双通光学系统、镜头模组和VR设备的制作方法

双通光学系统、镜头模组和vr设备
技术领域
1.本发明属于光学成像领域，尤其涉及一种双通光学系统、镜头模组和vr设备。


背景技术：

2.头戴显示器通过光学系统将全景视频提供给用户来进行相关的交互和操作，带给人们身临其境的视觉体验，该技术已经广泛地应用于娱乐、医疗、教育等领域。
3.目前行业通用的头戴显示器的镜头为了保证mtf值，镜头的最大成像圆设定为2.2毫米，小于感光器件的对角线长度2.4毫米，这种不匹配导致感光器件四周有暗角发生，影响算法的捕捉精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种双通光学系统，以解决上述感光器件四周有暗角的问题。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种双通光学系统，双通光学系统用于可见光成像和红外光成像，双通光学系统沿着光轴方向从物侧至像侧依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；第一透镜、第二透镜和第六透镜为凹透镜；第三透镜、第四透镜、第五透镜和第七透镜为凸透镜；
6.光学系统满足以下公式：
7.5.5f《|f1|《6.6f，1.7f《|f2|《1.98，6.48f《|f3|《9.95，2.30f《|f4|《3.39，1.32f《|f5|《1.54，1.34f《|f6|《1.72，3.02f《|f7|《5.28；
8.其中，f是双通光学系统的焦距，f1是第一透镜的焦距、f2是第二透镜的焦距，f3是第三透镜的焦距，f4是第四透镜的焦距，f5是第五透镜的焦距，f6是第六透镜的焦距，f7是第七透镜的焦距。
9.较佳地，第一透镜为玻璃透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为塑胶透镜。
10.较佳地，双通光学系统还包括光阑，光阑位于第三透镜和第四透镜之间或第四透镜和第五透镜之间。
11.较佳地，第一透镜的折射率大于1.6且小于1.8，第一透镜的色散系数大于20且小于50。
12.较佳地，第二透镜、第四透镜和第五透镜的折射率均为大于1.3且小于1.6；第二透镜、第四透镜和第五透镜的色散系数均为大于30且小于60。
13.较佳地，第三透镜、第六透镜和第七透镜的折射率均为大于1.4且小于1.7；第三透镜、第六透镜和第七透镜的色散系数均为大于20且小于50。
14.较佳地，光学系统满足以下公式：
15.16.其中，f是双通光学系统的焦距，r11为第一透镜物侧面的曲率半径，r21为第二透镜物侧面的曲率半径，r31为第三透镜物侧面的曲率半径，r41为第四透镜物侧面的曲率半径，r51为第五透镜物侧面的曲率半径，r61为第六透镜物侧面的曲率半径，r71为第七透镜物侧面的曲率半径；或
17.光学系统满足以下公式：
[0018][0019]
其中，f是双通光学系统的焦距，r12为第一透镜像侧面的曲率半径，r22为第二透镜像侧面的曲率半径，r32为第三透镜像侧面的曲率半径，r42为第四透镜像侧面的曲率半径，r52为第五透镜像侧面的曲率半径，r62为第六透镜像侧面的曲率半径，r72为第七透镜像侧面的曲率半径。
[0020]
较佳地，双通光学系统的光学总长ttl大于6毫米且小于8毫米，光学系统的焦距和通光孔径的比值为2.2，最大视场角为160度，最大成像圆的直径为2.7毫米。
[0021]
第二方面，本发明还提供一种镜头模组，用于vr设备，包括镜筒和第一方面的双通光学系统，双通光学系统的第一透镜至第七透镜安装在镜筒内。
[0022]
第三方面，本发明还提供一种vr设备，包括第二方面的镜头模组，镜头模组设于壳体内。
[0023]
与现有技术相比，本发明通过合理配置第一透镜至第七透镜的各透镜的焦距，使得最大成像圆的直径大于感光器件的对角线长度，可以有效避免暗角的发生，全频下的mtf值高达40％以上，成像效果好，另外本双通光学系统在设计时考虑了红外光线，该光学系统可以同时用于可见光和红外光。
附图说明
[0024]
图1是本发明实施例双通光学系统的结构示意图。
