虛擬現實裝置的制作方法

本申請涉及光學器件領域，具體涉及一種虛擬現實裝置。

背景技術：

1、隨著虛擬現實技術的發展，虛擬現實裝置由單一的放大投影工具逐漸過渡為聯動交互設備。為了滿足聯動交互的需求，虛擬現實裝置通常包括兩種形式的鏡頭，例如目視鏡頭和定位鏡頭，定位鏡頭獲取環境信息，其與目視鏡頭搭配可以將現實世界與虛擬世界聯系起來，實現現實世界與虛擬世界的交互。

2、然而，虛擬現實裝置的定位鏡頭需滿足大視野的需求。為了滿足大視野的需求，定位鏡頭通常采用魚眼式設計，這會導致部分鏡片的曲率半徑、薄厚比設計不合理，進而在定位鏡頭中引入大量像散，并伴隨著嚴重的畸變與色差，使其邊緣畫質失真，從而影響虛擬現實裝置的最終成像效果。

技術實現思路

1、本申請提供了可至少解決或部分解決現有技術中存在的至少一個問題或者其它問題的虛擬現實裝置。

2、本申請的一方面提供了這樣一種虛擬現實裝置，其包括第一光學系統和第二光學系統；第一光學系統沿著第一光軸從第一側至第二側依序包括第一元件組、第二元件組和第三元件組，第一元件組包括第一透鏡，第二元件組包括沿著第一光軸從第一側至第二側依序排列的第二透鏡、反射式偏光元件和四分之一波板，反射式偏光元件和四分之一波板貼合，并貼附于第二透鏡的第二側面上，第三元件組包括第三透鏡；第二光學系統沿著第二光軸從物側至像側依序包括第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片、第六鏡片、第七鏡片和第八鏡片；其中，第二光學系統的最大視場角fov滿足：95°≤fov/2≤110°；以及第一光學系統的總有效焦距f′、第二元件組的有效焦距f2′、第二光學系統的總有效焦距f與第二鏡片的有效焦距f2滿足：-0.60<f′/f2′+f/f2<-0.28。

3、根據本申請的一個示例性實施方式，第一光學系統的最大視場角fov′與第二光學系統的最大視場角fov滿足：1.80<fov/fov′<2.10。

4、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡的第一側面至第一光學系統的影像面的軸上距離ttl′與第一鏡片的物側面至第二光學系統的成像面的軸上距離ttl滿足：1.80<ttl′/ttl<2.50。

5、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡的第一側面至第三透鏡的第二側面的軸上距離td′、第一光學系統的總有效焦距f'、第一鏡片的物側面至第八鏡片的像側面的軸上距離td與第二光學系統的總有效焦距f滿足：8.60<td'/f'+td/f<11.00。

6、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡的第一側面至第一光學系統的影像面的軸上距離ttl'、第一元件組的有效焦距f1'、第一鏡片的物側面至第二光學系統的成像面的軸上距離ttl與第八鏡片的有效焦距f8滿足：2.80<ttl'/f1'+ttl/f8<4.30。

7、根據本申請的一個示例性實施方式，第二光學系統還包括第二光闌，其中，第一透鏡在第一光軸上的中心厚度ct1'、第二透鏡在第一光軸上的中心厚度ct2'、第三透鏡在第一光軸上的中心厚度ct3'與第二光闌至第八鏡片的像側面的軸上距離sd滿足：2.30<(ct1'+ct2'+ct3')/sd<3.30。

8、根據本申請的一個示例性實施方式，第一光學系統的總有效焦距f'與第一鏡片的有效焦距f1滿足：-5.30<f'/f1<-3.60。

9、根據本申請的一個示例性實施方式，第一元件組的有效焦距f1'與第一透鏡的第二側面的曲率半徑r2'滿足：-2.00<f1'/r2'<-1.60。

10、根據本申請的一個示例性實施方式，第四鏡片在第二光軸上的中心厚度ct4、第五鏡片在第二光軸上的中心厚度ct5、第四鏡片的像側面的曲率半徑r8與第五鏡片的像側面的曲率半徑r10滿足：-0.50<(ct4+ct5)/(r8+r10)<-0.35。

