本申请涉及但不限于光学透镜
技术领域：
，尤指一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置。
背景技术：
：随着计算机技术的不断发展，虚拟现实(virtualreality，简称为：vr)设备成为人们生活娱乐的一种重要工具。vr设备中透镜的形态和成像效果成为影响vr设备显示效果的主要器件之一。现有的vr设备中通常使用的透镜包括三片式、两片式和单片式透镜。其中，三片式组合透镜的成本较高，并且在实际应用当中出于佩戴到人脸上时必须考虑重量和体积的原因，几乎不能应用于实际；两片式透镜的重量和体积虽然相比于三片式透镜有所改善，但是透镜形态比较特殊，难以加工成型且会增加组装难度；单片式透镜是目前商业应用中的主流设计，可以同时兼顾低重量、小体积和低成本等优势。透镜的设计目标为尽可能的减少成像时的像差，现有vr设备的单片式透镜，例如采用菲涅尔透镜的设计方案，在该方案中，主要校正像差中的场曲和彗差，球差不能完全校正，并且菲涅尔透镜并没有解决场曲、像散等的设计优化问题，使得透镜的成像质量较低，难以达到用户的需求。综上所述，现有vr设备中的透镜，难以兼容较高的成像质量、便携性和低成本等优势。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种虚拟现实设备的透镜优化方法和装置，基于人眼的视觉特性对vr设备的透镜进行优化，优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，实现了透镜的高质量成像效果，由于仅采用一片透镜，同时兼容了便携性和低成本等优势。本发明实施例提供一种虚拟现实设备的透镜优化方法，包括：设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值；所述物点经所述透镜成像的像面为像散为零时的像面。可选地，如上所述的方法中，所述设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量之前，所述方法还包括：确定待成像物点对应的多个视场；所述通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：通过所述优化变量对每个所述视场下的物点经所述透镜的成像进行优化处理。可选地，如上所述的方法中，所述通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：根据所述优化目标和所述优化变量生成目标函数；确定所述优化变量的初始值；根据所述初始值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果；根据所述成像结果与所述优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值。可选地，如上所述的方法中，所述优化目标包括：所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件。可选地，如上所述的方法中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。可选地，如上所述的方法中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；所述物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；所述物点成像在所述像面上的球差和慧差小于预设阈值。可选地，如上所述的方法中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括：所述物点经所述透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。可选地，如上所述的方法中，所述优化变量和透镜参数包括：所述透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及所述透镜的厚度；所述优化变量还包括：所述像面的面型、曲率半径、物理半径和圆锥系数。本发明实施例还提供一种虚拟现实设备的透镜优化装置，包括：设置模块，用于设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量；优化处理模块，用于通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值；所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。可选地，如上所述的装置中，还包括：确定模块，用于确定待成像物点对应的多个视场；所述优化处理模块通过所述优化变量对物点经所述透镜的成像进行优化处理，包括：通过所述优化变量对每个所述视场下的物点经所述透镜的成像进行优化处理。可选地，如上所述的装置中，所述优化处理模块包括：函数生成单元，用于根据所述优化目标和所述优化变量生成目标函数；初始值确定单元，用于确定所述优化变量的初始值；结果获取单元，用于根据所述初始值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果；优化处理单元，用于根据所述成像结果与所述优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值。可选地，如上所述的装置中，所述优化目标包括：所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件。