一種光學(xué)系統(tǒng)的制作方法

本申請涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，VR)是一種最有效的模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級人機(jī)交互技術(shù)，使參與者可直接探索虛擬對象在所處環(huán)境中的作用和變化，仿佛置身于虛擬的現(xiàn)實(shí)世界中，產(chǎn)生沉浸感、想象和實(shí)現(xiàn)交互性。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事模擬、工業(yè)仿真、數(shù)字城市、數(shù)字娛樂及電子商務(wù)等各種領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，目前市場上各種虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品層出不窮，目前，在VR設(shè)備光學(xué)部分上使用的光學(xué)鏡片，大多數(shù)是采用單片F(xiàn)resnel單片光學(xué)設(shè)計(jì)，鏡頭布局圖如圖1所示，包括入瞳面01、單片F(xiàn)resnel鏡片02和成像面03，該設(shè)計(jì)鏡頭可見光波段解像力低，且不同波段色差大，嚴(yán)重影響了整個(gè)畫面的質(zhì)感，用戶體驗(yàn)普遍較差，還有部分使用多片光學(xué)鏡片的，但運(yùn)用于VR設(shè)備上后使得VR設(shè)備重量較重，加重佩帶用戶的頭部承擔(dān)重量，用戶體驗(yàn)差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本申請的目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鏡頭解像力低和光學(xué)色差大、鏡頭重量較重的問題。根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡和第二透鏡，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡均具有正光焦度，所述第一透鏡包括第一透鏡第一表面和第一透鏡第二表面，所述第一透鏡第二表面為菲涅爾表面，所述第一透鏡第一表面與入瞳面相鄰，所述第二透鏡包括第二透鏡第一表面和第二透鏡第二表面，所述第二透鏡第一表面為衍射面，所述第一透鏡第二表面與所述第二透鏡第一表面相鄰，所述第二透鏡第二表面與成像面相鄰。進(jìn)一步地，所述第一透鏡和第二透鏡滿足以下條件：F1>0，F(xiàn)1/F>1，F(xiàn)2>0，F(xiàn)2/F>2，2mm<D<8mm，其中，F(xiàn)1為所述第一透鏡的焦距，F(xiàn)2為所述第二透鏡的焦距，F(xiàn)為所述光學(xué)系統(tǒng)的總焦距，D為所述第一透鏡與所述第二透鏡之間的距離。進(jìn)一步地，所述第一透鏡的中心與邊緣的厚度比、所述第二透鏡的中心與邊緣的厚度比均小于等于5。更進(jìn)一步地，所述第一透鏡的中心與邊緣的厚度比、所述第二透鏡的中心與邊緣的厚度比均小于等于2。進(jìn)一步地，所述第一透鏡滿足如下條件：中心的厚度大于等于2.5mm，邊緣的厚度大于等于2.5mm。進(jìn)一步地，所述第二透鏡滿足如下條件：中心厚度大于等于2.8mm，邊緣厚度大于等于2.8mm。進(jìn)一步地，所述第一透鏡第一表面與所述第二透鏡第二表面均為非球面。更進(jìn)一步地，所述第一透鏡第一表面與所述第二透鏡第二表面均為旋轉(zhuǎn)對稱非球面。進(jìn)一步地，所述第二透鏡第一表面為旋轉(zhuǎn)對稱衍射面。進(jìn)一步地，所述第一透鏡第一表面、第一透鏡第二表面、第二透鏡第一表面和第二透鏡第二表面的表面形狀均滿足以下方程：其中，z表示水平坐標(biāo)，參數(shù)R表示表面的基半徑值，K表示圓錐系數(shù)，y表示徑向坐標(biāo)，A表示4階表面系數(shù)，B表示6階表面系數(shù)，C表示8階表面系數(shù)，D表示10階表面系數(shù)，E表示12階表面系數(shù)，F(xiàn)表示14階表面系數(shù)，G表示16階表面系數(shù)。進(jìn)一步地，所述第二透鏡第一表面還滿足以下方程：r＝y(tǒng)/R，其中，表示衍射相位總和，M表示衍射級數(shù)，Ai表示相位項(xiàng)的系數(shù)，ρ2i表示相位項(xiàng)，R表示衍射面的基半徑值，N表示多項(xiàng)式最大項(xiàng)數(shù)，i＝1,2……N，r表示歸一化徑向半徑，y表示衍射面的徑向坐標(biāo)。更進(jìn)一步地，所述第二透鏡的第一表面的衍射級數(shù)為1、歸一化徑向半徑為1。進(jìn)一步地，所述第一透鏡和第二透鏡的總重量小于等于0.009kg。