虚拟现实系统的制作方法

本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种虚拟现实系统。

背景技术：

1、虚拟现实(virtual reality，vr)头戴式显示设备是一种利用虚拟现实技术实现沉浸式体验的前沿科技产品。目前可以应用在教育、医疗、娱乐等各个方面，被越来越多的人所喜爱。其中目视系统可以进入到虚拟世界中，结合捕捉现实画面的透视系统，能够使用户在虚拟世界中“看到”真实世界，增加了用户的沉浸感体验。

2、但是，目前的vr头戴式显示设备的光学系统性能不佳，成像质量不高；另外透视系统镜头的捕捉范围有限，这严重影响了用户的体验。

3、因此，如何优化虚拟现实系统的光学设计方案，提升系统的光学性能，使得与人眼适配性更高、成像质量更优，是当前需要解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、根据本申请实施方式提供了一种虚拟现实系统，包括第一光学系统和第二光学系统，其中，第一光学系统沿第一光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一元件组，包括第一镜片、反射式偏光元件和四分之一波板；第二元件组，包括具有正光焦度的第二镜片；第三元件组，包括第三镜片；第二光学系统沿第二光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中第三透镜具有负光焦度，第六透镜具有正光焦度；其中，第一光学系统中第一镜片的第一侧面到第三镜片的第二侧面于第一光轴上的距离td'、第二光学系统中第一透镜的物侧面到第二光学系统的成像面于第二光轴上的距离ttl、第一光学系统的有效焦距f'、第二光学系统的有效焦距f、第二透镜的像侧面的曲率半径r4、第六透镜的像侧面的曲率半径r12、第二镜片的第一侧面的曲率半径r3'以及第三镜片的第二侧面的曲率半径r6'满足：2<td'/ttl<3.5；-2.5mm<f/(r4/r12)<0mm；以及0mm<f'/(r3'/r6')<16.5mm。

2、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距f'、第二光学系统的有效焦距f、第一光学系统的最大视场角fov'以及第二光学系统的最大视场角fov满足：5<[f'×tan(fov'/2)]/[f×tan(fov/2)]<10.5。

3、在一个或多个实施方式中，其中，第一光学系统的入瞳直径epd'与第二光学系统的入瞳直径epd满足：2<epd'/epd<6.5。

4、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距f'和第二光学系统的有效焦距f满足：6<f'/f<11。

5、在一个或多个实施方式中，第一光学系统中第一镜片的第一侧面到第一光学系统的显示器的第一侧面于第一光轴上的距离ttl'、第一光学系统中第一镜片至第三镜片分别于第一光轴上的厚度总和∑ct'、第二光学系统中第一透镜至第六透镜分别于第二光轴上的厚度总和∑ct以及第二光学系统中第一透镜的物侧面至成像面于第二光轴上的距离ttl满足：1<ttl'/∑ct'<1.6；1.6<ttl/∑ct<2.1。

6、在一个或多个实施方式中，第一透镜的焦距f1和第二透镜的焦距f2满足：-3.0<f1/f2<-0.5。

7、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距f'、反射式偏光元件的折射率nr，以及四分之一波板的折射率np满足：5.5<f'/(nr+np)<6.1。

8、在一个或多个实施方式中，第一镜片的第一侧面的曲率半径r1'和第三镜片的第二侧面的曲率半径r6'满足：-0.7<r6'/r1'<0。

9、在一个或多个实施方式中，第二光学系统还包括光阑，光阑到第六透镜的像侧面的距离sd和第二光学系统中各透镜在第二光轴上的中心厚度的最大值ctmax满足：2.8<sd/ctmax<3.7。

10、在一个或多个实施方式中，第一元件组与第二元件组于第一光轴上的空气间隔t12'和第二元件组与第三元件组于第一光轴上的空气间隔t23'满足：1<t12'/t23'<2。

11、在一个或多个实施方式中，第二光学系统的有效焦距f、第三透镜的焦距f3、第三透镜的物侧面的曲率半径r5，以及第三透镜的像侧面的曲率半径r6满足：-4.5<f3/f<-1.5；6<(r5+r6))/f3<11.5。