可选地，如上所述的装置中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑大小小于预设阈值，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。可选地，如上所述的装置中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差；所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；所述物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；所述物点成像在所述像面上的球差和慧差小于预设阈值；或者，所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，包括：所述物点经所述透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。可选地，如上所述的装置中，所述优化变量和透镜参数包括：所述透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及所述透镜的厚度；所述优化变量还包括：所述像面的面型、曲率半径、物理半径和圆锥系数。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法和装置，通过设置透镜成像优化目标和优化变量，并通过已设置的优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，即对成像结果进行优化，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值，上述物点经透镜的成像的像面为像散小于预设阈值的像面(理想情况下为像散为零的像面，即匹兹凡像面)；上述优化目标、优化变量，以及透镜成像的像面都是基于人眼的视觉特征设计的。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，基于人眼的视觉特征，在匹兹凡场曲的弯曲像面上对vr设备中透镜成像的像差进行消除和减弱处理，使得优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，保证了透镜的成像质量，并且仅采用一片透镜，可以兼容便携性和低成本等优势。附图说明附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。图1为透镜成像中子午面和弧矢面的示意图；图2为透镜成像中场曲像差的示意图；图3为透镜成像中畸变像差的示意图；图4为透镜成像中一种对畸变进行处理的示意图；图5为对透镜成像进行畸变预处理后的图像；图6为本发明实施例提供的一种虚拟现实设备的透镜优化方法的流程图；图7为透镜成像中像散像差的示意图；图8为在平面像面上的视差原理形成3d成像的示意图；图9为在匹兹凡像面上的一种视差原理形成3d成像的示意图；图10为在匹兹凡像面上的另一种视差原理形成3d成像的示意图；图11为本发明实施例提供的另一种虚拟现实设备的透镜优化方法的流程图；图12为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种物点成像的示意图；图13为偶次非球面的运算公式对应坐标系的示意图；图14为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种物点在像面上光斑的点阵图；图15为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种场曲优化后的示意图；图16为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种畸变优化后的示意图；图17为本发明实施例提供的一种虚拟现实设备的透镜优化装置的结构示意图；图18为本发明实施例提供的另一种虚拟现实设备的透镜优化装置的结构示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。vr设备被应用于穿戴设备领域中，例如应用于用户的娱乐和休闲中，对其透镜设计提出了较高的要求，不但要求透镜具有良好的成像效果，还要求透镜的低重量，小体积和低成本等优势。透镜成像时的像差高低是影响vr设备显示效果的主要因素，像差主要包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差，因此，对vr设备中透镜的优化，即是尽量降低透镜成像时的各种像差。基于vr设备的应用场景，通常要求具有大视场的显示效果，在大视场的应用场景下，场曲、像散这两种像差按照传统的平面像优化方式将非常难以优化。相机、望远镜和显微镜的成像方式通常都是基于平面物成平面像，并且望远镜和显微镜都是小视场和多透镜的组合，因此，上述产品中透镜的设计方式并不适用于vr设备的透镜。为了说明场曲、像散这两种像差，先介绍子午面和弧矢面。如图1所示，为透镜成像中子午面和弧矢面的示意图，在考虑离轴物点发出的光线时，由于离轴造成的不对称性，通常需要分成两个互相垂直的面来更好的分析表示像差。光学上一般约定，离轴的物点和光轴所组成的面为子午面(meridianplane)，如图1中黑色阴影所示，与子午面垂直的面为弧矢面(sagittalplane)，如图1中灰色阴影所示。需要说明的是，本文中的物点以用户瞳孔为基准，指从用户瞳孔为光线的发射点进行成像的点，也就是说，由于用户瞳孔为圆形，图1中会有很多个离轴物点，也会形成多个子午面和弧矢面，图1中仅以一组子午面和弧矢面为例予以示出。如图2所示，为透镜成像中场曲像差的示意图。在理想成像情况下，平面物的成像为平面像。