進(jìn)一步地，所述第一透鏡和第二透鏡采用塑膠材質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請?zhí)峁┝艘环N光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡和第二透鏡，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡均具有正光焦度，所述第一透鏡包括第一透鏡第一表面和第一透鏡第二表面，所述第一透鏡第二表面為菲涅爾表面，所述第一透鏡第一表面與入瞳面相鄰，所述第二透鏡包括第二透鏡第一表面和第二透鏡第二表面，所述第二透鏡第一表面為衍射面，所述第一透鏡第二表面與所述第二透鏡第一表面相鄰，所述第二透鏡第二表面與成像面相鄰，從而平衡了像差，提高鏡頭的解像力，矯正光學(xué)色差，因菲涅爾與衍射面特有的光學(xué)屬性可以更好的矯正色差，同時(shí)也可以更大的減少由第一透鏡與第二透鏡組成的鏡頭的重量，將該鏡頭運(yùn)用于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，減輕佩帶用戶的頭部承擔(dān)重量。進(jìn)一步地，在本申請中，所述第一透鏡和第二透鏡滿足以下條件：F1>0，F(xiàn)1/F>1，F(xiàn)2>0，F(xiàn)2/F>2，2mm<D<8mm，其中，F(xiàn)1為所述第一透鏡的焦距，F(xiàn)2為所述第二透鏡的焦距，F(xiàn)為所述光學(xué)系統(tǒng)的總焦距，D為所述第一透鏡與所述第二透鏡之間的距離。從而通過限定光學(xué)系統(tǒng)中F1、F2、F1/F、F2/F及D的值的范圍，提高了該光學(xué)系統(tǒng)的光線角度，增加虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的沉浸感，并在滿足加工工藝的情況下，使用透鏡數(shù)量少的同時(shí)提高鏡頭解像力，矯正光學(xué)色差。進(jìn)一步地，所述第一透鏡第一表面、第一透鏡第二表面、第二透鏡第一表面和第二透鏡第二表面的表面形狀均滿足以下方程：其中，z表示水平坐標(biāo)，參數(shù)R表示表面的基半徑值，K表示圓錐系數(shù)，y表示徑向坐標(biāo)，A表示4階表面系數(shù)，B表示6階表面系數(shù)，C表示8階表面系數(shù)，D表示10階表面系數(shù)，E表示12階表面系數(shù)，F(xiàn)表示14階表面系數(shù)，G表示16階表面系數(shù)。通過對各表面上每一點(diǎn)坐標(biāo)的確定就可以確定該表面的形狀，根據(jù)系數(shù)R、A、B、C等的確定進(jìn)行確定各表面的大小、形狀等，同一個(gè)透鏡的不同有效表面的方程中各系數(shù)的不同，可以更好地平衡光學(xué)像差。進(jìn)一步地，所述第一透鏡的中心厚度大于等于2.5mm，邊緣厚度大于等于2.5mm，以便于鏡頭的注塑成型。進(jìn)一步地，所述第二透鏡的中心厚度大于邊緣厚度，中心厚度大于等于2.8mm，邊緣厚度大于等于2.8mm，以便于鏡頭的注塑成型。進(jìn)一步地，在本申請中所述第一透鏡和第二透鏡采用塑膠材質(zhì)，與光學(xué)玻璃材料相比，鏡頭采用塑膠材質(zhì)使得加工更容易，且降低了鏡頭制造的成本。附圖說明通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中單片F(xiàn)resnel光學(xué)鏡頭布局圖；圖2示出本申請一個(gè)方面的一種光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭布局圖；圖3示出根據(jù)本申請一實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭解像力的示意圖；圖4示出根據(jù)本申請一實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭色差的示意圖；圖5示出本申請一實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭場曲與畸變的示意圖；圖6示出根據(jù)本申請又一實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭解像力的示意圖；圖7示出根據(jù)本申請又一實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭色差的示意圖；圖8示出本申請又一實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭場曲與畸變的示意圖。附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)描述。