虚拟现实装置的制作方法

本技术涉及光学元件领域，具体地，涉及一种虚拟现实装置。

背景技术：

1、vr(virtual reality，虚拟现实)技术通过营造逼真的模拟环境，让用户如同置身于不同的环境中，在社交、娱乐、医疗以及教育等领域带来巨大的改变。

2、随着vr技术的不断发展，消费者对vr交互体验的需求越来越高。为了进一步提高虚拟现实装置的沉浸感体验，必须要配备定位系统。目前主流的红外光学定位和激光定位技术存在虽然定位精度高，但是其主要依赖外部装置的配合，因而限制了虚拟现实装置的应用场景，并且成本高昂。

3、因此，如何优化虚拟现实装置的光学设计方案，使其定位镜头能够适用于不同外部环境的定位，是当前需要解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、根据本技术实施方式提供了一种虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统，第一光学系统沿第一光轴由远离显示屏幕的第一侧至靠近显示屏幕的第二侧依序包括：第一镜片、反射式偏光元件、四分之一波板、第二镜片和第三镜片；其中，第一镜片具有正光焦度，第二镜片具有正光焦度或负光焦度，第三镜片具有正光焦度；第二光学系统沿第二光轴由物侧至像侧依序包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜；其中，第二光学系统所成的实像以电信号的形式传递至信息处理单元，第一光学系统用于投射显示屏幕上的虚像；以及第一光学系统的有效焦距fa、第一镜片的有效焦距f1a、第二光学系统的有效焦距fb以及第一透镜的有效焦距f1b满足：-1.2<(fa/f1a)/(fb/f1b)<-0.2。

2、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距fa、第一光学系统的入瞳直径epda、第二光学系统的有效焦距fb以及第二光学系统的入瞳直径epdb满足：1.8<(fa/epda-fb/epdb)<2.2。

3、在一个或多个实施方式中，第一光学系统中第二镜片与第三镜片的组合焦距f23a、第二镜片在第一光轴上的中心厚度ct2a、第一光学系统中第二镜片的第二侧面与第三镜片的第一侧面在第一光轴上的空气间隔t23a以及第三镜片在第一光轴上的中心厚度ct3a满足：8.2<f23a/(ct2a+t23a+ct3a)<17.7。

4、在一个或多个实施方式中，第一镜片的第二侧面的曲率半径r2a，与第一光学系统中第一镜片、反射式偏光元件和四分之一波板的组合焦距fza满足：-1.5<r2a/fza<-0.4。

5、在一个或多个实施方式中，第二镜片的有效焦距f2a与第二镜片的第一侧面的曲率半径r3a满足：1.4<f2a/r3a<2.3。

6、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距fa与第一光学系统的最大视场角fova满足：16.5mm<fa*tan(fova/2)<17.7mm。

7、在一个或多个实施方式中，第二透镜的有效焦距f2b、第二透镜的物侧面的曲率半径r3b以及第二透镜的像侧面的曲率半径r4b满足：0.1<f2b/(r3b+r4b)<0.5。

8、在一个或多个实施方式中，第三透镜的有效焦距f3b与第七透镜的有效焦距f7b满足：0.8<f3b/f7b<1.2。

9、在一个或多个实施方式中，第四透镜的有效焦距f4b、第四透镜在第二光轴上的中心厚度ct4b、第五透镜的有效焦距f5b以及第五透镜在第二光轴上的中心厚度ct5b满足：6.0<(f4b/ct4b)*(f5b/ct5b)<8.2。

10、在一个或多个实施方式中，第六透镜的有效焦距f6b与第六透镜的物侧面的曲率半径r11b满足：1.3<f6b/r11b<1.7。

11、在一个或多个实施方式中，第一光学系统中第一镜片至第三镜片在第一光轴上的中心厚度之和∑cta、第二光学系统中第一透镜至第八透镜在第二光轴上的中心厚度之和∑ctb、第一光学系统的有效焦距fa以及第二光学系统的有效焦距fb满足：4.3<(∑cta/fa)*(∑ctb/fb)<7.0。

12、在一个或多个实施方式中，第二光学系统中第一透镜的物侧面至第八透镜的像侧面在第二光轴上的距离tdb、第二光学系统的入瞳直径epdb、第一光学系统中第一镜片的第一侧面至第三镜片的第二侧面在第一光轴上的距离tda以及第一光学系统的入瞳直径epda满足：2.6<(tdb/epdb)/(tda/epda)<4.5。

13、在一个或多个实施方式中，第三透镜的物侧面的曲率半径r5b、第三透镜的像侧面的曲率半径r6b、第五透镜的物侧面的曲率半径r9b以及第五透镜的像侧面的曲率半径r10b满足：-0.3<(r5b/r6b)*(r9b/r10b)<-0.1。