但是，经过透镜后，由于场曲的存在，轴外物点发出的实际光束聚焦的点通常不在理想像平面(又称高斯像面)上，而是在一个弯曲的像面(虚拟像面)上，如图2所示，子午面的光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为子午场曲，即图2中l段长度，同理，弧矢面的光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为弧矢场曲。各视场的子午像点(子午面的光束汇聚到虚拟像面上的点)构成的像面称为子午像面，由弧矢像点(弧矢面的光束汇聚到虚拟像面上的点)构成的像面称为弧矢像面。子午像面和弧矢像面均为对称于光轴的旋转曲面，即一平面物体经透镜成像后变成一回转的曲面。基于vr设备对大视场的要求，场曲会非常大，进行场曲和像散的优化设计难度也将非常大。现有技术中还没有实现通过单透镜完成场曲和像散像差的纠正，现有的vr设备的单透镜设计方案中，采用菲涅尔透镜主要校正场曲和彗差，色差和畸变通过图像处理方式解决，球差不能完全校正，成为影响成像质量的重要因素，并且该方案并没有解决场曲、像散等的设计优化问题。大视场情况下的主要像差还有畸变和色散。主要说明畸变，不同视场的主光线通过光学透镜后与高斯像面的交点高度不等于理想像高，其差别就是畸变，畸变不影响像的清晰度，仅是视场的函数。现有vr设备的单透镜的光学系统中，人眼作为系统出瞳的特点，使得畸变都是枕形畸变。如图3所示，为透镜成像中畸变像差的示意图。畸变前为一正常的网格图，横平竖直。经过透镜以后，由于透镜的原因，人眼再看到的网格就变成了一个像枕头一样的图，也就是发生了畸变。目前的处理方式是软件对视频或者图像源进行预处理，如图4所示，为透镜成像中一种对畸变进行处理的示意图，即通过预先对一个正常的图像先进行处理，使之变成一个桶状图像，这样在经过透镜的枕形畸变之后就会变成正常的网格图像。然而，上述处理畸变的方式会造成分辨率损失的问题，如图5所示，为对透镜成像进行畸变预处理后的图像，对应图4中间的桶状图像，可以看出，屏幕四周黑色无图像的部分是被浪费的区域，该图经过放大之后，可以看到一个正常矩形的图像，这样除了中心无畸变的点之外，其他地方图像的分辨率都有损失，畸变越大，分辨率的损失越多。如下表1所示，为物点成像的分辨率随视场角的增加的变化趋势。表1视场角0°5°10°15°20°25°30°35°40°分辨率100％92％82％80％76％70％60％56％50％可以看出，视场角为0°时，物点成像的分辨率最高，并且人眼中心凹处附近物点成像的分辨率比较高，从人眼中心凹处往外扩散，物点成像的分辨率随视场角的增加而下降。色散的处理是随着畸变的预处理而同时处理的，这里不单独说明。上述简要介绍了透镜成像中的一些光学现象和概念，以及影响成像效果的主要像差的概念和现有技术中的解决方式。显然地，现有vr设备的单片式透镜并没有很好的解决像差的问题。图6为本发明实施例提供的一种虚拟现实设备的透镜优化方法的流程图。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法可以包括如下步骤：s110，设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，为对vr设备的透镜进行设计优化的方案。设置的优化目标和优化变量可以基于实际应用场景和使用者的角度考虑，实际应用中的设计要求例如包括：首先，基于用户使用的角度考虑，为了满足对体积和重量的要求，本发明实施例的方案中vr设备采用单片式透镜；其次，vr设备的出瞳为人眼，可以考虑瞳距、出瞳距，例如，瞳距会限制透镜的尺寸和形状，人眼则直接设定了vr设备中透镜的出瞳位置和尺寸，比如出瞳大小为2～8毫米(mm)，出瞳距10～20mm；再次，由于vr设备的应用场景和用户的使用需求，对透镜成像具有大视场的要求。另外，优化变量可以为上述瞳距、出瞳距，透镜的面型和厚度，以及透镜优化过程中与计算相关的所有参数变量。本发明实施例中vr设备的优化目标与传统光学透镜的设计目标不同，传统透镜通常为多透镜、小视场的设计目标。基于传统透镜设计目标不同，以及现有vr设备中单片式透镜无法解决各种像差问题的实际情况，如何对vr设备的单片式透镜进行设计，以及如何提高vr设备中单片式透镜的成像效果是本发明实施例对透镜进行优化的目标。s120，通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值；物点经透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。在本发明实施例中，根据实际设计的要求设置优化目标和优化变量后，可以通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，本发明实施例中的物点都是基于人眼瞳孔的出瞳点，在对物点成像进行优化的过程中，由于优化变量是可变量，可以通过不断调整改变优化变量中的部分或全部变量，找到成像结果符合设置的优化目标的优化变量值，这些优化变量值中包括透镜参数值，后续可以采用该透镜参数值制造透镜，得到成像结果符合优化目标的vr设备。调整优化变量的过程可以是计算机软件处理的过程，例如将与透镜成像中各种像差相关的计算公式以目标函数的方式写入到计算机程序中，程序通过不断的调整目标函数中的目标变量向目标函数迭代，经过足够的迭代后达到设定的优化目标后程序停止迭代，得到满足优化目标的目标参数的数值，此时得到的目标参数的数值中就包括透镜参数值。本发明实施例提供的方法中，其中一个设计要求为：物点经透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面，即要求像散无限接近于零。