虚拟现实装置的制作方法

本申请涉及光学器件领域，具体涉及一种虚拟现实装置。

背景技术：

1、随着虚拟现实技术的发展，对虚拟现实装置提出了更高的要求，例如，虚拟现实装置需要对现实景物和虚拟画面进行双端摄取，以使得输出图像同时具备虚实两种属性。

2、为了使得输出图像同时具备虚实两种属性，虚拟现实装置通常设置为折反式光学系统和透射光学系统组合的结构形式。然而，这种多系统的组合形式会导致虚拟现实装置的整机体积偏大，并且透射光学系统可见于装置的外表面，会影响虚拟现实装置的外观。

技术实现思路

1、本申请提供了可至少解决或部分解决现有技术中存在的至少一个问题或者其它问题的虚拟现实装置。

2、本申请的一方面提供了这样一种虚拟现实装置，其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从第一侧至第二侧依序包括第一元件组和第二元件组，其中，第一元件组具有正光焦度，并包括反射式偏光元件、第一透镜、四分之一波板和第二透镜；第二元件组具有正光焦度或负光焦度，并包括第三透镜；第二光学系统沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片和第六镜片，其中，第一镜片和第六镜片具有负光焦度，第二镜片和第五镜片具有正光焦度，第三镜片和第四镜片的光焦度符号相反；其中，第二光学系统所成的实像以电信号的方式传递至第一光学系统的第二侧的显示屏幕，第一光学系统用于投射显示屏幕的虚像以及传递至显示屏幕的实像，以及第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离td'、第一透镜至第三透镜中的各透镜在第一光轴上的中心厚度之和∑ct'、第一镜片的物侧面至第六镜片的像侧面的轴上距离td与第一镜片至第六镜片中的各镜片在第二光轴上的中心厚度之和∑ct满足：13.5<(td'×∑ct')/(td×∑ct)<17.5。

3、根据本申请的一个示例性实施方式，第一光学系统的最大视场角fov'与第二光学系统的最大视场角fov满足：16°<fov-fov'<24.2°。

4、根据本申请的一个示例性实施方式，第一元件组的有效焦距fg1'、第二元件组的有效焦距fg2'、第三镜片和第四镜片的组合焦距f34与第五镜片和第六镜片的组合焦距f56满足：0<|(fg1'/fg2')×(f34/f56)|<0.6。

5、根据本申请的一个示例性实施方式，第一透镜的第一侧面的曲率半径r1'、第二透镜的第一侧面的曲率半径r3'与第一元件组的有效焦距fg1'满足：7.5<|r1'+r3'|/fg1'<12.5。

6、根据本申请的一个示例性实施方式，第一透镜在第一光轴上的中心厚度ct1'、第二透镜在第一光轴上的中心厚度ct2'、反射式偏光元件在第一光轴上的中心厚度ctr与四分之一波板在第一光轴上的中心厚度ctq满足：0.9<(ct2'+ctq)/(ct1'+ctr)<5.4。

7、根据本申请的一个示例性实施方式，第一光学系统的总有效焦距f'、第一光学系统的最大视场角fov'与第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离td'满足：2.3<(f'×tan(fov'/2))/td'<2.8。

8、根据本申请的一个示例性实施方式，第二透镜的第一侧面的曲率半径r3'、第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'、第三透镜的第一侧面的曲率半径r5'与第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'满足：0.2<(r5'+r6')/(r3'+r4')<0.7。

9、根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜片的有效焦距f1、第二镜片的有效焦距f2、第三镜片的有效焦距f3与第四镜片的有效焦距f4满足：1.5<(f1/f2)×(f3/f4)<3.0。

10、根据本申请的一个示例性实施方式，第五镜片的有效焦距f5与第六镜片的有效焦距f6满足：-0.1<(f5+f6)/(f5-f6)<0.9。

11、根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜片的像侧面的曲率半径r2、第一镜片在第二光轴上的中心厚度ct1与第一镜片和第二镜片在第二光轴上的空气间隔t12满足：0.8<r2/(ct1+t12)<1.4。

12、根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜片的物侧面至第六镜片的像侧面的轴上距离td与第二镜片、第三镜片和第四镜片的组合焦距f234满足：1.4<td/f234<2.7。

13、根据本申请的一个示例性实施方式，第二镜片的物侧面的曲率半径r3、第二镜片的像侧面的曲率半径r4与第二镜片在第二光轴上的中心厚度ct2满足：6.7<(r3-r4)/ct2<7.7。

14、根据本申请的一个示例性实施方式，第三镜片在第二光轴上的中心厚度ct3、第三镜片的像侧面的曲率半径r6、第四镜片在第二光轴上的中心厚度ct4与第四镜片的物侧面的曲率半径r7满足：2.3<(ct4/ct3)×(r7/r6)<4.7。

