【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及光学显示，更具体地，本申请实施例涉及一种光学系统及一种智能头戴设备。
技术介绍
1、随着虚拟现实(vr)技术的发展，vr光学显示设备在多个领域得到广泛应用。vr光学显示设备通过提供沉浸式的体验，使用户能够隔绝外部干扰，获得更加真实的视觉感受。然而，传统vr光学系统大多采用多片非球面透镜或菲涅尔透镜，导致边缘成像质量较差且垂轴色差严重，影响了用户的体验。为了改善这一问题，常用的方法包括增加非球面数量或采用自由曲面离轴系统，但这些方法往往会增加光学系统的复杂性和重量。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种光学系统及智能头戴设备的新技术方案。
2、第一方面，本申请提供了一种光学系统，所述光学系统包括沿同一光轴依次设置的成像组件、衍射光学元件及显示屏；
3、所述成像组件包括依次设置的第一透镜、反射偏振元件、相位延迟片、第二透镜及分光元件；
4、所述第一透镜与所述第二透镜均为非球面透镜；
5、所述衍射光学元件与所述显示屏相互胶合；
6、所述衍射光学元件主要由基底及设置于所述基底上的微结构组成，所述微结构用于对来自所述显示屏的光线进行相位调制，使光线在传播中发生弯曲和分散；其中，通过所述微结构对光线的相位调制作用，能够产生与所述成像组件所产生的垂轴色差相反的色差效应；
7、当经过所述微结构调制后的光线进入所述成像组件后，所述微结构产生的垂轴色差与所述成像组件产生的垂轴色差相互抵消，从而实现对所述成像组件
8、可选地，所述微结构的表面为二元面，且所述二元面的表达式为：m＝(a1ρ2+a2ρ4+a3ρ6+a4ρ8)；其中，m为衍射级次，a1为二次相位系数，用于矫正色差，a2、a3、a4为非球面相位系数，ρ为归一极坐标半径。
9、可选地，所述衍射级次为1，-1.07e+06≤ρ2≤-1.04e+06，2.39e+07≤ρ4≤2.41e+07，-3.16e+08≤ρ6≤-3.09e+08，1.04e+09≤ρ8≤1.09e+09。
10、可选地，所述第一透镜的最大厚度为t1max，所述第一透镜的最小厚度为t1mix，所述第一透镜满足：0.14＜(t1max-t1mix)/t1max＜1；
11、所述第二透镜的中心厚度t2为：t2＞8mm。
12、可选地，所述第一透镜的中心厚度t1及所述第二透镜的中心厚度t2分别为：2mm≤t1≤10mm，2mm≤t2≤10mm。
13、可选地，所述第一透镜远离所述显示屏的表面的曲率半径为r1，所述第一透镜靠近所述显示屏的表面的曲率半径为r2，r1与r2满足：55mm＜|r1|+|r2|＜80mm。
14、可选地，所述第一透镜远离所述显示屏的表面的曲率半径r1为-35mm＜r1＜-20mm，所述第一透镜靠近所述显示屏的表面的曲率半径r2为-45mm＜r2＜-35mm。
15、可选地，所述第二透镜靠近所述显示屏的表面的曲率半径r3为-40mm＜r3＜-30mm。
16、可选地，所述光学系统满足：其中，为所述第一透镜的光焦度，为所述第二透镜的光焦度，为所述光学系统的总光焦度。
17、可选地，所述第一透镜与所述光学系统的出瞳位置之间的直线距离为d，0＜d＜15mm；
18、所述光学系统的出瞳直径为d，4mm＜d＜6mm。
19、可选地，所述光学系统的系统总长为l，30mm＜l＜40mm，所述光学系统的视场角fov为140°＜fov＜160°。
20、可选地，所述显示屏的尺寸为60mm～75mm。
21、可选地，所述第一透镜与所述第二透镜相互胶合；
22、所述分光元件设置在所述第二透镜靠近所述显示屏的一侧表面上；所述相位延迟片及反射偏振元件形成复合膜材并设置在所述第一透镜与所述第二透镜的胶合面上。
23、可选地，所述第一透镜及所述第二透镜为树脂材料；
24、所述第一透镜及所述第二透镜为偶次非球面透镜。
25、第二方面，本申请提供了一种智能头戴设备，所述智能头戴设备包括：
26、外壳；及
27、如第一方面所述的光学系统。
28、本申请的有益效果为：
29、本申请实施例提供的了一种光学系统，该光学系统作为一种大视场、消色差的折射-衍射混合式vr光学系统，通过采用非球面透镜及多种光学膜材构成成像组件，有效矫正了光学系统中的多种像差，特别是边缘视场的像差，大幅提升了成像质量，确保了用户看到的图像既清晰又无畸变。整个光学系统沿同一光轴布置了第一透镜、反射偏振元件、相位延迟片、第二透镜、分光元件及衍射光学元件，实现了光路的折叠与紧凑布局。这一设计不仅减小了系统的体积和重量，还提高了光线的利用率，特别适用于对空间要求严格的vr设备，为用户提供了更为轻便、舒适的佩戴体验。
30、尤为重要的是，衍射光学元件的引入，衍射光学元件上的微结构能够调制入射光线，从而补偿成像组件本身产生的垂轴色差。该设计有效降低了甚至消除了光学系统的垂轴色差，显著提升了色彩还原度和图像清晰度。
31、衍射光学元件与显示屏的胶合设计不仅简化了系统结构，还增强了光学系统的机械稳定性和耐久性。这种设计使得光学系统能够更好地抵御外部冲击和振动，保持长期稳定的性能。
32、通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。
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1.一种光学系统，其特征在于，包括沿同一光轴依次设置的成像组件、衍射光学元件(3)及显示屏(4)；
