光學系統技術方案

本申請公開了一種光學系統，其沿著光軸從第一側至第二側依序包括：具有正光焦度的第一透鏡；具有正光焦度的第二透鏡，其第二側面為凸面；以及具有正光焦度的第三透鏡，其第一側面為凹面，第二側面為凸面；其中，光學系統還包括反射式偏光元件和四分之一波板，反射式偏光元件和四分之一波板貼附于第一透鏡的第一側面或者第二側面；光學系統的總有效焦距f與第二透鏡的第二側面的曲率半徑R4滿足：?0.6＜f/R4＜0；以及光學系統的總有效焦距f、第二透鏡的有效焦距f2、第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T2a2與第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑T2c2滿足：0＜(f/f2)×(T2c2/T2a2)＜0.6。

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及光學器件領域，具體涉及一種折反式光學系統。

技術介紹

1、虛擬現實設備的光學系統主要分為采用非球面透鏡的光學系統、采用菲涅爾透鏡的光學系統、折反式光學系統三種。其中，折反式光學系統是光學系統自身的重大創新，并且為虛擬現實設備的整機設計預留空間，已經成為研發的主流趨勢。

2、折反式光學系統通過光路折轉來縮短光學系統的本體長度，從而使得虛擬現實設備的重心后移，提高用戶的佩戴體驗感。然而，現有的折反式光學系統通常采用兩片透鏡，這會導致折反式光學系統的外視場畫面比較模糊，進而影響折反式光學系統的成像質量。

技術實現思路

1、本申請提供了可至少解決或部分解決現有技術中存在的至少一個問題或者其它問題的光學系統。

2、本申請的第一方面提供了這樣一種光學系統，其沿著光軸從第一側至第二側依序包括：具有正光焦度的第一透鏡；具有正光焦度的第二透鏡，其第二側面為凸面；以及具有正光焦度的第三透鏡，其第一側面為凹面，第二側面為凸面；其中，光學系統還包括反射式偏光元件和四分之一波板，反射式偏光元件和四分之一波板貼附于第一透鏡的第一側面或者第二側面；光學系統的總有效焦距f與第二透鏡的第二側面的曲率半徑r4滿足：-0.6<f/r4<0；以及光學系統的總有效焦距f、第二透鏡的有效焦距f2、第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a2與第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑t2c2滿足：0<(f/f2)×(t2c2/t2a2)<0.6。

3、根據本申請的一個示例性實施方式，第二透鏡的第一側面的曲率半徑r3、第二透鏡的第二側面的曲率半徑r4、第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t2b1與第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t2b2滿足：0.2<|r4/r3|×(t2b2/t2b1)<1.0。

4、根據本申請的一個示例性實施方式，第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a1與第一透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t1a1滿足：0.8<t2a1/t1a1<1.3。

5、根據本申請的一個示例性實施方式，第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑t2c1與第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑t1c2滿足：0.9<t2c1/t1c2<1.3。

6、根據本申請的一個示例性實施方式，第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d1與第二透鏡在光軸上的中心厚度ct2滿足：2.3<t2d1/ct2<6.0。

7、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡的第二側面至第二透鏡的第一側面的軸上距離t12、第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t2b1與第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t1b2滿足：0.7mm<t12×(t2b1/t1b2)<1.3mm。

8、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡在光軸上的中心厚度ct1、反射式偏光元件在光軸上的中心厚度ctr、四分之一波板在光軸上的中心厚度ctq與第一透鏡、反射式偏光元件和四分之一波板的組合焦距f1滿足：0<(ct1+ctr+ctq)/f1<0.06。

9、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡的第一側面至第三透鏡的第二側面的軸上距離td、光學系統的入瞳直徑epd、第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a2與第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d2滿足：2.2<(td/epd)×(t2a2/t2d2)<3.5。

10、根據本申請的一個示例性實施方式，第一透鏡的有效焦距f1與第三透鏡的有效焦距f3滿足：-0.3<(f1-f3)/(f1+f3)<0.2。

11、根據本申請的一個示例性實施方式，第二透鏡的阿貝數v2、第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d1與第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a1滿足：42.9<v2/(t2d1/t2a1)<47。

12、根據本申請的一個示例性實施方式，第三透鏡的第二側面的曲率半徑r6、光學系統的總有效焦距f與光學系統的最大半視場角semi-fov滿足：-3.6<r6/(f×tan(semi-fov))<-3.1。

13、本申請的第二方面提供了這樣一種光學系統，其沿著光軸從第一側至第二側依序包括：具有正光焦度的第一透鏡；具有正光焦度的第二透鏡，其第二側面為凸面；以及具有正光焦度的第三透鏡，其第一側面為凹面，第二側面為凸面；其中，光學系統還包括反射式偏光元件和四分之一波板，反射式偏光元件和四分之一波板貼附于第一透鏡的第一側面或者第二側面；光學系統的總有效焦距f與第二透鏡的第二側面的曲率半徑r4滿足：-0.6<f/r4<0；以及第一透鏡的第一側面至第三透鏡的第二側面的軸上距離td、光學系統的入瞳直徑epd、第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a2與第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d2滿足：2.2<(td/epd)×(t2a2/t2d2)<3.5。