上述图2中说明子午像面和弧矢像面均为对称于光轴的曲面，如图7所示，为透镜成像中像散像差的示意图，当子午像面和弧矢像面不重合时，两者之间的轴向距离称为像散，即图7中的t’和s’之间的轴向距离，当像散为零时，子午像面和弧矢像面重合在一起，但像面弯曲仍然存在，此时的弯曲的像面称为匹兹凡场曲像面(以下简称为：匹兹凡像面)。本发明实施例中物点成像的像面即上述匹兹凡像面，也就是说，本发明实施例提供的方法在匹兹凡像面上对透镜进行优化，即该优化方法中直接选取像散无限接近于零的像面进行优化。此处对匹兹凡场曲像面的成像特征进行分析：同一视场不同孔径的光线组(在像面上具有交点的光线为一光线组)的交点沿光轴方向和高斯像面有偏离，这种情况下，像面是弯曲的，也就是说不再是一个高斯像面了。对于其他的光学设备来说，例如相机，其像平面的接收器是平面的，弯曲的匹兹凡像面在高斯像面上除了光轴点以外，都是一个光斑，像质是模糊的。但是对于人眼来说，人眼是可以调焦的，在vr设备当中，人眼可以主动调焦到该弯曲的匹兹凡像面上，基于这个特殊的特征，在匹兹凡像面上对vr设备的透镜优化的限制宽松许多。图8为在平面像面上的视差原理形成3d成像的示意图，图中的l和r分别是vr设备中的左屏幕和右屏幕上表示同一物点的像素，通过透镜折射后，在远处的理想像面上放大为l’和r’两个物点，左眼看到l’，右眼看到r’，所以在人脑中形成立体视觉，看到深度处的i物点。通过经过光学软件模拟，证明了在匹兹凡像面上，上述3d立体深度也是不受影响的。图9为在匹兹凡像面上的一种视差原理形成3d成像的示意图，图10为在匹兹凡像面上的另一种视差原理形成3d成像的示意图，图9和图10中透镜的面型参数不同，成像曲面的弯曲方向不同，图中的l和r同样是vr设备中的左屏幕和右屏幕上表示同一物点的像素，通过透镜折射后，在远处的虚像面上放大为l’和r’两个像点，此时这两个像点是在弯曲像面上，根据场曲的特点，这两个点还是仍然在人眼与图中的平面上像点的同一连线上，所以左眼看到l’，右眼看到r’，在人脑中形成立体视觉仍然会看到形成原立体深度的物点i，所以匹兹凡场曲对于vr设备中立体深度的形成没有影响。本发明实施例提供的优化方法，考虑到vr设备采用单片式透镜，并且具有大视场的要求，像差优化的难度较高，基于人眼视觉特征，考虑在匹兹凡场曲的弯曲像面上对vr设备中透镜成像的像差进行消除和减弱处理，并且上述已经说明了在匹兹凡像面对vr设备的透镜进行优化，对透镜成像的光学效果没有不利的影响，是可行的优化方式。现有vr设备中，三片式、两片式透镜的重量重体积大，并且两片式透镜的形态特殊，难以加工成型且组装难度大，虽然已有单片式透镜，但是像差的优化难度大，并没有解决场曲、像散等的设计优化问题，使得透镜的成像质量较低，难以达到用户的需求。本发明实施例提供的vr设备的透镜优化方法，仅采用一片透镜，基于人眼成像的视觉特征，选取像散无限接近于零的弯曲像面(即匹兹凡像面)对优化透镜的设计，可以简化优化难度，更重要的是，该方式不会对透镜成像的光学效果带来不利的影响。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，通过设置透镜成像优化目标和优化变量，并通过已设置的优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，即对成像结果进行优化，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值，上述物点经透镜的成像的像面为像散小于预设阈值的像面(理想情况下为像散为零的像面，即匹兹凡像面)；上述优化目标、优化变量，以及透镜成像的像面都是基于人眼的视觉特征设计的。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，基于人眼的视觉特征，在匹兹凡场曲的弯曲像面上对vr设备中透镜成像的像差进行消除和减弱处理，使得优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，保证了透镜的成像质量，并且仅采用一片透镜，可以兼容便携性和低成本等优势。可选地，图11为本发明实施例提供的另一种虚拟现实设备的透镜优化方法的流程图，在图6所示实施例的基础上，本发明实施例提供的方法在s110之前还可以包括：s100，确定待成像物点对应的多个视场；本发明实施例中s120的实现方式，可以包括：通过优化变量对每个视场下的物点经透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值。在本发明实施例中，可以根据实际情况设置多个视场，可以从光轴出发向单方向设置视场，例如设计中确定的视场为：0°、10°、20°、30°、40°、45°，考虑到光轴的对称性，实际应用中vr设备的视场是设计最大值的两倍。多个视场设置好后，可以通过在计算机中编入光学设计程序，根据基本光学原理(例如包括光沿直线传播定律和折射定律等)，对从这已设定的几个视场发出的物点进行追迹，追迹物点到达匹兹凡像面上时像点的情况，如图12所示，为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种物点成像的示意图，可以看出，平行光束上的物点成像到匹兹凡像面上的像点是重合的。可选地，在本发明实施例中，优化处理的过程可以为计算机软件处理的过程，通过计算机程序对物点成像进行优化处理的实现方式，即s120可以包括如下步骤：步骤1，根据优化目标和优化变量生成目标函数；步骤2，确定优化变量的初始值；步骤3，根据初始值和目标函数获取物点经透镜的成像结果；步骤4，根据成像结果与优化目标的对比，调整初始值，并根据调整后的优化变量值和目标函数获取物点经透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值。