14、根据本技术实施方式还提供了一种虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统，第一光学系统沿第一光轴由远离显示屏幕的第一侧至靠近显示屏幕的第二侧依序包括：第一镜片、反射式偏光元件、四分之一波板、第二镜片和第三镜片；其中，第一镜片具有正光焦度，第二镜片具有正光焦度或负光焦度，第三镜片具有正光焦度；第二光学系统沿第二光轴由物侧至像侧依序包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜；其中，第二光学系统所成的实像以电信号的形式传递至信息处理单元，第一光学系统用于投射显示屏幕上的虚像；以及第三镜片的有效焦距f3a、第三镜片的第二侧面的曲率半径r6a、第八透镜的有效焦距f8b以及第八透镜的像侧面的曲率半径r16b满足：-2.2<(f3a/r6a)*(f8b/r16b)<-1.6。

15、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距fa、第一光学系统的入瞳直径epda、第二光学系统的有效焦距fb以及第二光学系统的入瞳直径epdb满足：1.8<(fa/epda-fb/epdb)<2.2。

16、在一个或多个实施方式中，第一光学系统中第二镜片与第三镜片的组合焦距f23a、第二镜片在第一光轴上的中心厚度ct2a、第一光学系统中第二镜片的第二侧面与第三镜片的第一侧面在第一光轴上的空气间隔t23a以及第三镜片在第一光轴上的中心厚度ct3a满足：8.2<f23a/(ct2a+t23a+ct3a)<17.7。

17、在一个或多个实施方式中，第一镜片的第二侧面的曲率半径r2a，与第一光学系统中第一镜片、反射式偏光元件和四分之一波板的组合焦距fza满足：-1.5<r2a/fza<-0.4。

18、在一个或多个实施方式中，第二镜片的有效焦距f2a与第二镜片的第一侧面的曲率半径r3a满足：1.4<f2a/r3a<2.3。

19、在一个或多个实施方式中，第一光学系统的有效焦距fa与第一光学系统的最大视场角fova满足：16.5mm<fa*tan(fova/2)<17.7mm。

20、在一个或多个实施方式中，第二透镜的有效焦距f2b、第二透镜的物侧面的曲率半径r3b以及第二透镜的像侧面的曲率半径r4b满足：0.1<f2b/(r3b+r4b)<0.5。

21、在一个或多个实施方式中，第三透镜的有效焦距f3b与第七透镜的有效焦距f7b满足：0.8<f3b/f7b<1.2。

22、在一个或多个实施方式中，第四透镜的有效焦距f4b、第四透镜在第二光轴上的中心厚度ct4b、第五透镜的有效焦距f5b以及第五透镜在第二光轴上的中心厚度ct5b满足：6.0<(f4b/ct4b)*(f5b/ct5b)<8.2。

23、在一个或多个实施方式中，第六透镜的有效焦距f6b与第六透镜的物侧面的曲率半径r11b满足：1.3<f6b/r11b<1.7。

24、在一个或多个实施方式中，第一光学系统中第一镜片至第三镜片在第一光轴上的中心厚度之和∑cta、第二光学系统中第一透镜至第八透镜在第二光轴上的中心厚度之和∑ctb、第一光学系统的有效焦距fa以及第二光学系统的有效焦距fb满足：4.3<(∑cta/fa)*(∑ctb/fb)<7.0。

25、在一个或多个实施方式中，第二光学系统中第一透镜的物侧面至第八透镜的像侧面在第二光轴上的距离tdb、第二光学系统的入瞳直径epdb、第一光学系统中第一镜片的第一侧面至第三镜片的第二侧面在第一光轴上的距离tda以及第一光学系统的入瞳直径epda满足：2.6<(tdb/epdb)/(tda/epda)<4.5。

26、在一个或多个实施方式中，第三透镜的物侧面的曲率半径r5b、第三透镜的像侧面的曲率半径r6b、第五透镜的物侧面的曲率半径r9b以及第五透镜的像侧面的曲率半径r10b满足：-0.3<(r5b/r6b)*(r9b/r10b)<-0.1。

27、根据本技术实施方式提供的虚拟现实装置可包括第一光学系统和第二光学系统，第一光学系统可由三片镜片组成，结合反射式偏光元件和四分之一波板实现光路折返，以降低系统总长；第二光学系统可由八片透镜组成，其中第一透镜具有负光焦度，有利于提高系统视场角；第二透镜和第三透镜为负正透镜的组合，目的在于优化光线走向；第四透镜到第八透镜用于平衡和校正像差，实现更短焦距和更大视场的设计；同时满足该条件式，通过限定第一光学系统和第二光学系统的有效焦距与第一枚镜片有效焦距的比值，分别对其尺寸和光学性能进行分配，保证系统的紧凑化设计和功能组合，并通过第二光学系统识别用户外部环境变化，以此计算用户空间定位的变化，并根据变化实时调整第一光学系统显示画面，实现虚拟现实装置的空间交互效果。