光学系统及VR设备的制作方法

本技术涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种光学系统和包括该光学系统的vr设备。

背景技术：

1、近年来，随着“元宇宙”的概念被提出，人们娱乐的方式日益丰富，其中人机交互的ar/vr等设备越来越受到人们的喜爱。但是目前vr镜头最大的缺点就是体积大、偏重和眩晕，还不能很好地满足人们的需求。为了更好地消除vr镜头的上述缺陷，提高用户的体验感，镜头的小型化、轻量化和成像质量成为提高消费者体验感的最主要因素。因此，如何使vr镜头的结构更加紧凑轻盈，在消除色差、相差以及各类杂散光问题上优化结构设计，进而提高成像质量和镜片的可加工性，是本领域人员研究的热点之一。

技术实现思路

1、本技术的第一方面提供了一种光学系统，该光学系统包括：镜筒以及设置于镜筒内的透镜组件，其中，透镜组件沿光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一透镜、第二透镜以及第三透镜；镜筒具有面向第一侧的前端面和面向第二侧的后端面；第二透镜的第二侧面为平面；第三透镜的第一侧面为平面，第二侧面为凸面；第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔t23满足：0mm≤t23≤0.02mm；以及第一透镜和第二透镜在光轴上的空气间隔t12、第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔t23与镜筒沿光轴方向的最大高度l满足：11.0＜l/(t12+t23)＜24.0。

2、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，第一间隔件的第二侧面的外径d1m与第一间隔件的第二侧面的内径d1m满足：4.5＜d1m/(d1m-d1m)＜17.5。

3、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，镜筒沿光轴方向的最大高度l、镜筒的前端面与第一间隔件的第一侧面沿光轴方向的距离ep01、第一间隔件沿光轴方向的最大厚度cp1、第二透镜在光轴上的中心厚度ct2与第三透镜在光轴上的中心厚度ct3满足：0.7＜(l-ep01-cp1)/(ct2+ct3)＜1.6。

4、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，第一间隔件的第一侧面的内径d1s、第一透镜的折射率n1与第一透镜在光轴上的中心厚度ct1满足：3.5＜d1s/(n1×ct1)＜15.5。

5、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，第一间隔件的第一侧面的外径d1s、第一间隔件的第一侧面的内径d1s与第一透镜在光轴上的中心厚度ct1满足：0.5＜(d1s-d1s)/ct1＜1.6。

6、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，第一间隔件的第二侧面的外径d1m、第二透镜的折射率n2、第三透镜的折射率n3、第二透镜在光轴上的中心厚度ct2与第三透镜在光轴上的中心厚度ct3满足：2.0＜d1m/(n2×ct2+n3×ct3)＜4.5。

7、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，镜筒的前端面与第一间隔件的第一侧面沿光轴方向的距离ep01与第一透镜在光轴上的中心厚度ct1满足：0.1＜ep01/ct1＜1.1。

8、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，第一间隔件的沿光轴方向的最大厚度cp1与第一透镜和第二透镜在光轴上的空气间隔t12满足：0≤cp1/t12＜4.0。

9、在一个实施方式中，光学系统还包括设置于镜筒内的至少一个间隔件；至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，镜筒的前端面的内径d0s与第一间隔件的第一侧面的内径d1s满足：0.5＜d0s/d1s＜1.0。

10、在一个实施方式中，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、镜筒的后端面的外径d0m与镜筒的前端面的外径d0s满足：0.5＜td/(d0m-d0s)＜3.5。

11、在一个实施方式中，至少一个间隔件还包括：设置于镜筒和第一透镜的第一侧面之间的第二间隔件。

12、在一个实施方式中，镜筒的前端面的外径d0s、镜筒的前端面的内径d0s、第二间隔件的第一侧面的外径d01s与第二间隔件的第一侧面的内径d01s满足：1.3＜(d0s-d0s)/(d01s-d01s)＜2.2。