在本发明实施例中，可以将已设定的优化目标、优化变量，以及待处理的各种像差的运算方式以程序代码的形式编写到计算机中，并且结合一些优化算法(例如最小二乘法、阻尼最小二乘法、一些全局优化算法等)生成目标函数，随后，根据已确定的初始值和目标函数获取物点经透镜的成像结果，即通过将初始值代入到目标函数中的方式，模拟对物点成像结果的追踪，并将成像结果与已设定的优化目标进行对比，对比可知当前透镜成像的像差与优化目标之间的差距，可以根据对比的差距调整初始值，即调整与透镜成像相关的参数，通过不断的调整优化变量得到物点经透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值，即完成了透镜的优化。需要说明的是，优化变量初始值的确定方式中，该初始值可以是设计人员的根据经验设定的，也可以是计算机程序默认生成的，还可以是根据现有较优透镜的参数设定的，本发明实施例不作具体限定。上述实施例中已经论述在匹兹凡像面上对透镜成像的像差进行优化的可行性，该优化不仅包括对场曲和像散的优化，同样包括对畸变、色散、球差和慧差等像差的优化，优化的方式同样是设定优化目标，通过计算机软件处理，经过多次迭代运算得到符合优化目标的变量值。上述实施例中已经说明优化变量中包括与透镜相关的变量，可选地，本发明实施例中的优化变量和透镜参数可以包括：透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及透镜的厚度等；另外，优化变量还可以包括一些计算过程中的可变量，例如像面的面型、曲率半径、物理半径和圆锥系数等，如下表2所示，为本发明实施例在进行优化运算的过程中涉及到的一些定量和变量的内容。表2上表2中面号为采用透镜成像过程中所有面的依次编号，0表示光线入射的面，1表示人眼出瞳的面，0和1面型均为标准面(standard)，2和3为透镜的两个面，4为成像的弯曲像面(即匹兹凡像面)，2到4的面型均为偶次非球面(evenasph)，厚度一列中，厚度值代表从当前面到下一个面的垂直距离，对透镜的一面(2)来说，15为该面(2)到另一面(3)的垂直距离，即是透镜的实际厚度，39.966为面3到像面(4)(即匹兹凡像面)的垂直距离。可选地，本发明实施例中透镜的材料，可以选择聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，简称为：pmma)材料，即亚克力塑料，与光学玻璃材料相比，非球面的镜头采用塑料材质能够使得加工更容易，且降低了镜头制造的成本，因为玻璃材料需要研磨、抛光等传统复杂的操作，而塑料材料可以通过注塑实现批量生产且形状不限。需要说明的是，上表2中仅示意性的列举出一些优化变量可一些与运算相关的定量的内容，本发明实施例中的优化变量并非仅限于上述表2中的内容，例如，偶次阶系数的后面还可以有4阶以上的高阶次系数，在此不一一列举。采用本发明实施例提供的上述优化方法，例如优化后得到的透镜的面型，和像面的面型是弯曲的，为表2中的偶次非球面(evenasph)，对于其它非透镜面，为表2中的标准面(standard)。以下说明偶次非球面的运算公式：上述式(1)中，z表示水平坐标，参数r表示非球面的曲率径值，k表示圆锥系数，r表示径向坐标，a表示2阶非球面系数，b表示4阶非球面系数，c表示6阶非球面系数，d表示8阶非球面系数，e表示10阶非球面系数，f表示12阶非球面系数。如图13所示，为偶次非球面的运算公式对应坐标系的示意图。需要说明的是，式(1)中的ar2和br4等示意性的表示出当透镜面型为偶次非球面时，透镜的偶次阶系数；在实际应用中，透镜的面型运算公式中可以仅包括较低的阶次，例如ar2和br4，也可以包括更高的阶次，运算公式中的偶次阶数越高，优化处理时进行运算的变量越多，优化结果可能越接近优化目标。在通过上述公式进行透镜优化的运算过程中，通过对偶次非球面上每一点坐标的确定可以确定该偶次非球面的表面形状，根据系数r、a、b、c等的可以确定偶次非球面的大小、形状等，同一个透镜的不同有效表面(即面2和面3)的偶次非球面的方程中各系数不同，可以更好地平衡光学像差。仿真时，可以参考表2中的定量参数和变量参数，其中，圆锥系数表示上述偶次非球面公式当中的系数k，也就是conic系数，又称为圆锥系数，偶次阶系数及后面未示意出的内容为上述偶次非球面公式的a，b，c，d等偶次阶的系数，4阶以上的高阶次数省略列出。上述实施例中已经说明本发明实施例提供的优化方法中的优化目标是基于人眼特征设定的，以下实施例中详细说明优化目标的设定方式。可选地，本发明实施例中的优化目标可以包括：第一方面，物点经透镜成像在像面(即匹兹凡像面)上的光斑符合第一预设条件；第二方面，物点经透镜成像的像差符合第二预设条件。在第一方面中，对于上述物点在像面上成像的光斑特征，基于人眼视觉系统，可以考虑标准的红绿蓝(red、green、blue，简称为：rgb)三色光的光斑，在实际光斑追踪的模拟运算中该三色光的波长分别为：0.486微米(um)、0.587um和0.656um。可选地，物点在像面上的光斑符合第一预设条件的实现方式，可以包括如下几种情况：第一，物点成像在像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；第二，物点成像在像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。在光学透镜的设计中，成像时光斑的效果是图像质量优劣的直接体现，本发明实施例设置的优化目标之一，就是优化物点在匹兹凡像面上的光斑效果，如图14所示，为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种物点在像面上光斑的点阵图，图中示出了设定的各个视场下物点在像面上的三色光的光斑效果，图中6个点为不同视场下物点以三色光成像的光斑情况，不同视场下物点与光轴的距离不同，视场为0°时物点在光轴上，距离为0，视场为45°时物点与光轴距离最远，为28.910mm，可以看出，视场为0°时，红绿蓝三色光的光斑为一个点，且在像面上重合，视场为45°时，红绿蓝三色光的光斑在像面上略大，且没有完全重合。