一种光学透镜、眼镜及显示装置的制作方法

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光学透镜、眼镜及显示装置。

背景技术：

随着科技的进步以及显示技术的提高，显示技术也已经从最初的平面显示技术，衍生出了3d全息显示技术、虚拟现实(virtualreality，简称vr)显示技术及增强现实(augmentedreality，简称ar)显示技术等技术。

然而不管是3d全息显示技术，还是vr显示技术或者ar显示技术，大多需要借助一定的光学眼镜或者光学系统实现，但是现有的光学眼镜或者光学系统，其可视角度大多集中于正前方，而且视场角度偏小，远远小于人眼的视场角度，无法满足人眼视场可视范围。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光学透镜、眼镜及显示装置，以解决vr显示装置及ar显示装置中视场角度偏小的问题。

本发明实施例提供了一种光学透镜，所述光学透镜为凸透镜，所述光学透镜的第一表面为凸出的非球面，所述光学透镜上与所述第一表面相对的第二表面为凹陷的曲面基底的菲涅尔面，所述光学透镜包括主聚焦部及副聚焦部，所述主聚焦部及所述副聚焦部在与所述光学透镜的主光轴相垂直的方向上相邻排列并连接，所述主聚焦部的第一焦点及所述副聚焦部的第二焦点均位于所述主光轴上，所述副聚焦部的焦距大于所述主聚焦部的焦距。

本发明实施例还提供一种眼镜，所述眼镜包括光学透镜，所述光学透镜为凸透镜，所述光学透镜的第一表面为凸出的非球面，所述光学透镜上与所述第一表面相对的第二表面为凹陷的曲面基底的菲涅尔面，所述光学透镜包括主聚焦部及副聚焦部，所述主聚焦部及所述副聚焦部在与所述光学透镜的主光轴相垂直的方向上相邻排列并连接，所述主聚焦部的第一焦点及所述副聚焦部的第二焦点均位于所述主光轴上，所述副聚焦部的焦距大于所述主聚焦部的焦距。

本发明实施例还提供一种显示装置，所述显示装置包括眼镜，所述眼镜包括光学透镜，所述光学透镜为凸透镜，所述光学透镜的第一表面为凸出的非球面，所述光学透镜上与所述第一表面相对的第二表面为凹陷的曲面基底的菲涅尔面，所述光学透镜包括主聚焦部及副聚焦部，所述主聚焦部及所述副聚焦部在与所述光学透镜的主光轴相垂直的方向上相邻排列并连接，所述主聚焦部的第一焦点及所述副聚焦部的第二焦点均位于所述主光轴上，所述副聚焦部的焦距大于所述主聚焦部的焦距。

本发明实施例提供的光学透镜、眼镜及显示装置，所述光学透镜为凸透镜，所述光学透镜的第一表面为凸出的非球面，所述光学透镜上与所述第一表面相对的第二表面为凹陷的曲面基底的菲涅尔面，所述光学透镜包括主聚焦部及副聚焦部，所述主聚焦部及所述副聚焦部在与所述光学透镜的主光轴相垂直的方向上相邻排列并连接，所述主聚焦部的第一焦点及所述副聚焦部的第二焦点均位于所述主光轴上，所述副聚焦部的焦距大于所述主聚焦部的焦距。这样，光学透镜为第一表面和第二表面均为曲面形成的凸透镜，并通过在与光学透镜的主光轴相垂直的方向上设置主聚焦部和副聚焦部，而且主聚焦部的第一焦点和副聚焦部的第二焦点均位于主光轴上，副聚焦部的焦距大于主聚焦部的焦距，在保证由主聚焦部的部分形成的中心视场清晰度的同时，可以增加由副聚焦部的部分形成的边缘视场的范围和清晰度，简化并扩展了大视角的成像，在超大视角方向也可感受清晰的画面，提高显示装置沉浸感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一较佳实施例提供的一种光学透镜的立体图；

图2为图1中所示光学透镜的左视图；

图3为图2中iii-iii处所示的剖面图；

图4为图3中所示光学透镜的光路示意图；

图5为图1中所述光学透镜的面型参数表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请同时参阅图1、图2和图3，图1为本发明一较佳实施例提供的一种光学透镜的立体图，图2为图1中所示光学透镜的左视图，图3为图2中iii-iii处所示的剖面图。如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供一种光学透镜100，所述光学透镜100整体为一凸透镜，所述光学透镜100包括第一表面110和第二表面120，所述第一表面110与所述第二表面120相对设置，所述第一表面110为一向所述光学透镜100外侧凸出的非球面，所述第二表面120为朝向所述第一表面110的方向凹陷的曲面，所述第二表面120也为非球面，并且所述第二表面120上设置有由多个同心圆环组成的菲涅尔圆环(图未示)，所述多个菲涅尔圆环以凹陷的曲面为基底，共同形成一曲面基底的菲涅尔面，来组成所述第二表面120。

