一種2P結構鏡頭、頭戴顯示光學系統(tǒng)及頭戴設備技術方案

本發(fā)明專利技術公開一種2P結構鏡頭、頭戴顯示光學系統(tǒng)及頭戴設備，該2P結構鏡頭包括逆著光線入射方向依次設置的平凸的第一凸透鏡和雙凸的第二凸透鏡，第一凸透鏡包括第一表面和第二表面，第一表面為靠近光闌的平面，光闌位于人眼瞳孔處；第二表面為凸向物方的非球面；第一表面的曲率半徑R1＝0，第二表面的曲率半徑R2<0；第二凸透鏡包括第三表面和第四表面，第三表面和第四表面均為非球面，第三表面靠近第一凸透鏡的第二表面并凸向光闌，第四表面凸向物方；第三表面的曲率半徑R3與第四表面的曲率半徑R4：R3<?R4。本發(fā)明專利技術的技術方案使得鏡頭模組單片鏡片的面型更易于控制成型，對于MTF、SPOT像差的校正更好，同時獲得大視場角。

2P structure lens, head mounted display optical system and head mounted equipment

The invention discloses a 2P lens structure, head mounted display optical system and head mounted device, the second convex lens 2P lens structure including Plano convex against the incident direction are sequentially arranged the first convex lens and a biconvex, the first convex lens includes a first surface and a second surface, the first surface is a plane near the aperture diaphragm. Located in the pupil; the second surface is a convex aspheric object; the first surface curvature radius R1 = 0, the radius of curvature of the surface of R2< second; 0; second convex lens including third surface and the fourth surface, the third surface and the fourth surface are non spherical, third surface near the first convex lens second the surface and convex convex surface to the aperture, fourth to third; the surface curvature radius R3 and the fourth surface radius of curvature of the R4:R3< R4. The technical scheme of the invention makes the surface lens module monolithic lens is easier to control and molding, for better MTF and SPOT aberration correction, and large angle of view.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種2P結構鏡頭、頭戴顯示光學系統(tǒng)及頭戴設備
本專利技術涉及目鏡鏡頭
，具體涉及一種2P結構鏡頭、頭戴顯示光學系統(tǒng)及頭戴設備。
技術介紹
近年來，隨著科技工業(yè)的進步，3D技術得以迅速和廣泛的發(fā)展，越來越多的影視和游戲都是基于VR(VatualReality，虛擬現(xiàn)實)技術的模擬真實場景，并且要求效果逼真震撼；使得頭戴顯示器作為一種新興的技術，首先在娛樂領域有了很好的發(fā)展前景，其把二維平面的畫面以更加立體的形象展現(xiàn)給用戶，使得用戶產(chǎn)生身臨其境的真實感受。現(xiàn)有的VR設備用的目鏡鏡頭，多局限于小視場的成像系統(tǒng)，其鏡頭FOV(FieldofView，視場)小于100°，用戶使用設備觀察場景時，會感覺到存在明顯的邊界，無法滿足游戲領域一些高端用戶追求VR的沉浸感的要求，而用戶體驗則主要取決于目鏡的視場角，因此，現(xiàn)有的VR設備用的目鏡鏡頭存在視場角小、用戶體驗不佳的問題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提供了一種2P(2pieces，兩片)結構鏡頭、頭戴顯示光學系統(tǒng)及頭戴設備，以解決采用小視場的成像系統(tǒng)其鏡頭的視場角小、用戶體驗不佳的問題。