CN218956839U - 透镜模组 - Google Patents

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CN218956839U CN202223239099.XU CN202223239099U CN218956839U CN 218956839 U CN218956839 U CN 218956839U CN 202223239099 U CN202223239099 U CN 202223239099U CN 218956839 U CN218956839 U CN 218956839U
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杨福臻
张佳宁
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Abstract

本申请实施例提供了一种透镜模组，该透镜模组包括：显示源与第一透镜；所述第一透镜包括入光面和出光面，所述入光面包括第一区域与第二区域，其中，所述入光面为菲涅尔面，出光面为非球面；所述第一区域设置于所述入光面的中心位置，所述第二区域环绕所述第一区域设置，所述第一区域包括等深或等宽菲涅尔面，所述第二区域包括等深且等宽菲涅尔面。应用本实用新型提供的透镜模组可以解决传统等深菲涅尔面中齿宽随着口径增加快速变小和传统等宽菲涅尔面中齿深随着口径增加快速变大的情况，从而改善由于菲涅尔透镜边缘齿结构过密、过深导致的的衍射圆环和齿加工不良导致的炫光问题，提高了用户的使用体验。

Description

透镜模组
本申请要求申请日为2022年10月14日、申请号为“202211259667.4”、专利名称为“光学系统、穿戴式交互装置、交互系统”的发明申请的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种透镜模组。
背景技术
在虚拟现实技术中，基于透镜模组呈现图像信息，并通过计算机技术产生的电信号，将其与各种输出设备结合，使图像信息转化为能够让人们感受到的对象，这些对象可以类似于真实的物体，也可以是虚拟出来的物体。
菲涅尔透镜通常是由许多个小锯齿构成，通过控制工作面实现光路的折射或反射，因此具有厚度较小，重量较轻的特点，还具备消除部分球差的作用，成为虚拟现实技术常用的光学模组元件。传统的菲涅尔面可以分为等宽和等深两种。
但是，由于这两种结构都为规律变化结构，各齿结构之间的光线存在规律的光程差，尤其是在光学元件的外围区域，由菲涅尔透镜边缘齿结构过密、过深导致的衍射圆环和齿加工不良导致的炫光问题，影响用户的使用体验。
实用新型内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种透镜模组，以至少部分解决上述问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种透镜模组，该透镜模组包括：显示源与第一透镜；所述第一透镜包括入光面和出光面，所述入光面包括第一区域与第二区域，其中，所述入光面为菲涅尔面，出光面为非球面；所述第一区域设置于所述入光面，所述第二区域环绕所述第一区域设置，所述第一区域包括等深或等宽菲涅尔面，所述第二区域包括等深且等宽菲涅尔面。
根据本申请实施例提供的透镜模组，通过将入光面的第一区域设置为等深或等宽菲涅尔面，入光面的第二区域设置为等深且等宽的菲涅尔面，解决了传统等深菲涅尔面中齿宽随着口径增加快速变小，传统等宽菲涅尔面中齿深随着口径增加快速变大的情况，因此改善了由菲涅尔透镜边缘齿结构过密、过深导致的衍射圆环和齿加工不良导致的炫光问题，提高了用户的使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的等深菲涅尔面的结构示意图；
图2为现有技术的等宽菲涅尔面的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种透镜模组的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种等深菲涅尔面和等深且等宽菲涅尔面的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种等宽菲涅尔面和等深且等宽菲涅尔面的结构示意图；
图6A为应用场景一中的曲面基底菲涅尔面的结构示意图；
图6B为应用场景一中的平面基底菲涅尔面的结构示意图；
图7A为应用场景一在曲面基底菲涅尔面时的调制传递函数图；
图7B为应用场景一在平面基底菲涅尔面时的调制传递函数图；
图8为应用场景一的弥散斑图；
图9为应用场景一的畸变曲线图；
图10为应用场景二中的透镜模组的结构示意图；
图11为应用场景二中的曲面基底菲涅尔面的结构示意图；
图12为应用场景二的调制传递函数图；
图13为应用场景二的弥散斑图；
图14为应用场景二的畸变曲线图；
图15为应用场景三中的透镜模组的结构示意图；
图16为应用场景三中的透镜模组的平面基底菲涅尔面的结构示意图；
