虚拟现实装置的制作方法

本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种虚拟现实装置。

背景技术：

1、随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实装置被广泛应用于多种领域。通常情况下，虚拟现实装置包括用于提供沉浸感的目镜、与现实交互的透视镜头、捕捉动作的定位镜头以及构建表情的面部识别镜头等中的至少一个光学系统。

2、目前，大部分生产商为了增强虚拟现实装置的沉浸感、提高用户体验，通常会在不同的虚拟现实装置上配置多个不同种类的光学系统。然而，如何通过优化多个光学系统的架构、提升光学系统的性能，以提高虚拟现实装置的用户体验，已成为目前诸多光学系统设计者亟待解决的难题之一。

技术实现思路

1、本申请提供了这样一种虚拟现实装置。该虚拟现实装置包括第一光学系统和第二光学系统。第一光学系统沿着第一光轴由人眼侧至影像侧依序包括滤光片、反射式偏光元件、四分之一波板、第一镜片和第二镜片，其中，第一镜片具有正光焦度或负光焦度，第二镜片具有正光焦度或负光焦度。第二光学系统沿着第二光轴由物侧至像侧依序包括具有光焦度的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有正光焦度，第三透镜具有正光焦度。第二光学系统所成的实像以电信号的形式传递至显示屏幕，第一光学系统用于投射显示屏幕上的虚像以及传递至显示屏幕上的实像。虚拟现实装置可满足：0＜|f1b+f5b|/fa＜3和0＜(ct1a+ct2a)/(|r9b+r10b|)＜5.1，其中fa是第一光学系统的有效焦距，f1b是第一透镜的有效焦距，f5b是第五透镜的有效焦距，ct1a是第一镜片在第一光轴上的中心厚度，ct2a是第二镜片在第一光轴上的中心厚度，r9b是第五透镜的物侧面的曲率半径，r10b是第五透镜的像侧面的曲率半径。

2、在一个实施方式中，第一透镜的物侧面至第五透镜的像侧面中的至少一个镜面是非球面镜面。

3、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：26＜r1a/(r1b+r2b)＜134，其中，r1a是第一镜片的近人眼侧面的曲率半径，r1b是第一透镜的物侧面的曲率半径，r2b是第一透镜的像侧面的曲率半径。

4、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：3＜fg2a/(f2b+f3b)＜4，其中，fg2a是四分之一波板和第一镜片的组合焦距，f2b是第二透镜的有效焦距，f3b是第三透镜的有效焦距。

5、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：3＜r2a/(r3b+r4b)＜12，其中，r2a是第一镜片的近影像侧面的曲率半径，r3b是第二透镜的物侧面的曲率半径，r4b是第二透镜的像侧面的曲率半径。

6、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：1.2＜ct2a/(t45b+ct5b)＜3.7，其中，ct2a是第二镜片在第一光轴上的中心厚度，t45b是第四透镜和第五透镜在第二光轴上的空气间隔，ct5b是第五透镜在第二光轴上的中心厚度。

7、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：7＜|r3a|/(ct1a+ctqa)＜30.5，其中，r3a是第二镜片的近人眼侧面的曲率半径，ct1a是第一镜片在第一光轴上的中心厚度，ctqa是四分之一波板在第一光轴上的中心厚度。

8、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：9.3＜tda/(ctfa+ctra+ctqa)＜15，其中，tda是第一镜片的近人眼侧面至第二镜片的近影像侧面在第一光轴上的距离，ctfa是滤光片在第一光轴上的中心厚度，ctra是反射式偏光元件在第一光轴上的中心厚度，ctqa是四分之一波板在第一光轴上的中心厚度。

9、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：1.7＜(r6b-r5b)/(r7b+r8b)＜2.7，其中，r5b是第三透镜的物侧面的曲率半径，r6b是第三透镜的像侧面的曲率半径，r7b是第四透镜的物侧面的曲率半径，r8b是第四透镜的像侧面的曲率半径。

10、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：6.8＜(fa/epda)×(fb/epdb)＜8.8，其中，fa是第一光学系统的有效焦距，epda是第一光学系统的入瞳直径，fb是第二光学系统的有效焦距，epdb是第二光学系统的入瞳直径。

11、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：3.5＜(fa×tan(fova/2))/(fb×tan(fovb/2))＜11，其中，fa是第一光学系统的有效焦距，fova是第一光学系统的最大视场角，fb是第二光学系统的有效焦距，fovb是第二光学系统的最大视场角。

12、在一个实施方式中，虚拟现实装置可满足：2.1mm＜tda/(tan(fovb/2))＜8.6mm，其中，tda是第一镜片的近人眼侧面至第二镜片的近影像侧面在第一光轴上的距离，fovb是第二光学系统的最大视场角。

