光学系统和VR眼镜的制作方法

本发明涉及光学领域，尤其涉及光学系统和vr眼镜。

背景技术：

1、虚拟现实(virtualreality，vr)显示技术受到了广泛的关注，为使得vr设备更轻更薄，多数技术人员均选择采用pancake式的折叠光路结构，传统pancake折叠光路结构的工作原理为：屏幕发出的第一线偏振光，经过第一1/4波片qwp1，变为圆偏振光；然后经过单个透镜或多个透镜组成的透镜组，其中一片透镜的一个表面上设置有部分反射膜；部分光线透过透镜，由于透镜的双折射效应，光线由圆偏振光退偏为椭圆偏振光，但比较接近圆偏振光；然后经过第二1/4波片qwp2，变为比较接近第二线偏振光的椭圆偏振光；在此过程中，如果光线没有退偏，此时应为与偏振反射片pbs透光轴垂直的第二线偏振光，则光线会被pbs全部反射，但光线退偏为椭圆偏振光后，将有部分光线透过pbs形成鬼影；剩余光线反射回来，同时变为第二线偏振光；然后，被pbs反射回来的第二线偏振光，经过qwp2，变为圆偏振光；接着经过透镜并被部分反射膜反射，并再次经过透镜，变为比较接近圆偏振光的椭圆偏振光，再经过qwp2，变为比较接近第三线偏振光的椭圆偏振光，此时大部分光线能够透过pbs形成主像，剩余光线被pbs反射回来，造成有效光的损失；此结构可大大减小vr光学结构的厚度，但也带来了较为严重的杂散光，形成鬼影等不良，影响用户的观看效果。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种光学系统和vr眼镜，旨在解决现有的vr眼镜中的光学系统容易导致鬼影等不良的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种光学系统，所述光学系统具有沿光轴的延伸方向呈相对设置的物侧和像侧，所述光学系统包括自所述物侧至所述像侧依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；

3、其中，所述第一透镜靠近所述物侧的端面上镀有半反半透膜，靠近所述像侧的端面上镀有ar透膜；

4、所述第一透镜和所述第二透镜之间设置有可旋转设置的四分之一波片，所述四分之一波片包括平板玻璃、以及胶合于所述平板玻璃上的四分之一波片膜；

5、所述第二透镜靠近所述物侧的端面上镀ar增透明；

6、所述第二透镜和所述第三透镜之间设置有线偏振膜；

7、所述第三透镜的靠近所述像侧和所述物侧的两个端面上均镀有ar增透膜。

8、可选地，自所述光学系统的物侧的光线依次穿过所述第一透镜、所述四分之一波片膜和所述第二透镜，被所述线偏振膜反射形成一次反射光；

9、所述一次反射光依次穿过所述第二透镜、所述四分之一波片膜和所述第一透镜，被所述第一透镜靠近所述物侧的一端面上的半反半透膜反射形成二次反射光；

10、所述二次反射光依次穿过所述第一透镜、所述四分之一波片膜、所述第二透镜、所述线偏振膜和所述第三透镜，到达所述光学系统的像侧。

11、可选地，所述四分之一波片膜与所述物侧之间的偏振态为逆时针圆偏振，所述四分之一波片膜与所述线偏振膜之间的偏振态为竖直线偏振。

12、可选地，所述线偏振膜与所述第一透镜之间的偏振态为顺时针圆偏振。

13、可选地，所述第一透镜与所述四分之一波片膜之间的偏振态为顺时针圆偏振，所述四分之一波片膜与所述像侧之间的偏振态为水平线偏振。

14、可选地，所述第一透镜的光焦度为正；

15、所述第二透镜的光焦度为负；

16、所述第三透镜的光焦度为正。

17、可选地，所述第一透镜的膨胀系数为p1，其中，50<p1<70；

18、所述第二透镜的膨胀系数为p2，其中，50<p2<70；

19、所述第三透镜的膨胀系数为p3，其中，50<p3<70。

20、可选地，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为非球面透镜；和/或，

21、所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜至少其中之一的材质为塑料。

22、可选地，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜中任意一个的非球面的表面形状满足公式i，公式i为