图17为应用场景三的调制传递函数图；
图18为应用场景三的弥散斑图；
图19为应用场景三的畸变曲线图；
图20为应用场景四中的透镜模组的结构示意图；
图21为应用场景四中的透镜模组的平面基底菲涅尔面的结构示意图；
图22为应用场景四的调制传递函数图；
图23为应用场景四的弥散斑图；
图24为应用场景四的畸变曲线图；
图25为本申请上述应用场景中人眼与主光轴之间相对位置的示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，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，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
作为示例，图1为现有技术的等深菲涅尔面的结构示意图，如图1所示，齿深H相等，中间齿宽W一般比较宽，每一个锯齿的齿宽W从中心向两边递减，当元件口径和工作面斜率变化较大时，元件边缘区域齿宽W变的很小，模具设计和元件加工困难，导致齿宽W的控制和工作面的面型精度出现较大误差，影响光学效果。
图2为现有技术的等宽菲涅尔面的结构示意图，如图2所示，齿宽W相等，齿深H从中心向两边递增。当元件口径和工作面斜率变化较大时，元件边缘区域的齿深H变的很大，模具设计和元件加工困难，导致齿深H的控制和工作面的面型精度出现较大的误差，影响光学效果。
综上所述，由于现有的两种结构都为规律变化结构，各齿结构之间的光线存在规律的光程差，尤其是在光学元件的外围区域，由菲涅尔透镜的衍射环导致的彩色圆环和齿加工不良导致的炫光问题，影响用户的使用体验。
为了便于说明，本申请以第一区域位于入光面的中心位置为例进行说明，但应理解，该例子不对本申请进行任何限定。
图3为本申请实施例提供的一种透镜模组的结构示意图，如图3所示，该透镜模组包括：显示像源IMA与第一透镜L1，第一透镜包括入光面与出光面，入光面为菲涅尔面，出光面为非球面。入光面包括第一区域与第二区域，第一区域设于入光面，第二区域环绕第一区域设置。
图4为本申请实施例提供的一种等深菲涅尔面和等深且等宽菲涅尔面的结构示意图，如图4所示，入光面的第一区域为传统等深菲涅尔面，齿深H相等，齿宽W不等；入光面的第二区域为等深且等宽的菲涅尔面，齿宽W相等且齿深H相等。
在本申请实施例中，通过将入光面的第一区域设置为等深菲涅尔面，入光面的第二区域设置为等深且等宽的菲涅尔面，解决了传统等深菲涅尔面中齿宽W随着口径增加快速变小的情况。
图5是本申请实施例提供的一种等宽菲涅尔面和等深且等宽菲涅尔面的结构示意图，如图5所示，入光面的第一区域为传统的等宽菲涅尔，齿宽W相等，齿深H不等；入光面的第二区域为等深且等宽的菲涅尔面，齿宽W相等且齿深H相等。
在本申请实施例中，通过将入光面的第一区域设置为等宽菲涅尔面，入光面的第二区域设置为等深且等宽的菲涅尔面，解决了传统等宽菲涅尔面中齿深H随着口径增加快速变大的情况。
在一种可能的实现方式中，第一透镜满足4mm<T<10mm；其中，T为第一透镜的中心厚度。
在本申请实施例中，由于第一透镜中心厚度越大时，表示第一透镜的体积越大，重量越重，因此第一透镜的中心厚度设置为4mm至10mm之间，控制了第一透镜的中心厚度，使第一透镜更加轻薄。
在一种可能的实现方式中，第一透镜的折射率范围均大于或等于1.45，并小于或等于1.60，且第一透镜的色散系数均大于或等于50，并小于或等于75。
折射率表示光在真空中的传播速度与光在透镜中的传播速度之比，阿贝数(又称之色散系数)用于衡量透镜的成像品质，通常情况下，阿贝数又与透镜的折射率成反比，折射率越高，表示入射光发生折射的能力越强。当透镜的折射率越大时，阿贝数越小，色散越明显，成像质量越差，反之，则成像质量越好。
在本申请实施例中，通过将第一透镜的折射率范围均大于或等于1.45，并小于或等于1.60，且第一透镜的色散系数均大于或等于50，并小于或等于75，可以实现像差的校正，从而保证成像的高解析度。
在一种可能的实现方式中，第一透镜的光焦度大于或等于0，且小于或等于0.045。
光焦度用于表示透镜模组偏折光线的能力，等于透镜模组像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，当透镜的光焦度为正值时，表示透镜能够对光线进行聚焦，当透镜的光焦度为负值时，表示透镜能够对光线进行发散。
在一种可能的实现方式中，入光面的第一区域为传统等深或等宽菲涅尔面，设置于入光面的中心位置。其中，等宽菲涅尔面的齿宽W满足0.2mm≤W≤0.6mm，等深菲涅尔面的齿深H满足H≤0.6mm。
在本申请实施例中，第一区域为传统等深或等宽菲涅尔面，与非球面或球面相比，可以有效减小元件重量，提高光学模组性能。
在一种可能的实现方式中，第一透镜的入光面的第二区域为等宽且等深菲涅尔面，且第二区域环绕第一区域设置，齿宽及齿深相等，其中齿宽W满足0.2mm≤W≤0.6mm，齿深H满足H≤0.6mm，以此来划分第一区域和第二区域的范围。
