光學系統以及VR眼鏡的制作方法
光學系統以及vr眼鏡
技術領域
1.本發明涉及光學技術領域，特別涉及vr眼鏡技術領域，具體涉及一種光學系統以及vr眼鏡。
背景技術：
2.隨著顯示技術的發展，虛擬現實(virtualreality，vr)顯示技術受到了廣泛的關注，逐漸出現在了人們的生活和工作中。在vr顯示領域，為使得vr設備更輕更薄，多數技術人員均選擇采用pancake式的折疊光路結構，傳統pancake折疊光路結構的工作原理為：屏幕發出的第一線偏振光，經過第一1/4波片qwp1，變為圓偏振光；然后經過單個透鏡或多個透鏡組成的透鏡組，其中一片透鏡的一個表面上設置有部分反射膜；部分光線透過透鏡，由于透鏡的雙折射效應，光線由圓偏振光退偏為橢圓偏振光，但比較接近圓偏振光；然后經過第二1/4波片qwp2，變為比較接近第二線偏振光的橢圓偏振光；在此過程中，如果光線沒有退偏，此時應為與偏振反射片pbs透光軸垂直的第二線偏振光，則光線會被pbs全部反射，但光線退偏為橢圓偏振光后，將有部分光線透過pbs形成鬼影；剩余光線反射回來，同時變為第二線偏振光；然后，被pbs反射回來的第二線偏振光，經過qwp2，變為圓偏振光；接著經過透鏡并被部分反射膜反射，并再次經過透鏡，變為比較接近圓偏振光的橢圓偏振光，再經過qwp2，變為比較接近第三線偏振光的橢圓偏振光，此時大部分光線能夠透過pbs形成主像，剩余光線被pbs反射回來，造成有效光的損失；此結構可大大減小vr光學結構的厚度，但也帶來了較為嚴重的雜散光，形成鬼影等不良，影響用戶的觀看效果。
技術實現要素：
3.本發明的主要目的是提出一種光學系統以及vr眼鏡，旨在提供一種高像質、大視場、大光圈且雜光少的光學系統，使用戶獲得較佳的觀看效果。
4.為實現上述目的，本發明提出的一種光學系統，所述光學系統具有沿光軸的延伸方向呈相對設置的物側和像側，所述光學系統包括從所述像側至所述物側依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中：
5.所述第一透鏡靠近所述像側的端面上鍍半反半透膜，靠近所述物側的端面上鍍ar透膜；
6.所述第二透鏡靠近所述像側的一端面上鍍ar增透明，靠近所述物側的端面上膠合有四分之一波片膜，所述四分之一波片膜背離所述第二透鏡的端面上膠合線偏振膜；
7.所述第三透鏡的靠近所述物側和所述像側的兩個端面上均鍍ar增透膜。
8.可選地，所述第一透鏡的光焦度為正；和/或，
9.所述第二透鏡的光焦度為負；和/或，
10.所述第三透鏡的光焦度為正。
11.可選地，所述第一透鏡的膨脹系數為p1，50《p1《70；和/或，
12.所述第二透鏡的膨脹系數為p2，50《p2《70；和/或，
13.所述第三透鏡的膨脹系數為p3，50《p3《70。
14.可選地，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡均為非球面鏡；和/或，
15.所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡至少其中之一的材質為塑料材質。
16.可選地，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡中任意一個的非球面的表面形狀滿足公式i，公式i為
[0017][0018]
其中，c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數，a1至a8分別為各徑向坐標所對應的系數。
[0019]
可選地，所述像側的光線依次穿過所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述四分之一波片膜，被所述線偏振膜反射形成反射光；
[0020]
所述反射光依次穿過所述四分之一波片膜、所述第二透鏡和所述第一透鏡，被所述第一透鏡靠近所述像側的一端面上的半反半透膜反射形成二次反射光；
[0021]
所述二次反射光依次穿過所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述四分之一波片膜、所述線偏振膜和所述第三透鏡，到達所述物側。
[0022]
可選地，所述四分之一波片膜與所述像側之間的偏振態為順時針圓偏振，所述四分之一波片膜與所述線偏振膜之間的偏振態為豎直線偏振。
[0023]
可選地，所述線偏振膜與所述第一透鏡之間的偏振態為逆時針圓偏振。
[0024]
可選地，所述第一透鏡與所述四分之一波片膜之間的偏振態為逆時針圓偏振，所述四分之一波片膜與所述物側之間的偏振態為水平線偏振。
[0025]