11、根據本申請的一個示例性實施方式，第一鏡片的有效焦距f1、第二鏡片的有效焦距f2、第七鏡片的有效焦距f7與第八鏡片的有效焦距f8滿足：2.50<(f1/f2)×(f7/f8)<3.60。

12、根據本申請的一個示例性實施方式，第一鏡片的像側面的曲率半徑r2、第二鏡片的物側面的曲率半徑r3與第二鏡片的像側面的曲率半徑r4滿足：-9.00<(r2+r3)/r4<-3.10。

13、根據本申請的一個示例性實施方式，第一鏡片的物側面的曲率半徑r1、第一鏡片的阿貝數v1、第八鏡片的像側面的曲率半徑r16與第八鏡片的阿貝數v8滿足：0.80<(r1×v1)/(r16×v8)<2.60。

14、根據本申請的一個示例性實施方式，第七鏡片的有效焦距f7與第七鏡片的折射率n7滿足：2.70mm<f7/n7<4.60mm。

15、根據本申請的一個示例性實施方式，第八鏡片的有效焦距f8、第八鏡片的物側面的曲率半徑r15與第八鏡片的像側面的曲率半徑r16滿足：1.60<f8/(r16-r15)<2.60。

16、根據本申請的一個示例性實施方式，第三鏡片的有效焦距f3、第四鏡片的有效焦距f4與第五鏡片的有效焦距f5滿足：2.20<(f3+f4)/f5<2.50。

17、根據本申請的一個示例性實施方式，第四鏡片在第二光軸上的中心厚度ct4、第五鏡片在第二光軸上的中心厚度ct5與第六鏡片在第二光軸上的中心厚度ct6滿足：7.80<(ct4+ct5)/ct6≤11.00。

18、根據本申請的一個示例性實施方式，第一鏡片的物側面的曲率半徑r1、第一鏡片的像側面的曲率半徑r2與第一鏡片和所述第二鏡片的組合焦距f12滿足：-9.00<(r1+r2)/f12<-6.40。

19、本申請所提供的虛擬現實裝置被配置為第一光學系統與第二光學系統組合的結構形式，第一光學系統為折返式光學系統，有效縮短了第一光學系統的本體長度，同時合理配置第二光學系統的最大視場角，能夠使得第二光學系統實現大視場角的特性，滿足虛擬現實裝置的基本需求。然而，大視場的第二光學系統的部分鏡片的曲率半徑、薄厚比容易設計不合理，這會導致第二光學系統引入大量像散，并伴隨著嚴重的畸變與色差，邊緣畫質失真，從而影響虛擬現實裝置的最終成像效果。本申請通過約束第一光學系統的總有效焦距與第二元件組的有效焦距的比值以及第二光學系統的總有效焦距與第二鏡片的比值，并且將這兩個比值的總和限制在較小范圍內，一方面有利于控制各個光學系統的前景深和后焦深，并且合理分配前后端主值；另一方面還有利于控制第二透鏡、第二鏡片的曲率半徑、厚度以及材料的選擇范圍，降低各個光學系統的像散，優化各個光學系統的畸變與色差，提升各個光學系統的成像品質，同時，還有利于兩個光學系統的設計銜接，便于兩個光學系統間的平衡和補償，以實現最終清晰準確的成像功能。

技術特征：

1.虛擬現實裝置，包括第一光學系統和第二光學系統，其特征在于，

2.根據權利要求1所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一光學系統的最大視場角fov'與所述第二光學系統的最大視場角fov滿足：1.80<fov/fov'<2.10。

3.根據權利要求1所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一透鏡的第一側面至所述第一光學系統的影像面的軸上距離ttl'與所述第一鏡片的物側面至所述第二光學系統的成像面的軸上距離ttl滿足：1.80<ttl'/ttl<2.50。

4.根據權利要求1所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一透鏡的第一側面至所述第三透鏡的第二側面的軸上距離td'、所述第一光學系統的總有效焦距f'、所述第一鏡片的物側面至所述第八鏡片的像側面的軸上距離td與所述第二光學系統的總有效焦距f滿足：8.60<td'/f'+td/f<11.00。

5.根據權利要求1所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一透鏡的第一側面至所述第一光學系統的影像面的軸上距離ttl'、所述第一元件組的有效焦距f1'、所述第一鏡片的物側面至所述第二光學系統的成像面的軸上距離ttl與所述第八鏡片的有效焦距f8滿足：2.80<ttl'/f1'+ttl/f8<4.30。