在本申请实施例中，入光面的第二区域为等深且等宽菲涅尔面，可有效减小透镜边缘锯齿的加工误差，降低加工难度，提高光学模组质量，可以有效改善由菲涅尔面边缘齿结构过密、过深导致的衍射圆环和锯齿加工不良导致的炫光问题，提高用户体验。
在一种可能的实现方式中，入光面的菲涅尔面基底面可以为平面，也可以为曲面。其中，曲面基底的曲率半径R≤-40mm。
在一种可能的实现方式中，针对形成所述菲涅尔面的非球面，或者所述第一透镜的出光面，其面形曲线通过如下公式确定：
Figure BDA0003978343590000041
z用于表征矢高，c用于表征曲率半径所对应的曲率，r用于表征径向长度，k用于表征圆锥二次曲线系数，α1至α10分别用于表征曲率半径上各径向坐标所对应的系数；其中，当k小于-1时，所述面形曲线为双曲线，当k等于-1时，所述面形曲线为抛物线；当k大于-1且小于0时，所述面形曲线为椭圆，当k等于0时，所述面形曲线为圆形，当k大于0时，所述面形曲线为扁圆形。
在本申请实施例中，可以结合应用场景的需求，基于上述公式对形成所述菲涅尔面的非球面，或者所述第一透镜的出光面进行合理配置的具体面形。
在一种可能的实现方式中，第一透镜L1的出光面距离人眼的距离不小于12mm，且第一透镜L1的出光面与人眼之间形成的锥形区域范围不小于10mm。
在本申请实施例中，第一透镜L1的出光面距离人眼的距离不小于12mm，且第一透镜L1的出光面与人眼之间形成的锥形区域范围不小于10mm，使用户可快速调整到最佳成像位置，增强用户的体验感。
在一种可能的实现方式中，透镜模组的视场角FOV满足：90°≤FOV≤105°。
在本申请实施例中，通过设置透镜模组的视场角，可以减小用户的眩晕感，提高用户沉浸感。
基于本申请实施例的上述描述，以下结合具体应用场景的需求，对透镜的配置进行如下示例性说明。
表1为该透镜模组应用场景一的透镜的光学参数，其中，透镜的光焦度为0.04，视场角FOV为91°。
表1
Figure BDA0003978343590000051
其中，Nd为折射率，Vd为阿贝数，面号S1为第一透镜L1的出光面，面号S2为第一透镜L1的入光面。
表2
面号 k <![CDATA[α<sub>4</sub>]]> <![CDATA[α<sub>6</sub>]]> <![CDATA[α<sub>8</sub>]]>
S1 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00
S2 -5.85E-01 1.84E-06 2.42E-08 -1.86E-11
表2为应用场景一的透镜的光学参数示意，包括透镜的入光面S2、出光面S1与圆锥二次曲线系数k、曲率半径上各径向坐标所对应的系数α4、α6、α8的对应关系。
图6A为应用场景一中的曲面基底菲涅尔面的结构示意图，如图6A所示，当前菲涅尔面基底面的曲率半径为-70mm，第一区域为传统等宽菲涅尔面，齿宽W为0.5mm，第二区域为等深且等宽菲涅尔面，齿宽W为0.5mm，限制齿深H为0.35mm。
图6B为应用场景一中的平面基底菲涅尔面的结构示意图，如图6B所示，第一区域为传统等宽菲涅尔面,齿宽W为0.5mm，第二区域为等深且等宽菲涅尔面，齿宽W为0.5mm，限制齿深H为0.35mm。
图7A为应用场景一在曲面基底菲涅尔面时的调制传递函数图，如图7A所示，横坐标表示成像面上每毫米含有的线对(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵坐标表示调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)值。为了初步验证本公开方案的效果，配置如下八种像源参数来确定调制传递函数值。
需要说明的是，由于像源参数的相高为0.00时，子午光线(Tangential)和弧矢光线(Sagittal)重合，因此由同一条曲线进行表示，下述如无特殊说明，在本申请中均用同一条曲线表示。
八种像源参数中，每个像源参数包括显示像源的像高、成像质量是子午光线(Tangential)成像质量还是弧矢光线(Sagittal)成像质量，具体如下：
(1)像高为0.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(2)像高为0.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(3)像高为14.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF6；
(4)像高为14.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF5；
(5)像高为22.40mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF4；
(6)像高为22.40mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF3；