此外，本發明還提出了一種vr眼鏡，包括光學系統，所述光學系統具有沿光軸的延伸方向呈相對設置的物側和像側，所述光學系統包括從所述像側至所述物側依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中：
[0026]
所述第一透鏡靠近所述像側的端面上鍍半反半透膜，靠近所述物側的端面上鍍ar透膜；
[0027]
所述第二透鏡靠近所述像側的一端面上鍍ar增透明，靠近所述物側的端面上膠合有四分之一波片膜，所述四分之一波片膜背離所述第二透鏡的端面上膠合線偏振膜；
[0028]
所述第三透鏡的靠近所述物側和所述像側的兩個端面上均鍍ar增透膜。
[0029]
在本發明提供的技術方案中，所述像側的光線依次穿過所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述四分之一波片膜，被所述線偏振膜反射形成反射光；所述反射光依次穿過所述四分之一波片膜、所述第二透鏡和所述第一透鏡，被所述第一透鏡靠近所述像側的一端面上的半反半透膜反射形成二次反射光；所述二次反射光依次穿過所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述四分之一波片膜、所述線偏振膜和所述第三透鏡，到達所述物側，實際上，在光線的傳播路徑上，通過在透鏡模組(即第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡)與線偏振膜之間的光路上增設相位補償元件，對透鏡模組與線偏振膜之間傳輸的偏振光進行偏振補償，使得入射到線偏振膜的偏振光為對應的線偏振光；這樣能夠有效地補償因透鏡的雙折射效應導致的光線退偏，有利于消除鬼影，且保證光效，從而提高成像質量，改善用戶的觀看效果。
附圖說明
[0030]
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。
[0031]
圖1為本發明提供的光學系統的一實施例的結構示意圖；
[0032]
圖2為本發明提供的光學系統的mtf曲線圖；
[0033]
圖3為本發明提供的光學系統的畸變曲線圖。
[0034]
附圖標號說明：
[0035]
標號名稱標號名稱100光學系統6順時針圓偏振1第一透鏡7豎直線偏振2第二透鏡8水平線偏振3第三透鏡9逆時針圓偏振4四分之一波片膜10物側5線偏振膜20像側
[0036]
本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
[0037]
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0038]
需要說明，若本發明實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后
……
)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。
[0039]
另外，若本發明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，全文中出現的“和/或”的含義，包括三個并列的方案，以“a和/或b”為例，包括a方案、或b方案、或a和b同時滿足的方案。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護范圍之內。
[0040]
隨著顯示技術的發展，虛擬現實(virtualreality，vr)顯示技術受到了廣泛的關注，逐漸出現在了人們的生活和工作中。在vr顯示領域，為使得vr設備更輕更薄，多數技術人員均選擇采用pancake式的折疊光路結構，此結構可大大減小vr光學結構的厚度，但也帶來了較為嚴重的雜散光，形成鬼影等不良，影響用戶的觀看效果。
[0041]
鑒于此，本發明提供光學系統，圖1為本發明提供的光學系統一實施例，以下結合具體的附圖主要對所述光學系統進行說明。
[0042]
請參閱圖1，一種光學系統100，具有沿光軸的延伸方向呈相對設置的物側和像側，所述光學系統100包括從所述像側至所述物側依次設置的第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3，其中：所述第一透鏡1靠近所述像側的端面上鍍半反半透膜，靠近所述物側的端面上鍍ar透膜；所述第二透鏡2靠近所述像側的一端面上鍍ar增透明，靠近所述物側的端面上膠合有四分之一波片膜，所述四分之一波片膜背離所述第二透鏡2的端面上膠合線偏振膜5；所述第三透鏡3的靠近所述物側和所述像側的兩個端面上均鍍ar增透膜。
[0043]