根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，如圖2示出的根據(jù)本申請一個(gè)方面的一種光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭布局圖，包括第一透鏡2和第二透鏡3，其中，所述第一透鏡2和所述第二透鏡3均具有正光焦度，所述第一透鏡2包括第一透鏡第一表面21和第一透鏡第二表面22，所述第一透鏡第二表面22為菲涅爾表面，所述第一透鏡第一表面21與入瞳面1相鄰，所述第二透鏡3包括第二透鏡第一表面31和第二透鏡第二表面32，所述第二透鏡第一表面31為衍射面，所述第一透鏡第二表面22與所述第二透鏡第一表面31相鄰，所述第二透鏡第二表面32與成像面4相鄰，從而平衡了像差，提高鏡頭的解像力，矯正光學(xué)色差，因菲涅爾與衍射面特有的光學(xué)屬性可以更好的矯正色差，同時(shí)也可以更大的減少由第一透鏡與第二透鏡組成的鏡頭的重量，將該鏡頭運(yùn)用于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，減輕佩帶用戶的頭部承擔(dān)重量。在一實(shí)施例中，滿足圖2的鏡頭布局圖的情況下，所述第一透鏡2和第二透鏡3滿足以下條件：F1>0，F(xiàn)1/F>1，F(xiàn)2>0，F(xiàn)2/F>2，2mm<D<8mm其中，F(xiàn)1為所述第一透鏡的焦距，F(xiàn)2為所述第二透鏡的焦距，F(xiàn)為所述光學(xué)系統(tǒng)的總焦距，D為所述第一透鏡與所述第二透鏡之間的距離。在此，第一透鏡2和第二透鏡3均具有正光焦度，所以F1>0，F(xiàn)2>0；F為由第一透鏡2和第二透鏡3組成的鏡頭的整體焦距，通過限定光學(xué)系統(tǒng)中F1、F2、F1/F、F2/F及D的值的范圍，提高了該光學(xué)系統(tǒng)的光線角度，增加虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)設(shè)備的沉浸感，并在滿足加工工藝的情況下，使用透鏡數(shù)量少的同時(shí)提高鏡頭解像力，矯正光學(xué)色差。在本申請一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一透鏡2和第二透鏡3采用塑膠材質(zhì)。在此，塑膠材質(zhì)區(qū)別一般光學(xué)玻璃材質(zhì)，在本申請中采用雙片塑膠材質(zhì)的設(shè)計(jì)，使得加工更容易且制造鏡頭成本大幅度降低?？蛇x地，所述第一透鏡第一表面21與所述第二透鏡第二表面32均為非球面，能夠更好地平衡光學(xué)像差。更可選地，所述第一透鏡第一表面21與所述第二透鏡第二表面32均為旋轉(zhuǎn)對稱非球面，表面為非球面的透鏡有很多種，有旋轉(zhuǎn)對稱的和非旋轉(zhuǎn)對稱的，而旋轉(zhuǎn)對稱的透鏡更加有利于鏡片的加工，測量以及組裝，非球面的性質(zhì)決定了該透鏡相比較于球面可以更好的矯正光學(xué)像差?？蛇x地，設(shè)計(jì)所述第一透鏡第一表面21與所述第二透鏡第二表面32均為非球面的同時(shí)，設(shè)計(jì)第一透鏡第二表面22為菲涅爾表面，第二透鏡第一表面31為旋轉(zhuǎn)對稱衍射面，在本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)第一透鏡2的第一表面為非球面且第二表面為菲涅爾表面，第二透鏡3的第一表面為旋轉(zhuǎn)對稱衍射面且第二表面為非球面，使得由該第一透鏡和第二透鏡組成的鏡頭可以更好的矯正色差，同時(shí)也可以更大的減少鏡頭的重量，將該鏡頭運(yùn)用于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，減輕佩帶用戶的頭部承擔(dān)重量。另一方面，衍射面具有可以消除色差且不依賴材料本身的阿貝數(shù)的特性，因此第二透鏡可選擇的光學(xué)材料范圍更廣。在本申請一實(shí)施例中，所述第一透鏡的中心與邊緣的厚度比、所述第二透鏡的中心與邊緣的厚度比均小于等于5，這樣能夠更好的注塑成型?？蛇x地，第一透鏡第一表面21、第一透鏡第二表面22、第二透鏡第一表面31和第二透鏡第二表面32的表面形狀均滿足以下方程：其中，z表示水平坐標(biāo)，參數(shù)R表示表面的基半徑值，K表示圓錐系數(shù)，y表示徑向坐標(biāo)，A表示4階表面系數(shù)，B表示6階表面系數(shù)，C表示8階表面系數(shù)，D表示10階表面系數(shù)，E表示12階表面系數(shù)，F(xiàn)表示14階表面系數(shù)，G表示16階表面系數(shù)。在此，z表示水平坐標(biāo)，為鏡片曲面上某一點(diǎn)到鏡片該面中心的沿水平方向的坐標(biāo)，y表示徑向坐標(biāo)，為鏡片曲面上某一點(diǎn)到鏡片該面中心點(diǎn)的豎直方向的坐標(biāo)，如圖2中標(biāo)出的坐標(biāo)zy。