【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种包括四片式镜片的光学系统。
技术介绍
1、近年来，随着“元宇宙”的概念被提出，人机交互的增强现实(augmented reality，ar)和虚拟现实(virtual reality，vr)迎来了第二次发展的契机。其中vr设备可以使用户仿佛置身于不同的环境中，在社交、娱乐、医疗以及教育等领域带来巨大的改变。
2、vr光学系统方案主要经历了非球面镜片、菲涅尔镜片、折返式方案三个阶段。此前vr设备仍以菲涅尔镜片为主，但折返式方案已开始逐步渗透。折返式方案的落地不仅是光学系统自身的重大创新，同时也为vr头戴式显示设备整机设计预留空间，预计将是未来几年vr头戴设备的主流光学系统方案选择。
3、折返式方案通过光路折转，使镜头的本体长度被压缩为原先的一半，从而使头戴设备的重心后移，增加了消费者的体验感。然而，目前已发布的基于光路折转的折返式设备，从用户体验来看，外视场画面比较模糊，2片式镜头成像质量待提升。
技术实现思路
1、依据本申请的实施方式提供了一种光学系统，其包括镜筒，以及容置于镜筒内的光学元件组和间隔元件组，和显示器，其中，光学元件组沿光轴由靠近人眼侧至靠近显示器侧依序包括：第一镜片、反射式偏光元件、第一四分之一波板、第二镜片、部分反射元件、第三镜片、第二四分之一波板、偏振片和第四镜片；间隔元件组至少包括：第一间隔元件，置于第一镜片和第二镜片之间且相对靠近第一镜片；第二间隔元件，置于第二镜片和第三镜片之间且相对靠近第二镜
2、在一些实施方式中，第一间隔元件的第一面的内径d1s、第一镜片的第一面的曲率半径r1，以及第一镜片的有效焦距f1满足：50.0<d1s/(r1/f1)<60.0。
3、在一些实施方式中，第一镜片的第一面的曲率半径r1、第一镜片在光轴上的中心厚度ct1，以及镜筒最靠近物侧的端面至第一间隔元件的第一面沿光轴方向的间隔距离ep01满足：-10.0<r1/(ct1+ep01)<-3.0。
4、在一些实施方式中，镜筒最靠近物侧的端面的内径d0s与第一镜片的第一面的最大有效半径dt11满足：1.0<d0s/dt11<3.0。
5、在一些实施方式中，第二间隔元件的第一面的内径d2s、第二镜片的第一面的曲率半径r3，以及第二镜片的第二面的曲率半径r4满足：10.0<d2s/|r3/r4|<110.0。
6、在一些实施方式中，第二镜片的有效焦距f2、第一镜片与第二镜片在光轴上的空气间隔t12，以及第一间隔元件的第二面至第二间隔元件的第一面沿光轴方向的间隔距离ep12满足：5.0<f2/(t12+ep12)<15.0。
7、在一些实施方式中，镜筒最靠近物侧的端面的内径d0s、镜筒最靠近物侧的端面的外径d0s，以及光学系统的入瞳直径epd满足：100.0<{π*[(d0s/2)2-(d0s/2)2]}/[π*(epd/2)2]<150.0。
8、在一些实施方式中，第二镜片在光轴上的中心厚度ct2、第三镜片在光轴上的中心厚度ct3，以及第一间隔元件的第二面至第二间隔元件的第一面沿光轴方向的间隔距离ep12满足：4.0<(ct2+ct3)/ep12<6.0。
9、在一些实施方式中，镜筒最靠近物侧的端面至最靠近像侧的端面沿光轴的距离l与第四镜片的有效焦距f4满足：0<l/|f4|<0.6。
10、在一些实施方式中，镜筒最靠近物侧的端面至最靠近像侧的端面沿光轴的距离l与光学系统的有效焦距f满足：0.5<l/f<1.2。
11、在一些实施方式中，第一间隔元件的第二面至第二间隔元件的第一面沿光轴方向的间隔距离ep12、第三镜片在光轴上的中心厚度ct3、第三镜片与第四镜片在光轴上的空气间隔t34、第三镜片的折射率n3、偏振片的折射率nl、第二镜片的有效焦距f2，以及第四镜片的有效焦距f4满足：-0.5<(ep12+ct3+t34)*(n3+nl)/(f2-f4)<0.5。
12、在一些实施方式中，第二间隔元件沿光轴方向的最大厚度cp2、第二镜片在光轴上的中心厚度ct2，以及第三镜片在光轴上的中心厚度ct3满足：0<cp2/(ct2+ct3)<0.7。
13、在一些实施方式中，第四镜片的第一面的曲率半径r7、第四镜片的第二面的曲率半径r8，以及镜筒最靠近像侧的端面的内径d0m满足：-5.0<(r7+r8)/d0m<5.0。
14、在一些实施方式中，反射式偏光元件置于第一镜片的第二面且与第一镜片的第二面至少部分贴合；第一四分之一波板置于反射式偏光元件的第二面且与反射式偏光元件的第二面至少部分贴合；部分反射元件置于第二镜片的第二面且与第二镜片的第二面至少部分贴合；第二四分之一波板置于第三镜片的第二面且与第三镜片的第二面至少部分贴合，偏振片置于第二四分之一波板的第二面且与第二四分之一波板的第二面至少部分贴合。
15、在一些实施方式中，第一镜片至第三镜片中，至少一个镜片的第二面与镜筒之间进行点胶固定。