12、在一个或多个实施方式中，第六透镜的焦距f6和第六透镜的色散系数v6满足：0<f6/v6<1.5。

13、在一个或多个实施方式中，第二光学系统的有效焦距f、第四透镜的焦距f4以及第五透镜的焦距f5满足：0<|f/f4+f/f5|<1。

14、在一个或多个实施方式中，第一光学系统中第一镜片的第一侧面到第三镜片的第二侧面于第一光轴上的距离td'，以及第一光学系统中的相邻镜片在第一光轴上的空气间隔最大值atmax'满足：15<td'/atmax'<21。

15、根据本申请实施方式提供的虚拟现实系统可包括第一光学系统和第二光学系统，第一光学系统利用偏光元件可以实现光路折返，有利于设备轻薄化设计。第二光学系统可包括六个透镜，其中第三透镜为负光焦度，第二透镜和第六透镜为正光焦度，有利于增加系统的视场角，扩大透视捕捉现实画面的范围。并且通过控制第一光学系统中第一镜片的第一侧面到第三镜片的第二侧面的轴上距离与第二光学系统中第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的距离之间的比值，有效缩短了第一光学系统的总长，有利于设备小型化；通过控制第二光学系统的有效焦距与第二透镜的像侧面的曲率半径、第六透镜的像侧面的曲率半径的比值，使第二光学系统更加紧凑，有利于整机排布；以及通过控制第一光学系统的有效焦距与第二镜片的第一侧面的曲率半径、第三镜片的第二侧面的曲率半径的比值，能够控制光线的走向，使光线的高度降低，有利于减小屏幕的尺寸；此外，通过控制透镜的形状有利于边缘视场光线的汇聚，从而提高系统的光学性能和成像质量。

技术特征：

1.虚拟现实系统，其特征在于，包括第一光学系统和第二光学系统，其中，

2.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一光学系统的有效焦距f'、所述第二光学系统的有效焦距f、所述第一光学系统的最大视场角fov'以及所述第二光学系统的最大视场角fov满足：5<[f'×tan(fov'/2)]/[f×tan(fov/2)]<10.5。

3.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一光学系统的入瞳直径epd'与所述第二光学系统的入瞳直径epd满足：2<epd'/epd<6.5。

4.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一光学系统的有效焦距f'和所述第二光学系统的有效焦距f满足：6<f'/f<11。

5.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一光学系统中所述第一镜片的第一侧面到所述第一光学系统的显示器的第一侧面于所述第一光轴上的距离ttl'、所述第一光学系统中所述第一镜片至所述第三镜片分别于所述第一光轴上的厚度总和∑ct'、所述第二光学系统中所述第一透镜至所述第六透镜分别于所述第二光轴上的厚度总和∑ct以及所述第二光学系统中所述第一透镜的物侧面至所述成像面于所述第二光轴上的距离ttl满足：1<ttl'/∑ct'<1.6；1.6<ttl/∑ct<2.1。

6.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一透镜的焦距f1和所述第二透镜的焦距f2满足：-3.0<f1/f2<-0.5。

7.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一光学系统的有效焦距f'、所述反射式偏光元件的折射率nr，以及所述四分之一波板的折射率np满足：5.5<f'/(nr+np)<6.1。

8.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一镜片的第一侧面的曲率半径r1'和所述第三镜片的第二侧面的曲率半径r6'满足：-0.7<r6'/r1'<0。

9.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第二光学系统还包括光阑，

10.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其中，所述第一元件组与所述第二元件组于所述第一光轴上的空气间隔t12'和所述第二元件组与所述第三元件组于所述第一光轴上的空气间隔t23'满足：1<t12'/t23'<2。

技术总结本申请公开了一种虚拟现实系统，其包括第一光学系统和第二光学系统，所述第一光学系统沿第一光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一元件组，包括具有光焦度的第一镜片、反射式偏光元件和四分之一波板；第二元件组，包括具有正光焦度的第二镜片；第三元件组，包括具有光焦度的第三镜片；以及显示器；所述第二光学系统沿第二光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中所述第三透镜具有负光焦度，所述第二透镜和所述第六透镜具有正光焦度。技术研发人员：冯梦怡,宋立通,张晓彬,吴思源,游金兴,金银芳,赵烈烽受保护的技术使用者：浙江舜宇光学有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12