目视光学系统及包括该目视光学系统的VR设备的制作方法
本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种目视光学系统和包括该目视光学系统的vr设备。
背景技术：
1、近年来，元宇宙领域不断发展，元宇宙是指在现实世界基础上，搭建一个虚拟空间，用户在其中进行文化、社交、娱乐等社会性、精神性活动。随着元宇宙的快速发展，增强显示(ar)以及虚拟显示(vr)技术作为人机交互的入口，在当前受到了格外地重视。目视显示装置中，虚拟现实(vr)技术日趋成熟，特别是折反式光学系统结构，由于其可以大大压缩装置的厚度，而越来越受到消费者的期待。
2、然而，受限于目前的贴膜技术，光学系统中的曲面自由度较低，常规结构系统性能提升空间不大，往往存在诸如像差较大、敏感度高、成型困难、组立稳定性差以及良率低等一系列问题，严重影响和限制了光学系统品质的提升。因此，如何通过对包括透镜、间隔元件以及镜筒等组成光学系统的各个组件的综合考虑，进一步改进和优化结构、参数等的设计，尽可能地控制和改善这些问题，实现系统性能有效提升，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。
技术实现思路
1、本申请提供了一种目视光学系统，该目视光学系统可包括镜筒和容置于所述镜筒内的、沿光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一透镜组、第二透镜和第三透镜，其中，所述第一透镜组包括第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波片；所述第一透镜和所述第二透镜之间具有第一间隔元件，所述第一间隔元件的第一侧面与所述第一透镜的第二侧面至少部分接触；所述第二透镜和所述第三透镜之间具有第二间隔元件，所述第二间隔元件的第一侧面与所述第二透镜的第二侧面至少部分接触。所述第二透镜与所述第三透镜的组合焦距f23、所述第三透镜的折射率n3与所述第一间隔元件至所述第二间隔元件沿平行于所述光轴方向的距离ep12可满足：3.5<f23/(n3×ep12)<26.0。
2、在一个实施方式中，所述第一透镜或所述第二透镜具有部分反射层。
3、在一个实施方式中，所述反射式偏光元件的第一侧面与所述第一透镜的第二侧面贴合，所述四分之一波片的第一侧面与所述反射式偏光元件的第二侧面贴合。
4、在一个实施方式中，所述反射式偏光元件的第二侧面与所述四分之一波片的第一侧面贴合，所述四分之一波片的第二侧面与所述第一透镜的第一侧面贴合。
5、在一个实施方式中，所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4、所述第二间隔元件的第一侧面的内径d2s、所述第二间隔元件的第二侧面的外径d2m以及所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5可满足：-4<r4/d2s+d2m/r5<7。
6、在一个实施方式中，所述镜筒沿所述光轴方向的最大高度l、所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度ct2与所述第二透镜和所述第三透镜在所述光轴上的空气间隔t23可满足：2.0<l/(ct2+t23)<5.0。
7、在一个实施方式中，所述镜筒的第一侧端面的内径d0s、所述镜筒的第一侧端面至所述第一间隔元件的第一侧面沿平行于所述光轴方向的距离ep01与所述镜筒的第二侧端面的内径d0m以及所述目视光学系统的有效焦距f可满足：13<d0s/ep01+d0m/f<24。
8、在一个实施方式中，所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5、所述第三透镜的第二侧面的曲率半径r6与所述镜筒的第二侧端面的内径d0m以及所述镜筒的第一侧端面的内径d0s可满足：8.0<(r5+r6)/|d0m-d0s|<20.0。
9、在一个实施方式中，所述第二透镜的阿贝数v2、所述第三透镜的阿贝数v3、所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度ct2、所述第一间隔元件至所述第二间隔元件沿平行于所述光轴方向的距离ep12以及所述第一透镜、所述反射式偏光元件、所述四分之一波片和所述第二透镜的组合焦距fg12可满足：33<(v2+v3)×(ct2+ep12)/fg12<78。
10、在一个实施方式中，所述第一透镜的第一侧面至所述第三透镜的第二侧面在所述光轴上的距离td与所述第一间隔元件至所述第二间隔元件沿平行于所述光轴方向的距离ep12可满足：1<td/ep12<9。
11、在一个实施方式中，所述第二间隔元件的第一侧面的外径d2s、所述第二间隔元件的第一侧面的内径d2s、所述第三透镜的第一侧面和所述光轴的交点至所述第三透镜的第一侧面的有效半径顶点的轴上距离sag31以及所述第三透镜的第二侧面和所述光轴的交点至所述第三透镜的第二侧面的有效半径顶点的轴上距离sag32可满足：-5<(d2s-d2s)/(sag31-sag32)<2.5。
12、在一个实施方式中，所述第二间隔元件的第一侧面的外径d2s、所述第二间隔元件的第二侧面的内径d2m与所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度ct2以及所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1可满足：1.0<(d2s-d2m)/(ct2-ct1)<5.5。
