光学系统及近眼显示设备的制作方法

本发明涉及光学系统，特别是涉及一种光学系统及近眼显示设备。

背景技术：

1、近年来，随着5g的商用推广，vr/ar/mr产业发展也在不断提速，其在游戏、社交、教育、医疗等多个领域都得到了广泛应用。

2、随着科学技术的发展，各种智能穿戴设备的形态与种类也日益繁多，应用领域也愈加广泛，比如应用较广的近眼显示设备通常是将设备中的显示屏通过光学系统的传递和放大后，将输出的图像传递至人眼，因此人眼接收到的是显示屏经过放大后的虚像，从而通过设备实现大屏观看的目的。

3、为了给用户提供极佳的感官体验，近眼显示设备需要具备较大的视场角、较远的眼距距离、较大的眼动范围以及较高品质的成像，同时为了满足不同近视程度的用户，还需要具备屈光度可调。同时为了提高显示画面的质量及降低设备功耗，一些近眼显示设备采用眼动追踪技术，能够快速准确地检测到用户在设备内的注视方向，从而在注视点进行渲染，提高用户的感官体验。

4、目前搭载在近眼显示设备中的光学系统还存在视场角较小、屈光度调节不佳、光效率低等不足，且眼动追踪交互不佳等问题，不能很好的满足多元化的市场需求。

技术实现思路

1、为此，本发明的目的在于提供一种光学系统及近眼显示设备，具有视场角大、屈光度可调范围大、光效率高及成像质量高的优点，同时能够实现眼动追踪功能，能很好满足多元化的市场需求。

2、本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

3、一方面，本发明提供一种光学系统，由三个具有光焦度的群组组成，所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组；具有正光焦度的第二群组；分光棱镜；具有正光焦度的第三群组；所述光学系统满足以下条件式：-2<fq1/f<-0.5，-2<fq2/f<-1，-10<fq3/f<-0.5，0.15<ct23/ttl<0.2，其中，f表示所述光学系统的焦距，fq1表示所述第一群组的焦距，fq2表示所述第二群组的焦距，fq3表示所述第三群组的焦距，ttl表示所述光学系统的光学总长，ct23表示所述第二群组与所述第三群组在光轴上的间隔距离。

4、另一方面，本发明还提供一种近眼显示设备，所述近眼显示设备包括显示屏、如上所述的光学系统和眼动追踪系统。其中，所述显示屏用于发射光信号，所述光信号包括图像信息。所述光学系统设置于所述显示屏的出光方向上，所述光学系统用于对所述显示屏发出的光信号进行调制传输至人眼；所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组、具有正光焦度的第二群组、分光棱镜、具有正光焦度的第三群组；所述分光棱镜包括入光面、出光面、反射面以及透光面；所述眼动追踪系统包括红外成像系统，所述红外成像系统设置在所述分光棱镜的透光面一侧；所述分光棱镜将所述第一群组和所述第二群组内接收的人眼瞳孔信息进行转向，以使其入射进入所述红外成像系统。

5、本发明提供的光学系统及近眼显示设备，采用十个具有特定光焦度的镜片，各个透镜通过特定的表面形状搭配，使得光学系统具有较大的视场角和较高的解像力，提高用户的沉浸感，而且直通式的光学结构使其光效率高，从而给用户带来更好的体验感；同时所述光学系统还具有较大的出瞳距离、较小的畸变，可通过调节显示屏与整个光学系统之间的距离实现-8d至+5d的屈光度调节，能够为用户带来极佳的感官体验。通过分光棱镜的光路反射，可使第一群组及第二群组与红外成像系统搭配，实现眼动追踪功能，能很好满足多元化的市场需求。

技术特征：

1.一种光学系统，由三个具有光焦度的群组组成，其特征在于，所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜，所述光学系统满足以下条件式：

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜；所述光学系统满足以下条件式：

8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三群组从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜、具有光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；所述光学系统满足以下条件式：

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下条件式：

11.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种光学系统及近眼显示设备，所述光学系统由三个具有光焦度的群组组成，所述光学系统从人眼侧到显示屏侧依次包括：具有正光焦度的第一群组；具有负光焦度的第二群组；具有正光焦度的第三群组；所述光学系统满足以下条件式：‑1.5<f<subgt;Q1</subgt;/f<0，‑2<f<subgt;Q2</subgt;/f<0，‑10<f<subgt;Q3</subgt;/f<0，其中，f表示所述光学系统的焦距，f<subgt;Q1</subgt;表示所述第一群组的焦距，f<subgt;Q2</subgt;表示所述第二群组的焦距，f<subgt;Q3</subgt;表示所述第三群组的焦距。所述光学系统采用直通式的光学结构，使系统具有较大的视场角、较大的出瞳距离、屈光度调节范围大、高光效及高解像力的优点，能够为用户带来极佳的感官体验；所述近眼显示设备通过分光棱镜的光路反射，与红外成像系统搭配可实现眼动追踪功能。

技术研发人员：于笑枝,曾昊杰
受保护的技术使用者：江西联昊光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16