CN205485070U - 虚拟现实的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了虚拟现实的光学系统，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)和屏幕(200)，所述的第一透镜(1)为正焦距透镜，所述的第二透镜(2)为负焦距透镜，所述的第一透镜(1)朝向光阑(100)的一面为双曲线非球面、朝向第二透镜(2)的一面为椭圆非球面，所述的第一透镜(1)朝向光阑(100)的一面的曲率半径R大于20，所述的第二透镜(2)的两面均为双曲线非球面，所述的第二透镜(2)为弯月形，并弯向第一透镜(1)。本实用新型结构简单，视场角度大，像素高，视场均匀度高，像质高，真实感强，视觉体验效果好。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及虚拟现实的光学系统。
【背景技术】
目前虚拟现实(Virtual Reality)是发展上升期，VR眼镜(虚拟现实陷阱)的原理是在显示器上显示一个图片之后，它会发出光线，基于这样的透镜，实际上这个光线到达人眼之后，由于人眼并不会拐弯，光线一直往前传播，他就会感觉到这个图像，两个光线汇聚的地方，会呈现在一个比较远的位置上，而且会把整个图像放大，其功能是将图像投远且将图像放大。当前的主流虚拟现实产品基于像谷歌眼镜，可以实现3D效果，但清晰度较差，观看3D影像时眩晕感较强。而且目前在售的所有VR头盔(头盔上装有镜片形成VR眼镜)的镜片都是单镜片，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头盔中镜片的发展趋势。对于要求越来越高的VR领域来讲，需要画面更清晰，用户体验更优质的产品。
本实用新型为正式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，视场角度大，像素高，视场均匀度高，像质高，真实感强，视觉体验 效果好的虚拟现实的光学系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
虚拟现实的光学系统，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和屏幕200，所述的第一透镜1为正焦距透镜，所述的第二透镜2为负焦距透镜，所述的第一透镜1朝向光阑100的一面为双曲线非球面、朝向第二透镜2的一面为椭圆非球面，所述的第一透镜1朝向光阑100的一面的曲率半径R大于20，所述的第二透镜2的两面均为双曲线非球面，所述的第二透镜2为弯月形，并弯向第一透镜1。
如上所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：-0.8＜f1/f2＜0，0＜f1/f＜0.5，其中f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f为虚拟现实的光学系统的总焦距。
如上所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：lens1≥50，lens1-lens 2≥15，其中，lens1为第一透镜1的色散系数，lens2为第二透镜2的色散系数。
如上所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：4＜T1/T2＜6，0.04＜A12/TL＜0.06，0.3＜(T1+T2)/TL＜0.5，0.3＜BL/TL＜0.5其中，TL为光学镜头总长，T1为第一透镜1的中心厚度，T2为第二透镜2的中心厚度，A12为第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔距离，BL为第二透镜2至屏幕200间的间隔。
如上所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第二透镜2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。
如上所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜1和第二透镜2均为塑料非球面透镜。
与现有技术相比，本实用新型有如下优点：
1、本实用新型的镜头视场角可达到90°，更真实贴近眼睛视角。
2、本实用新型成像质量高，清晰度好，且内外视场均匀度高，视觉体验较好。
3、本实用新型合理地分配放大率，有比较小的失真，像面放大后，真实感得到保证，更符合虚拟现实的要求。
4、本实用新型的第一透镜和第二透镜均为塑料非球面透镜，具有较高的通透性。
【附图说明】
图1是本实用新型示意图；
图2是光线传播的光路图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
虚拟现实的光学系统，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和屏幕200，所述的第一透镜1为正焦距透镜，所述的第二透镜2为负焦距透镜，所述的第一透镜1朝向光阑100的一面为双曲线非球面、朝向第二透镜2的一面为椭圆非球面，所述的第一透镜1朝向光阑100的一面的曲率半径R大于20，所述的第二透镜2的两面均为双曲线非球面，所述的第二透镜2为弯月形，并弯向第一透镜1。
光阑100位于光学系统第一透镜1前方，它模拟人眼的瞳孔大小。所述的第一透镜1采用正透镜，主要承担了影像放大及图像投远的效果，其中第一透镜1朝向光阑100的一面由于接眼考虑，尽量做平，使曲率半径R大于20，使用户具有更好的视觉体验。所述第二透镜2主要承担了像差的校正作用。
所述的第一透镜1和第二透镜2均为塑料非球面透镜。使虚拟现实的光学系统通透性高，而且成本低廉。所述的第一透镜1可以采用低折射率的塑胶非球面正透镜，第二透镜可以采用高折射率低色散系数的塑胶非球面透镜，从而提高光学系统的像质。
