虚拟现实装置的制作方法

本技术涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种虚拟现实装置。

背景技术：

1、随着虚拟现实(virtual reality，简称vr)和增强现实(augmented reality，简称ar)技术的发展，基于vr和ar技术的混合现实(mixed reality，简称mr)和扩展现实(extended reality，简称xr)等生态系统也正在逐渐建立。

2、目前，实现虚拟世界与现实世界融合的视频透视(video see-through，简称vst)技术，主要是通过透视镜头获取现实景物的实像，并以电信号的形式传递至显示器，在显示器上呈现现实景物的实像和虚拟影像，再通过目镜将显示器上呈现的实像和虚拟影像投射至人眼，以产生透视融合的效果。

3、然而，透视镜头和目镜两个光学系统由于使用的环境不同通光量存在差异，会导致融合得到的图像对比度异常，同时透视镜头边缘存在余光遮挡，会造成一定的安全隐患，影响使用体验。

技术实现思路

1、本技术提供了一种虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统，所述第二光学系统形成的实像以电信号的形式传递至显示器，所述第一光学系统投射所述显示器上的所述实像和虚拟影像；其中，所述第一光学系统沿第一光轴由人眼侧至显示器侧依序包括：第一元件组，具有正光焦度，沿所述第一光轴由人眼侧至显示器侧依序包括：反射式偏光元件、第一透镜、四分之一波板和第二透镜，或者反射式偏光元件、第一透镜、第二透镜和四分之一波板；以及第二元件组，具有正光焦度或负光焦度，包括第三透镜；所述第二光学系统沿第二光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜，具有负光焦度；第二透镜，具有正光焦度；第三透镜；第四透镜，与所述第三透镜的光焦度符号相反；第五透镜，具有正光焦度；以及第六透镜，具有负光焦度；所述第一光学系统中第一透镜的人眼侧面至第三透镜的显示器侧面在所述第一光轴上的距离tda、所述第一光学系统的有效焦距fa、所述第二光学系统中第一透镜的物侧面至第六透镜的像侧面在所述第二光轴上的距离tdb与所述第二光学系统的有效焦距fb可满足：0.5<(tda/fa)*(tdb/fb)<1.5。

2、本技术提供了一种虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统，所述第二光学系统形成的实像以电信号的形式传递至显示器，所述第一光学系统投射所述显示器上的所述实像和虚拟影像；其中，所述第一光学系统沿第一光轴由人眼侧至显示器侧依序包括：第一元件组，具有正光焦度，沿所述第一光轴由人眼侧至显示器侧依序包括：反射式偏光元件、第一透镜、四分之一波板和第二透镜，或者反射式偏光元件、第一透镜、第二透镜和四分之一波板；以及第二元件组，具有正光焦度或负光焦度，包括第三透镜；所述第二光学系统沿第二光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜，具有负光焦度；第二透镜，具有正光焦度；第三透镜；第四透镜，与所述第三透镜的光焦度符号相反；第五透镜，具有正光焦度；以及第六透镜，具有负光焦度；所述第一光学系统中第一透镜的人眼侧面至第三透镜的显示器侧面在所述第一光轴上的距离tda、所述第一光学系统的最大视场角fova、所述第二光学系统中第一透镜的物侧面至第六透镜的像侧面在所述第二光轴上的距离tdb与所述第二光学系统的最大视场角fovb可满足：1.4<(tda*tan(fova/2))/(tdb*tan(fovb/2))<2.4。

3、在一个实施方式中，所述第一光学系统中第一透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct1a、所述第一光学系统中第二透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct2a、所述第一光学系统中第三透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct3a与所述第二光学系统中第一透镜至第六透镜在所述第二光轴上的中心厚度之和∑ctb可满足：3.5<(ct1a+ct2a+ct3a)/∑ctb<5.5。

4、在一个实施方式中，所述第一光学系统中第一元件组的有效焦距fg1a、所述第一光学系统的入瞳直径epda、所述第二光学系统中第一透镜的有效焦距f1b与所述第二光学系统的入瞳直径epdb可满足：-15.2<(fg1a/epda)*(f1b/epdb)<-13.5。

