一种用于虚拟现实设备的光学系统

摘要

本发明公开了一种用于虚拟现实设备的光学系统，包括物面和像面，物面和所述像面均位于镜头的前面，物面和像面之间依次设有光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及保护玻璃，第一透镜为转折光路的塑胶棱镜，第二透镜与第三透镜胶合形成胶合玻璃透镜，第四透镜用于校正球差和色差，第五透镜用于控制主光线角度和平衡像差，第四透镜和第五透镜为塑胶透镜。本发明视角大，可以达到40度；其具有较大的出瞳距和出瞳孔径，镜头出瞳到镜头最前镜片表面距离为9mm，镜头的出瞳大小为4.5mm，用于VR设备后沉浸感更足，观影时人的生理和心理更加舒适。

权利要求

1.一种用于虚拟现实设备的光学系统，包括物面和像面，其特性在于，所述物面和所述像面均位于镜头的前面，所述物面和所述像面之间依次设有光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及保护玻璃，所述第一透镜为转折光路的塑胶棱镜，在所述第一透镜的转折光路中，其折射面为非球面，反射面为平面，所述第二透镜与所述第三透镜胶合形成胶合玻璃透镜，

所述第四透镜用于校正球差和色差，

所述第五透镜用于控制主光线角度和平衡像差，所述第四透镜和所述第五透镜为塑胶透镜，所述第一透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度，所述第二透镜与所述第三透镜组成的胶合透镜具有正的光焦度，所述第四透镜具有负光焦度，所述第五透镜具有正光焦度。

2.根据权利要求1所述的用于虚拟现实设备的光学系统，其特性在于，所述第一透镜呈三棱状，且两个透射面为非球面，所述第四透镜为弯月型透镜，其凹面朝向所述像面，所述第五透镜为弯月型透镜，其凹面朝向所述像面。

3.根据权利要求1所述的用于虚拟现实设备的光学系统，其特性在于，所述第二透镜与所述第三透镜面型为球面，所述第四透镜和所述第五透镜面型为非球面。

4.根据权利要求1所述的用于虚拟现实设备的光学系统，其特性在于，在由所述第二透镜和所述第三透镜构成的胶合透镜中，所述第二透镜为高折射率、高色散系数材料，所述第三透镜为低折射率、低色散系数材料。

说明书

一种用于虚拟现实设备的光学系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光学系统，特别是涉及一种用于虚拟现实设备的光学系统。

背景技术

[0002] 虚拟现实（Viaual Reality，简称VR）产业已经步入发展快轨道，在国内消费级硬件产品纷纷量产上市，但是产品品质参差不齐，导致用户体验反馈眩晕感严重，沉浸感不足的问题，严重影响VR产业健康可持续发展。这些问题的主要原因是没有合适的符合人生理和心理的解决方案，而合适的光学系统是其中最重要的一环。

[0003] 大多数厂商在VR设备光学部分上使用的光学镜片，只是简单的单透镜组合，或者直接使用单个镜片，实现画面的放大作用，因此市场上的VR设备视场角小，沉浸感不足；色差大，严重影响了整个画面的质感，用户体验普遍较差。

[0004] 上述缺陷，值得解决。

发明内容

[0005] 为了克服现有的技术的不足, 本发明提供一种用于虚拟现实设备的光学系统。

[0006] 本发明技术方案如下所述：

[0007] 一种用于虚拟现实设备的光学系统，包括物面和像面，其特性在于，所述物面和所述像面均位于镜头的前面，所述物面和所述像面之间依次设有光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及保护玻璃，

[0008] 所述第一透镜为转折光路的塑胶棱镜，

[0009] 所述第二透镜与所述第三透镜3胶合形成胶合玻璃透镜，

[0010] 所述第四透镜用于校正球差和色差，

[0011] 所述第五透镜用于控制主光线角度和平衡像差，所述第四透镜和所述第五透镜为塑胶透镜。

[0012] 进一步的，所述第一透镜呈三棱状，且两个透射面为非球面，所述第四透镜为弯月型透镜，其凹面朝向所述像面，所述第五透镜为弯月型透镜，其凹面朝向所述像面。

[0013] 进一步的，所述第二透镜与所述第三透镜面型为球面，所述第四透镜和所述第五透镜面型为非球面。

[0014] 进一步的，所述第一透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度，所述第二透镜与所述第三透镜组成的胶合透镜具有正的光焦度，所述第四透镜具有负光焦度，所述第五透镜具有正光焦度。