通過對透鏡各有效面上每一點(diǎn)坐標(biāo)的確定就可以確定該有效面的表面形狀，根據(jù)系數(shù)R、A、B、C等的確定進(jìn)行確定有效面的大小、形狀等，同一個(gè)透鏡的不同有效面的表面方程中各系數(shù)的不同，可以更好地平衡光學(xué)像差，如果將各有效面的表面方程中各系數(shù)進(jìn)行互換，則無法矯正鏡頭性能所需的光學(xué)像差、成像質(zhì)量、畸變、已成像位置等都會改變，甚至鏡頭無法使用。因此，各有效面即第一透鏡第一表面21、第一透鏡第二表面22、第二透鏡第一表面31和第二透鏡第二表面32的表面形狀滿足的方程中設(shè)計(jì)的系數(shù)不能互換使用。需要說明的是，上述透鏡的有效面的表面形狀滿足的方程式僅為本申請一優(yōu)選實(shí)施例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的透鏡的有效面的表面形狀滿足的方程式，如可適用于本申請，也應(yīng)包含在本申請保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此?？蛇x地，本申請中所述的光學(xué)系統(tǒng)中采用雙片塑膠透鏡設(shè)計(jì)，滿足圖2的鏡頭布局圖的情況，兩片透鏡第一透鏡2和第二透鏡3采用相同聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)的材料。第一透鏡第一表面21為非球面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1：R447.517301K-9.981782A-1.352E-005B3.3538E-008C000E0F0J0表1第一透鏡第二表面22為菲涅爾表面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表2：R-22.877339K-9.981782A3.2617E-005B-3.268E-007C1.6363E-009D-4.860E-012E6.3134E-015F8.0306E-019J-6.976E-021表2第一透鏡第一表面21和第一透鏡第二表面22的表面形狀滿足上述設(shè)計(jì)時(shí)，使得第一透鏡2的中心厚度大于等于2.5mm，邊緣厚度大于等于2.5mm，且第一透鏡2的中心與邊緣的厚度比小于等于2，便于注塑成型，本申請中實(shí)施例中，第一透鏡第一表面21和第一透鏡第二表面22的表面形狀的參數(shù)設(shè)計(jì)更好地平衡了光學(xué)像差，且含有菲涅爾面，可以更好地矯正色差并更大的減少第一透鏡的重量。第二透鏡第一表面31為旋轉(zhuǎn)衍射面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表3：R-12.27304K-2.154758A3.4422E-005B-2.346E-008C000E0F0J0表3進(jìn)一步地，第二透鏡第一表面31因?yàn)樾D(zhuǎn)衍射面，具有衍射面獨(dú)有的參數(shù)，即還滿足以下方程：其中，表示衍射相位總和，M表示衍射級數(shù)，Ai表示相位項(xiàng)的系數(shù)，ρ2i表示相位項(xiàng)，R表示衍射面的基半徑值，N表示多項(xiàng)式最大項(xiàng)數(shù)，i＝1,2……N，r表示歸一化徑向半徑，y表示衍射面的徑向坐標(biāo)。在一實(shí)施例中，第二透鏡的第一表面的衍射級數(shù)為1、歸一化徑向半徑為1，相位項(xiàng)的系數(shù)Ai從A1……A10的數(shù)值如表4所示，A1A2A3A4A5-12.4131280.022420-7.82E-053.7001E-083.223E-010A6A7A8A9A106.3775E-013-5.550E-016-9.593E-018-1.655E-0207.2828E-023表4第二透鏡第二表面32為非球面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表5：R-11.447825K-1.300893A1.113E-0005B3.2919E-008C1.7872E-010D0E0F0J0表5第二透鏡第一表面31和第二透鏡第二表面32的表面形狀滿足上述設(shè)計(jì)時(shí)，使得第二透鏡的中心厚度大于邊緣厚度，中心厚度大于等于2.8mm，邊緣厚度大于等于2.8mm，所述第二透鏡的中心與邊緣的厚度比均小于等于2，便于注塑成型，本申請中實(shí)施例中，第二透鏡第一表面31為旋轉(zhuǎn)衍射面和第二透鏡第二表面32為非球面，且滿足上述的參數(shù)設(shè)計(jì)更好地平衡了光學(xué)像差，因含有衍射面可以更好地矯正色差并更大的減少第二透鏡的重量。