(7)像高为28.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF2；
(8)像高为28.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF1；
应理解，由于多条曲线重合，因此图中部分曲线的区别不是很明显，本图仅作为一种示例，不对本申请作任何限定。
参见图7A所示，图中显示透镜模组在各个视场的MTF(Modulation TransferFunction，MTF)值均在0.4以上，因此，具有良好的分辨率。
图7B为应用场景一在平面基底菲涅尔面时的调制传递函数图，横坐标表示成像面上每毫米含有的线对(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵坐标表示调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)值。与曲面基底菲涅尔面配置相同的像源参数，具体如下：
(1)像高为0.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(2)像高为0.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(3)像高为14.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF6；
(4)像高为14.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF5；
(5)像高为22.40mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF4；
(6)像高为22.40mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF3；
(7)像高为28.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF2；
(8)像高为28.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF1；
参见图7B所示，与曲面基底菲涅尔面(图7A中的曲线)相比，透镜模组在边缘视场性能有下降，但各个视场的MTF(Modulation Transfer Function，MTF)值均在0.4以上，因此，具有良好的分辨率。
图8为应用场景一的弥散斑图，由图8可见，显示像源的像源参数为(x方向像高，y方向像高)，本实施例中以11组显示像源的像源参数为例，从视场弥散斑角度来对本公开实施例的技术效果进行说明。11组显示像源的像源参数分别记为IMA(0.000mm,0.000mm)、IMA(0.000mm,2.800mm)、IMA(0.000mm,5.600mm)、IMA(0.000mm,8.400mm)、IMA(0.000mm,11.200mm)、IMA(0.000mm,14.000mm)、IMA(0.000mm,16.800mm)、IMA(0.000mm,19.600mm)、IMA(0.000mm,22.400mm)、IMA(0.000mm,25.200mm)、IMA(0.000mm,28.000mm)。
如图8所示，在11组显示像源的像源参数下，弥散斑的大小均小于匹配成像质量较好时的弥散斑尺寸阈值(比如为300μm)，因此，成像质量好。
图9为应用场景一的畸变曲线图。如图9所示，由于畸变值位于0左侧，因此，畸变无反曲。为此，表明本公开实施例的方案，畸变呈现线性变化。
表3为该透镜模组应用场景二透镜的光学参数光焦度为0.04，视场角FOV为102.5°，表3
Figure BDA0003978343590000071
其中，Nd为折射率，Vd为阿贝数，面号S1为第一透镜L1的出光面，面号S2为第一透镜L1的入光面。
表4
面号 k <![CDATA[α<sub>4</sub>]]> <![CDATA[α<sub>6</sub>]]> <![CDATA[α<sub>8</sub>]]>
S1 -8.04E+01 1.43E-05 -1.82E-08 3.48E-12
S2 -5.93E-01 4.18E-06 2.70E-08 -8.31E-12
表4为透镜的光学参数示意，包括透镜的入光面S2、出光面S1与圆锥二次曲线系数k、曲率半径上各径向坐标所对应的系数α4、α6、α8的对应关系。
图10为应用场景二中的透镜模组的结构示意图，与应用场景一的透镜模组(如图3)相比透镜的厚度明显变薄，体积变小。
图11为应用场景二中的曲面基底菲涅尔面的结构示意图，如图11所示，该菲涅尔面曲面基底的曲率半径为-220mm。第一区域为传统等深菲涅尔面，齿深H为0.2mm，第二区域为等深且等宽菲涅尔面，齿深H为0.2mm，限制齿宽W为0.2mm。
图12为应用场景二的调制传递函数图，如图12所示，横坐标表示成像面上每毫米含有的线对(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵坐标表示调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)值。为了初步验证本公开方案的效果，配置如下八种像源参数来确定调制传递函数值。