本实施例中，菲涅尔圆环采用等高设计，即每个圆环的高度相同，但并不局限于此，在其实施例中，菲涅尔圆环也可以采用等间距设计。

本实施例中，所述菲涅尔圆环的螺纹高度为0.5毫米，从所述光学透镜100的中心到边缘，螺纹的数量最多的为38个。

所述光学透镜100包括主光轴130，所述光学透镜100在与所述主光轴130垂直的平面上的投影大致为一椭圆形，并且所述光学透镜100在与所述主光轴130垂直的平面上的投影沿所述光学透镜100的长轴方向的口径a为50毫米至52毫米，其中，所述口径a为所述光学透镜100在与所述主光轴130垂直的平面上的投影沿所述光学透镜100的长轴方向上距离最远的两个点之间的距离。

本实施例中，所述口径a的长度即为所述光学透镜100的长轴的长度。

优选的，本实施例中，所述光学透镜100在与所述主光轴130垂直的平面上的投影沿所述光学透镜100的长轴方向的口径a为51.2毫米。

所述光学透镜100在所述第一表面110上与所述主光轴130相交的顶点g处的曲率半径为-81毫米至-81.5毫米，所述光学透镜100在所述第二表面120上与所述主光轴130相交的顶点h处的曲率半径为-32.5毫米至33.5毫米。

优选的，本实施例中，所述光学透镜100在所述第一表面110上与所述主光轴130相交的顶点g处的曲率半径为-81.245毫米，所述光学透镜100在所述第二表面120上与所述主光轴130相交的顶点h处的曲率半径为-32.947毫米。

所述光学透镜100的中心的厚度为7至9毫米，即所述光学透镜100上顶点g与顶点h之间的距离为7至9毫米。优选的，本实施例中，所述光学透镜100的中心的厚度为8毫米。

所述光学透镜100包括主聚焦部140和副聚焦部150，所述主聚焦部140和所述副聚焦部150在与所述光学透镜100的主光轴130相垂直的方向上相邻排列并连接，所述副聚焦部150位于所述主聚焦部140上远离所述主光轴130的外侧，所述副聚焦部150在与所述主光轴130垂直的平面上的投影在靠近所述主光轴130的一端，与所述主光轴130之间的距离b为24.6毫米，也就是说，在所述光学透镜100的长轴方向上，与所述主光轴130距离24.6毫米处进行划分，从而划分出所述主聚焦部140和所述副聚焦部150。

所述主聚焦部140在于所述主光轴130垂直的平面上的投影，沿所述光学透镜100的长轴方向的口径c为37毫米至41毫米。优选的，本实施例中，所述主聚焦部140在于所述主光轴130垂直的平面上的投影，沿所述光学透镜100的长轴方向的口径c为39.2毫米。

所述副聚焦部150在与所述主光轴130垂直的平面上的投影，沿所述光学透镜100的长轴方向的口径d为11毫米至13毫米。优选的，本实施例中，所述副聚焦部150在与所述主光轴130垂直的平面上的投影，沿所述光学透镜100的长轴方向的口径d为12毫米。

所述主聚焦部140具有第一主光轴，所述副聚焦部150具有第二主光轴，所述主聚焦部140的第一主光轴和所述副聚焦部150的第二主光轴均与所述主光轴130所重合。

所述主聚焦部140还具有第一焦点，所述副聚焦部150具有第二焦点，所述主聚焦部140的第一焦点及所述副聚焦部150的第二焦点均位于所述主光轴130上，所述副聚焦部150的焦距大于所述主聚焦部140的焦距，也就是说，所述主聚焦部140的第一焦点及所述副聚焦部150的第二焦点位于所述主光轴130上的不同位置。

所述主聚焦部140的焦距为35毫米至50毫米，所述副聚焦部150的焦距为80毫米至100毫米。为保证所述光学透镜100的成像的清晰度，所述主聚焦部140的焦距和所述副聚焦部150的焦距之间的差值保持在50毫米左右为最佳。

优选的，本实施例中，所述主聚焦部140的焦距为50毫米，所述副聚焦部150的焦距位100毫米。

在所述第二表面120上，所述主聚焦部140的第二表面上设置有第一菲涅尔圆环(图未示)，所述第一菲涅尔圆环的曲率半径为635毫米至636毫米，所述副聚焦部150的第二表面上设置有第二菲涅尔圆环(图未示)，所述第二菲涅尔圆环的曲率半径为39毫米至41毫米。所述第一菲涅尔圆环和所述第二菲涅尔圆环共同组成了所述第二表面120上的菲涅尔圆环，并与所述曲面基底共同形成菲涅尔面。

优选的，所述第一菲涅尔圆环的曲率半径为635.3毫米，所述第二菲涅尔圆环的曲率半径为40毫米。

请同时参阅图4，图4为图3中所示光学透镜的光路示意图。如图4中所示，在所述光学透镜100的内侧，即在所述光学透镜100的长轴方向上距离所述主光轴130近的一端，视角范围e可以达到36.14度，在所述光学透镜100的外侧，即在所述光学透镜100的长轴方向上距离所述主光轴130远的一端，视角范围f可以达到75度，从而使得所述光学透镜100在水平方向的视场可以达到111.14度。