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述微结构的表面为二元面，且所述二元面的表达式为：M＝(A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6+A4ρ8)；其中，M为衍射级次，A1为二次相位系数，用于矫正色差，A2、A3、A4为非球面相位系数，ρ为归一极坐标半径。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述衍射级次为1，-1.07E+06≤ρ2≤-1.04E+06，2.39E+07≤ρ4≤2.41E+07，-3.16E+08≤ρ6≤-3.09E+08，1.04E+09≤ρ8≤1.09E+09。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的最大厚度为T1Max，所述第一透镜(1)的最小厚度为T1Mix，所述第一透镜(1)满足：0.14＜(T1Max-T1Mix)/T1Max＜1；
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的中心厚度T1及所述第二透镜(2)的中心厚度T2分别为：2mm≤T1≤10m
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)远离所述显示屏(4)的表面的曲率半径为R1，所述第一透镜(1)靠近所述显示屏(4)的表面的曲率半径为R2，R1与R2满足：55mm＜|R1|+|R2|＜80mm。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)远离所述显示屏(4)的表面的曲率半径R1为-35mm＜R1＜-20mm，所述第一透镜(1)靠近所述显示屏(4)的表面的曲率半径R2为-45mm＜R2＜-35mm。
8.根据权利要求6或7所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜(2)靠近所述显示屏(4)的表面的曲率半径R3为-40mm＜R3＜-30mm。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足：0.15＜(|φ1|+|φ2|)/φ＜0.2；其中，φ1为所述第一透镜(1)的光焦度，φ2为所述第二透镜(2)的光焦度，φ为所述光学系统的总光焦度。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)与所述光学系统的出瞳位置之间的直线距离为d，0＜d＜15mm；
11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的系统总长为L，30mm＜L＜40mm，所述光学系统的视场角FOV为140°＜FOV＜160°。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，所述显示屏(4)的尺寸为60mm～75mm。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)与所述第二透镜(2)相互胶合；
14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)及所述第二透镜(2)为树脂材料；
15.一种智能头戴设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包括沿同一光轴依次设置的成像组件、衍射光学元件(3)及显示屏(4)；
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述微结构的表面为二元面，且所述二元面的表达式为：m＝(a1ρ2+a2ρ4+a3ρ6+a4ρ8)；其中，m为衍射级次，a1为二次相位系数，用于矫正色差，a2、a3、a4为非球面相位系数，ρ为归一极坐标半径。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述衍射级次为1，-1.07e+06≤ρ2≤-1.04e+06，2.39e+07≤ρ4≤2.41e+07，-3.16e+08≤ρ6≤-3.09e+08，1.04e+09≤ρ8≤1.09e+09。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的最大厚度为t1max，所述第一透镜(1)的最小厚度为t1mix，所述第一透镜(1)满足：0.14＜(t1max-t1mix)/t1max＜1；
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的中心厚度t1及所述第二透镜(2)的中心厚度t2分别为：2mm≤t1≤10mm，2mm≤t2≤10mm。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)远离所述显示屏(4)的表面的曲率半径为r1，所述第一透镜(1)靠近所述显示屏(4)的表面的曲率半径为r2，r1与r2满足：55mm＜|r1|+|r2|＜80mm。
7.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：张家宝，董会，
申请(专利权)人：歌尔光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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