八种像源参数中，每个像源参数包括显示像源的像高、成像质量是子午光线(Tangential)成像质量还是弧矢光线(Sagittal)成像质量，具体如下：
(1)像高为0.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(2)像高为0.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(3)像高为14.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF6；
(4)像高为14.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF5；
(5)像高为22.40mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF4；
(6)像高为22.40mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF3；
(7)像高为28.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF2；
(8)像高为28.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF1；
参见图12所示，图中显示应用场景二的透镜模组在各个视场的MTF值均在0.3以上，具有良好的分辨率。
图13为应用场景二的弥散斑图，由图13可见，显示像源的像源参数记为(x方向像高，y方向像高)，本实施例中以11组显示像源的像源参数为例，从视场弥散斑角度来对本公开实施例的技术效果进行说明。
11组显示像源的像源参数分别记为IMA(0.000mm,0.000mm)、IMA(0.000mm,2.800mm)、IMA(0.000mm,5.600mm)、IMA(0.000mm,8.400mm)、IMA(0.000mm,11.200mm)、IMA(0.000mm,14.000mm)、IMA(0.000mm,16.800mm)、IMA(0.000mm,19.600mm)、IMA(0.000mm,22.400mm)、IMA(0.000mm,25.200mm)、IMA(0.000mm,28.000mm)。
如图13所示，由于不同视场弥散斑均小于300μm，因此成像质量好。
图14为应用场景二的畸变曲线图，如图14所示，由于畸变值位于0左侧，因此，畸变无反曲。为此，表明本公开实施例的方案，畸变呈现线性变化。
表5为该透镜模组的应用场景三的光学参数，其中，透镜的光焦度为0.04，视场角FOV为104°。
表5
Figure BDA0003978343590000091
其中，Nd为折射率，Vd为阿贝数，面号S1为第一透镜L1的出光面，面号S2为第一透镜L1的入光面。
表6
面号 k <![CDATA[α<sub>4</sub>]]> <![CDATA[α<sub>6</sub>]]> <![CDATA[α<sub>8</sub>]]>
S1 -8.04E+01 1.43E-05 -1.82E-08 3.48E-12
S2 -5.93E-01 4.18E-06 2.70E-08 -8.31E-12
表6为透镜的光学参数示意，包括透镜的入光面S2、出光面S1与圆锥二次曲线系数k、曲率半径上各径向坐标所对应的系数α4、α6、α8的对应关系。
图15为应用场景三中的透镜模组的结构示意图，与应用场景一(如图3)的透镜模组相比材料和光学参数发生变化。
图16为应用场景三中的透镜模组的平面基底菲涅尔面的结构示意图，菲涅尔面基底面为平面。第一区域为传统等宽菲涅尔面齿宽W为0.2mm，第二区域为等深且等宽菲涅尔面，齿宽W为0.2mm，限制齿深H为0.15mm。
图17为应用场景三的调制传递函数图，如图17所示，横坐标表示成像面上每毫米含有的线对(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵坐标表示调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)值。为了初步验证本公开方案的效果，配置如下八种像源参数来确定调制传递函数值。
八种像源参数中，每个像源参数包括显示像源的像高、成像质量是子午光线(Tangential)成像质量还是弧矢光线(Sagittal)成像质量，具体如下：
(1)像高为0.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(2)像高为0.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(3)像高为7.66mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF6；