本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)通過采用上述第一透鏡2與第二透鏡3均為PMMA的塑膠鏡片設(shè)計(jì)，且第一透鏡中含有菲涅爾面，第二透鏡中含有衍射面，并滿足第一透鏡2與第三透鏡3滿足：F1>0，F(xiàn)1/F>1，F(xiàn)2>0，F(xiàn)2/F>2，2mm<D<8mm；第一透鏡第一表面21、第一透鏡第二表面22和第二透鏡第一表面31、第二透鏡第二表面32的表面參數(shù)設(shè)計(jì)滿足上述實(shí)施例中的設(shè)計(jì)，得到本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭解像力如圖3所示，其中，橫軸表示空間頻率，單位線對表示在1mm范圍內(nèi)的黑白線對數(shù)，縱軸表示在該空間頻率下的MTF值，范圍為0～1，表示鏡頭的解像力，T表示視場徑向的解像力，S表示與徑向垂直方向的解像力；由圖3可看出在該空間頻率下的鏡頭的解像力比較高，通過本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)提高了鏡頭的解像力。通過對光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡2和第二透鏡3進(jìn)行上述的設(shè)計(jì)，所述的光學(xué)系統(tǒng)鏡頭的色差如圖4所示，其中，橫坐標(biāo)表示距離，單位為微米，縱坐標(biāo)表示在視場時(shí)不同波長光線在成像面4上位置相對于參考波長光線的距離差，表示不同視場下不同波長的光分開的程度，不同波長在成像面4上位置越集中，成像后效果越好。在本申請中以0.5876微米波長為參考光，以艾利斑范圍為鏡頭色差的參考范圍，如圖4中101表示艾利斑范圍，小于或接近艾利斑范圍(101)時(shí)認(rèn)為鏡頭色差小。由圖4中不同波長的光線與艾利斑范圍(101)的比較可知，本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭色差得到了很好的矯正。通過對光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡2和第二透鏡3進(jìn)行上述的設(shè)計(jì)，所述的光學(xué)系統(tǒng)鏡頭的鏡頭場曲如圖5的左圖所示，鏡頭的畸變?nèi)鐖D5的右圖所示。在圖5的左圖中，橫軸表示距離，縱軸表示視場，該圖表示不同波長在水平方向和豎直方向上相對于鏡頭成像中心的位移量，其中，S,T分開越小表明鏡頭水平和豎直方向差異越小，對稱性越好，S,T離縱坐標(biāo)距離越近，表示鏡頭不同視場成像清晰面與中心視場平面越近。在圖5的右圖中，縱軸表示視場位置，橫軸表示畸變量，畸變曲線離縱軸距離越近，表示鏡頭的幾何失真越小，即變形越小。由圖5的左圖和右圖可知，本申請光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭的對稱性較好，視場角增大使得用戶的視野范圍更寬，畫面清晰度較好，提高了畫面質(zhì)量，且畸變得到了很好的矯正。本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)通過采用上述第一透鏡2與第二透鏡3均為PMMA的塑膠鏡片設(shè)計(jì)，且第一透鏡中含有菲涅爾面，第二透鏡中含有衍射面，第一透鏡第一表面21、第一透鏡第二表面22和第二透鏡第一表面31、第二透鏡第二表面32的表面參數(shù)設(shè)計(jì)滿足上述實(shí)施例中的設(shè)計(jì)，得到第一透鏡和第二透鏡的總重量小于等于0.009kg，將由第一透鏡2和第二透鏡3組成的光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)用于虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)設(shè)備上后使得VR設(shè)備重量大大減少，減輕了佩帶用戶的頭部承擔(dān)重量，提高用戶體驗(yàn)。在本申請的又一實(shí)施例中，可選地，第一透鏡2選用環(huán)烯烴共聚物(APEL)，Nd＝1.543402，Vd＝56.0226，其中，Nd為折射率，Vd為色散系數(shù)。