一种虚拟现实设备的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，更具体地说，涉及一种虚拟现实设备。

背景技术：

目前市场上应用于虚拟现实设备的目镜一般是塑料材质的凸透镜，焦距越短，则可视范围越大，且设备越紧凑，给用户带来的沉浸感越好，但由此带来的边缘图像模糊与色散问题加重，图像变形严重，因此不能一味的减小焦距。为了解决单镜片带来的畸变和色散的问题，一般的处理方法是将无畸变的图像进行软件预处理，再输入左右屏幕，用以补偿镜片所带来的像差；但这种方法并不能解决边缘图像模糊的问题，且会造成帧率的下降，给用户带来眩晕感。

技术实现要素：

本实用新型提出虚拟现实设备，能够有效地降低边缘图像的色散与畸变。

为此，本实用新型提出以下技术方案：

一种虚拟现实设备，包括光学系统，所述光学系统包括左镜片和右镜片，其特征在于，所述左镜片包括从光线入射至人眼方向依次排列的同轴安装的第一弯月形负透镜和第一双凸正透镜，所述右镜片包括从光线入射方向依次排列的同轴安装的第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜。

其中，所述虚拟现实设备还包括第一固定镜框、第二固定镜框、第一目镜底座和第二目镜底座，所述第一双凸正透镜和第二双凸正透镜分别安装在所述第一固定镜框和第二固定镜框，所述第一弯月形负透镜和第二弯月形负透镜分别安装在第一目镜底座和第二目镜底座。

其中，所述左镜片和右镜片之间设置有隔板。

其中，所述第一双凸正透镜靠近人眼的凸面的曲率半径比另一凸面的曲率半径大。

其中，所述第一双凸正透镜的两面均为非球面，第一弯月形负透镜远离所述第一双凸正透镜的一面为平面，靠近所述第一双凸正透镜的一面为非球面。

其中，所述第二双凸正透镜的两面均为非球面，第二弯月形负透镜远离所述第二双凸正透镜的一面为平面，靠近所述第二双凸正透镜的一面为非球面。

其中，所述第一双凸正透镜的边缘构成的形状为第一圆弧和所述第一圆弧对应的弦构成的形状；第一双凸正透镜曲率较大的曲面的正投影与第一双凸正透镜曲率较小的曲面的正投影均为与所述第一圆弧同中心的第一圆；所述第一圆弧的半径为19mm±0.015mm，所述第一圆的半径为17mm±0.015mm；所述第一圆的中心与所述第一圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第一双凸正透镜的边缘厚度为0.58mm±0.03mm，中心厚度为12.03mm±0.03mm，第一双凸正透镜的曲率较大的曲面的凸起高度为9.02mm±0.03mm；

所述第一弯月形负透镜的边缘构成的形状为第二圆弧和所述第二圆弧对应的弦构成的形状；第一弯月形负透镜的曲面的正投影为与所述第二圆弧同中心的第二圆，所述第二圆弧的半径为20mm±0.015mm，所述第二圆的半径为15mm±0.015mm，所述第二圆的中心与所述第二圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第一弯月形负透镜的边缘厚度为13.15mm±0.03mm，中心厚度为5mm±0.03mm；

所述第一双凸正透镜曲率较小的凸面的中心与第一弯月形负透镜的平面之间的距离为34.54mm±0.03mm；第一双凸正透镜的边缘外侧面与第一弯月形负透镜的边缘内侧面之间的距离为18.41mm±0.03mm，第一双凸正透镜曲率较大的曲面的中心与第一弯月形负透镜的曲面的中心的距离为17.54mm±0.03mm。

其中，所述第二双凸正透镜的边缘构成的形状为第三圆弧和所述第三圆弧对应的弦构成的形状；第二双凸正透镜曲率较大的曲面的正投影与第二双凸正透镜曲率较小的曲面的正投影均为与所述第三圆弧同中心的第三圆；所述第三圆弧的半径为19mm±0.015mm，所述第三圆的半径为17mm±0.015mm；所述第三圆的中心与所述第三圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第二双凸正透镜的边缘厚度为0.58mm±0.03mm，中心厚度为12.03mm±0.03mm，第二双凸正透镜的曲率较大的曲面的凸起高度为9.02mm±0.03mm；

