一种光学系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光学系统，包括光阑(100)，从所述的光阑(100)向后依次设有第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)以及显示屏(200)，所述的第一透镜(1)为双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为弯月形非球面透镜，所述的第三透镜(3)为双凸形非球面透镜，所述的第四透镜(4)为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜(1)与第二透镜(2)用光学胶水粘合在一起形成胶合透镜组(300)，且胶合面弯向光阑(100)。本实用新型结构简单，清晰度高，视场角度大，适用范围广。
【专利说明】-种光学系统 【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种光学系统。 【【背景技术】】
[0002] 目前虚拟现实(Virtual Reality)是发展上升期，V則艮镜(虚拟现实眼镜）的原理 类似于放大镜，就是把画面放大，人眼感知运个放大了的画面。当前的主流产品为一片式， 可W实现3D效果，但清晰度较差，观看3D影像时眩晕感较强。局限于能优化的参数过少，镜 片的成像质量很难提高，比如色散崎变运类像差，单镜片几乎是无法消除的，为此，镜片组 的方案是未来的VR头盎(镜片装在头盎上成为V即艮镜）中镜片的发展趋势。
[0003] 因此，本实用新型正是基于W上的不足而产生的。 【【实用新型内容】】
[0004] 本实用新型目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单，清晰度高，视场角 度大，适用范围广的光学系统。
[0005] 本实用新型是通过W下技术方案实现的：
[0006] -种光学系统，其特征在于:包括光阔100,从所述的光阔100向后依次设有第一透 镜1、第二透镜2、第Ξ透镜3、第四透镜4W及显示屏200,所述的第一透镜1为双凸形非球面 透镜，所述的第二透镜2为弯月形非球面透镜，所述的第Ξ透镜3为双凸形非球面透镜，所 述的第四透镜4为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜1与第二透镜2用光学胶水粘合在 一起形成胶合透镜组300，且胶合面弯向光阔100。
[0007] 如上所述的光学系统，其特征在于:所述的第一透镜1的光焦度为正，所述的第二 透镜2的光焦度为负，所述的第Ξ透镜3的光焦度为正，所述的第四透镜4的光焦度为负。
[000引如上所述的光学系统，其特征在于:所述的胶合透镜组300的光焦度为正，且相对 于显示屏200固定不动;所述的Ξ透镜3为正光焦度且能相对显示屏200前后移动的透镜;所 述的第四透镜4为负光焦度且相对于显示屏200固定不动的透镜。
[0009] 如上所述的光学系统，其特征在于:从光阔100至显示屏200方向，所述的第一透镜 1的第一面为双曲线非球面、第二面为抛物线非球面;所述的第二透镜2的第一面为抛物线 非球面、第二面为楠圆非球面;所述的第Ξ透镜3的第一面为双曲线非球面、第二面为双曲 线非球面;所述的第四透镜4的第一面为抛物线非球面、第二面为楠圆非球面。
[0010] 如上所述的光学系统，其特征在于:所述的第二透镜2和第四透镜4朝光阔100-侧 弯曲。
[0011] 如上所述的光学系统，其特征在于:所述的光学系统的物距为-125mm~-4000mm。
[0012] 如上所述的光学系统，其特征在于:所述光学系统的光阔100与第一透镜1的距离 为固定值14mm。
[0013] 如上所述的光学系统，其特征在于:所述的第一透镜1、第二透镜2、第Ξ透镜3和第 四透镜4均为塑料非球面透镜。
[0014] 如上臟的光学系统，其特征在于:戶朋撕第一纖1、第二?2、第3?教和第四透镜4的 非球面表面形肪敲站is下方程:之=巧Vi [1- ( l+k) ,c2y2] } + α於。V- α :取6'+ α :母,'s卡狂评1。占 α 6/-'+ α序'4+ α净化，' 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥 二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面 形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为楠圆，当k系数等于0时，透 镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形;αι至as分别表示各径向 坐标所对应的系数。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型有如下优点：