6.根據權利要求1所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第二光學系統還包括第二光闌，所述第一透鏡在所述第一光軸上的中心厚度ct1'、所述第二透鏡在所述第一光軸上的中心厚度ct2'、所述第三透鏡在所述第一光軸上的中心厚度ct3'與所述第二光闌至所述第八鏡片的像側面的軸上距離sd滿足：2.30<(ct1'+ct2'+ct3')/sd<3.30。

7.根據權利要求1所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一光學系統的總有效焦距f'與所述第一鏡片的有效焦距f1滿足：-5.30<f'/f1<-3.60。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一元件組的有效焦距f1'與所述第一透鏡的第二側面的曲率半徑r2'滿足：-2.00<f1'/r2'<-1.60。

9.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第四鏡片在所述第二光軸上的中心厚度ct4、所述第五鏡片在所述第二光軸上的中心厚度ct5、所述第四鏡片的像側面的曲率半徑r8與所述第五鏡片的像側面的曲率半徑r10滿足：-0.50<(ct4+ct5)/(r8+r10)<-0.35。

10.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一鏡片的有效焦距f1、所述第二鏡片的有效焦距f2、所述第七鏡片的有效焦距f7與所述第八鏡片的有效焦距f8滿足：2.50<(f1/f2)×(f7/f8)<3.60。

11.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一鏡片的像側面的曲率半徑r2、所述第二鏡片的物側面的曲率半徑r3與所述第二鏡片的像側面的曲率半徑r4滿足：-9.00<(r2+r3)/r4<-3.10。

12.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一鏡片的物側面的曲率半徑r1、所述第一鏡片的阿貝數v1、所述第八鏡片的像側面的曲率半徑r16與所述第八鏡片的阿貝數v8滿足：0.80<(r1×v1)/(r16×v8)<2.60。

13.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第七鏡片的有效焦距f7與所述第七鏡片的折射率n7滿足：2.70mm<f7/n7<4.60mm。

14.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第八鏡片的有效焦距f8、所述第八鏡片的物側面的曲率半徑r15與所述第八鏡片的像側面的曲率半徑r16滿足：1.60<f8/(r16-r15)<2.60。

15.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第三鏡片的有效焦距f3、所述第四鏡片的有效焦距f4與所述第五鏡片的有效焦距f5滿足：2.20<(f3+f4)/f5<2.50。

16.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第四鏡片在所述第二光軸上的中心厚度ct4、所述第五鏡片在所述第二光軸上的中心厚度ct5與所述第六鏡片在所述第二光軸上的中心厚度ct6滿足：7.80<(ct4+ct5)/ct6≤11.00。

17.根據權利要求1-7中任一項所述的虛擬現實裝置，其特征在于，所述第一鏡片的物側面的曲率半徑r1、所述第一鏡片的像側面的曲率半徑r2與所述第一鏡片和所述第二鏡片的組合焦距f12滿足：-9.00<(r1+r2)/f12<-6.40。

技術總結
本申請公開一種虛擬現實裝置，其包括第一光學系統和第二光學系統；第一光學系統沿著第一光軸從第一側至第二側依序包括第一元件組、第二元件組和第三元件組，第一元件組包括第一透鏡，第二元件組包括沿著第一光軸從第一側至第二側依序排列的第二透鏡、反射式偏光元件和四分之一波板，反射式偏光元件和四分之一波板貼合，并貼附于第二透鏡的第二側面上，第三元件組包括第三透鏡；第二光學系統沿著第二光軸從物側至像側依序包括第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片、第六鏡片、第七鏡片和第八鏡片；其中，第二光學系統的最大視場角FOV滿足：95°≤FOV/2≤110°；以及第一光學系統的總有效焦距f'、第二元件組的有效焦距f2'、第二光學系統的總有效焦距f與第二鏡片的有效焦距f2滿足：?0.60<f'/f2'+f/f2<?0.28。

技術研發人員：袁鳴,張曉彬,宋立通,金銀芳,趙烈烽
受保護的技術使用者：浙江舜宇光學有限公司
技術研發日：20231228
技術公布日：2024/10/21