5、在一个实施方式中，所述第一光学系统中第一透镜的人眼侧面的曲率半径r1a、所述第一光学系统中第一透镜的显示器侧面的曲率半径r2a、所述第一光学系统中第二透镜的人眼侧面的曲率半径r3a与所述第一光学系统中第二透镜的显示器侧面的曲率半径r4a可满足：1.0<(r3a+r4a)/(r1a+r2a)<1.5。

6、在一个实施方式中，所述第一光学系统中第一元件组的有效焦距fg1a、所述第一光学系统中第一透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct1a、所述第一光学系统中第一透镜与第二透镜在所述第一光轴上的空气间隔t12a、所述第一光学系统中第二透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct2a、所述第一光学系统中反射式偏光元件在所述第一光轴上的中心厚度ctra与所述第一光学系统中四分之一波板在所述第一光轴上的中心厚度ctqa可满足：1.8<fg1a/(ct1a+t12a+ct2a+ctra+ctqa)<2.8。

7、在一个实施方式中，所述第一光学系统中第一透镜的折射率n1a、所述第一光学系统中第三透镜的折射率n3a、所述第一光学系统的有效焦距fa与所述第一光学系统的入瞳直径epda可满足：18<(n1a+n3a)*(fa/epda)<19。

8、在一个实施方式中，所述第一光学系统中第三透镜的人眼侧面的曲率半径r5a、所述第一光学系统中第三透镜显示器侧面的曲率半径r6a与所述第一光学系统的有效焦距fa可满足：1.7<|r5a+r6a|/fa<3.5。

9、在一个实施方式中，所述第二光学系统中第二透镜的有效焦距f2b、所述第二光学系统中第三透镜的有效焦距f3b、所述第二光学系统中第四透镜的有效焦距f4b与所述第二光学系统中第二透镜、第三透镜和第四透镜的组合焦距f234b可满足：0.7<(f2b+f3b+f4b)*f234b<2.4。

10、在一个实施方式中，所述第二光学系统中第三透镜和第四透镜的组合焦距f34b、所述第二光学系统中第三透镜在所述第二光轴上的中心厚度ct3b、所述第二光学系统中第三透镜与第四透镜在所述第二光轴上的空气间隔t34b与所述第二光学系统中第四透镜在所述第二光轴上的中心厚度ct4b可满足：9.6<|f34b|/(ct3b+t34b+ct4b)<17.3。

11、在一个实施方式中，所述第二光学系统中第一透镜的有效焦距f1b与所述第二光学系统中第六透镜的有效焦距f6b2可满足：3.1<(f1b+f6b)/(f1b-f6b)<4.7。

12、在一个实施方式中，所述第二光学系统的最大视场角fovb、第二光学系统的有效焦距fb与所述第二光学系统的入瞳直径epdb可满足：3.5<tan(fovb/2)*(fb/epdb)<4。

13、在一个实施方式中，所述第二光学系统中第一透镜与第二透镜在所述第二光轴上的空气间隔t12b、所述第二光学系统中第二透镜与第三透镜在所述第二光轴上的空气间隔t23b、所述第二光学系统中第三透镜与第四透镜在所述第二光轴上的空气间隔t34b、所述第二光学系统中第四透镜与第五透镜在所述第二光轴上的空气间隔t45b与所述第二光学系统中第五透镜与第六透镜在所述第二光轴上的空气间隔t56b可满足：1.0<t12b/(t23b+t34b+t45b+t56b)<1.4。

14、本技术的虚拟现实装置，通过合理配置第一光学系统和第二光学系统的组成元件，使第一光学系统实现光路折叠，使第二光学系统扩大视场，并控制第一光学系统中透镜的第一面至最后一面的距离与第一光学系统的有效焦距之间的关系，以及第二光学系统中透镜的第一面至最后一面的距离与第二光学系统的有效焦距之间的关系，使其满足0.5<(tda/fa)*(tdb/fb)<1.5，便于对第一光学系统和第二光学系统的焦距进行合理的分配和衔接，也有利于间接控制第一光学系统和第二光学系统的通光量，使两个光学系统的通光量度均衡，避免异常对比度，可以更好的实现两个光学系统的影像传递与结合，并且通过将上述关系限制在一个合理的范围内，有利于在维持较小的光学总长的基础上实现短焦广角，可以增强对现实景物的摄取能力，削弱余光遮挡的现象，减小安全隐患，提高使用体验。