来的VR头盔(镜片装在头盔上成为VR眼镜)中镜片的发展趋势。
因此，本实用新型正是基于以上的不足而产生的。
【实用新型内容】
本实用新型目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单，清晰度高，视场角度大，适用范围广的光学系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种光学系统，其特征在于：包括光阑100，从所述的光阑100向后依次设有第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及显示屏200，所述的第一透镜1为双凸形非球面透镜，所述的第二透镜2为弯月形非球面透镜，所述的第三透镜3为双凸形非球面透镜， 所述的第四透镜4为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜1与第二透镜2用光学胶水粘合在一起形成胶合透镜组300，且胶合面弯向光阑100。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1的光焦度为正，所述的第二透镜2的光焦度为负，所述的第三透镜3的光焦度为正，所述的第四透镜4的光焦度为负。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述的胶合透镜组300的光焦度为正，且相对于显示屏200固定不动；所述的三透镜3为正光焦度且能相对显示屏200前后移动的透镜；所述的第四透镜4为负光焦度且相对于显示屏200固定不动的透镜。
如上所述的光学系统，其特征在于：从光阑100至显示屏200方向，所述的第一透镜1的第一面为双曲线非球面、第二面为抛物线非球面；所述的第二透镜2的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面；所述的第三透镜3的第一面为双曲线非球面、第二面为双曲线非球面；所述的第四透镜4的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述的第二透镜2和第四透镜4朝光阑100一侧弯曲。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述的光学系统的物距为-125mm～-4000mm。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述光学系统的光阑100与第一透镜1的距离为固定值14mm。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均为塑料非球面透镜。
如上所述的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的非球面表面形状满足以下方程： 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
与现有技术相比，本实用新型有如下优点：
1、本实用新型的视场角非常大，视场角可达到120°，3D效果更明显，观看影像时有身临其境的完美感受。
2、本实用新型的清晰度非常高，且画面均匀，无论眼镜怎么转动，都能够看清整个画面。
3、本实用新型适用于所有体验者，可以调节视度，任何使用者都可以通过调节视度，看清楚画面。
4、本实用新型畸变很小，市面上常见的一片式结构为了追求大视场角，畸变都很大，有明显的画面变形，本实用新型整个画面内没有明显变形。
5、本实用新型的镜片全部采用塑料镜片，系统非常轻便，且 有较高的通透性。
6、本实用新型能合理的分配放大率，畸变很小，像面放大后，真实感得到保证，更符合虚拟现实的要求。
【附图说明】
图1是本实用新型光学系统图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
一种光学系统，包括光阑100，从所述的光阑100向后依次设有第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4以及显示屏200，所述的第一透镜1为双凸形非球面透镜，所述的第二透镜2为弯月形非球面透镜，所述的第三透镜3为双凸形非球面透镜，所述的第四透镜4为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜1与第二透镜2用光学胶水粘合在一起形成胶合透镜组300，且胶合面弯向光阑100。
光阑100设置于第一透镜1前方14mm位置，它模拟人眼的瞳孔大小，显示屏200发出的光线经第四透镜4、第三透镜3、第二透镜2、第一透镜1和光阑100后进入人眼，实际使用时，光线是逆向传播的。光阑100设置在第一透镜1前方14mm处在保证整个光学系统高质量成像的同时能够保证光学系统结构紧凑。
第一透镜1和第二透镜2胶合在一起形成胶合透镜组300，能够很好的矫正轴上各种像差。另外，从光阑100往显示屏200方向，第一透镜1的第一面采用双曲线非球面，光线在此非球面处有明显的转折，使得通过光阑孔径的所有光线都能顺利进入光学系统，也有效的 减小了其后面镜片的尺寸，减小了光学系统体积。
第一透镜1和第二透镜2胶合在一起形成胶合透镜组300，且胶合面弯向光阑100，不仅使第一辅助光线有很好的走向，而且还能够矫正球差和正弦差，利用胶合透镜的特性，很好的矫正了光学系统的色差。同时，光学系统中第三透镜3和第四透镜4分开使用，能够很好的矫正光学系统的场曲及畸变，实现高分辨率。
整个光学系统采用单透镜和胶合透镜组配合使用，不仅消除了整个光学系统的色差，也很好的平衡了整个光学系统的像差，使得光学系统的像面中心和边缘都有相当高的分辨率。
所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均为塑料非球面透镜。全部采用塑料镜片，系统非常轻便，且有较高的通透性。有效的控制成本，减小光学系统体积，减轻光学系统的重量。