[0015] 进一步的，在所述第一透镜的转折光路中，其折射面为非球面，反射面为平面。

[0016] 进一步的，在由所述第二透镜和所述第三透镜构成的胶合透镜中，所述第二透镜为高折射率、高色散系数材料，所述第三透镜为低折射率、低色散系数材料。

[0017] 更进一步的，所述第二透镜的折射率Nd满足1.85＜Nd＜1.95，其色散系数Vd满足18＜Vd＜25。

[0018] 更进一步的，所述第三透镜的折射率Nd满足1.7＜Nd＜1.8，其色散系数Vd满足45＜Vd＜55。

[0019] 根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明视角大，可以达到40度；其具有较大的出瞳距和出瞳孔径，镜头出瞳到镜头最前镜片表面距离为9mm，镜头的出瞳大小为4.5mm，用于VR设备后沉浸感更足，观影时人的生理和心理更加舒适；本发明通过玻璃、塑胶材料的搭配使用，使得在满足加工工艺容易，使用透镜数量少，系统的像差好。

附图说明

[0020] 图1为本发明的结构示意图；

[0021] 图2为本发明的MTF图。

[0022] 在图中，1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、保护玻璃；7、光阑；8、像面。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

[0024] 如图1所示，一种用于虚拟现实设备的光学系统，包括物面和像面8，物面和像面8均位于镜头的前面，物面和像面8之间依次设有光阑7、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及保护玻璃6。

[0025] 第一透镜1为转折光路的塑胶棱镜，其类似与三棱镜，两个透射面为非球面，具有汇聚光束的作用，以便整个系统做小，其折射面为非球面，反射面为平面。

[0026] 第二透镜2与第三透镜3胶合形成胶合玻璃透镜，主要用于校正色差，使得整个系统的解像大幅提升。其中第二透镜2与第三透镜3面型为球面，另外，第二透镜2为高折射率、高色散系数材料，第三透镜3为低折射率、低色散系数材料，优选的，第二透镜2满足1.85＜Nd＜1.95，18＜Vd＜25；第三透镜3满足1.7＜Nd＜1.8，45＜Vd＜55。这里Nd是指透镜的折射率，Vd是指透镜的色散系数。

[0027] 第四透镜4用于校正球差和色差，其为弯月型透镜，其凹面朝向所述像面；第五透镜5用于控制主光线角度和平衡像差，其为弯月型透镜，其凹面朝向所述像面。第四透镜4和第五透镜5为塑胶透镜，且其镜面型为非球面，使得整个系统有较小的场曲和畸变，同时光束出射角度也能够匹配感光元件。

[0028] 第一透镜1具有正光焦度，第二透镜2具有负光焦度，第三透镜3具有正光焦度，第二透镜2与第三透镜3组成的胶合透镜具有正的光焦度，第四透镜4具有负光焦度，第五透镜5具有正光焦度。通过合理的分配光焦度，使得光学系统成像品质好、公差好、透镜加工容易。

[0029] 如图2所示，其为本发明光学系统的MTF图（MTF即光学调制函数）。本发明视角大，达到40度；瞳孔径大，达到4.5mm，角度大即可增加VR设备的沉侵感，瞳孔孔径大则人观影时生理上更加舒适。用于VR设备后沉浸感更足，观影时人的生理和心理更加舒适。本发明通过玻璃、塑胶材料的搭配使用，其中第一透镜1为塑胶转向棱镜，第二透镜2与第三透镜3为胶合的玻璃透镜，第四透镜4和第五透镜5为弯月型的塑胶透镜，这样的透镜组合使得加工工艺容易，使用透镜数量少，系统的像差好。

[0030] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

[0031] 上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。