虚拟现实系统的制作方法

本技术涉及光学元件领域，具体地，涉及一种虚拟现实系统。

背景技术：

1、随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实系统被广泛应用于多种领域。通常情况下，虚拟现实系统包括用于提供沉浸感的目视系统、捕捉动作的定位系统、与现实交互的透视系统以及构建表情的面部识别系统等中的至少一个光学系统。特别地，目视系统可以带领用户进入虚拟世界，给用户以沉浸感。定位系统可以捕捉用户的肢体位置和动作。目视系统和定位系统的结合，可以将用户的动作带入虚拟世界中，建立虚拟世界和现实世界的联系，使用户在虚拟场景中社交、办公、游戏等，给用户一种身临其境的感觉。

2、目前，大部分生产商为了增强虚拟现实系统的沉浸感、提高用户体验，通常会在不同的虚拟现实系统上配置多个不同种类的光学系统。然而，如何通过优化多个光学系统的架构、提升光学系统的性能，以提高虚拟现实系统的用户体验，已成为目前诸多光学系统设计者亟待解决的难题之一。

技术实现思路

1、本技术提供了这样一种虚拟现实系统。该虚拟现实系统包括第一光学系统和第二光学系统。第一光学系统沿着第一光轴由接收侧至发射侧依序包括反射式偏光元件、第一镜片、第二镜片、四分之一波板和第三镜片。第二光学系统沿着第二光轴由物侧至像侧依序包括具有光焦度的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，其中第一透镜可具有负光焦度，第二透镜可具有负光焦度。第二光学系统所成的实像以电信号的形式传递至显示屏幕，第一光学系统用于投射显示屏幕上的虚像以及传递至显示屏幕上的实像。虚拟现实系统可满足：-0.5＜fm/(r1m-r3m)＜0.5、-1.5＜fn/(r14n+r16n)＜1.0和13.5＜fm/fn＜15.5，fm是第一光学系统的有效焦距，r1m是第一镜片的近接收侧面的曲率半径，r3m是第二镜片的近接收侧面的曲率半径，fn是第二光学系统的有效焦距，r14n是第七透镜的像侧面的曲率半径，r16n是第八透镜的像侧面的曲率半径。

2、在一个实施方式中，第一镜片的近接收侧面至第三镜片的近发射侧面中的至少一个镜面是非球面镜面。

3、在一个实施方式中，第一透镜的物侧面至第八透镜的像侧面中的至少一个镜面是非球面镜面。

4、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-81.0＜r1m/(ct1m+drpm)＜-14.0，其中，r1m是第一镜片的近接收侧面的曲率半径，ct1m是第一镜片在第一光轴上的中心厚度，drpm是反射式偏光元件在第一光轴上的中心厚度。

5、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：7.0＜f12m×(n1m-nrpm)/t12m＜42.0，其中，f12m是第一镜片和第二镜片的组合焦距，t12m是第一镜片和第二镜片在第一光轴上的空气间隔，n1m是第一镜片的折射率，nrpm是反射式偏光元件的折射率。

6、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-5.5＜f3m/r5m+f3m/r6m＜-3.0，其中，f3m是第三镜片的有效焦距，r5m是第三镜片的近接收侧面的曲率半径，r6m是第三镜片的近发射侧面的曲率半径。

7、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：23.0＜f3m×n3m/(ct3m+dqwpm)＜40.5，其中，f3m是第三镜片的有效焦距，ct3m是第三镜片在第一光轴上的中心厚度，dqwpm是四分之一波板在第一光轴上的中心厚度，n3m是第三镜片的折射率。

8、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：7.5＜(v3m-v2m)/(ct3m/ct2m)＜31.5，其中，v2m是第二镜片的阿贝数，v3m是第三镜片的阿贝数，ct3m是第三镜片在第一光轴上的中心厚度，ct2m是第二镜片在第一光轴上的中心厚度。

9、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-41.0mm2＜r4m×t23m+r5m×dqwpm＜-12.0mm2，其中，t23m是第二镜片和第三镜片在第一光轴上的空气间隔，r4m是第二镜片的近发射侧面的曲率半径，r5m是第三镜片的近接收侧面的曲率半径，dqwpm是四分之一波板在第一光轴上的中心厚度。

