虚拟现实装置的制作方法

本申请涉及光学器件领域，具体涉及一种虚拟现实装置。

背景技术：

1、随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实装置由单一的放大投影工具逐渐过渡为联动交互设备。为了满足联动交互的需求，虚拟现实装置通常包括两种形式的镜头，例如目视镜头和定位镜头，定位镜头获取环境信息，其与目视镜头搭配可以将现实世界与虚拟世界联系起来，实现现实世界与虚拟世界的交互。然而，这种由多镜头组合而成的虚拟现实装置的整机体积偏大，重量较大，严重影响用户的沉浸式体验。

技术实现思路

1、本申请提供了可至少解决或部分解决现有技术中存在的至少一个问题或者其它问题的虚拟现实装置。

2、本申请的一方面提供了这样一种虚拟现实装置，其包括第一光学系统和第二光学系统；第一光学系统沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一透镜、反射式偏光元件、四分之一波板、第二透镜和第三透镜，第三透镜的第二侧面为凸面；第二光学系统沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括：具有负光焦度的第一镜片，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有负光焦度的第二镜片，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第三镜片，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第四镜片，其像侧面为凸面；具有正光焦度的第五镜片，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第六镜片，其物侧面为凹面；具有正光焦度的第七镜片，其物侧面为凸面；以及具有正光焦度的第八镜片，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；其中，第二光学系统所成的实像以电信号的形式传递至第一光学系统的第二侧的显示屏幕，第一光学系统用于投射显示屏幕的虚像以及传递至显示屏幕的实像；第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离td'、第一光学系统的总有效焦距f'、第一镜片的物侧面至第八镜片的像侧面的轴上距离td与第二光学系统的总有效焦距f满足：4.5<(td'/f')×(td/f)<8.6。

3、根据本申请的一个示例性实施方式，第一光学系统的总有效焦距f'、第一光学系统的入瞳直径epd'、第二光学系统的总有效焦距f与第二光学系统的入瞳直径epd满足：2.4<(f'/epd')/(f/epd)<5.2。

4、根据本申请的一个示例性实施方式，第一透镜至第三透镜中的各透镜在第一光轴上的中心厚度的总和∑ct'与第一镜片至第八镜片中的各镜片在第二光轴上的中心厚度的总和∑ct满足：0.7<∑ct'/∑ct<2.5。

5、根据本申请的一个示例性实施方式，第一光学系统的最大视场角fov'与第二光学系统的最大视场角fov满足：103°<(fov-fov')<119°。

6、根据本申请的一个示例性实施方式，第二透镜和第三透镜的组合焦距f23'与第一透镜、反射式偏光元件和四分之一波板的组合焦距fz'满足：0.4<f23'/|fz'|<1.0。

7、根据本申请的一个示例性实施方式，第一透镜的第二侧面至第二透镜的第一侧面的轴上距离t12'、反射式偏光元件在第一光轴上的中心厚度ctr与四分之一波板在第一光轴上的中心厚度ctq满足：2.2<t12'/(ctr+ctq)<3.6。

8、根据本申请的一个示例性实施方式，第一透镜的第一侧面的曲率半径r1'与第二透镜的第一侧面的曲率半径r3'满足：0.1<r1'/r3'<0.7。

9、根据本申请的一个示例性实施方式，第一光学系统的总有效焦距f'、第二透镜的有效焦距f2'与第三透镜的有效焦距f3'满足：-0.5<f'/(f2'+f3')<0.1。

10、根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜片的有效焦距f1、第二镜片的有效焦距f2与第二光学系统的总有效焦距f满足：-7.7<(f1+f2)/f<-6.5。

11、根据本申请的一个示例性实施方式，第三镜片的有效焦距f3、第四镜片的有效焦距f4与第五镜片的有效焦距f5满足：0.5<f3/(f4+f5)<0.9。

12、根据本申请的一个示例性实施方式，第六镜片的有效焦距f6、第六镜片的物侧面的曲率半径r11、第七镜片的有效焦距f7与第七镜片的物侧面的曲率半径r13满足：1.6<(f6/r11)×(f7/r13)<3.4。