在本發明提供的技術方案中，所述像側的光線依次穿過所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述四分之一波片膜，被所述線偏振膜5反射形成反射光；所述反射光依次穿過所述四分之一波片膜、所述第二透鏡2和所述第一透鏡1，被所述第一透鏡1靠近所述像側的一端面上的半反半透膜反射形成二次反射光；所述二次反射光依次穿過所述第一透鏡1、所述第二透鏡2、所述四分之一波片膜、所述線偏振膜5和所述第三透鏡3，到達所述物側，實際上，在光線的傳播路徑上，通過在透鏡模組(即所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述第三透鏡3)與線所述偏振膜之間的光路上增設四分之一波片，對透鏡模組與所述線偏振膜5之間傳輸的偏振光進行偏振補償，使得入射到所述線偏振膜5的偏振光為對應的線偏振光；這樣能夠有效地補償因透鏡的雙折射效應導致的光線退偏，有利于消除鬼影，且保證光效，從而提高成像質量，改善用戶的觀看效果。
[0044]
進一步地，在本實施例中，為了保證光線能夠順利在所述光學系統100中傳遞，所述第一透鏡1的光焦度為正；所述第二透鏡2的光焦度為負；所述第三透鏡3的光焦度為正。
[0045]
更近一步地，所述第一透鏡1的膨脹系數為p1，50《p1《70，所述第一透鏡1的膨脹系數可以是50、可以是55、可以60、可以是65、還可以是70；所述第二透鏡2的膨脹系數為p2，50《p2《70，所述第二透鏡2的膨脹系數可以是50、可以是55、可以60、可以是65、還可以是70；所述第三透鏡3的膨脹系數為p3，50《p3《70；所述第三透鏡3的膨脹系數可以是50、可以是55、可以60、可以是65、還可以是70。需要說明是，在上述膨脹系數范圍內能夠保證光線順利地在所述光學系統100中傳遞，有利于消除鬼影，且保證光效，從而提高成像質量，改善用戶的觀看效果，作為本實施例的一個優選實施例，所述第一透鏡1的膨脹系數p1為60，所述第二透鏡2的膨脹系數p2為60，所述第三透鏡3的膨脹系數p3為60。
[0046]
此外，所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述第三透鏡3的材質不做限定，只要是透明且能夠傳遞光線即可，在本實施例中所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述第三透鏡3至少其中之一的材質為塑料材質；在另外一實施例中，所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述第三透鏡3至少其中之一的材質為玻璃材質；相較于玻璃材質的設置，塑料材質更為優選，塑料材質的使用壽命更叫長，玻璃為易碎品，在外力的作用下容易破裂。
[0047]
同時，所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述第三透鏡3為非球面鏡片，因非球面鏡片比球面鏡片更平、更薄、視物更逼真。大部分的vr鏡片都采用非球面鏡片，如此可以更加真實的還原我們所看到的畫面不會發生局部變形扭曲的現象。而球面鏡片在邊緣視野范圍會產生物象輕微的扭曲變形。并且彎月形非球面透鏡能極大減少球面像差。
[0048]
在本實施例中，所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述第三透鏡3中任意一個的非球面的表面形狀滿足公式i，公式i為：
[0049]
[0050]
其中，c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數，當k系數小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線，當k系數等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k系數介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當k系數等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k系數大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；a1至a8分別為各徑向坐標所對應的系數。
[0051]
在本實施例中，以f3.58為例，焦距為28.7mm，fov為94
°
的vr-pancake實際設計參數如表1所述，為了便于描述，第一透鏡1的兩個相對的端面分別為第一透鏡s1和第一透鏡s2；第二透鏡2的兩個相對的端面分別為第二透鏡s1和第二透鏡s2；第三透鏡3的兩個相對的端面分別為第三透鏡s1和第三透鏡s2。