[0016] 1、本实用新型的视场角非常大，视场角可达到120°，3D效果更明显，观看影像时有 身临其境的完美感受。
[0017] 2、本实用新型的清晰度非常高，且画面均匀，无论眼镜怎么转动，都能够看清整个 画面。
[0018] 3、本实用新型适用于所有体验者，可W调节视度，任何使用者都可W通过调节视 度，看清楚画面。
[0019] 4、本实用新型崎变很小，市面上常见的一片式结构为了追求大视场角，崎变都很 大，有明显的画面变形，本实用新型整个画面内没有明显变形。
[0020] 5、本实用新型的镜片全部采用塑料镜片，系统非常轻便，且有较高的通透性。
[0021] 6、本实用新型能合理的分配放大率，崎变很小，像面放大后，真实感得到保证，更 符合虚拟现实的要求。 【【附图说明】】
[0022] 图1是本实用新型光学系统图。 【【具体实施方式】】
[0023] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
[0024] -种光学系统，包括光阔100,从所述的光阔100向后依次设有第一透镜1、第二透 镜2、第Ξ透镜3、第四透镜4W及显示屏200,所述的第一透镜1为双凸形非球面透镜，所述的 第二透镜2为弯月形非球面透镜，所述的第Ξ透镜3为双凸形非球面透镜，所述的第四透镜4 为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜1与第二透镜2用光学胶水粘合在一起形成胶合透 镜组300,且胶合面弯向光阔100。
[0025] 光阔100设置于第一透镜1前方14mm位置，它模拟人眼的瞳孔大小，显示屏200发出 的光线经第四透镜4、第Ξ透镜3、第二透镜2、第一透镜1和光阔100后进入人眼，实际使用 时，光线是逆向传播的。光阔100设置在第一透镜1前方14mm处在保证整个光学系统高质量 成像的同时能够保证光学系统结构紧凑。
[00%]第一透镜1和第二透镜2胶合在一起形成胶合透镜组300,能够很好的矫正轴上各 种像差。另外，从光阔100往显示屏200方向，第一透镜1的第一面采用双曲线非球面，光线在 此非球面处有明显的转折，使得通过光阔孔径的所有光线都能顺利进入光学系统，也有效 的减小了其后面镜片的尺寸，减小了光学系统体积。
[0027] 第一透镜1和第二透镜2胶合在一起形成胶合透镜组300,且胶合面弯向光阔100， 不仅使第一辅助光线有很好的走向，而且还能够矫正球差和正弦差，利用胶合透镜的特性， 很好的矫正了光学系统的色差。同时，光学系统中第Ξ透镜3和第四透镜4分开使用，能够很 好的矫正光学系统的场曲及崎变，实现高分辨率。
[0028] 整个光学系统采用单透镜和胶合透镜组配合使用，不仅消除了整个光学系统的色 差，也很好的平衡了整个光学系统的像差，使得光学系统的像面中屯、和边缘都有相当高的 分辨率。
[0029] 所述的第一透镜1、第二透镜2、第Ξ透镜3和第四透镜4均为塑料非球面透镜。全部 采用塑料镜片，系统非常轻便，且有较高的通透性。有效的控制成本，减小光学系统体积，减 轻光学系统的重量。
[0030] 所述的第一透镜1的光焦度为正，所述的第二透镜2的光焦度为负，所述的第Ξ透 镜3的光焦度为正，所述的第四透镜4的光焦度为负。所述的第一透镜1为塑料非球面正透 镜，使得通过光阔100孔径的所有光线都能顺利进入整个光学系统，实现了大视场角，视场 角可达到120%实现明显的3D效果，第一透镜1主要承担了图像放大及图像投远的效果。所 述的第一透镜1和第Ξ透镜3可W采用低折射率光学塑料。第二透镜2和第四透镜4采用高折 射率的光学塑料。
[0031] 所述的胶合透镜组300的光焦度为正，且相对于显示屏200固定不动;所述的Ξ透 镜3为正光焦度且能相对显示屏200前后移动的透镜;所述的第四透镜4为负光焦度且相对 于显示屏200固定不动的透镜。胶合透镜组300相对显示屏200固定不动，第Ξ透镜3可W相 对显不屏200自U后移动，而束四透镜3又相对显不屏200固定不动。因此，利用人眼成像原理， 当近视眼用户使用时，画面需向眼睛方向移动，调节第Ξ透镜3的位置，补偿由近视引起的 画面移动量，使得系统始终能够聚焦在显示屏200上。利用光路可逆原理，显示屏200发出的 光线也能够进入人眼，聚焦在视网膜上，不同视度的人，只要将第Ξ透镜3调整到合适的位 置，就能够看清楚画面，实现光学系统内部对焦、视度调整，适用于所有体验者，改善了市面 上的产品只能用于正常视力使用者的局限性。
[0032] 从光阔100至显示屏200方向，所述的第一透镜1的第一面为双曲线非球面、第二面 为抛物线非球面;所述的第二透镜2的第一面为抛物线非球面、第二面为楠圆非球面;所述 的第Ξ透镜3的第一面为双曲线非球面、第二面为双曲线非球面;所述的第四透镜4的第一 面为抛物线非球面、第二面为楠圆非球面。运样的结构设计清晰度非常高，且画面均匀，崎 变很小，成像质量高。