13、在一个实施方式中，第二透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；以及第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。

14、在一个实施方式中，反射式偏光元件贴附于滤光片的近影像侧面；以及四分之一波板贴附于第一镜片的近人眼侧面。

15、在一个实施方式中，虚拟现实装置还包括部分反射元件，贴附于第一镜片的近影像侧面、第二镜片的近人眼侧面或第二镜片的近影像侧面。

16、在本申请的示例性实施方式中，通过合理设置第一光学系统和第二光学系统的架构，并设置各镜片和透镜的光焦度以及光学技术参数0＜|f1b+f5b|/fa＜3和0＜(ct1a+ct2a)/(|r9b+r10b|)＜5.1，可使第一光学系统具有较短长度，第二光学系统具有较大视场角，有利于第二光学系统中第一透镜和第五透镜产生的像差相补偿，从而提高第二光学系统性能和虚拟现实装置的用户体验感。

技术特征：

1.虚拟现实装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：26＜r1a/(r1b+r2b)＜134，其中，r1a是所述第一镜片的近人眼侧面的曲率半径，r1b是所述第一透镜的物侧面的曲率半径，r2b是所述第一透镜的像侧面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：3＜fg2a/(f2b+f3b)＜4，其中，fg2a是所述四分之一波板和所述第一镜片的组合焦距，f2b是所述第二透镜的有效焦距，f3b是所述第三透镜的有效焦距。

4.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：3＜r2a/(r3b+r4b)＜12，其中，r2a是所述第一镜片的近影像侧面的曲率半径，r3b是所述第二透镜的物侧面的曲率半径，r4b是所述第二透镜的像侧面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：1.2＜ct2a/(t45b+ct5b)＜3.7，其中，ct2a是所述第二镜片在所述第一光轴上的中心厚度，t45b是所述第四透镜和所述第五透镜在所述第二光轴上的空气间隔，ct5b是所述第五透镜在所述第二光轴上的中心厚度。

6.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：7＜|r3a|/(ct1a+ctqa)＜30.5，其中，r3a是所述第二镜片的近人眼侧面的曲率半径，ct1a是所述第一镜片在所述第一光轴上的中心厚度，ctqa是所述四分之一波板在所述第一光轴上的中心厚度。

7.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：9.3＜tda/(ctfa+ctra+ctqa)＜15，其中，tda是所述第一镜片的近人眼侧面至所述第二镜片的近影像侧面在所述第一光轴上的距离，ctfa是所述滤光片在所述第一光轴上的中心厚度，ctra是所述反射式偏光元件在所述第一光轴上的中心厚度，ctqa是所述四分之一波板在所述第一光轴上的中心厚度。

8.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：1.7＜(r6b-r5b)/(r7b+r8b)＜2.7，其中，r5b是所述第三透镜的物侧面的曲率半径，r6b是所述第三透镜的像侧面的曲率半径，r7b是所述第四透镜的物侧面的曲率半径，r8b是所述第四透镜的像侧面的曲率半径。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：6.8＜(fa/epda)×(fb/epdb)＜8.8，其中，fa是所述第一光学系统的有效焦距，epda是所述第一光学系统的入瞳直径，fb是所述第二光学系统的有效焦距，epdb是所述第二光学系统的入瞳直径。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述虚拟现实装置满足：3.5＜(fa×tan(fova/2))/(fb×tan(fovb/2))＜11，其中，fa是所述第一光学系统的有效焦距，fova是所述第一光学系统的最大视场角，fb是所述第二光学系统的有效焦距，fovb是所述第二光学系统的最大视场角。

技术总结
本申请公开了一种虚拟现实装置，包括第一光学系统和第二光学系统。第一光学系统沿着第一光轴由人眼侧至影像侧依序包括滤光片、反射式偏光元件、四分之一波板、第一镜片和第二镜片，其中，第一镜片具有正光焦度或负光焦度，第二镜片具有正光焦度或负光焦度。第二光学系统沿着第二光轴由物侧至像侧依序包括具有光焦度的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有正光焦度，第三透镜具有正光焦度。第二光学系统所成的实像以电信号的形式传递至显示屏幕，第一光学系统用于投射显示屏幕上的虚像以及传递至显示屏幕上的实像。虚拟现实装置满足：0＜|f1B+f5B|/fA＜3和0＜(CT1A+CT2A)/(|R9B+R10B|)＜5.1。

技术研发人员：张晓彬,宋立通,丁海洋,游金兴,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：2024/1/15