所述第二弯月形负透镜的边缘构成的形状为第四圆弧和所述第四圆弧对应的弦构成的形状；第二弯月形负透镜的曲面的正投影为与所述第四圆弧同中心的第四圆，所述第四圆弧的半径为20mm±0.015mm，所述第四圆的半径为15mm±0.015mm，所述第四圆的中心与所述第四圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第二弯月形负透镜的边缘厚度为13.15mm±0.03mm，中心厚度为5mm±0.03mm；

所述第二双凸正透镜曲率较小的凸面的中心与第二弯月形负透镜的平面之间的距离为34.54mm±0.03mm；第二双凸正透镜的边缘外侧面与第二弯月形负透镜的边缘内侧面之间的距离为18.41mm±0.03mm，第二双凸正透镜曲率较大的曲面的中心与第二弯月形负透镜的曲面的中心的距离为17.54mm±0.03mm。

其中，所述虚拟现实设备还包括本体和显示器，所述显示器和光学系统容置与所述本体的腔内。

本实用新型提供一种虚拟现实设备，包括光学系统，所述光学系统包括左镜片和右镜片，所述左镜片包括从光线入射至人眼方向依次排列的同轴安装的第一弯月形负透镜和第一双凸正透镜，所述右镜片包括从光线入射方向依次排列的同轴安装的第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜。本实用新型通过组合透镜代替单透镜组成镜片，能够有效地降低色散和成像畸变程度，特别是极大程度地降低边缘成像的色散和畸变，使得边缘图像成像清晰。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种虚拟现实设备的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的一种虚拟现实设备的俯视图。

图3是本实用新型实施例提供的左镜片的结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的第一双凸正透镜的俯视图。

图5是本实用新型实施例提供的第一弯月形负透镜的俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-3，一种虚拟现实设备，包括光学系统，所述光学系统包括左镜片和右镜片(左镜片与右镜片完全相同，因此本实用新型不给出右镜片的结构图)，所述左镜片包括从光线入射至人眼方向依次排列的同轴安装的第一弯月形负透镜2和第一双凸正透镜3，所述右镜片包括从光线入射方向依次排列的同轴安装的第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜。

第一双凸正透镜3和第二双凸正透镜相同，因此统称为双凸正透镜，同理，第一弯月形负透镜2和第二弯月形负透镜统称为弯月形负透镜。

通过一个弯月形负透镜和一个双凸正透镜组合成镜片，能够有效地降低色散和成像畸变程度，特别是极大程度地降低边缘成像的色散和畸变，使得边缘图像成像清晰。

其中，所述虚拟现实设备还包括本体1和显示器，所述显示器和光学系统容置与所述本体1的腔内。

用户利用本实用新型的虚拟现实设备观看视频时，显示屏上出现左右两个图像画面，分别被人的左眼和右眼接收，从而在大脑形成有3D效果的图像画面。

其中，所述虚拟现实设备还包括第一固定镜框、第二固定镜框、第一目镜底座和第二目镜底座，所述第一双凸正透镜3和第二双凸正透镜分别安装在所述第一固定镜框和第二固定镜框，所述第一弯月形负透镜2和第二弯月形负透镜分别安装在第一目镜底座和第二目镜底座。

将透镜固定安装在本体1的腔内，在虚拟现实设备收到外力冲击时，整个光学系统不易松动，能够有效地保持整个光学系统，即成像系统的成像稳定性。

其中，所述左镜片和右镜片之间设置有隔板。

在左镜片和右镜片之间设置隔板，可以有效地防止显示器中的两个图像界面交叉进入认得眼镜，降低3D体验效果。

其中，所述第一双凸正透镜3靠近人眼的凸面的曲率半径比另一凸面的曲率半径大。

其中，所述第一双凸正透镜3的两面均为非球面，第一弯月形负透镜2远离所述第一双凸正透镜3的一面为平面，靠近所述第一双凸正透镜3的一面为非球面。

其中，所述第二双凸正透镜的两面均为非球面，第二弯月形负透镜远离所述第二双凸正透镜的一面为平面，靠近所述第二双凸正透镜的一面为非球面。

本实用新型实施例中，非球面曲面方程如下式：

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A_2{r}^2+A_4{r}^4+...+A_{2n}{r}^{2n}$

其中，Z(r)为为曲面的凹陷度，即矢高，k为非球面的锥面度，即圆锥系数，r为曲面的孔径半径，c为曲率(c＝1/R，R表示曲率半径)，A₂、A₄、……A_2n为r的各阶系数。