[0025]
图2是本发明实施例双通光学系统的光路图。
[0026]
图3是本发明实施例双通光学系统四分之一全频下的mtf曲线图。
[0027]
图4是本发明实施例双通光学系统二分之一全频下的mtf曲线图。
[0028]
图5是本发明实施例双通光学系统全频下的mtf曲线图。
[0029]
图6是本发明实施例双通光学系统离焦曲线图。
[0030]
图7是本发明实施例双通光学系统场曲图。
[0031]
图8是本发明实施例双通光学系统畸变曲线图。
具体实施方式
[0032]
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0033]
如图1至图2所示，本发明实施例提供的一种双通光学系统，所述双通光学系统用于可见光成像和红外光成像，所述双通光学系统沿着光轴方向从物侧至像侧依次包括第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70；所述第一透镜10、第二透镜20和第六透镜60为凹透镜；所述第三透镜30、第四透镜40、第五透镜
1.006mm，r71的取值优选为1.337mm。r11、r21、r31、r41、r51、r61、r71的取值可以在各自的优选值上下浮动，例如上下浮动幅度为0.3mm，只要能满足上述公式即可。
[0050]
本发明实施例中，所述光学系统满足以下公式：
[0051][0052]
其中，f是所述光学系统的焦距，r12为第一透镜10像侧面的曲率半径，r22为第二透镜20像侧面的曲率半径，r32为第三透镜30像侧面的曲率半径，r42为第四透镜40像侧面的曲率半径，r52为第五透镜50像侧面的曲率半径，r62为第六透镜60像侧面的曲率半径，r72为第七透镜70像侧面的曲率半径。
[0053]
具体的，r12的取值优选为2.23mm，r22的取值优选为0.792mm，r32的取值优选为4.288mm，r42的取值优选为-1.374mm，r52的取值优选为-1.237mm，r62的取值优选为4.104mm，r72的取值优选为3.487mm。所述r12、r22、r32、r42、r52、r62、r72的取值可以在各自的优选值上下浮动，例如上下浮动幅度为0.3mm，只要能满足上述公式即可。
[0054]
本发明实施例中，所述双通光学系统的光学总长ttl大于6毫米且小于8毫米。
[0055]
具体的，所述第一透镜物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct1(即第一透镜的厚度)为0.578mm，所述第二透镜物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct2(即第二透镜的厚度)为0.336mm，所述第三透镜物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct3(即第三透镜的厚度)为0.5mm，所述第四透镜的物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct4(即第四透镜的厚度)为0.6mm，所述第五透镜的物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct5(即第五透镜的厚度)为0.676mm，所述第六透镜的物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct6(即第六透镜的厚度)为0.163mm，所述第七透镜的物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct7(即第七透镜的厚度)为0.78mm，所述光学系统还包括平行平板90，所述平行平板90的厚度为0.21mm；所述第一透镜的像侧面光轴几何中心与第二透镜的物侧面光轴几何中心的距离dt1(即第一透镜与第二透镜的间距)为0.954mm，所述第二透镜的像侧面光轴几何中心与第三透镜的物侧面光轴几何中心的距离dt2(即第二透镜与第三透镜的间距)为0.623mm，所述第二透镜的像侧面光轴几何中心