根據(jù)本專利技術的一個方面，提供了一種2P結構鏡頭，包括逆著光線入射方向依次設置的第一凸透鏡和第二凸透鏡，第一凸透鏡為平凸透鏡，第二凸透鏡為雙凸透鏡；第一凸透鏡包括第一表面和第二表面，第一表面為靠近光闌的平面，光闌位于人眼瞳孔處；第二表面為凸向物方的非球面；第一表面的曲率半徑R1與第二表面的曲率半徑R2分別滿足以下關系式：R1＝0，R2<0；第二凸透鏡包括第三表面和第四表面，第三表面和第四表面均為非球面，第三表面靠近第一凸透鏡的第二表面并凸向光闌，第四表面凸向物方；第三表面的曲率半徑R3與第四表面的曲率半徑R4滿足以下關系式：R3<-R4。根據(jù)本專利技術的另一個方面，提供了一種頭戴顯示光學系統(tǒng)，該頭戴顯示光學系統(tǒng)逆著光線入射方向依次包括：光闌、如本專利技術的一個方面的2P結構鏡頭，以及顯示器，光闌位于人眼瞳孔處，顯示器位于物方。根據(jù)本專利技術的又一個方面，提供了一種頭戴設備，包如本專利技術的另一個方面的頭戴顯示光學系統(tǒng)。本專利技術的有益效果是：本專利技術的這種2P結構鏡頭，首先，整組鏡頭包括兩片透鏡，其中一片為非球面的平凸透鏡，另一片為非球面的雙凸透鏡，且平凸透鏡上第一表面的曲率半徑R1與第二表面的曲率半徑R2分別滿足以下關系式：R1＝0，R2<0，雙凸透鏡上第三表面的曲率半徑R3與第四表面的曲率半徑R4滿足以下關系式：R3<-R4，該2P結構使得鏡頭模組單片鏡片的面型更易于控制成型，對于MTF(ModulationTransferFunction，調制傳遞函數(shù))、SPOT(光斑)等像差的校正更好，同時能夠獲得120°的大視場角，能夠作為高性能版本的頭戴顯示器目鏡；其次，其制造成本和重量都大大降低。另外，本專利技術還提供了一種頭戴顯示光學系統(tǒng)及頭戴設備，其不僅可以滿足大視場角VR的需要，更能夠使得用戶獲得更好的沉浸感，從而提供較佳的用戶體驗，提高產(chǎn)品的競爭力。附圖說明圖1是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的結構示意圖；圖2是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的工作狀態(tài)光學原理圖；圖3是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的初始結構示意圖；圖4是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的接收者偏離光軸0mm時的光學結構圖；圖5是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的場曲圖；圖6是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的畸變圖；圖7是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的點列圖；圖8是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的色差圖；圖9是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的接收者偏離光軸-2mm時的示意圖；圖10是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的接收者偏離光軸2mm時的示意圖。具體實施方式VR設備用的目鏡鏡頭的一種現(xiàn)有技術是：沿著光線入射方向依次包括：前組和后組，前組包括第一負透鏡和第二正透鏡，后組包括一個類似膠合透鏡組：第三正透鏡和第四負透鏡，第一負透鏡具有凸向物方的第一表面和凹向像方的第二表面，位于鏡頭的始端，第二正透鏡具有凹向物方的第三表面和凸向像方的第四表面，第三正透鏡具有凸向物方的第五表面和凸向像方的第六表面，第四負透鏡具有凹向物方的第七表面和凹向像方的第八表面。但是，這種技術多局限于小視場的成像系統(tǒng)，其鏡頭FOV較小，用戶使用設備觀察場景時，會感覺到存在明顯的邊界，無法滿足游戲領域一些高端用戶追求VR的沉浸感的要求，而用戶體驗則主要取決于目鏡的視場角，因此，現(xiàn)有的VR設備用的目鏡鏡頭存在視場角小、用戶體驗不佳的問題，同時，還存在結構復雜，鏡頭模組單片鏡片的面型不易于控制成型，無法實現(xiàn)對MTF、SPOT等像差的校正，制造成本高，以及重量較大的問題。