第一透鏡第一表面21為非球面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1’：R622.822458K-9.999393A-1.355E-005B3.3719E-008C0D0E0F0J0表1’第一透鏡第二表面22為菲涅爾表面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表2’：R-24.713380K-1.953008A-3.2683E-005B-3.221E-007C1.6377E-009D-4.854E-012E6.3185E-015F8.0296E-019J-7.016E-021表2’第一透鏡第一表面21和第一透鏡第二表面22的表面形狀滿足上述設(shè)計(jì)時(shí)，使得第一透鏡2的中心厚度大于等于2.5mm，邊緣厚度大于等于2.5mm，且厚度比小于等于2，便于注塑成型，厚度比越小能夠更好地加工鏡頭，第一透鏡第一表面21和第一透鏡第二表面22的表面形狀的參數(shù)設(shè)計(jì)更好地平衡了光學(xué)像差，且含有菲涅爾面，可以更好地矯正色差并更大的減少第一透鏡的重量?？蛇x地，第二透鏡3選用PMMA，第二透鏡第一表面31為旋轉(zhuǎn)衍射面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表3’：R29.9986K-64.12564A-6.6884E-006B4.9372E-008C-7.939E-010D1.3802E-012E0F0J0表3’進(jìn)一步地，第二透鏡第一表面31因?yàn)樾D(zhuǎn)衍射面，具有衍射面獨(dú)有的參數(shù)，即還滿足以下方程：其中，表示衍射相位總和，M表示衍射級數(shù)，Ai表示相位項(xiàng)的系數(shù)，ρ2i表示相位項(xiàng)，R表示衍射面的基半徑值，N表示多項(xiàng)式最大項(xiàng)數(shù)，i＝1,2……N，r表示歸一化徑向半徑，y表示衍射面的徑向坐標(biāo)。在一實(shí)施例中，第二透鏡的第一表面的衍射級數(shù)為1、歸一化徑向半徑為1，相位項(xiàng)的系數(shù)Ai從A1……A10的數(shù)值如表4’所示，A1A2A3A4A5-12.753740.023755-8.056E-0053.2615E-0083.2404E-010A6A7A8A9A106.5549E-013-5.018E-016-9.494E-018-1.651E-0207.236E-023表4’第二透鏡第二表面32為非球面，設(shè)計(jì)參數(shù)如表5’：R24.972702K-1.306A1.1198E-005B3.2927E-008C1.7907E-010D0E0F0J0表5’第二透鏡第一表面31和第二透鏡第二表面32的表面形狀滿足上述設(shè)計(jì)時(shí)，使得第二透鏡的中心厚度大于邊緣厚度，中心厚度大于等于2.8mm，邊緣厚度大于等于2.8mm，所述第二透鏡的中心與邊緣的厚度比均小于等于2，便于注塑成型，本申請中實(shí)施例中，第二透鏡第一表面31為旋轉(zhuǎn)衍射面和第二透鏡第二表面32為非球面，且滿足上述的參數(shù)設(shè)計(jì)更好地平衡了光學(xué)像差，因含有衍射面可以更好地矯正色差并更大的減少第二透鏡的重量。本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)通過上述第一透鏡2選用APEL材料與第二透鏡3選用PMMA的塑膠鏡片設(shè)計(jì)，且第一透鏡中含有菲涅爾面，第二透鏡中含有衍射面，并滿足第一透鏡2與第三透鏡3滿足：F1>0，F(xiàn)1/F>1，F(xiàn)2>0，F(xiàn)2/F>2，2mm<D<8mm；第一透鏡第一表面21、第一透鏡第二表面22和第二透鏡第一表面31、第二透鏡第二表面32的表面參數(shù)設(shè)計(jì)滿足上述實(shí)施例中的設(shè)計(jì)，得到本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭解像力如圖6所示，其中，橫軸表示空間頻率，單位線對表示在1mm范圍內(nèi)的黑白線對數(shù)，縱軸表示在該空間頻率下的MTF值，范圍為0～1，表示鏡頭的解像力，T表示視場徑向的解像力，S表示與徑向垂直方向的解像力；由圖6可看出在該空間頻率下的鏡頭的解像力比較高，通過本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)提高了鏡頭的解像力。在該實(shí)施例中得到的所述的光學(xué)系統(tǒng)鏡頭的色差如圖7所示，其中，橫坐標(biāo)表示距離，單位為微米，縱坐標(biāo)表示在視場時(shí)不同波長光線在成像面4上位置相對于參考波長光線的距離差，表示不同視場下不同波長的光分開的程度，不同波長在成像面4上位置越集中，成像后效果越好。在本申請中以0.5876微米波長為參考光，以艾利斑范圍為鏡頭色差的參考范圍，如圖7中102表示艾利斑范圍，小于或接近艾利斑范圍(102)時(shí)認(rèn)為鏡頭色差小。由圖7中不同波長的光線與艾利斑范圍(102)的比較可知，本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭色差得到了很好的矯正。通過對光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡2和第二透鏡3進(jìn)行上述的設(shè)計(jì)，所述的光學(xué)系統(tǒng)鏡頭的鏡頭場曲如圖8的左圖所示，鏡頭的畸變?nèi)鐖D8的右圖所示。