(4)像高为7.66mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF5；
(5)像高为13.40mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF4；
(6)像高为13.40mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF3；
(7)像高为19.15mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF2；
(8)像高为19.15mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF1；
参见图17，图中显示应用场景三的透镜模组在各个视场的MTF值均在0.2以上，具有良好的分辨率。
图18为应用场景三的弥散斑图，由图18可见，显示像源的像源参数记为(x方向像高，y方向像高)，本实施例中以11组显示像源的像源参数为例，从视场弥散斑角度来对本公开实施例的技术效果进行说明。
11组显示像源的像源参数分别记为IMA(0.000mm,0.000mm)、IMA(0.000mm,2.800mm)、IMA(0.000mm,5.600mm)、IMA(0.000mm,8.400mm)、IMA(0.000mm,11.200mm)、IMA(0.000mm,14.000mm)、IMA(0.000mm,16.800mm)、IMA(0.000mm,19.600mm)、IMA(0.000mm,22.400mm)、IMA(0.000mm,25.200mm)、IMA(0.000mm,28.000mm)。
参见图18，由于不同视场弥散斑均小于350μm，成像质量良好。
图19为应用场景三的畸变曲线图，如图19所示，由于畸变值位于0左侧，因此，畸变无反曲。为此，表明本公开实施例的方案，畸变呈现线性变化。
表7为应用场景四透镜的光学参数，光焦度为0.042，视场角FOV为98°。
表7
Figure BDA0003978343590000101
Figure BDA0003978343590000111
其中，Nd为折射率，Vd为阿贝数，面号S1为第一透镜L1的出光面，面号S2为第一透镜L1的入光面。
表8
面号 k <![CDATA[α<sub>4</sub>]]> <![CDATA[α<sub>6</sub>]]> <![CDATA[α<sub>8</sub>]]>
S1 -8.04E+01 1.43E-05 -1.82E-08 3.48E-12
S2 -5.93E-01 4.18E-06 2.70E-08 -8.31E-12
表8为透镜的光学参数示意，入光面S2、出光面S1与圆锥二次曲线系数k、曲率半径上各径向坐标所对应的系数α4、α6、α8的对应关系。
图20为应用场景四中的透镜模组的结构示意图，与应用场景一(如图3)不同的是透镜的面型和厚度产生变化。
图21为应用场景四中的透镜模组的平面基底菲涅尔面的结构示意图。第一区域为传统等深菲涅尔面，齿深H为0.6mm，第二区域为等深且等宽菲涅尔面，齿深H为0.6mm，限制齿宽W为0.6mm。
图22为应用场景四的调制传递函数图，如图12所示，横坐标表示成像面上每毫米含有的线对(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵坐标表示调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)值。为了初步验证本公开方案的效果，配置如下八种像源参数来确定调制传递函数值。
八种像源参数中，每个像源参数包括显示像源的像高、成像质量是子午光线(Tangential)成像质量还是弧矢光线(Sagittal)成像质量，具体如下：
(1)像高为0.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(2)像高为0.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF7；
(3)像高为14.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF6；
(4)像高为14.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF5；
(5)像高为22.40mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF4；
(6)像高为22.40mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF3；
(7)像高为28.00mm、子午光线(Tangential)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF2；
(8)像高为28.00mm、弧矢光线(Sagittal)成像质量，其对应的调制传递函数标为MTF1；