本发明实施例中，验证物点成像在像面上的红绿蓝三色光的光斑是否满足优化目标，可以通过对三色光斑的均方根半径和几何根半径的量化作为依据，根据仿真结果，得到各个视场下红绿蓝三色光的光斑的半径值可以参看下表3。表3视场编号123456视场角度0°10°20°30°40°45°均方根半径(um)11.77630.21461.52194.436134.158148.320几何半径(um)25.89051.157110.519186.552293.430302.664通过上表3看以看出，在最大视场(45°)处的均方根(rootmeansquare，简称为：rms)半径数值为148um，该值与现有透镜中的400um左右对比，明显减小了很多。上述优化结果仅为通过本发明上述实施例提供的优化方法进行优化后的效果，如果继续通过软件校正色散，图14和表3中三色光斑的均方根半径会更小。在第二方面中，对于上述物点在像面上成像的像差值的优化中，由于待优化的像差通常包括场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差。可选地，在本发明实施例的一种实现方式中，从优化设计的理念触发，可以对这些像差设定符合人眼视觉特征的优化目标，例如包括以下一项或多项：第一，物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；第二，物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；第三，物点成像在像面上的球差和慧差小于预设阈值。上述已经说明本发明实施例在匹兹凡像面上对物点经透镜的成像进行优化，也就是说，优化条件中设定像散为零为理想情况，优化设计中通常考虑多个像差，因此尽可能控制像散无限接近于零，即控制子午场曲和弧矢场曲尽可能的接近；考虑到人眼分辨率的极限，可以控制畸变和色散在30°视野范围内尽可能小；另外，控制球差和慧差这两类像差在弯曲的像面(即匹兹凡像面)上尽可能小。上述优化目标在基于人眼视觉特征的基础上，同时结合透镜优化方式中可以采用的软件预处理特征，能够在单片式透镜的条件下，实现高像质的透镜设计，并且简化vr设备中透镜的设计过程。可选地，在本发明实施例的另一种实现方式中，像差符合第二预设条件，可以包括：物点经透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。本发明后实施例从物点成像后像差的计算值为设计目标出发，要求物点成像时，像差中每项的值尽可能小，也就是所有像差值的加权值尽可能小(像差中每项值对视觉的影响对应各自的加权系数)，即最终得到的像差值尽可能小。通过本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，可以尽可能减小像差中每项的值，如图15和图16所示，图15为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种场曲优化后的示意图，图16为本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法中一种畸变优化后的示意图。图15中的t1、t2和t3分别为蓝色光、绿色光和红色光对应的子午场曲的曲线，s1、s2和s3分别为蓝色光、绿色光和红色光对应的弧矢场曲的曲线，子午场曲和弧矢场曲的数值非常接近，小于2um，该像散值比现有vr设备的两片式透镜的像散值还要小；图16中在45°视场下畸变值小于40％，这样分辨率的损失可以满足人眼的视角需求。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，基于人眼视觉特征设定优化目标和优化变量，在匹兹凡像面上对物点成像的像差进行优化，优化处理的过程中结合vr设备的软件预处理能力，能够更好的明确、简化和优化vr设备中透镜的设计方式，得到高像质的透镜。基于本发明上述各实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法，本发明实施例还提供一种虚拟现实设备的透镜优化装置，该虚拟现实设备的透镜优化装置用于执行本发明上述任一实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化方法。如图17所示，为本发明实施例提供的一种虚拟现实设备的透镜优化装置的结构示意图。本实施例提供的装置包括：设置模块和优化处理模块。其中，设置模块210，用于设置采用透镜进行成像的优化目标和优化变量。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化装置，用于执行对vr设备的透镜进行设计优化的方案。设置模块210设置的优化目标和优化变量可以基于实际应用场景和使用者的角度考虑，实际应用中的设计要求例如包括：首先，基于用户使用的角度考虑，为了满足对体积和重量的要求，本发明实施例的方案中vr设备采用单片式透镜；其次，vr设备的出瞳为人眼，可以考虑瞳距、出瞳距，例如，瞳距会限制透镜的尺寸和形状，人眼则直接设定了vr设备中透镜的出瞳位置和尺寸，比如出瞳大小为2～8毫米(mm)，出瞳距10～20mm；再次，由于vr设备的应用场景和用户的使用需求，对透镜成像具有大视场的要求。另外，优化变量可以为上述瞳距、出瞳距，透镜的面型和厚度，以及透镜优化过程中与计算相关的所有参数变量。