13、在一个实施方式中，所述目视光学系统的有效焦距f、所述第一间隔元件的第二侧面的外径d1m与所述第一间隔元件的第二侧面的内径d1m可满足：1<f/(d1m-d1m)<7。
14、在一个实施方式中，所述镜筒沿所述光轴方向的最大高度l、所述镜筒的第二侧端面的外径d0m与所述镜筒的第一侧端面的外径d0s可满足：4.0<l/|d0m-d0s|<13.0。
15、另一方面，本申请还提供了一种vr设备，该vr设备包括上述各个实施方式中的至少一个实施方式所提供的目视光学系统，其中，所述第一侧为人眼侧，所述第二侧为显示器侧。
16、本申请公开的目视光学系统包括容置于镜筒中的沿光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一透镜组、第二透镜和第三透镜，其中，第一透镜组包括第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波片；还包括多个设置于各相邻透镜间的间隔元件，其中，第一透镜和第二透镜之间至少具有与第一透镜接触第一间隔元件，第二透镜和第三透镜之间至少具有与第二透镜接触的第二间隔元件。同时，通过控制第二透镜与第三透镜的组合焦距f23、第三透镜的折射率n3与第一间隔元件至第二间隔元件沿光轴的距离ep12满足条件式3.5<f23/(n3×ep12)<26.0，可以使第二透镜和第三透镜的光焦度得到合理的分配，控制两个透镜像差的贡献量，与其他光学元件产生的像差进行平衡，使系统像差处于合理的水平状态；可以合理控制第三透镜和第一透镜的边厚大小，使其在一定的范围内达到最佳的成型结构和组立稳定性；有利于实现系统性能的有效提升。
技术特征：
1.目视光学系统，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的目视光学系统，其特征在于，所述第一透镜或所述第二透镜具有部分反射层。
3.根据权利要求1所述的目视光学系统，其特征在于，所述反射式偏光元件的第一侧面与所述第一透镜的第二侧面贴合，所述四分之一波片的第一侧面与所述反射式偏光元件的第二侧面贴合。
4.根据权利要求1所述的目视光学系统，其特征在于，所述反射式偏光元件的第二侧面与所述四分之一波片的第一侧面贴合，所述四分之一波片的第二侧面与所述第一透镜的第一侧面贴合。
5.根据权利要求1所述的目视光学系统，其特征在于，所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4、所述第二间隔元件的第一侧面的内径d2s、所述第二间隔元件的第二侧面的外径d2m以及所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5满足：
6.根据权利要求1所述的目视光学系统，其特征在于，所述镜筒沿所述光轴方向的最大高度l、所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度ct2与所述第二透镜和所述第三透镜在所述光轴上的空气间隔t23满足：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的目视光学系统，其特征在于，所述镜筒的第一侧端面的内径d0s、所述镜筒的第一侧端面至所述第一间隔元件的第一侧面沿平行于所述光轴方向的距离ep01与所述镜筒的第二侧端面的内径d0m以及所述目视光学系统的有效焦距f满足：
8.根据权利要求1至6中任一项所述的目视光学系统，其特征在于，所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5、所述第三透镜的第二侧面的曲率半径r6与所述镜筒的第二侧端面的内径d0m以及所述镜筒的第一侧端面的内径d0s满足：
9.根据权利要求1至6中任一项所述的目视光学系统，其特征在于，所述第二透镜的阿贝数v2、所述第三透镜的阿贝数v3、所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度ct2、所述第一间隔元件至所述第二间隔元件沿平行于所述光轴方向的距离ep12以及所述第一透镜组和所述第二透镜的组合焦距fg12满足：
10.一种vr设备，包括如权利要求1至9中的至少一项所述的目视光学系统，其中，所述第一侧为人眼侧，所述第二侧为显示器侧。
技术总结
本申请公开了一种目视光学系统，包括镜筒和容置于镜筒内的、沿光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一透镜组、第二透镜和第三透镜，其中，第一透镜组包括第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波片；第一透镜和第二透镜之间具有第一间隔元件，第一间隔元件的第一侧面与第一透镜的第二侧面至少部分接触；第二透镜和第三透镜之间具有第二间隔元件，第二间隔元件的第一侧面与第二透镜的第二侧面至少部分接触。第二透镜与第三透镜的组合焦距f23与第三透镜的折射率N3以及第一间隔元件至第二间隔元件沿平行于光轴方向的距离EP12满足：3.5<f23/(N3×EP12)<26.0。
技术研发人员：张步康,梁宁,游金兴,张晓彬,金银芳,戴付建,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：
技术公布日：2024/9/23