本專利技術的設計構思是：針對現(xiàn)有的VR設備用的目鏡鏡頭存在視場角小、用戶體驗不佳的問題，同時，還存在結構復雜，鏡頭模組單片鏡片的面型不易于控制成型，無法實現(xiàn)對MTF、SPOT等像差的校正，制造成本高，以及重量較大的問題，本專利技術的鏡頭采用兩片凸透鏡，其中一片凸透鏡是靠近光闌的平凸透鏡，另外一片凸透鏡是靠近物方的雙凸透鏡；平凸透鏡靠近光闌的表面是平面，其曲率半徑R1＝0，平凸透鏡靠近雙凸透鏡的表面是非球面，其曲率半徑R2<0；雙凸透鏡的兩個表面均為非球面，其兩個表面的曲率半徑分別滿足以下關系式：R3<-R4。這樣，本專利技術的技術方案不僅可以滿足大視場角VR的需要，能獲得120°大視場角，使得用戶能夠獲得更好的沉浸感，同時使得鏡頭模組單片鏡片的面型易于控制成型，對MTF、SPOT等像差的校正更好，制造成本更低，重量大大減小，能夠改善用戶體驗，提高產(chǎn)品的競爭力。實施例一圖1是本專利技術一個實施例的一種2P結構鏡頭的工作狀態(tài)光學原理圖，參見圖1，該2P結構鏡頭包括逆著光線入射方向依次設置的第一凸透鏡L1和第二凸透鏡L2，第一凸透鏡L1為平凸透鏡，第二凸透鏡L2為雙凸透鏡；第一凸透鏡L1包括第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1為靠近光闌的平面，光闌位于人眼11的瞳孔處；第二表面S2為凸向物方12的非球面；第一表面S1的曲率半徑R1與第二表面S2的曲率半徑R2分別滿足以下關系式：R1＝0，R2<0；第二凸透鏡L1包括第三表面S3和第四表面S4，第三表面S3和第四表面S4均為非球面，第三表面S3靠近第一凸透鏡L1的第二表面S2并凸向光闌，第四表面S4凸向物方12；第三表面S3的曲率半徑R3與第四表面S4的曲率半徑R4滿足以下關系式：R3<-R4。由圖1所示的2P結構鏡頭的結構示意圖，及圖2所示的2P結構鏡頭的工作狀態(tài)光學原理圖可知，本實施例中的2P結構鏡頭，物方12設置為顯示器，顯示器上的影像發(fā)出光線，經(jīng)由第二凸透鏡L2的第四表面S4射入鏡頭,然后由第一凸透鏡L1的第一表面S1射出鏡頭，進入人眼11中成像，但在人眼11中看到的影像的位置不在顯示器位置處，而是在從第一表面S1進入人眼的光線的反向延長線的交點處，即成像面13位置處。這樣，本實施例的技術方案不僅可以滿足大視場角VR的需要，使得用戶能夠獲得更好的沉浸感，同時對MTF、SPOT等像差的校正更好，能夠改善用戶體驗，提高產(chǎn)品的競爭力。實施例二本實施例中是重點對2P結構鏡頭的兩片凸透鏡的焦距進行的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種2P結構鏡頭，包括逆著光線入射方向依次設置的第一凸透鏡和第二凸透鏡，其特征在于，所述第一凸透鏡為平凸透鏡，所述第二凸透鏡為雙凸透鏡；所述第一凸透鏡包括第一表面和第二表面，所述第一表面為靠近光闌的平面，所述光闌位于人眼瞳孔處；所述第二表面為凸向物方的非球面；所述第一表面的曲率半徑R1與所述第二表面的曲率半徑R2分別滿足以下關系式：R1＝0，R2<0；所述第二凸透鏡包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均為非球面，所述第三表面靠近所述第一凸透鏡的所述第二表面并凸向光闌，所述第四表面凸向物方；所述第三表面的曲率半徑R3與所述第四表面的曲率半徑R4滿足以下關系式：R3<?R4。

【技術特征摘要】
1.一種2P結構鏡頭，包括逆著光線入射方向依次設置的第一凸透鏡和第二凸透鏡，其特征在于，所述第一凸透鏡為平凸透鏡，所述第二凸透鏡為雙凸透鏡；所述第一凸透鏡包括第一表面和第二表面，所述第一表面為靠近光闌的平面，所述光闌位于人眼瞳孔處；所述第二表面為凸向物方的非球面；所述第一表面的曲率半徑R1與所述第二表面的曲率半徑R2分別滿足以下關系式：R1＝0，R2<0；所述第二凸透鏡包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均為非球面，所述第三表面靠近所述第一凸透鏡的所述第二表面并凸向光闌，所述第四表面凸向物方；所述第三表面的曲率半徑R3與所述第四表面的曲率半徑R4滿足以下關系式：R3<-R4。2.如權利要求1所述的2P結構鏡頭，其特征在于，所述第一凸透鏡的焦距f1和所述第二凸透鏡的焦距f2滿足以下關系式：f2>10×f1。3.如權利要求2所述的2P結構鏡頭，其特征在于，所述第一凸透鏡的焦距f1和所述第二凸透鏡的焦距f2還進一步滿足以下關系式：100mm<f2<150mm，12mm<f1<14mm。4.如權利要求1所述的2P結構鏡頭，其特征在于，所述第三表面的曲率半徑R3與所述第四表面的曲率半徑R4進一步滿足以下關系式：R3>0，R4<0，-200mm<R3<-R4<200mm。5.如權利要求1所述的2P結構鏡頭，其特征在于，所述...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊春，
申請(專利權)人：歌爾科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37