10、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：5.5＜ct3m/(t23m+dqwpm)＜18.0，其中，ct3m是第三镜片在第一光轴上的中心厚度，t23m是第二镜片和第三镜片在第一光轴上的空气间隔，dqwpm是四分之一波板在第一光轴上的中心厚度。

11、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：2.0＜r1m/r5m+r2m/r3m＜8.0，其中，r1m是第一镜片的近接收侧面的曲率半径，r2m是第一镜片的近发射侧面的曲率半径，r3m是第二镜片的近接收侧面的曲率半径，r5m是第三镜片的近接收侧面的曲率半径。

12、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-4.0＜r5m/fm＜-1.5，其中，r5m是第三镜片的近接收侧面的曲率半径，fm是第一光学系统的有效焦距。

13、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-10.0＜r3n/r4n＜-8.5，其中，r3n是第二透镜的物侧面的曲率半径，r4n是第二透镜的像侧面的曲率半径。

14、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-22.0mm2＜f1n×r2n+f2n×r4n＜-16.0mm2，其中，r2n是第一透镜的像侧面的曲率半径，r4n是第二透镜的像侧面的曲率半径，f1n是第一透镜的有效焦距，f2n是第二透镜的有效焦距。

15、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-4.5＜(r2n+r3n/r4n)/t12n＜-3.0，其中，t12n是第一透镜和第二透镜在第二光轴上的空气间隔，r2n是第一透镜的像侧面的曲率半径，r3n是第二透镜的物侧面的曲率半径，r4n是第二透镜的像侧面的曲率半径。

16、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：-3.5mm2＜f1n×ct1n+f2n×ct2n＜-1.5mm2，其中，f1n是第一透镜的有效焦距，f2n是第二透镜的有效焦距，ct1n是第一透镜在第二光轴上的中心厚度，ct2n是第二透镜在第二光轴上的中心厚度。

17、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：5.5＜f8n×n8n/ct8n＜8.5，其中，f8n是第八透镜的有效焦距，ct8n是第八透镜在第二光轴上的中心厚度，n8n是第八透镜的折射率。

18、在一个实施方式中，虚拟现实系统可满足：4.5mm＜f4n×ct4n/t34n＜5.0mm，其中，f4n是第四透镜的有效焦距，ct4n是第四透镜在第二光轴上的中心厚度，t34n是第三透镜和第四透镜在第二光轴上的空气间隔。

19、在一个实施方式中，虚拟现实系统还包括：部分反射层，贴附于第三镜片的近发射侧面。

20、在本技术的示例性实施方式中，通过合理设置第一光学系统和第二光学系统的架构，并设置各镜片和透镜的光焦度以及光学技术参数-0.5＜fm/(r1m-r3m)＜0.5、-1.5＜fn/(r14n+r16n)＜1.0和13.5＜fm/fn＜15.5，可以优化第一光学系统和第二光学系统的性能，使第一光学系统和第二光学系统合理搭配，提高虚拟现实系统的虚拟世界和现实世界的交互感。具体地，通过设置第一透镜和第二透镜均具有负光焦度，可以增大第二光学系统的视场角，以利于扩大第二光学系统的定位范围。此外，通过在第一光学系统中设置具有偏振特性的元件如设置反射式偏光元件，可以极大缩短第一光学系统的长度，有利于虚拟现实系统的轻薄化。本技术通过控制第一光学系统的有效焦距与第一镜片和第二镜片的近接收侧面的曲率半径的比值，有利于减小第一光学系统的有效焦距，进而有利于缩短第一光学系统的总长，有利于实现第一光学系统小型化；通过控制第二光学系统的有效焦距与第七透镜和第八透镜像侧面的曲率半径的比值，有利于使外视场的光线汇聚，提高第二光学系统的性能；通过控制第一光学系统有效焦距与第二光学系统有效焦距的比值，可以使第一光学系统的有效焦距大于第二光学系统的有效焦距，进而可以在实现第一光学系统轻薄化的同时增大第二光学系统的视场角。