16、在一些实施方式中，间隔元件组还包括第一辅助元件，第一辅助元件置于第一间隔元件的第二面且与第一间隔元件的第二面至少部分接触。
17、在一些实施方式中，间隔元件组还包括第二辅助元件，第二辅助元件置于第二间隔元件第二面且与第二间隔元件的第二面至少部分接触。
18、在一些实施方式中，间隔元件组还包括次辅元件，次辅元件置于镜筒和第一镜片之间、且与镜筒或与第一镜片的第二面至少部分接触。
19、根据本申请实施方式提供的光学系统，采用四片镜片式的折返式方案，通过合理分配各镜片的焦距、面型、各镜片的中心厚度以及各镜片之间的轴上间距等，可有效地汇聚入射光线、降低光学总长；同时，通过采用平面贴附复合光学膜的方式，可以更好的压缩本体高度、提高成像质量。通过满足-15.0<f1/ep01<0，合理地分配了第一镜片的光焦度和镜筒最靠近人眼侧端面至第一间隔元件的第一面沿光轴方向的间隔距离之间的比值关系，从而进一步控制第一镜片的边厚大小，使其在一定的范围内达到最佳的成型结构和组立稳定性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种光学系统，包括镜筒，以及容置于所述镜筒内的光学元件组和间隔元件组，和显示器，其中，
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一间隔元件的第一面的内径d1s、所述第一镜片的第一面的曲率半径R1，以及所述第一镜片的有效焦距f1满足：50.0<d1s/(R1/f1)<60.0。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一镜片的第一面的曲率半径R1、所述第一镜片在所述光轴上的中心厚度CT1，以及所述镜筒最靠近物侧的端面至所述第一间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离EP01满足：-10.0<R1/(CT1+EP01)<-3.0。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面的内径d0s与所述第一镜片的第一面的最大有效半径DT11满足：1.0<d0s/DT11<3.0。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二间隔元件的第一面的内径d2s、所述第二镜片的第一面的曲率半径R3，以及所述第二镜片的第二面的曲率半径R4满足：10.0<d2s/|R3/R4|&
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二镜片的有效焦距f2、所述第一镜片与所述第二镜片在所述光轴上的空气间隔T12，以及所述第一间隔元件的第二面至所述第二间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离EP12满足：5.0<f2/(T12+EP12)<15.0。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面的内径d0s、所述镜筒最靠近物侧的端面的外径D0s，以及所述光学系统的入瞳直径EPD满足：100.0<{π*[(D0s/2)2-(d0s/2)2]}/[π*(EPD/2)2]<150.0。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二镜片在所述光轴上的中心厚度CT2、所述第三镜片在所述光轴上的中心厚度CT3，以及所述第一间隔元件的第二面至所述第二间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离EP12满足：4.0<(CT2+CT3)/EP12<6.0。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面至最靠近像侧的端面沿所述光轴的距离L与所述第四镜片的有效焦距f4满足：0<L/|f4|<0.6。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面至最靠近像侧的端面沿所述光轴的距离L与所述光学系统的有效焦距f满足：0.5<L/f<1.2。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学系统，其中，所述第一间隔元件的第二面至所述第二间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离EP12、所述第三镜片在所述光轴上的中心厚度CT3、所述第三镜片与所述第四镜片在所述光轴上的空气间隔T34、所述第三镜片的折射率N3、所述偏振片的折射率NL、所述第二镜片的有效焦距f2，以及所述第四镜片的有效焦距f4满足：-0.5<(EP12+CT3+T34)*(N3+NL)/(f2-f4)<0.5。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的光学系统，其中，所述第二间隔元件沿所述光轴方向的最大厚度CP2、所述第二镜片在所述光轴上的中心厚度CT2，以及所述第三镜片在所述光轴上的中心厚度CT3满足：0<CP2/(CT2+CT3)<0.7。