本实施例中，n＝8，双凸正透镜的非球面曲面系数如下表：

弯月形负透镜的非球面曲面系数如下表：

外侧面指的是透镜远离人眼的那一面，内侧面指的是透镜靠近人眼的那一面。

第一双凸正透镜3和第二双凸正透镜采用低折射率低色散系数的光学塑料加工而成，第一弯月形负透镜2和第二弯月形负透镜采用高折射率高色散系数的光学塑料加工而成。此类双凸正透镜和弯月形负透镜的组合形成的组合透镜的焦距较短，可视范围大，能给用户带来好的沉浸感，同时成像清晰，像差小，图像不易变形。

如图3和图4所示，所述第一双凸正透镜3的边缘构成的形状为第一圆弧和所述第一圆弧对应的弦构成的形状；第一双凸正透镜3曲率较大的曲面的正投影与第一双凸正透镜3曲率较小的曲面的正投影均为与所述第一圆弧同中心的第一圆；所述第一圆弧的半径为19mm±0.015mm，所述第一圆的半径为17mm±0.015mm；所述第一圆的中心与所述第一圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第一双凸正透镜3的边缘厚度为0.58mm±0.03mm，中心厚度为12.03mm±0.03mm，第一双凸正透镜3的曲率较大的曲面的凸起高度(相对第一双凸正透镜3的外侧面)为9.02mm±0.03mm。第一圆弧与第一圆的间隔为2mm±0.015mm。

如图3和图5所示，所述第一弯月形负透镜2的边缘构成的形状为第二圆弧和所述第二圆弧对应的弦构成的形状；第一弯月形负透镜2的曲面的正投影为与所述第二圆弧同中心的第二圆，所述第二圆弧的半径为20mm±0.015mm，所述第二圆的半径为15mm±0.015mm，所述第二圆的中心与所述第二圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第一弯月形负透镜2的边缘厚度为13.15mm±0.03mm，中心厚度为5mm±0.03mm。

如图5所示，所述第一双凸正透镜3曲率较小的凸面的中心与第一弯月形负透镜2的平面之间的距离为34.54mm±0.03mm；第一双凸正透镜3的边缘外侧面与第一弯月形负透镜2的边缘内侧面之间的距离为18.41mm±0.03mm，第一双凸正透镜3曲率较大的曲面的中心与第一弯月形负透镜2的曲面的中心的距离为17.54mm±0.03mm。

所述第二双凸正透镜的边缘构成的形状为第三圆弧和所述第三圆弧对应的弦构成的形状；第二双凸正透镜曲率较大的曲面的正投影与第二双凸正透镜曲率较小的曲面的正投影均为与所述第三圆弧同中心的第三圆；所述第三圆弧的半径为19mm±0.015mm，所述第三圆的半径为17mm±0.015mm；所述第三圆的中心与所述第三圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第二双凸正透镜的边缘厚度为0.58mm±0.03mm，中心厚度为12.03mm±0.03mm，第二双凸正透镜的曲率较大的曲面的凸起高度(相对第二双凸正透镜的外侧面)为9.02mm±0.03mm。

所述第二弯月形负透镜的边缘构成的形状为第四圆弧和所述第四圆弧对应的弦构成的形状；第二弯月形负透镜的曲面的正投影为与所述第四圆弧同中心的第四圆，所述第四圆弧的半径为20mm±0.015mm，所述第四圆的半径为15mm±0.015mm，所述第四圆的中心与所述第四圆弧对应的弦之间的距离为18mm±0.03mm，所述第二弯月形负透镜的边缘厚度为13.15mm±0.03mm，中心厚度为5mm±0.03mm。

所述第二双凸正透镜曲率较小的凸面的中心与第二弯月形负透镜的平面之间的距离为34.54mm±0.03mm；第二双凸正透镜的边缘外侧面与第二弯月形负透镜的边缘内侧面之间的距离为18.41mm±0.03mm，第二双凸正透镜曲率较大的曲面的中心与第二弯月形负透镜的曲面的中心的距离为17.54mm±0.03mm。

通过上述第一弯月形负透镜2和第一双凸正透镜3的尺寸可以得出，整个光学系统的焦距较短，虚拟现实设备的可视范围大，组合透镜成像的最大畸变度小于12％，且集中于边缘区域，中间视场成像的畸变度小于5％。

本实用新型提供一种虚拟现实设备，通过组合透镜形成镜片，能够有效地降低色散和成像畸变程度，特别是极大程度地降低边缘成像的色散和畸变。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。