在圖8的左圖中，橫軸表示距離，縱軸表示視場，該圖表示不同波長在水平方向和豎直方向上相對于鏡頭成像中心的位移量，其中，S,T分開越小表明鏡頭水平和豎直方向差異越小，對稱性越好，S,T離縱坐標(biāo)距離越近，表示鏡頭不同視場成像清晰面與中心視場平面越近。在圖8的右圖中，縱軸表示視場位置，橫軸表示畸變量，畸變曲線離縱軸距離越近，表示鏡頭的幾何失真越小，即變形越小。由圖8的左圖和右圖可知，本申請光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭的對稱性較好，視場角增大使得用戶的視野范圍更寬，畫面清晰度較好，提高了畫面質(zhì)量，且畸變得到了很好的矯正。本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)通過上述第一透鏡2選用APEL材料與第二透鏡3選用PMMA的塑膠鏡片設(shè)計(jì)，且第一透鏡中含有菲涅爾面，第二透鏡中含有衍射面，第一透鏡第一表面21、第一透鏡第二表面22和第二透鏡第一表面31、第二透鏡第二表面32的表面參數(shù)設(shè)計(jì)滿足上述實(shí)施例中的設(shè)計(jì)，得到第一透鏡和第二透鏡的總重量小于等于0.009kg，將由第一透鏡2和第二透鏡3組成的光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)用于虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)設(shè)備上后使得VR設(shè)備重量大大減少，減輕了佩帶用戶的頭部承擔(dān)重量，提高用戶體驗(yàn)。需要說明的是，第一透鏡2與第二透鏡3所用的光學(xué)材料可以相同也可以不同，第二透鏡3含有衍射面，因此在可以消除色差的同時(shí)也可以使得第二透鏡不依賴任何光學(xué)材料，使得對鏡片的材料選擇范圍更寬。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述實(shí)施例中所述PMMA、APEL僅為光學(xué)材料中塑膠材料的舉例，還可以為聚酯樹脂(OKP4)、聚碳酸酯(Polycarb)等，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的光學(xué)材料，如可適用于本申請，也應(yīng)包含在本申請保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。需要說明的是，第一透鏡2和第二透鏡3所采用的材料、每個(gè)有效面的參數(shù)設(shè)計(jì)的不同(第一透鏡第一表面、第一透鏡第二表面、第二透鏡第一表面、第二透鏡第二表面)等會影響最終的鏡頭的成像質(zhì)量、解像力、色差，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡2和第二透鏡3滿足如下條件：第一透鏡含有菲涅爾表面，第二透鏡含有衍射面，且F1>0，F(xiàn)1/F>1，F(xiàn)2>0，F(xiàn)2/F>2，2mm<D<8mm時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)相比于現(xiàn)有技術(shù)中的單片光學(xué)設(shè)計(jì)得到的鏡頭具有更高的解像力和較小的色差，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的多片光學(xué)設(shè)計(jì)鏡頭的重量更小，用于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中的鏡頭，成像品質(zhì)好、透鏡加工容易，使得佩帶用戶的頭部承受重量更輕，給用戶帶來更好的沉浸感，提升用戶體驗(yàn)。上面結(jié)合附圖對本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了示例性的描述，顯然本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本申請所述光學(xué)系統(tǒng)的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本申請所述的光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其他場合的，均在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過軟件或者硬件來實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。當(dāng)前第1頁1 2 3