13、在一个实施方式中，第一透镜在光轴上的中心厚度ct1、镜筒的前端面与第二间隔件的第一侧面沿光轴方向的距离ep001满足：1.0＜ct1/ep001＜5.0。

14、在一个实施方式中，光学系统还包括反射组件，反射组件沿光轴由第一侧至第二侧依序包括反射式偏光元件、四分之一波片和部分反射层，其中，反射式偏光元件和四分之一波片设置于第一透镜和第二透镜的第一侧面和第二侧面中的至少之一上，部分反射层设置于第三透镜的第一侧面或第二侧面上。

15、本技术的第二方面还提供了一种光学系统，该光学系统包括：镜筒以及设置于镜筒内的透镜组件和至少一个间隔件，至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，透镜组件沿光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一透镜、第二透镜以及第三透镜；镜筒具有面向第一侧的前端面和面向第二侧的后端面；第二透镜的第二侧面为平面；第三透镜的第一侧面为平面，第二侧面为凸面；第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔t23满足：0mm≤t23≤0.02mm；以及镜筒沿光轴方向的最大高度l、镜筒的前端面与第一间隔件的第一侧面沿光轴方向的距离ep01、第一间隔件沿光轴方向的最大厚度cp1、第二透镜在光轴上的中心厚度ct2与第三透镜在光轴上的中心厚度ct3满足：0.7＜(l-ep01-cp1)/(ct2+ct3)＜1.6。

16、本技术的第三方面还提供了一种光学系统，该光学系统包括：镜筒以及设置于镜筒内的透镜组件和至少一个间隔件，至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，透镜组件沿光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一透镜、第二透镜以及第三透镜；镜筒具有面向第一侧的前端面和面向第二侧的后端面；第二透镜的第二侧面为平面；第三透镜的第一侧面为平面，第二侧面为凸面；第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔t23满足：0mm≤t23≤0.02mm；以及第一间隔件的第一侧面的外径d1s、第一间隔件的第一侧面的内径d1s与第一透镜在光轴上的中心厚度ct1满足：0.5＜(d1s-d1s)/ct1＜1.6。

17、本技术的第四方面还提供了一种光学系统，该光学系统包括：镜筒以及设置于镜筒内的透镜组件和至少一个间隔件，至少一个间隔件包括设置于第一透镜与第二透镜之间且与第一透镜相接触的第一间隔件；其中，透镜组件沿光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一透镜、第二透镜以及第三透镜；镜筒具有面向第一侧的前端面和面向第二侧的后端面；第二透镜的第二侧面为平面；第三透镜的第一侧面为平面，第二侧面为凸面；第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔t23满足：0mm≤t23≤0.02mm；以及第一间隔件的第二侧面的外径d1m、第二透镜的折射率n2、第三透镜的折射率n3、第二透镜在光轴上的中心厚度ct2与第三透镜在光轴上的中心厚度ct3满足：2.0＜d1m/(n2×ct2+n3×ct3)＜4.5。

18、本技术的第五方面还提供了一种vr设备，其特征在于，包括：上述任一实施方式所提供的光学系统；以及发射部，用于发射光信号，光信号包括图像信息；光学系统设置于所述发射部的出光方向上，且所述第三透镜相较于所述第一透镜更靠近所述发射部设置，所述光学系统用于对所述发射部发出的光信号进行调制传输至人眼。

19、本技术提供的光学系统及vr设备，采用三片透镜，具有投影质量好、总长度较小以及可加工性好等特性，本技术提供的光学系统通过控制第二透镜和第三透镜的面型，使第二透镜的第二侧面和第三透镜的第一侧面均为平面，将第二透镜和第三透镜胶和，并满足0mm≤t23≤0.02mm以及11.0＜l/(t12+t23)＜24.0，有效地降低了镜片的成型难度，同时还未增加镜头的总长、重量和杂光风险。同时还通过限制第一透镜和第二透镜的空气间隔和镜筒的最大高度，从而约束系统的场曲在一定的范围内，最终使镜头整体获得较好的成像效果。