本发明实施例中vr设备的优化目标与传统光学透镜的设计目标不同，传统透镜通常为多透镜、小视场的设计目标。基于传统透镜设计目标不同，以及现有vr设备中单片式透镜无法解决各种像差问题的实际情况，如何对vr设备的单片式透镜进行设计，以及如何提高vr设备中单片式透镜的成像效果是本发明实施例对透镜进行优化的目标。优化处理模块220，用于通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值；物点经透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。在本发明实施例中，根据实际设计的要求由设置模块210设置优化目标和优化变量后，优化处理模块220可以通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，本发明实施例中的物点都是基于人眼瞳孔的出瞳点，在对物点成像进行优化的过程中，由于优化变量是可变量，可以通过不断调整改变优化变量中的部分或全部变量，找到成像结果符合设置的优化目标的优化变量值，这些优化变量值中包括透镜参数值，后续可以采用该透镜参数值制造透镜，得到成像结果符合优化目标的vr设备。调整优化变量的过程可以是计算机软件处理的过程，例如将与透镜成像中各种像差相关的计算公式以目标函数的方式写入到计算机程序中，程序通过不断的调整目标函数中的目标变量向目标函数迭代，经过足够的迭代后达到设定的优化目标后程序停止迭代，得到满足优化目标的目标参数的数值，此时得到的目标参数的数值中就包括透镜参数值。本发明实施例提供的装置中，其中一个设计要求为：物点经透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面，即要求像散无限接近于零。上述图2中说明子午像面和弧矢像面均为对称于光轴的曲面，参考图7所示的像散，当像散为零时，子午像面和弧矢像面重合在一起，但像面弯曲仍然存在，此时的弯曲的像面称为匹兹凡场曲像面(以下简称为：匹兹凡像面)。本发明实施例中物点成像的像面即上述匹兹凡像面，也就是说，本发明实施例提供的装置在匹兹凡像面上对透镜进行优化，即该优化设计中直接选取像散无限接近于零的像面进行优化。需要说明的是，上述实施例中已经对不同像面上的3d成像，以及对在匹兹凡像面上对透镜进行优化的可行性进行了详细的描述，证明了在匹兹凡像面对vr设备的透镜进行优化，对透镜成像的光学效果没有不利的影响，即验证了本发明实施例提供的装置执行优化的方式是有效地。现有vr设备中，三片式、两片式透镜的重量重体积大，并且两片式透镜的形态特殊，难以加工成型且组装难度大，虽然已有单片式透镜，但是像差的优化难度大，并没有解决场曲、像散等的设计优化问题，使得透镜的成像质量较低，难以达到用户的需求。本发明实施例提供的vr设备的透镜优化装置在优化设计中，仅采用一片透镜，基于人眼成像的视觉特征，选取像散无限接近于零的弯曲像面(即匹兹凡像面)对优化透镜的设计，可以简化优化难度，更重要的是，该方式不会对透镜成像的光学效果带来不利的影响。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化装置，通过设置模块210设置透镜成像优化目标和优化变量，由优化处理模块220通过已设置的优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，即对成像结果进行优化，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值，上述物点经透镜的成像的像面为像散小于预设阈值的像面(理想情况下为像散为零的像面，即匹兹凡像面)；上述优化目标、优化变量，以及透镜成像的像面都是基于人眼的视觉特征设计的。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化装置，基于人眼的视觉特征，在匹兹凡场曲的弯曲像面上对vr设备中透镜成像的像差进行消除和减弱处理，使得优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，保证了透镜的成像质量，并且仅采用一片透镜，可以兼容便携性和低成本等优势。可选地，图18为本发明实施例提供的另一种虚拟现实设备的透镜优化装置的结构示意图，在图17所示装置的结构基础上，本发明实施例提供的装置还可以包括：确定模块230，用于确定待成像物点对应的多个视场；本发明实施例中优化处理模块220通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理的实现方式，可以包括：通过优化变量对每个视场下的物点经所述透镜的成像进行优化处理，获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值。在本发明实施例中，可以根据实际情况设置多个视场，可以从光轴出发向单方向设置视场，例如设计中确定的视场为：0°、10°、20°、30°、40°、45°，考虑到光轴的对称性，实际应用中vr设备的视场是设计最大值的两倍。多个视场设置好后，可以通过在计算机中编入光学设计程序，根据基本光学原理(例如包括光沿直线传播定律和折射定律等)，对从这已设定的几个视场发出的物点进行追迹，追迹物点到达匹兹凡像面上时像点的情况，参考图12所示的物点成像的示意图，可以看出，平行光束上的物点成像到匹兹凡像面上的像点是重合的。可选地，在本发明实施例中，优化处理模块220执行优化处理的过程可以为计算机软件处理的过程，通过计算机程序对物点成像进行优化处理的实现方式，本发明实施例中的优化处理模块220可以包括：函数生成单元，用于根据优化目标和优化变量生成目标函数；初始值确定单元，用于确定优化变量的初始值；结果获取单元，用于根据初始值和目标函数获取物点经透镜的成像结果；优化处理单元，用于根据成像结果与优化目标的对比，调整初始值，并根据调整后的优化变量值和目标函数获取物点经透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值。