进一步的，当双眼均使用所述光学透镜100时，可以使人眼的双眼视场达到172.6度，大大提高了人眼的双眼视场的可视范围，接近人眼视场的极限。

所述光学透镜100的出瞳距g为13毫米至15毫米，所述光学透镜100的出瞳直径h为3.5毫米至4.5毫米。

优选的，本实施例中，所述光学透镜100的出瞳距g为14毫米，所述光学透镜100的出瞳直径h为4毫米。

本发明实施例提供的光学透镜100，通过对不同视场进行分区优化，在光学透镜100上设置主聚焦部140和副聚焦部150，扩展所述光学透镜100的视场角度，并根据人眼视场各方向不对称的特性对镜片外形进行限制，从而使得所述光学透镜的视场大大增加。

进一步的，请同时参阅图5，图5为图1中所述光学透镜的面型参数表。如图5中所示，其中，所述光学透镜100的第一表面110和第二表面120的面型均为偶次非球面，并且可以通过公式：

计算得出，其中，r为计算所述第一表面110上某点的面型时，该点的半径，h为所述第二表面120上某点的面型时，该点的半径，k为锥面度，a、b、c、d和e分别为多项式系数，a、b、c、d和e在分别计算所述第一表面110和所述第二表面120的面型时，可以选用相应的参数，如计算所述第一表面110的面型时，可以使用第一列的参数数值，如计算所述主聚焦部140的菲涅尔面的面型，可以使用第三列的参数数值。

相应的，由于在所述光学透镜100上设置所述主聚焦部140和所述副聚焦部150，并且所述主聚焦部140的焦距与所述副聚焦部150的焦距不同，所述副聚焦部150的焦距大于所述主聚焦部140的焦距，因此，在所述主聚焦部140与所述副聚焦部150连接的地方，会存在一个较为明显的拐点或者弯折点。所述拐点或者弯折点可以是在所述第一表面110上，所述主聚焦部140与所述副聚焦部150的连接处，即在所述第一表面110上存在较为明显的曲面的拐点或者弯折点，而所述第二表面120上的曲面较为平滑，没有明显的曲面的拐点或者弯折点；所述拐点或者弯折点也可以是在所述第二表面120上，所述主聚焦部140与所述副聚焦部150的连接处，即在所述第二表面120上存在较为明显的曲面的拐点或者弯折点，而在所述第一表面110上的曲面较为平滑，没有明显的曲面的拐点或者弯折点；所述拐点或者弯折点还可以是在所述第一表面110和所述第二表面120上，所述主聚焦部140与所述副聚焦部150的连接处，即在所述第一表面110和所述第二表面120上均存在较为明显的曲面的拐点或者弯折点。具体在哪个表面上设置明显的曲面的拐点或者弯折点，可以根据设计需求进行设定，并不做严格限定。

对应的，由于本发明实施例提供的光学透镜，可以应用于大视场的眼镜，因此，本发明实施例还提供一种眼镜，其中，所述眼镜包括上述的光学透镜，实现所述光学透镜的实施例均适用于所述眼镜的实施例中，并且可以达到相同的技术效果。

对应的，由于本发明实施例提供的眼镜，可以应用于沉浸式的显示装置中，如vr装置或者ar装置等，因此，本发明实施例还提供一种显示装置，其中，所述显示装置包括上述的眼镜，所述眼镜包括上述的光学透镜，实现所述光学透镜的实施例均适用于所述显示装置的实施例中，并且可以达到相同的技术效果。

本发明实施例提供的光学透镜、眼镜及显示装置，所述光学透镜为凸透镜，所述光学透镜的第一表面为凸出的非球面，所述光学透镜上与所述第一表面相对的第二表面为凹陷的曲面基底的菲涅尔面，所述光学透镜包括主聚焦部及副聚焦部，所述主聚焦部及所述副聚焦部在与所述光学透镜的主光轴相垂直的方向上排列并连接，所述主聚焦部的第一焦点及所述副聚焦部的第二焦点均位于所述主光轴上，所述副聚焦部的焦距大于所述主聚焦部的焦距。这样，光学透镜为第一表面和第二表面均为曲面形成的凸透镜，并通过在与光学透镜的主光轴相垂直的方向上设置主聚焦部和副聚焦部，而且主聚焦部的第一焦点和副聚焦部的第二焦点均位于主光轴上，副聚焦部的焦距大于主聚焦部的焦距，在保证由主聚焦部的部分形成的中心视场清晰度的同时，可以增加由副聚焦部的部分形成的边缘视场的范围和清晰度，简化并扩展了大视角的成像，在超大视角方向也可感受清晰的画面，提高显示装置沉浸感。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。