一种折衍混合透镜光学系统的制作方法

本实用新型涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种折衍混合透镜光学系统。

背景技术：

虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，虚拟现实系统是由计算机生成的通过视、听、触觉等作用于用户，使其产生身临其境感觉的交互式虚拟环境。虚拟现实使用的设备远远超出了键盘和鼠标的传统模式，其主要利用数字头盔、数字手套等传感器设备，其中，头盔显示中的光学系统是虚拟现实观感实现的关键，而现有头盔中的光学系统主要还是正透镜和负透镜的组合，为了给用户带来好的沉浸感，通常需要缩短系统焦距以增大视场，而缩短焦距会使色散和畸变加重，致使整个系统的成像质量不好。为解决该问题，本领域的技术人员通过增加透镜的数量来改善成像的质量，而增加透镜个数会导致整个系统长度增加，将其安装于头盔内，会使头盔目镜部分加长，头盔佩戴不方便，而如果不增加透镜数量要达到缩短系统焦距则传统透镜中心厚度变大，且系统口径和视场难以做大，无法给用户带来好的沉浸感。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种折衍混合透镜光学系统，解决现有技术使用传统透镜不能同时获得高成像质量与较短的系统长度以及大口径大视场的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种折衍混合透镜光学系统，包括正透镜，所述正透镜的近眼侧设置衍射光学元件。

在一种优选的实施方式中，所述正透镜的近显示屏侧设置菲涅尔透镜。

在一种优选的实施方式中，所述衍射光学元件的基底，为平面或球面或非球面或自由曲面。

在一种优选的实施方式中，所述衍射光学元件的表面浮雕结构为连续浮雕结构或多阶浮雕结构或菲涅尔型结构。

在一种优选的实施方式中，所述菲涅尔透镜的基底，为平面或球面或非球面或自由曲面。

在一种优选的实施方式中，所述菲涅尔透镜为等齿距菲涅尔透镜，所述齿距为0.2mm-1mm。

在一种优选的实施方式中，所述菲涅尔透镜为等齿宽菲涅尔透镜，所述齿宽为0.2mm-1mm。

在一种优选的实施方式中，所述菲涅尔透镜与所述正透镜的面积比例为1:1.2。

本实用新型一种折衍混合透镜光学系统，相对于现有技术，其有益效果为：

首先，正透镜的近眼侧设置衍射光学元件，利用衍射光学元件特殊的色散特性，与常规透镜组成折衍混合透镜，不仅可以减小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸变等，提高成像质量；正透镜的近显示屏侧设置菲涅尔透镜，可以实现薄型化，主要通过几何光学的折射而发挥透镜作用，在厚度方向或半径方向等间隔的划分。采用菲涅尔透镜可以增大口径而不增加正透镜中心厚度，可以进一步缩短焦距，而且可以减少重量，缩短整个系统的长度；本实用新型提供的光学系统可以得到消色差和消畸变的高质量光学效果，整个光学系统口径大而长度短，而且所用透镜数量少、体积小、重量轻、成本低。

其次，本实用新型中的菲涅尔透镜为等齿距或者等齿宽菲涅尔透镜，等齿距或等齿宽的菲涅尔透镜均可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用，从而增强聚光。而齿距范围0.2mm-1mm或者齿宽范围为0.2mm-1mm的菲涅尔透镜聚光效果好。

最后，本实用新型菲涅尔透镜与正透镜的面积比例为1:1.2，经实验验证，该比例能够在节省菲涅尔透镜的基础上，达到有效的聚光效果，减少反射入眼底的光线，减少对于眼底的刺激，避免眼部干涩情况发生。且通过此比例进行组装，整体比例更加合理，结合更加紧实，使此光学系统具有良好的耐冲击效果。另外由于菲涅尔透镜价钱较高，该比例的设置，将会降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种折衍混合透镜光学系统的光路示意图；

图2是本实用新型一种折衍混合透镜光学系统的畸变曲线示意图；

图3是本实用新型一种折衍混合透镜光学系统的另一种结构的光路示意图；

图4是本实用新型一种折衍混合透镜光学系统的另一种结构的畸变曲线示意图。

图中，1.正透镜，2.人眼位置，3.显示屏，4.负透镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据图1所示，说明本实用新型一种折衍混合透镜光学系统的一种实施例的结构，本实用新型包括正透镜1，正透镜1的近眼侧设置衍射光学元件，衍射光学元件具有特殊的色散特性，与正透镜1组成折衍混合透镜，不仅可以减小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸变等，提高成像质量。正透镜1的近显示屏侧设置菲涅尔透镜，可以增大口径而不增加正透镜中心厚度，可以进一步缩短焦距。其中，衍射光学元件的基底，为平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光学元件的表面浮雕结构为连续浮雕结构或多阶浮雕结构或菲涅尔型结构，菲涅尔透镜的基底，为平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光学元件采用光刻工艺加工并注塑成型。菲涅尔透镜为等齿距或等齿宽菲涅尔透镜，齿距、齿宽范围均为0.2mm-1mm。菲涅尔透镜与正透镜的面积比例为1:1.2。

使用时，显示屏3上的图像经正透镜1成像，人眼观察到放大的虚像。由于正透镜1的近眼侧设置衍射光学元件，衍射光学元件与传统折射透镜具有相反的色散规律，因此，将正透镜的近眼侧设置衍射光学元件，不仅可以减小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸变等，使得成像质量有较大提高。本实用新型的畸变曲线如图2所示，从图中可以看出，畸变降低。

本实用新型的另一种结构如图3所示，包括正透镜1和负透镜4，正透镜1位于靠近人眼位置2的一侧，负透镜4位于靠近显示屏3的一侧。其中，正透镜1的近眼侧设置衍射光学元件，正透镜1的近显示屏侧设置菲涅尔透镜，其中衍射光学元件的基底为平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光学元件的表面浮雕结构为连续浮雕结构或多阶浮雕结构或菲涅尔型结构。菲涅尔透镜的基底为平面或球面或非球面或自由曲面；负透镜4为负弯月透镜，负弯月透镜的凹面位于近显示屏3一侧，凸面位于近正透镜1一侧，负弯月透镜的表面为球面或非球面或自由曲面或衍射光学表面。衍射光学元件采用光刻工艺加工并注塑成型。菲涅尔透镜为等齿或者等齿宽距菲涅尔透镜，齿距、齿宽均为0.2mm-1mm。菲涅尔透镜与正透镜1的面积比例为1:1.2。将正透镜的近眼侧设置衍射光学元件，不仅可以减小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸变等，使得成像质量有较大提高。本实用新型的畸变曲线如图4所示，从图中可以看出，畸变降低。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。