在本发明实施例中，可以将已设定的优化目标、优化变量，以及待处理的各种像差的运算方式以程序代码的形式编写到计算机中，并且结合一些优化算法(例如最小二乘法、阻尼最小二乘法、一些全局优化算法等)生成目标函数，随后，根据已确定的初始值和目标函数获取物点经透镜的成像结果，即通过将初始值代入到目标函数中的方式，模拟对物点成像结果的追踪，并将成像结果与已设定的优化目标进行对比，对比可知当前透镜成像的像差与优化目标之间的差距，可以根据对比的差距调整初始值，即调整与透镜成像相关的参数，通过不断的调整优化变量得到物点经透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合优化目标的透镜参数值，即完成了透镜的优化。需要说明的是，优化变量初始值的确定方式中，该初始值可以是设计人员的根据经验设定的，也可以是计算机程序默认生成的，还可以是根据现有较优透镜的参数设定的，本发明实施例不作具体限定。上述实施例中已经论述在匹兹凡像面上对透镜成像的像差进行优化的可行性，该优化不仅包括对场曲和像散的优化，同样包括对畸变、色散、球差和慧差等像差的优化，优化的方式同样是设定优化目标，通过计算机软件处理，经过多次迭代运算得到符合优化目标的变量值。上述实施例中已经说明优化变量中包括与透镜相关的变量，可选地，本发明实施例中的优化变量和透镜参数可以包括：透镜的两个面的面型、每个面的曲率半径和物理半径，以及透镜的厚度等；另外，优化变量还可以包括一些计算过程中的可变量，例如像面的面型、曲率半径、物理半径和圆锥系数等，优化变量的示例可以参照上述表2中的内容，优化后得到的透镜的面型为偶次非球面时，具体的计算方式已经在上述实施例中详细说明，在此不再赘述。上述实施例中已经说明本发明实施例提供的优化装置中的优化目标是基于人眼特征设定的，以下实施例中详细说明优化目标的设定方式。可选地，本发明实施例中的优化目标可以包括：第一方面，物点经透镜成像在像面(即匹兹凡像面)上的光斑符合第一预设条件；第二方面，物点经透镜成像的像差符合第二预设条件。在第一方面中，对于上述物点在像面上成像的光斑特征，基于人眼视觉系统，可以考虑标准的rgb三色光的光斑，在实际光斑追踪的模拟运算中该三色光的波长分别为：0.486um、0.587um和0.656um。可选地，物点在像面上的光斑符合第一预设条件的实现方式，可以包括如下几种情况：第一，物点成像在像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；第二，物点成像在像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。本实施例的实现方式可以参考图13中物点在像面上光斑的点阵图和表3中的优化值，在最大视场(45°)处的均方根半径数值为148um，该值与现有透镜中的400um左右对比，明显减小了很多。在第二方面中，对于上述物点在像面上成像的像差值的优化中，由于待优化的像差通常包括场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差。可选地，在本发明实施例的一种实现方式中，从优化设计的理念触发，可以对这些像差设定符合人眼视觉特征的优化目标，例如包括以下一项或多项：第一，物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；第二，物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；第三，物点成像在像面上的球差和慧差小于预设阈值。上述已经说明本发明实施例在匹兹凡像面上对物点经透镜的成像进行优化，也就是说，优化条件中设定像散为零为理想情况，优化设计中通常考虑多个像差，因此尽可能控制像散无限接近于零，即控制子午场曲和弧矢场曲尽可能的接近；考虑到人眼分辨率的极限，可以控制畸变和色散在30°视野范围内尽可能小；另外，控制球差和慧差这两类像差在弯曲的像面(即匹兹凡像面)上尽可能小。上述优化目标在基于人眼视觉特征的基础上，同时结合透镜优化方式中可以采用的软件预处理特征，能够在单片式透镜的条件下，实现高像质的透镜设计，并且简化vr设备中透镜的设计过程。可选地，在本发明实施例的另一种实现方式中，像差符合第二预设条件，可以包括：物点经透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。本发明后实施例从物点成像后像差的计算值为设计目标出发，要求物点成像时，像差中每项的值尽可能小，也就是所有像差值的加权值尽可能小(像差中每项值对视觉的影响对应各自的加权系数)，即最终得到的像差值尽可能小。通过本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化装置，可以尽可能减小像差中每项的值，参考图14和图15所示像差的优化结果。图14中子午场曲和弧矢场曲的数值非常接近，小于2um，该像散值比现有vr设备的两片式透镜的像散值还要小；图15中在45°视场下畸变值小于40％，这样分辨率的损失可以满足人眼的视角需求。本发明实施例提供的虚拟现实设备的透镜优化装置，基于人眼视觉特征设定优化目标和优化变量，在匹兹凡像面上对物点成像的像差进行优化，优化处理的过程中结合vr设备的软件预处理能力，能够更好的明确、简化和优化vr设备中透镜的设计方式，得到高像质的透镜。虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。当前第1页12