14、本申請所提供的光學系統采用三片透鏡，通過合理配置三片透鏡的光焦度并且使得光學系統滿足“0.6<f/r4<0”，能夠提高光學系統的成像質量。同時，通過控制光學系統的總有效焦距與第二透鏡的有效焦距的比值以及第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣和上邊緣的有效半口徑的比值，并且將這兩個比值的乘積控制在合理范圍內，有利于約束第二透鏡的形狀，確保第二透鏡成型；還有利于約束光學系統的視場角，使得光學系統實現大視場角的特性，并且有效約束系統的進光量，更大效率的利用光線，從而提高光學系統的成像質量。

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【技術保護點】

1.光學系統，其特征在于，沿著光軸從第一側至第二側依序包括：

2.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的曲率半徑R3、所述第二透鏡的第二側面的曲率半徑R4、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑T2b1與所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑T2b2滿足：0.2<|R4/R3|×(T2b2/T2b1)<1.0。

3.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T2a1與所述第一透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T1a1滿足：0.8<T2a1/T1a1<1.3。

4.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑T2c1與所述第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑T1c2滿足：0.9<T2c1/T1c2<1.3。

5.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑T2d1與所述第二透鏡在所述光軸上的中心厚度CT2滿足：2.3<T2d1/CT2<6.0。

6.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的第二側面至所述第二透鏡的第一側面的軸上距離T12、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑T2b1與所述第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑T1b2滿足：0.7mm<T12×(T2b1/T1b2)<1.3mm。

7.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡在所述光軸上的中心厚度CT1、所述反射式偏光元件在所述光軸上的中心厚度CTR、所述四分之一波板在所述光軸上的中心厚度CTQ與所述第一透鏡、所述反射式偏光元件和所述四分之一波板的組合焦距F1滿足：0<(CT1+CTR+CTQ)/F1<0.06。

8.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的第一側面至所述第三透鏡的第二側面的軸上距離TD、所述光學系統的入瞳直徑EPD、所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T2a2與所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑T2d2滿足：2.2<(TD/EPD)×(T2a2/T2d2)<3.5。

9.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的有效焦距f1與所述第三透鏡的有效焦距f3滿足：-0.3<(f1-f3)/(f1+f3)<0.2。

10.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的阿貝數V2、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑T2d1與所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T2a1滿足：42.9<V2/(T2d1/T2a1)<47。

11.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第三透鏡的第二側面的曲率半徑R6、所述光學系統的總有效焦距f與所述光學系統的最大半視場角Semi-FOV滿足：-3.6<R6/(f×tan(Semi-FOV))<-3.1。

12.光學系統，其特征在于，沿著光軸從第一側至第二側依序包括：

13.根據權利要求12所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的曲率半徑R3、所述第二透鏡的第二側面的曲率半徑R4、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑T2b1與所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑T2b2滿足：0.2<|R4/R3|×(T2b2/T2b1)<1.0。

14.根據權利要求12所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T2a1與所述第一透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑T1a1滿足：0.8<T2a1/T1a1<1.3。

15.根據權利要求12所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑T2c1與所述第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑T1c2滿足：0.9<T2c1/T1c2<1.3。

16.根據權利要求12所述的光學系統，其特征在...

【技術特征摘要】

1.光學系統，其特征在于，沿著光軸從第一側至第二側依序包括：

2.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的曲率半徑r3、所述第二透鏡的第二側面的曲率半徑r4、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t2b1與所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t2b2滿足：0.2<|r4/r3|×(t2b2/t2b1)<1.0。

3.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a1與所述第一透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t1a1滿足：0.8<t2a1/t1a1<1.3。

4.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑t2c1與所述第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓下邊緣的有效半口徑t1c2滿足：0.9<t2c1/t1c2<1.3。

5.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d1與所述第二透鏡在所述光軸上的中心厚度ct2滿足：2.3<t2d1/ct2<6.0。

6.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的第二側面至所述第二透鏡的第一側面的軸上距離t12、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t2b1與所述第一透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓左邊緣的有效半口徑t1b2滿足：0.7mm<t12×(t2b1/t1b2)<1.3mm。

7.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡在所述光軸上的中心厚度ct1、所述反射式偏光元件在所述光軸上的中心厚度ctr、所述四分之一波板在所述光軸上的中心厚度ctq與所述第一透鏡、所述反射式偏光元件和所述四分之一波板的組合焦距f1滿足：0<(ct1+ctr+ctq)/f1<0.06。

8.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的第一側面至所述第三透鏡的第二側面的軸上距離td、所述光學系統的入瞳直徑epd、所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a2與所述第二透鏡的第二側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d2滿足：2.2<(td/epd)×(t2a2/t2d2)<3.5。

9.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第一透鏡的有效焦距f1與所述第三透鏡的有效焦距f3滿足：-0.3<(f1-f3)/(f1+f3)<0.2。

10.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第二透鏡的阿貝數v2、所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓右邊緣的有效半口徑t2d1與所述第二透鏡的第一側面的光學中心至有效徑輪廓上邊緣的有效半口徑t2a1滿足：42.9<v2/(t2d1/t2a1)<47。

11.根據權利要求1至5中任一項所述的光學系統，其特征在于，所述第三透鏡的第二側面的曲率半徑r6、所述光學系統的總有效焦距f與所述光學系統的最大半視場角semi-fov滿足：-3.6<r6/(f×tan(semi-fov))<-3.1。

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒鋒，張步康，游金興，張曉彬，金銀芳，趙烈烽，
申請(專利權)人：浙江舜宇光學有限公司，
類型：新型
國別省市：