[0052]
表1設計參數
[0053][0054][0055]
進一步地，在本實施例中，所述第三透鏡s2和第三透鏡s1的系數如表2和表3所示。
[0056]
表2第三透鏡s2系數
[0057] 系數k2.97a10a2-1.68974e-05a36.46205e-08a4-9.61367e-11a5-4.23802e-14
a6-3.2982e-18a71.85927e-21a80
[0058]
表3第三透鏡s1系數
[0059] 系數k20.30a10a2-2.02966e-05a32.8861e-08a48.94054e-12a55.71897e-15a6-1.16079e-16a7-3.39817e-19a80
[0060]
進一步地，在本實施例中，所述第二透鏡s2和第二透鏡s1的系數如表4和表5所示。
[0061]
表4第二透鏡s2系數
[0062][0063][0064]
表5第二透鏡s1系數
[0065] 系數k11.85a10a25.47347e-06a3-3.45391e-09a41.14936e-12a5-3.38447e-15a62.24154e-17a7-1.22243e-20
a80
[0066]
進一步地，在本實施例中，所述第一透鏡s2和第一透鏡s1的系數如表4和表5所示。
[0067]
表4第一透鏡s2系數
[0068][0069][0070]
表5第一透鏡s1系數
[0071] 系數k-1.13a10a2-1.49987e-07a34.65592e-11a4-4.063e-13a5-7.48582e-16a6-1.99338e-19a71.08621e-21a80
[0072]
在本實施例中，光線的傳遞路線為：
[0073]
s100、所述像側的光線依次穿過所述第一透鏡1、所述第二透鏡2和所述四分之一波片膜，被所述線偏振膜5反射形成反射光；
[0074]
s200、所述反射光依次穿過所述四分之一波片膜、所述第二透鏡2和所述第一透鏡1，被所述第一透鏡1靠近所述像側的一端面上的半反半透膜反射形成二次反射光；
[0075]
s300、所述二次反射光依次穿過所述第一透鏡1、所述第二透鏡2、所述四分之一波片膜、所述線偏振膜5和所述第三透鏡3，到達所述物側。
[0076]
進一步地，所述四分之一波片膜與所述像側之間的偏振態為順時針圓偏振6，所述四分之一波片膜與所述線偏振膜5之間的偏振態為豎直線偏振77；所述線偏振膜5與所述第一透鏡1之間的偏振態為逆時針圓偏振9；所述第一透鏡1與所述四分之一波片膜之間的偏振態為逆時針圓偏振9，所述四分之一波片膜與所述物側之間的偏振態為水平線偏振88。
[0077]
具體地，在本實施例中，在所述像側的光線依次穿過所述第一透鏡1、所述第二透
鏡2和所述四分之一波片膜的傳遞路徑上，所述第一透鏡s1與所述像側之間的偏振態為順時針圓偏振6，所述第一透鏡s2與所述第二透鏡s1之間的偏振態為順時針圓偏振6，所述第二透鏡s2與所述四分之一波片膜之間的偏振態為順時針圓偏振6，所述四分之一波片膜與所述線偏振膜5之間的偏振態為豎直線偏振77。
[0078]
在所述反射光依次穿過所述四分之一波片膜、所述第二透鏡2和所述第一透鏡1的傳遞路徑上，所述四分之一波片膜與所述線偏振膜5之間的偏振態為豎直線偏振77，所述第二透鏡s2與所述四分之一波片膜之間的偏振態為逆時針偏振，所述第二透鏡s1與所述第一透鏡s1之間的偏振態為逆時針偏振態。
[0079]
在所述二次反射光依次穿過所述第一透鏡1、所述第二透鏡2、所述四分之一波片膜、所述線偏振膜5和所述第三透鏡3，到達所述物側的傳遞路徑上所述第一透鏡s1與所述第二透鏡s1之間的偏振態為逆時針偏振，所述第二透鏡s2與所述四分之一波片膜之間的偏振態為逆時針偏振，所述四分之一波片膜與所述線偏振膜5之間的偏振態為水平偏振，所述線偏振膜5與所述第三透鏡s1之間的偏振態為水平偏振，所述第三透鏡s2與物側之間的偏振態為水平偏振。
[0080]
在一實施例中，所述像側為顯示屏，物側為人的眼睛(或者瞳孔)，需要說明的是，在本實施例中本實施例對于顯示屏200的類型不做限定，例如，該顯示屏可以是lcd(liquid crystal display，液晶顯示器)顯示屏、oled(organic light-emitting diode，有機發光二極管)顯示屏、micro oled微顯示屏、mini led微顯示屏中的任一種；還可以是dlp(digital light processing，數字光處理)顯示屏；還可以是lcos(liquid crystal onsilicon，硅基液晶)顯示屏等。另外，該顯示屏可以是柔性屏，也可以是剛性屏(即非柔性屏)。實際應用中，可以根據用戶需求選擇。