所述的第一透镜1的光焦度为正，所述的第二透镜2的光焦度为负，所述的第三透镜3的光焦度为正，所述的第四透镜4的光焦度为负。所述的第一透镜1为塑料非球面正透镜，使得通过光阑100孔径的所有光线都能顺利进入整个光学系统，实现了大视场角，视场角可达到120°，实现明显的3D效果，第一透镜1主要承担了图像放大及图像投远的效果。所述的第一透镜1和第三透镜3可以采用低折射率光学塑料。第二透镜2和第四透镜4采用高折射率的光学塑料。
所述的胶合透镜组300的光焦度为正，且相对于显示屏200固定不动；所述的三透镜3为正光焦度且能相对显示屏200前后移动的透镜；所述的第四透镜4为负光焦度且相对于显示屏200固定不动的透 镜。胶合透镜组300相对显示屏200固定不动，第三透镜3可以相对显示屏200前后移动，而第四透镜3又相对显示屏200固定不动。因此，利用人眼成像原理，当近视眼用户使用时，画面需向眼睛方向移动，调节第三透镜3的位置，补偿由近视引起的画面移动量，使得系统始终能够聚焦在显示屏200上。利用光路可逆原理，显示屏200发出的光线也能够进入人眼，聚焦在视网膜上，不同视度的人，只要将第三透镜3调整到合适的位置，就能够看清楚画面，实现光学系统内部对焦、视度调整，适用于所有体验者，改善了市面上的产品只能用于正常视力使用者的局限性。
从光阑100至显示屏200方向，所述的第一透镜1的第一面为双曲线非球面、第二面为抛物线非球面；所述的第二透镜2的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面；所述的第三透镜3的第一面为双曲线非球面、第二面为双曲线非球面；所述的第四透镜4的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面。这样的结构设计清晰度非常高，且画面均匀，畸变很小，成像质量高。
所述的第二透镜2和第四透镜4朝光阑100一侧弯曲，畸变很小，像面放大后，真实感得到保证，更符合虚拟现实的要求。
所述的光学系统的物距为-125mm～-4000mm。
所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的非球面表面形状满足以下方程： 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数； 当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
Claims (9)
1.一种光学系统，其特征在于：包括光阑(100)，从所述的光阑(100)向后依次设有第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)以及显示屏(200)，所述的第一透镜(1)为双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为弯月形非球面透镜，所述的第三透镜(3)为双凸形非球面透镜，所述的第四透镜(4)为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜(1)与第二透镜(2)用光学胶水粘合在一起形成胶合透镜组(300)，且胶合面弯向光阑(100)。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)的光焦度为正，所述的第二透镜(2)的光焦度为负，所述的第三透镜(3)的光焦度为正，所述的第四透镜(4)的光焦度为负。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的胶合透镜组(300)的光焦度为正，且相对于显示屏(200)固定不动；所述的三透镜(3)为正光焦度且能相对显示屏(200)前后移动的透镜；所述的第四透镜(4)为负光焦度且相对于显示屏(200)固定不动的透镜。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：从光阑(100)至显示屏(200)方向，所述的第一透镜(1)的第一面为双曲线非球面、第二面为抛物线非球面；所述的第二透镜(2)的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面；所述的第三透镜(3)的 第一面为双曲线非球面、第二面为双曲线非球面；所述的第四透镜(4)的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的第二透镜(2)和第四透镜(4)朝光阑(100)一侧弯曲。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的光学系统的物距为-125mm～-4000mm。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述光学系统的光阑(100)与第一透镜(1)的距离为固定值14mm。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)均为塑料非球面透镜。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)的非球面表面形状满足以下方程： 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2021134784A1 (zh) * | 2020-01-03 | 2021-07-08 | 南昌欧菲精密光学制品有限公司 | 光学系统、摄像模组及电子装置 |
| WO2021196746A1 (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 歌尔股份有限公司 | 光学系统、组装方法及虚拟现实设备 |
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2016
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