所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：-0.8＜f1/f2＜0，0＜f1/f＜0.5，其中f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f为虚拟现实的光学系统的总焦距。第一透镜1与第二透镜2为 正负镜片交替结构，可以更好的校正球差。由于第一透镜1和第二透镜2的焦距满足公式-0.8＜f1/f2＜0和0＜f1/f＜0.5，很好地解决了焦距分配问题，有效控制公差分布均衡性，而且可以有效减短光学系统的长度，使结构更紧凑。
所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：lens1≥50，lens1-lens 2≥15，其中，lens1为第一透镜1的色散系数，lens2为第二透镜2的色散系数。第一透镜1和第二透镜2的色散系数满足公式lens1≥50，lens1-lens 2≥15，可以更好地校正色差，达到失真小，成像质量高，清晰度好，视觉体验好的目的。
所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：4＜T1/T2＜6，0.04＜A12/TL＜0.06，0.3＜(T1+T2)/TL＜0.5，0.3＜BL/TL＜0.5其中，TL为光学镜头总长，T1为第一透镜1的中心厚度，T2为第二透镜2的中心厚度，A12为第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔距离，BL为第二透镜2至屏幕200间的间隔。整个虚拟现实的光学系统满足如上关系时，合理地分配放大率，有比较小的失真，像面放大后，真实感得到保证，更符合虚拟现实的要求，而且视场角可达到90°，更真实贴近眼睛视角，成像质量高，清晰度好，且内外视场均匀度高，视觉体验较好。
所述的第一透镜1、第二透镜2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 (6)
1.虚拟现实的光学系统，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)和屏幕(200)，所述的第一透镜(1)为正焦距透镜，所述的第二透镜(2)为负焦距透镜，所述的第一透镜(1)朝向光阑(100)的一面为双曲线非球面、朝向第二透镜(2)的一面为椭圆非球面，所述的第一透镜(1)朝向光阑(100)的一面的曲率半径R大于20，所述的第二透镜(2)的两面均为双曲线非球面，所述的第二透镜(2)为弯月形，并弯向第一透镜(1)。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：-0.8＜f1/f2＜0，0＜f1/f＜0.5，其中f1为第一透镜(1)的焦距，f2为第二透镜(2)的焦距，f为虚拟现实的光学系统的总焦距。
3.根据权利要求1所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：lens1≥50，lens1-lens 2≥15，其中，lens1为第一透镜(1)的色散系数，lens2为第二透镜(2)的色散系数。
4.根据权利要求1所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的虚拟现实的光学系统满足如下关系：4＜T1/T2＜6，0.04＜A12/TL＜0.06，0.3＜(T1+T2)/TL＜0.5，0.3＜BL/TL＜0.5其中，TL为光学镜头总长，T1为第一透镜(1)的中心厚度，T2为第二透 镜(2)的中心厚度，A12为第一透镜(1)与第二透镜(2)之间的空气间隔距离，BL为第二透镜(2)至屏幕(200)间的间隔。
5.根据权利要求1所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)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。
6.根据权利要求1所述的虚拟现实的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)和第二透镜(2)均为塑料非球面透镜。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106291939A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种虚拟现实显示器光学系统 |
| CN106371212A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-02-01 | 创扬通信技术（深圳）有限公司 | 双元素凸凹镜片的vr/mr光学系统及vr/mr设备 |
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2016
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| CN106291939A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种虚拟现实显示器光学系统 |
| CN106291939B (zh) * | 2016-09-30 | 2019-07-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种虚拟现实显示器光学系统 |
| CN106371212A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-02-01 | 创扬通信技术（深圳）有限公司 | 双元素凸凹镜片的vr/mr光学系统及vr/mr设备 |
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