15、根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜片至第六镜片中的各镜片在第二光轴上的中心厚度之和∑ct、第一镜片和第二镜片在第二光轴上的空气间隔t12与第五镜片和第六镜片在第二光轴上的空气间隔t56满足：1.6<∑ct/(t12+t56)<2.1。

16、本申请所提供的虚拟现实装置被配置为第一光学系统与第二光学系统组合的结构形式，通过对第一光学系统中的第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离以及各透镜的中心厚度之和、第二光学系统中的第一镜片的物侧面至第六镜片的像侧面的轴上距离以及各镜片的中心厚度之和进行约束，能够使得第一光学系统具有较大的轴向尺寸，第二光学系统具有较小的轴向尺寸，有利于第一光学系统中的大直径透镜以及第二光学系统中的小直径镜片的尺寸设计与模具成型，并且还能够在提高虚拟现实装置的空间利用率、压缩体积的同时有效校正畸变等像差，提高虚拟现实装置的成像质量，进而提高虚拟现实装置的视觉沉浸感。

技术特征：

1.虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一光学系统的最大视场角fov'与所述第二光学系统的最大视场角fov满足：16°<fov-fov'<24.2°。

3.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一元件组的有效焦距fg1'、所述第二元件组的有效焦距fg2'、所述第三镜片和所述第四镜片的组合焦距f34与所述第五镜片和所述第六镜片的组合焦距f56满足：0<|(fg1'/fg2')×(f34/f56)|<0.6。

4.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1'、所述第二透镜的第一侧面的曲率半径r3'与所述第一元件组的有效焦距fg1'满足：7.5<|r1'+r3'|/fg1'<12.5。

5.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct1'、所述第二透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct2'、所述反射式偏光元件在所述第一光轴上的中心厚度ctr与所述四分之一波板在所述第一光轴上的中心厚度ctq满足：0.9<(ct2'+ctq)/(ct1'+ctr)<5.4。

6.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一光学系统的总有效焦距f'、所述第一光学系统的最大视场角fov'与所述第一透镜的第一侧面至所述第三透镜的第二侧面的轴上距离td'满足：2.3<(f'×tan(fov'/2))/td'<2.8。

7.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第二透镜的第一侧面的曲率半径r3'、所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'、所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5'与所述第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'满足：0.2<(r5'+r6')/(r3'+r4')<0.7。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜片的有效焦距f1、所述第二镜片的有效焦距f2、所述第三镜片的有效焦距f3与所述第四镜片的有效焦距f4满足：1.5<(f1/f2)×(f3/f4)<3.0。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第五镜片的有效焦距f5与所述第六镜片的有效焦距f6满足：-0.1<(f5+f6)/(f5-f6)<0.9。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜片的像侧面的曲率半径r2、所述第一镜片在所述第二光轴上的中心厚度ct1与所述第一镜片和所述第二镜片在所述第二光轴上的空气间隔t12满足：0.8<r2/(ct1+t12)<1.4。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜片的物侧面至所述第六镜片的像侧面的轴上距离td与所述第二镜片、所述第三镜片和所述第四镜片的组合焦距f234满足：1.4<td/f234<2.7。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第二镜片的物侧面的曲率半径r3、所述第二镜片的像侧面的曲率半径r4与所述第二镜片在所述第二光轴上的中心厚度ct2满足：6.7<(r3-r4)/ct2<7.7。

13.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第三镜片在所述第二光轴上的中心厚度ct3、所述第三镜片的像侧面的曲率半径r6、所述第四镜片在所述第二光轴上的中心厚度ct4与所述第四镜片的物侧面的曲率半径r7满足：2.3<(ct4/ct3)×(r7/r6)<4.7。

14.根据权利要求1至7中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜片至所述第六镜片中的各镜片在所述第二光轴上的中心厚度之和∑ct、所述第一镜片和所述第二镜片在所述第二光轴上的空气间隔t12与所述第五镜片和所述第六镜片在所述第二光轴上的空气间隔t56满足：1.6<∑ct/(t12+t56)<2.1。

技术总结
本申请公开一种虚拟现实装置，其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从第一侧至第二侧依序包括具有正光焦度的第一元件组和第二元件组，其中，第一元件组包括反射式偏光元件、第一透镜、四分之一波板和第二透镜，第二元件组包括第三透镜；第二光学系统沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片和第六镜片；第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离TD'、第一透镜至第三透镜中的各透镜在第一光轴上的中心厚度之和∑CT'、第一镜片的物侧面至第六镜片的像侧面的轴上距离TD与第一镜片至第六镜片中的各镜片在第二光轴上的中心厚度之和∑CT满足：13.5<(TD'×∑CT')/(TD×∑CT)<17.5。

技术研发人员：袁鸣,张晓彬,宋立通,游金兴,金银芳,赵烈烽
受保护的技术使用者：浙江舜宇光学有限公司
技术研发日：20230804
技术公布日：2024/3/21