13、根据本申请的一个示例性实施方式，第八镜片的有效焦距f8与第八镜片在第二光轴上的中心厚度ct8满足：4.2<f8/ct8<5.0。

14、根据本申请的一个示例性实施方式，第二镜片在第二光轴上的中心厚度ct2、第三镜片在第二光轴上的中心厚度ct3、第四镜片在第二光轴上的中心厚度ct4与第五镜片在第二光轴上的中心厚度ct5满足：2.6<(ct4+ct5)/(ct2+ct3)<3.0。

15、本申请所提供的虚拟现实装置被配置为第一光学系统与第二光学系统组合的结构形式，第一光学系统包括三片透镜、反射式偏光元件和四分之一波板，光线通过四分之一波板后偏振态改变，偏振态变化后的光线在反射式偏光元件处反射或透射，从而使得光线在第一透镜和第三透镜之间折反，有效缩短了第一光学系统的本体长度，同时，第二透镜和第三透镜类似于高折射率和低折射率胶合透镜，有利于校正第一光学系统的色差；第二光学系统采用八片镜片，并且前两片镜片具有负光焦度，有利于增大第二光学系统的视场角。在第一光学系统屏幕尺寸和第二光学系统芯片尺寸确定的前提下，第一光学系统和第二光学系统的焦距基本确定，通过控制第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离与第一光学系统的焦距的比值以及第一镜片的物侧面至第八镜片的像侧面的轴上距离与第二光学系统的焦距的比值，并且将这两个比值的乘积约束在合理范围内，有利于控制两个光学系统的总长，从而实现虚拟现实装置的小型化。

技术特征：

1.虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一光学系统的总有效焦距f'、所述第一光学系统的入瞳直径epd'、所述第二光学系统的总有效焦距f与所述第二光学系统的入瞳直径epd满足：2.4<(f'/epd')/(f/epd)<5.2。

3.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一透镜至所述第三透镜中的各透镜在所述第一光轴上的中心厚度的总和∑ct'与所述第一镜片至所述第八镜片中的各镜片在所述第二光轴上的中心厚度的总和∑ct满足：0.7<∑ct'/∑ct<2.5。

4.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一光学系统的最大视场角fov'与所述第二光学系统的最大视场角fov满足：103°<(fov-fov')<119°。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距f23'与所述第一透镜、所述反射式偏光元件和所述四分之一波板的组合焦距fz'满足：0.4<f23'/|fz'|<1.0。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一透镜的第二侧面至所述第二透镜的第一侧面的轴上距离t12'、所述反射式偏光元件在所述第一光轴上的中心厚度ctr与所述四分之一波板在所述第一光轴上的中心厚度ctq满足：2.2<t12'/(ctr+ctq)<3.6。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1'与所述第二透镜的第一侧面的曲率半径r3'满足：0.1<r1'/r3'<0.7。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一光学系统的总有效焦距f'、所述第二透镜的有效焦距f2'与所述第三透镜的有效焦距f3'满足：-0.5<f'/(f2'+f3')<0.1。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜片的有效焦距f1、所述第二镜片的有效焦距f2与所述第二光学系统的总有效焦距f满足：-7.7<(f1+f2)/f<-6.5。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第三镜片的有效焦距f3、所述第四镜片的有效焦距f4与所述第五镜片的有效焦距f5满足：0.5<f3/(f4+f5)<0.9。

技术总结本申请公开一种虚拟现实装置，其包括第一光学系统和第二光学系统；第一光学系统沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一透镜、反射式偏光元件、四分之一波板、第二透镜和第三透镜，第三透镜的第二侧面为凸面；第二光学系统沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括具有负光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有正光焦度的第五镜片、具有负光焦度的第六镜片、具有正光焦度的第七镜片和具有正光焦度的第八镜片；第一透镜的第一侧面至第三透镜的第二侧面的轴上距离TD'、第一光学系统的总有效焦距f'、第一镜片的物侧面至第八镜片的像侧面的轴上距离TD与第二光学系统的总有效焦距f满足：4.5<(TD'/f')×(TD/f)<8.6。技术研发人员：张晓彬,宋立通,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：2024/6/5