参见图22，图中显示应用场景四的透镜模组在各个视场的MTF值均在0.2以上，具有良好的分辨率。
图23为应用场景四的弥散斑图，由图23可见，显示像源的像源参数记为(x方向像高，y方向像高)，本实施例中以11组显示像源的像源参数为例，从视场弥散斑角度来对本公开实施例的技术效果进行说明。
11组显示像源的像源参数分别记为IMA(0.000mm,0.000mm)、IMA(0.000mm,2.800mm)、IMA(0.000mm,5.600mm)、IMA(0.000mm,8.400mm)、IMA(0.000mm,11.200mm)、IMA(0.000mm,14.000mm)、IMA(0.000mm,16.800mm)、IMA(0.000mm,19.600mm)、IMA(0.000mm,22.400mm)、IMA(0.000mm,25.200mm)、IMA(0.000mm,28.000mm)。
参见图23，由于不同视场弥散斑均小于400μm，成像质量好。
图24为应用场景四的畸变曲线图，如图24所示，由于畸变值位于0左侧，因此，畸变无反曲。为此，表明本公开实施例的方案，畸变呈现线性变化。
图25为本申请上述应用场景中人眼与主光轴之间相对位置的示意图，如图25所示，由于位置B位于透镜模组的主光轴上，像差相对较小，因此，当人眼位于位置B时，成像质量最佳，而由于其他位置偏离主光轴，残余像差显著影响成像效果，因此人眼位于位置A、位置C、位置D、位置E、位置F时，成像质量有所降低。
本申请实施例还提供一种穿戴式交互装置，其包括本申请实施例任一项透镜模组。
本申请实施例还提供一种交互系统，其包括本申请实施例的穿戴式交互装置。
在本实用新型的描述中，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；可以是直接相连，也可通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种透镜模组，其特征在于，包括：显示源与第一透镜；
所述第一透镜包括入光面和出光面，所述入光面包括第一区域与第二区域，其中，所述入光面为菲涅尔面，出光面为非球面；
所述第一区域设置于所述入光面，所述第二区域环绕所述第一区域设置，所述第一区域包括等深或等宽菲涅尔面，所述第二区域包括等深且等宽菲涅尔面。
2.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度T满足：4mm<T<10mm。
3.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜的折射率大于或等于1.45，并小于或等于1.60；所述第一透镜的色散系数大于或等于50，并小于或等于75。
4.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜的光焦度大于或等于0，且小于或等于0.045。
5.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一区域为等宽菲涅尔面，其中，所述等宽菲涅尔面的齿宽W满足：0.2mm≤W≤0.6mm；
或者，所述第一区域为等深菲涅尔面，其中，所述等深菲涅尔面的齿深H满足：H≤0.6mm。
6.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第二区域为等深且等宽菲涅尔面，其中，所述等深且等宽菲涅尔面的齿宽W满足：0.2mm≤W≤0.6mm，齿深H满足：H≤0.6mm。
7.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述菲涅尔面包括平面基底，或者，所述菲涅尔面包括曲率半径小于或等于-40mm的曲面基底。
8.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，针对形成所述菲涅尔面的非球面，或者所述第一透镜的出光面，其面形曲线通过如下公式确定：
z用于表征矢高，c用于表征曲率半径所对应的曲率，r用于表征径向长度，k用于表征圆锥二次曲线系数，α1至α10分别用于表征曲率半径上各径向坐标所对应的系数；其中，当k小于-1时，所述面形曲线为双曲线，当k等于-1时，所述面形曲线为抛物线；当k大于-1且小于0时，所述面形曲线为椭圆，当k等于0时，所述面形曲线为圆形，当k大于0时，所述面形曲线为扁圆形。
9.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一透镜的出光面距离人眼的距离大于或等于12mm，且所述第一透镜的出光面与人眼之间形成的锥形区域范围大于或等于10mm。
10.根据权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述透镜模组的视场角FOV满足：90°≤FOV≤105°。
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