[0033] 所述的第二透镜2和第四透镜4朝光阔100-侧弯曲，崎变很小，像面放大后，真实 感得到保证，更符合虚拟现实的要求。
[0034] 所述的光学系统的物距为-125mm~-4000mm。
[0035] 所述的第一透镜1、第二透镜2、第Ξ透镜3和第四透镜4的非球面表面形状满足W 下方程
在公 式中，参数C为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次 曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲 线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为楠圆，当k系数等于0时，透镜的 面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形;αι至as分别表示各径向坐标 所对应的系数。
【主权项】
1. 一种光学系统，其特征在于:包括光阑（100)，从所述的光阑（100)向后依次设有第一 透镜（1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)以及显示屏（200)，所述的第一透镜（1) 为双凸形非球面透镜，所述的第二透镜(2)为弯月形非球面透镜，所述的第三透镜(3)为双 凸形非球面透镜，所述的第四透镜(4)为弯月形非球面透镜，且所述的第一透镜（1)与第二 透镜(2)用光学胶水粘合在一起形成胶合透镜组(300)，且胶合面弯向光阑（100)。2. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:所述的第一透镜（1)的光焦度为正，所 述的第二透镜(2)的光焦度为负，所述的第三透镜(3)的光焦度为正，所述的第四透镜(4)的 光焦度为负。3. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:所述的胶合透镜组(300)的光焦度为 正，且相对于显示屏（200)固定不动;所述的三透镜(3)为正光焦度且能相对显示屏(200)前 后移动的透镜;所述的第四透镜(4)为负光焦度且相对于显示屏(200)固定不动的透镜。4. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:从光阑（100)至显示屏（200)方向，所 述的第一透镜（1)的第一面为双曲线非球面、第二面为抛物线非球面;所述的第二透镜(2) 的第一面为抛物线非球面、第二面为椭圆非球面;所述的第三透镜(3)的第一面为双曲线 非球面、第二面为双曲线非球面;所述的第四透镜(4)的第一面为抛物线非球面、第二面为 椭圆非球面。5. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:所述的第二透镜(2)和第四透镜(4)朝 光阑（100)-侧弯曲。6. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:所述的光学系统的物距为-125mm~-4000mm〇7. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:所述光学系统的光阑（100)与第一透 镜(1)的距离为固定值14mm。8. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于:所述的第一透镜（1)、第二透镜(2)、第 三透镜(3)和第四透镜(4)均为塑料非球面透镜。 9 ?根据权利要求臟的光学系统，其特征在于:臟的第一透镜(1 )、第二臟2)、第三透镜(3) 和第四透镜⑷的非球面表面形状满足以下方程:Z=GyV { [1- (]+k) c2y2] } + a iy2+：a 2y4^ a 3/+ a 4ys+a 5y]°+ a sy12+a 7y"+ a ?ylf,在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，其单位和 透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线， 当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线 为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁 圆形;^至如分别表示各径向坐标所对应的系数。
【文档编号】G02B13/06GK205485019SQ201620164714
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】王玉荣, 肖明志, 邹艳华, 陈安科, 鲍秀娟, 舒建林, 谭琦, 贾丽娜
【申请人】中山联合光电科技股份有限公司