一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头的制作方法

本发明申请涉及虚拟现实光学镜头领域，特别是涉及一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头。

背景技术：

1、在vr产品中，光学模组是核心构件，虚拟现实vr设备是基于光学模组在短距离内放大图像显示的成像特性，如果虚拟现实vr设备长时间戴在人体上，会产生劳累和不适感，vr光学是vr设备的关键组成部分，目前市场上现有的pancake短焦镜头厚度大多都在20mm以上，重量在40g以上，宽视场像散和场曲难以校正，其像差平衡能力受到限制，难以满足成像质量要求的问题，不能满足市场客户的需求。

2、为了解决上述的问题，研发一种体积小、重量轻的vr产品以满足市场的需求，成为了光学设计人员急需解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服以上所述技术问题，本发明提供一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头，pancake型折叠光路则是使 vr 轻便化的关键结构，可以实现优质成像质量的同时满足体积小、重量轻的要求。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头，所述镜头沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜；其中，所述第一透镜为正光焦度的平凸透镜，前表面使用泽尼克面型，后表面为平面；该平面还包括一层复合膜组，从左至右依次包括偏振反射片和起到相位延迟作用的四分之一波片；所述第二透镜为正光焦度的凹凸透镜，前表面和后表面使用泽尼克面型；所述第三透镜为负光焦度的凹凸透镜，前表面和后表面使用球面，后表面包括半透半反膜层。

3、所述基于泽尼克面型的pancake光学镜头满足关系式：5.6<ttl/fnum<7.2；其中，ttl为所述光学系统第一透镜的物侧面到所述光学系统第三透镜像侧面在光轴上的距离，fnum为所述光学系统的相对孔径，当镜头参数满足上述关系式时，可以有效的控制相对孔径与系统光学总长之间的结构关系，使镜头结构更协调，易于装配。

4、所述基于泽尼克面型的pancake光学镜头还满足关系式：12mm<ttl/tan(hfov)<17mm；其中，hfov为所述光学系统的最大视场角的一半，tan(hfov)为hfov的正切值，当镜头参数满足上述关系式时，可以控制总长与光学系统视场角的关系，在保持较小的镜头总长下获得更大的视场角。

5、所述基于泽尼克面型的pancake光学镜头还满足关系式：0.8<d/f<1.1；其中，d为所述第一透镜的物侧面的最大有效半口径，f为所述光学系统的焦距，当镜头参数满足上述关系式时，可以控制第一透镜的的直径与光学系统焦距的关系，可以在保持设定需求的焦距下尽可能的使第一透镜的孔径减小，从而控制整个镜头的孔径在一个合理的范围。

6、进一步的，所述第一透镜的中心厚度范围为4mm至5mm，折射率范围为1 .45至1.55，第一透镜左侧面的曲率半径范围为300mm至550mm，右侧面为平面，当镜头参数满足上述结构限制时，可以控制镜头的各透镜结构与折射率保持在一个合理的范围中，使元件形状合理，且镜头前后表面曲率数据为普通球面与平面，易于后续的加工与装配，可以降低生产成本。

7、进一步的，所述第二透镜的中心厚度范围为4.5mm至6mm，折射率范围为1 .6至1.65，第二透镜左侧面的曲率半径范围为3000mm至8000mm，右侧面的曲率半径范围为-300mm至-250mm当镜头参数满足上述结构限制时，可以控制镜头的各透镜结构与折射率保持在一个合理的范围中，使元件形状合理，且镜头数据均为普通球面透镜易于后续的加工与装配，可以降低生产成本。

8、进一步的，所述第三透镜的中心厚度范围为0.8mm至1.2mm，折射率范围为1 .8至1.95，第三透镜左侧面的曲率半径范围为-65mm至-75mm，右侧面的曲率半径范围为-100mm至-150mm，当镜头参数满足上述结构限制时，可以控制镜头的各透镜结构与折射率保持在一个合理的范围中，使元件形状合理，且镜头数据均为普通球面透镜易于后续的加工与装配，可以降低生产成本。

9、与现有技术相比，本发明的优点是：

10、(1)本发明光学系统采用一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头设计而成的光学系统，体积小，重量轻，并且可以提升成像质量，降低成本；第一透镜的前表面，第二透镜的前表面和后表面均采用泽尼克面型，可以校正宽视场的像差，在提升整个系统的成像质量的前提下完成小体积的设计。

11、(2)本发明达到的系统参数：系统焦距达到25mm以上，f数达到2.5，系统总长最小达到15mm，系统的视场角达到47.5°×47.5°，系统的mtf能在30p/mm达到0.25以上。

技术特征：

1.一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头，其特征在于，所述镜头沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜；其中，所述第一透镜为正光焦度的平凸透镜，前表面使用泽尼克面型描述，后表面为平面，该平面还包括一层复合膜组，从左至右依次包括偏振反射片和起到相位延迟作用的四分之一波片；所述第二透镜为正光焦度的凹凸透镜，前表面和后表面使用泽尼克面型描述；所述第三透镜为负光焦度的凹凸透镜，前表面和后表面使用球面描述，后表面包括半透半反膜层；

2.根据权利要求1所述的基于泽尼克面型的pancake光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度范围为4mm至5mm，折射率范围为1 .45至1 .55，第一透镜左侧面的曲率半径范围为300mm至550mm，右侧面为平面。

3.根据权利要求1所述的基于泽尼克面型的pancake光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的中心厚度范围为4.5mm至6mm，折射率范围为1 .6至1 .65，第二透镜左侧面的曲率半径范围为3000mm至8000mm，右侧面的曲率半径范围为-300mm至-250mm。

4.根据权利要求1所述的基于泽尼克面型的pancake光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的中心厚度范围为0.8mm至1.2mm，折射率范围为1 .8至1 .95，第三透镜左侧面的曲率半径范围为-65至-75mm，右侧面的曲率半径范围为-100至-150mm。

技术总结本发明涉及了一种基于泽尼克面型的pancake光学镜头，包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜为正光焦度的平凸透镜，前表面使用泽尼克面型描述，后表面为平面，该平面还包括一层复合膜组，从左至右依次包括偏振反射片和起到相位延迟作用的四分之一波片；第二透镜为正光焦度的凹凸透镜，前表面和后表面使用泽尼克面型描述；第三透镜为负光焦度的凹凸透镜，前表面和后表面使用球面描述，后表面包括半透半反膜层；本申请的光学镜头采用更高性能的泽尼克面型，能够简化系统结构，能够有效补偿和校正系统的离轴像差，最大限度的提高和改善系统性能，可以实现很好的成像质量，同时满足很小的体积和重量。技术研发人员：刘祥彪,张雪菡受保护的技术使用者：武汉二元科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29