23、

24、其中，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，a1至a8分别为各径向坐标所对应的系数。

25、本发明还提供一种vr眼镜，所述vr眼镜包括光学系统，所述光学系统具有沿光轴的延伸方向呈相对设置的物侧和像侧，所述光学系统包括自所述物侧至所述像侧依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；

26、其中，所述第一透镜靠近所述物侧的端面上镀有半反半透膜，靠近所述像侧的端面上镀有ar透膜；

27、所述第一透镜和所述第二透镜之间设置有可旋转设置的四分之一波片，所述四分之一波片包括平板玻璃、以及胶合于所述平板玻璃上的四分之一波片膜；

28、所述第二透镜靠近所述物侧的端面上镀ar增透明；

29、所述第二透镜和所述第三透镜之间设置有线偏振膜；

30、所述第三透镜的靠近所述像侧和所述物侧的两个端面上均镀有ar增透膜。

31、本发明提供的技术方案中，因自所述光学系统的物侧的光线依次穿过所述第一透镜、所述四分之一波片膜和所述第二透镜，被所述线偏振膜反射，形成的反射光又依次穿过所述第二透镜、所述四分之一波片膜和所述第一透镜，而后被所述第一透镜靠近所述物侧的一端面上的半反半透膜反射，反射的光线又依次穿过所述第一透镜、所述四分之一波片膜、所述第二透镜、所述线偏振膜和所述第三透镜，到达所述光学系统的像侧，通过在透镜模组(即第一透镜、第二透镜和第三透镜)与线偏振膜之间的光路上增设所述四分之一波片和所述线偏振膜等相位补偿元件，并将所述四分之一波片进行简易的旋转，对各透镜应力造成的相位延迟进行补偿，即对透镜模组与线偏振膜之间传输的偏振光进行偏振补偿，使得入射到线偏振膜的偏振光为对应的线偏振光，这样能够更有效地补偿因透镜的双折射效应导致的光线退偏，实现减弱pancake系统中由于光路折叠导致的较大的鬼像能量，使vr眼镜用户获得更良好的观看效果。

技术特征：

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统具有沿光轴的延伸方向呈相对设置的物侧和像侧，所述光学系统包括自所述物侧至所述像侧依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，自所述光学系统的物侧的光线依次穿过所述第一透镜、所述四分之一波片膜和所述第二透镜，被所述线偏振膜反射形成一次反射光；

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述四分之一波片膜与所述物侧之间的偏振态为逆时针圆偏振，所述四分之一波片膜与所述线偏振膜之间的偏振态为竖直线偏振。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述线偏振膜与所述第一透镜之间的偏振态为顺时针圆偏振。

5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜与所述四分之一波片膜之间的偏振态为顺时针圆偏振，所述四分之一波片膜与所述像侧之间的偏振态为水平线偏振。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的光焦度为正；

7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的膨胀系数为p1，其中，50<p1<70；

8.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为非球面透镜；和/或，

9.如权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜中任意一个的非球面的表面形状满足公式i，公式i为

10.一种vr眼镜，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的光学系统。

技术总结
本发明公开一种光学系统和VR眼镜，光学系统具有沿光轴的延伸方向呈相对设置的物侧和像侧，光学系统包括自物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；其中，第一透镜靠近物侧的端面上镀有半反半透膜，靠近像侧的端面上镀有AR透膜；第一透镜和第二透镜之间设置有可旋转设置的四分之一波片，四分之一波片包括平板玻璃、以及胶合于平板玻璃上的四分之一波片膜；第二透镜靠近物侧的端面上镀AR增透明；第二透镜和第三透镜之间设置有线偏振膜；第三透镜的靠近像侧和物侧的两个端面上均镀有AR增透膜。通过将四分之一波片进行简易的旋转，对各透镜应力造成的相位延迟进行补偿，实现减弱pancake系统中由于光路折叠导致的较大的鬼像能量。

技术研发人员：谭丽梦,李守林,肖明志,王浩,邱盛平
受保护的技术使用者：中山联合光电研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1