一种光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光学系统，从人眼侧到屏幕侧依序包括：反射式偏光元件、四分之一波板、第一透镜、第二透镜和第三透镜；其中，第一透镜靠近人眼侧的表面为平面；第二透镜靠近人眼侧的面镀有部分反射层；第二透镜在光轴上的中心厚度CT2，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，第二透镜的有效焦距f2以及第三透镜的有效焦距f3满足：

【技术实现步骤摘要】
一种光学系统


[0001]本专利技术属于光学成像领域，尤其涉及一种包括三片透镜的光学系统。

技术介绍

[0002]随着虚拟显示VR设备的进一步普及，消费者对VR的轻薄度、成像质量、佩戴体验提出了更高的要求。传统的基于非球面和菲涅尔技术的VR设备十分厚重，已无法满足消费者的需求，随着光路折叠方案的提出，VR设备轻薄化的问题得到了很大改善，并且已成为如今的主流方案。虽然光路折叠方案通过折叠光路有效地压缩了VR装置的长度，但同时由于如图1所示的光路的折叠，2片式光路折叠方案的鬼像的问题也更加严重，并且视场角也受到限制。
[0003]为此，亟需一种新的光学系统，该系统能够在压缩系统长度的同时有效改善鬼像问题。

技术实现思路

[0004]本申请旨在提供一种三片透镜组成的光学系统，通过调整折叠光路结构，在压缩系统长度的同时，有效改善了鬼像问题，并且视场角也进一步提高。
[0005]本申请提出了一种光学系统，从人眼侧到屏幕侧依序包括：反射式偏光元件、四分之一波板、第一透镜、第二透镜和第三透镜；其中，所述第一透镜靠近人眼侧的表面为平面；所述第二透镜靠近人眼侧的面镀有部分反射层；第二透镜在光轴上的中心厚度CT2，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，第二透镜的有效焦距f2以及第三透镜的有效焦距f3满足：
‑
5.5≤(CT2+CT3)/(f2+f3)＜
‑
2.5。
[0006]根据本申请提供的一种实施方式，第二透镜的有效焦距f2，第二透镜靠近人眼侧的表面的曲率半径R3，第二透镜靠近屏幕侧的表面的曲率半径R4满足：2.0＜f2/(R3+R4)＜3.0。
[0007]根据本申请提供的一种实施方式，第一透镜靠近屏幕侧的表面的曲率半径R2，第二透镜靠近人眼侧的表面的曲率半径R3，第一透镜在光轴上的中心厚度CT1以及第一透镜和第二透镜在光轴上的空气间隔T12满足：3.5＜R3/R2+CT1/T12＜4.5。
[0008]根据本申请提供的一种实施方式，第三透镜的有效焦距f3，第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔T23，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，四分之一波板在光轴上的中心厚度dqwp满足：5.0＜f3/(T23+CT3+dqwp)＜6.0。
[0009]根据本申请提供的一种实施方式，第二透镜在光轴上的中心厚度CT2，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，反射式偏光元件在光轴上的中心厚度drp，四分之一波板在光轴上的中心厚度dqwp满足：4.5＜CT3/(CT2+drp+dqwp)＜5.5。
[0010]根据本申请提供的一种实施方式，第一透镜的有效焦距f1，第一透镜靠近人眼的表面到最后一个透镜靠近屏幕侧的表面的轴上距离TD，光学系统的最大视场角的一半Semi
‑
FOV满足：3.5＜f1/(TD*TAN(Semi
‑
FOV))＜4.5。
[0011]根据本申请提供的一种实施方式，第一透镜在光轴上的中心厚度CT1，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，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满足：3.0<CT3/CT1+T12/T23<4.0。
[0012]根据本申请提供的一种实施方式，第一透镜的有效焦距f1，第一透镜的折射率N1，第二透镜的有效焦距f2以及第二透镜的折射率N2满足：f1*N1＞|f2*N2|。
[0013]根据本申请提供的一种实施方式，所述反射式偏光元件、所述四分之一波板与所述第一透镜三者贴合。
[0014]根据本申请提供的一种实施方式，所述反射式偏光元件与所述四分之一波板的折射率相同。
[0015]根据本申请提供的一种实施方式，第一透镜的有效焦距f1，反射式偏光元件的阿贝数Vrp，四分之一波板的阿贝数Vqwp满足：1.0mm＜f1/(Vrp+Vqwp)≤1.5mm。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术提供的光学系统包括三片透镜。相邻透镜的光焦度符号相反，有利于系统色差校正；并且系统透镜采用对称式结构分布，反射式偏光元件与四分之一波板贴附于第一透镜人眼侧平面，部分反射层镀于第二透镜人眼侧表面，有利于视场角的增大以及鬼像的改善；通过约束第二第三透镜焦距与中心厚度的关系，在满足系统光焦度分配的同时，控制镜片厚度，有利于系统的轻型化设计。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为现有技术中形成鬼影的示意图；
[0020]图2为本专利技术光学系统的透镜组结构示意图；
[0021]图3为本专利技术光学系统的透镜组结构示意图；
[0022]图4为本专利技术光学系统实施例1的透镜组结构示意图；
[0023]图5a、图5b和图5c分别为本专利技术光学系统实施例1的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
[0024]图6为本专利技术光学系统实施例2的透镜组结构示意图；
[0025]图7a、图7b和图7c分别为本专利技术光学系统实施例2的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
[0026]图8为本专利技术光学系统实施例3的透镜组结构示意图；
[0027]图9a、图9b和图9c分别为本专利技术光学系统实施例3的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
[0028]图10为本专利技术光学系统实施例4的透镜组结构示意图；
[0029]图11a、图11b和图11c分别为本专利技术光学系统实施例4的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
[0030]图12为本专利技术光学系统实施例5的透镜组结构示意图；
[0031]图13a、图13b和图13c分别为本专利技术光学系统实施例5的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本专利技术的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
[0034]还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“......中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，从人眼侧到屏幕侧依序包括：反射式偏光元件、四分之一波板、第一透镜、第二透镜和第三透镜；其中，所述第一透镜靠近人眼侧的表面为平面；所述第二透镜靠近人眼侧的面镀有部分反射层；第二透镜在光轴上的中心厚度CT2，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，第二透镜的有效焦距f2以及第三透镜的有效焦距f3满足：
‑
5.5≤(CT2+CT3)/(f2+f3)＜
‑
2.5。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第二透镜的有效焦距f2，第二透镜靠近人眼侧的表面的曲率半径R3，第二透镜靠近屏幕侧的表面的曲率半径R4满足：2.0＜f2/(R3+R4)＜3.0。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第一透镜靠近屏幕侧的表面的曲率半径R2，第二透镜靠近人眼侧的表面的曲率半径R3，第一透镜在光轴上的中心厚度CT1以及第一透镜和第二透镜在光轴上的空气间隔T12满足：3.5＜R3/R2+CT1/T12＜4.5。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第三透镜的有效焦距f3，第二透镜和第三透镜在光轴上的空气间隔T23，第三透镜在光轴上的中心厚度CT3，四分之一波板在光轴上的中心厚度dqwp满足：5.0＜f3/(T23+CT3+dqwp)＜6.0。5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴付建，梁宁，张晓彬，金银芳，赵烈烽，
申请(专利权)人：浙江舜宇光学有限公司，
类型：发明
国别省市：