[0081]
此外，本發明還提出了一種vr眼鏡，包括上述的光學系統100。所述光學系統100的具體結構參考上述實施例；由于本vr眼鏡采用了上述所有實施例的全部技術方案，因此至少具有上述實施例的技術方案所帶來的所有的有益效果，在此不再一一贅述。
[0082]
以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是在本發明的構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護范圍內。
技術特征：
1.一種光學系統，其特征在于，具有沿光軸的延伸方向呈相對設置的物側和像側，所述光學系統包括從所述像側至所述物側依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中：所述第一透鏡靠近所述像側的端面上鍍半反半透膜，靠近所述物側的端面上鍍ar透膜；所述第二透鏡靠近所述像側的一端面上鍍ar增透明，靠近所述物側的端面上膠合有四分之一波片膜，所述四分之一波片膜背離所述第二透鏡的端面上膠合線偏振膜；所述第三透鏡的靠近所述物側和所述像側的兩個端面上均鍍ar增透膜。2.如權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的光焦度為正；和/或，所述第二透鏡的光焦度為負；和/或，所述第三透鏡的光焦度為正。3.如權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的膨脹系數為p1，50<p1<70；和/或，所述第二透鏡的膨脹系數為p2，50<p2<70；和/或，所述第三透鏡的膨脹系數為p3，50<p3<70。4.如權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡均為非球面鏡；和/或，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡至少其中之一的材質為塑料材質。5.如權利要求4所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡中任意一個的非球面的表面形狀滿足公式i，公式i為其中，c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數，a1至a8分別為各徑向坐標所對應的系數。6.如權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述像側的光線依次穿過所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述四分之一波片膜，被所述線偏振膜反射形成反射光；所述反射光依次穿過所述四分之一波片膜、所述第二透鏡和所述第一透鏡，被所述第一透鏡靠近所述像側的一端面上的半反半透膜反射形成二次反射光；所述二次反射光依次穿過所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述四分之一波片膜、所述線偏振膜和所述第三透鏡，到達所述物側。7.如權利要求6所述的光學系統，其特征在于，所述四分之一波片膜與所述像側之間的偏振態為順時針圓偏振，所述四分之一波片膜與所述線偏振膜之間的偏振態為豎直線偏振。8.如權利要求6所述的光學系統，其特征在于，所述線偏振膜與所述第一透鏡之間的偏振態為逆時針圓偏振。9.如權利要求6所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡與所述四分之一波片膜之間的偏振態為逆時針圓偏振，所述四分之一波片膜與所述物側之間的偏振態為水平線偏振。10.一種vr眼鏡，其特征在于，包括如權利要求1至9任意一項所述的光學系統。
技術總結
本發明公開一種光學系統以及VR眼鏡，所述光學系統具有沿光軸的延伸方向呈相對設置的物側和像側，所述光學系統包括從所述像側至所述物側依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中：所述第一透鏡靠近所述像側的端面上鍍半反半透膜，靠近所述物側的端面上鍍AR透膜；所述第二透鏡靠近所述像側的一端面上鍍AR增透明，靠近所述物側的端面上膠合有四分之一波片膜，所述四分之一波片膜背離所述第二透鏡的端面上膠合線偏振膜；所述第三透鏡的靠近所述物側和所述像側的兩個端面上均鍍AR增透膜。本發明旨在提供一種高像質、大視場、大光圈且雜光少的光學系統，使用戶獲得較佳的觀看效果。果。果。