13.根据权利要求1-10中任一项所述的光学系统，其中，所述第四镜片的第一面的曲率半径R7、所述第四镜片的第二面的曲率半径R8，以及所述镜筒最靠近像侧的端面的内径d0m满足：-5.0<(R7+R8)/d0m<5.0。
14.根据权利要求1-10中任一项所述的光学系统，其中，所述反射式偏光元件置于所述第一镜片的第二面且与所述第一镜片的第二面至少部分贴合；所述第一四分之一波板置于所述反射式偏光元件的第二面且与所述反射式偏光元件的第二面至少部分贴合；所述部分反射元件置于所述第二镜片的第二面且与所述第二镜片的第二面至少部分贴合；所述第二四分之一波板置于所述第三镜片的第二面且与所述第三镜片的第二面至少部分贴合，所述偏振片置于所述第二四分之一波板的第二面且与所述第二四分之一波板的第二面至少部分贴合。
15.根据权利要求1-10中任一项所述的光学系统，其中，所述第一镜片至所述第三镜片中，至少一个镜片的第二面与所述镜筒之间进行点胶固定。
16.根据权利要求1-10中任一项所述的光学系统，其中，所述间隔元件组还包括第一辅助元件，所述第一辅助元件置于所述第一间隔元件的第二面且与所述...
【技术特征摘要】
1.一种光学系统，包括镜筒，以及容置于所述镜筒内的光学元件组和间隔元件组，和显示器，其中，
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一间隔元件的第一面的内径d1s、所述第一镜片的第一面的曲率半径r1，以及所述第一镜片的有效焦距f1满足：50.0<d1s/(r1/f1)<60.0。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一镜片的第一面的曲率半径r1、所述第一镜片在所述光轴上的中心厚度ct1，以及所述镜筒最靠近物侧的端面至所述第一间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离ep01满足：-10.0<r1/(ct1+ep01)<-3.0。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面的内径d0s与所述第一镜片的第一面的最大有效半径dt11满足：1.0<d0s/dt11<3.0。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二间隔元件的第一面的内径d2s、所述第二镜片的第一面的曲率半径r3，以及所述第二镜片的第二面的曲率半径r4满足：10.0<d2s/|r3/r4|<110.0。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二镜片的有效焦距f2、所述第一镜片与所述第二镜片在所述光轴上的空气间隔t12，以及所述第一间隔元件的第二面至所述第二间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离ep12满足：5.0<f2/(t12+ep12)<15.0。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面的内径d0s、所述镜筒最靠近物侧的端面的外径d0s，以及所述光学系统的入瞳直径epd满足：100.0<{π*[(d0s/2)2-(d0s/2)2]}/[π*(epd/2)2]<150.0。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二镜片在所述光轴上的中心厚度ct2、所述第三镜片在所述光轴上的中心厚度ct3，以及所述第一间隔元件的第二面至所述第二间隔元件的第一面沿所述光轴方向的间隔距离ep12满足：4.0<(ct2+ct3)/ep12<6.0。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面至最靠近像侧的端面沿所述光轴的距离l与所述第四镜片的有效焦距f4满足：0<l/|f4|<0.6。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述镜筒最靠近物侧的端面至最靠近像侧的端面沿所述光轴的距离l与所述光学系统的有效焦距f满足：0.5...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹锋，刘欢，游金兴，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：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。