与第三透镜物侧面光轴几何中心的距离dt3(即第三透镜与第四透镜的间距)为0.156mm，所述第四透镜的像侧面光轴几何中心与第五透镜物侧面光轴几何中心的距离dt4(即第四透镜与第五透镜的间距)为0.058mm，所述第五透镜的像侧面光轴几何中心与第六透镜物侧面光轴几何中心的距离dt5(即第五透镜与第六透镜的间距)为0.076mm，所述第六透镜的像侧面光轴几何中心距第七透镜物侧面光轴几何中心的距离dt6(即第六透镜与第七透镜的间距)为0.178mm，所述第七透镜的像侧面光轴几何中心距平行平板90物侧面光轴几何中心的距离dt7(即第七透镜与平行平板90的间距)为0.194mm，所述平行平板到感光器件的距离大于0.3mm且小于0.4mm，所述ct1、ct2、ct3、ct4、ct5、ct6、ct7可以在各自的取值上下波动，例如波动的幅度为正负0.1mm，dt1、dt2、dt3、dt4、dt5、dt6、dt7可以在各自的取值上下浮动，例如上下浮动的幅度为0.05mm，只要保证光学总长在6毫米到8毫米之间即可。
[0056]
本发明实施例中，所述双通光学系统的焦距和通光孔径的比值为2.2，最大视场角为160度，最大成像圆为2.7毫米。
[0057]
具体的，本发明在设计时采用zemax软件进行光学设计，物体所在的光轴几何中心距所述第一透镜物侧面光轴双几何中心的距离是500mm，通光学系统的f#(镜头的焦距和通光孔径的比值)设置为2.2，最大半视场角设置为80
°
，最大全视场角设置为160
°
，波长依次设置0.65mm，0.61mm，0.555mm，0.51mm，0.47mm，0.85mm这六个值，其中0.85mm为红外波长，可用于红外光下工作，由于最大成像圆为2.7毫米，大于传感器件的对角线长度2.4毫米，因此，不存在暗角情况，不会影响算法的捕捉精度。
[0058]
图3至图5分别给出了本发明实施例在主光轴(即，ts0.00(deg))、9.40度(即，ts9.40(deg))、18.80度(即，ts18.80(deg))、28.20度(即，ts28.20(deg))、37.60度(即，ts37.60(deg))、47.00度(即，ts47.00(deg))、56.40度(即，ts56.40(deg))、65.80度(即，ts65.80(deg))、75.20度(即，ts75.20(deg))及80.00度(即，ts80.00(deg))的在四分之一全频下的mtf曲线图(mtf英文全称：modulation transfer function，调制传递函数)、二分之一全频下的mtf曲线图、全频下的mtf曲线图，由曲线可知，各个视场的子午和弧矢的mtf曲线比较接近，表明该广角镜头的在子午(t)和弧矢(s)两个方向的成像一致性比较好，四分之一全频下的mtf值达到90％，二分之一全频下的mtf值达到70％以上，而全频下的mtf值高达40％以上，该双通光学系统成像效果非常好。
[0059]
图6为本实施例的双通光学系统离焦曲线图，由曲线可知，曲线主要聚集在横坐标上0位置处的中心轴的两边，说明该双通光学系统的清晰度非常好。
[0060]
图7为本实施例的双通光学系统的场曲图，可以看出该双通光学系统的场曲绝对值在0.05mm以内，场曲非常小，整体成像清晰。
[0061]
图8为本实施例的双通光学系统的光学畸变曲线图，畸变曲线较为平滑，由内视场道外视场变化平稳，图像变形小。
[0062]
本发明还提供了一种镜头模组，用于vr设备，镜头模组包括镜筒和上述本发明实施例提供的双通光学系统，双通光学系统的第一透镜至第七透镜安装在镜筒内，该镜头模组为vr设备上的成像模块。通过在镜头模组内安装上述实施例提供的双通光学系统的第一透镜至第七透镜，让各视场的成像效果都非常好，没有任何暗角的发生。
[0063]
本发明还提供了一种vr设备，vr设备包括壳体和本发明实施例提供的镜头模组，镜头模组设于壳体内。通过在vr设备中设置本发明提供的镜头模组，让各视场的成像效果都非常好，没有任何暗角的发生。
[0064]
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。