光学系统及包括该光学系统的光学设备的制作方法

本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种光学系统和包括该光学系统的光学设备。

背景技术：

1、随着科技的发展，vr/ar中的近眼显示、感知交互、渲染处理等底层共性急速成熟度逐步提升，为用户带来进阶式的沉浸感受。但目前受限于贴膜技术，光学系统中的曲面自由度较低，常规结构系统性能提升空间不大。而vr方案中折反式光学结构不仅能大大缩小设备的体积，还能提高使用感受，越来越受到消费者的期待。折反式光学系统的光路较为复杂，透镜形状和透镜组装位置的不同，会导致光学系统的性能不同，因此，设计一款成像质量好的折反式光学系统是当下研究的热点之一。

技术实现思路

1、本申请提供了一种光学系统，该光学系统包括：元件组，沿光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一元件组、第二元件组以及第三元件组，其中，第一元件组包括滤光片和反射式偏光元件；第二元件组具有正光焦度，包括四分之一波板和第一透镜；第三元件组包括第二透镜，且第二透镜具有正光焦度或负光焦度；至少一个间隔元件，包括第一间隔元件，置于第二元件组与第三元件组之间，且抵设于第一透镜的第二侧面；镜筒，用于容纳透镜组和至少一个间隔元件；第二元件组的有效焦距fg2、滤光片在光轴上的中心厚度ctf、四分之一波板在光轴上的中心厚度ctq、第一透镜在光轴上的中心厚度ct1与第一间隔元件沿光轴方向的最大厚度cp1满足：1.5<fg2/(ctf+ctq+ct1+cp1)<2.9。

2、在一个实施方式中，第一透镜的第一侧面的曲率半径r1、镜筒的第一侧端面的内径d0s与镜筒的第一侧端面的外径d0s满足：0.8<r1/(d0s+d0s)<1.4。

3、在一个实施方式中，第一透镜的第二侧面的曲率半径r2与第一间隔元件的第一侧面的内径d1s满足：-2<r2/d1s<-1.1。

4、在一个实施方式中，至少一个间隔元件还包括第一辅助间隔元件，第一辅助间隔元件置于第一间隔元件与第二透镜之间，且抵设于第一间隔元件的第二侧面；以及第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔t12、第一间隔元件沿光轴方向的最大厚度cp1、第一辅助间隔元件沿光轴方向的最大厚度cp1b满足：0.3<t12/(cp1+cp1b)<1.1。

5、在一个实施方式中，第二透镜的第一侧面的曲率半径r3、第一辅助间隔元件的第二侧面的内径d1bm与第一辅助间隔元件的第二侧面的外径d1bm满足：-2.2<r3/(d1bm+d1bm)<-0.7。

6、在一个实施方式中，镜筒的第一侧端面的内径d0s、镜筒的第二侧端面的内径d0m与光学系统的入瞳直径epd满足：1.2<(d0m-d0s)/epd<2.3。

7、在一个实施方式中，镜筒的第一侧端面和第一间隔元件的第一侧面沿光轴方向的间隔距离ep01、反射式偏光元件在光轴上的中心厚度ctr、四分之一波板在光轴上的中心厚度ctq与第一透镜在光轴上的中心厚度ct1满足：0.7<ep01/(ctr+ctq+ct1)<1.1。

8、在一个实施方式中，光学系统的有效焦距f、第一间隔元件的第二侧面的内径d1m与第一间隔元件的第二侧面的外径d1m满足：2.3<f/(d1m-d1m)<4.2。

9、在一个实施方式中，第一透镜的第一侧面至第二透镜的第二侧面在光轴上的距离td、第一辅助间隔元件的第一侧面的内径d1bs与第一辅助间隔元件的第一侧面的外径d1bs满足：1.4<td/(d1bs-d1bs)<4.0。

10、在一个实施方式中，第一间隔元件的第一侧面的外径d1s、第一透镜在光轴上的中心厚度ct1与第二透镜在光轴上的中心厚度ct2满足：4.2<d1s/(ct1+ct2)<6.5。

11、在一个实施方式中，镜筒的第二侧端面的外径d0m与第二元件组的有效焦距fg2满足：2.5<d0m/fg2<2.9。

12、在一个实施方式中，第一间隔元件沿光轴方向的最大厚度cp1、滤光片在光轴上的中心厚度ctf、反射式偏光元件在光轴上的中心厚度ctr与四分之一波板在光轴上的中心厚度ctq满足：0<cp1/(ctf+ctr+ctq)<1.2。

13、另一方面，本申请还提供了一种光学设备，该光学设备包括上述各个实施方式中的至少一个实施方式所提供的光学系统。

14、本申请提供的光学系统包含三个元件组，第一元件组包含滤光片和反射式偏光元件，第二元件组包含四分之一波板和第一透镜，第三元件组包含第二透镜；通过合理控制各个元件组与间隔元件之间的关系，能较好的平衡光线在滤光片上的入射角度，避免了入射大角度时在第二元件组与第一间隔元件之间的漏光问题，有利于提高光学系统的成像质量。

技术特征：

1.光学系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1、所述镜筒的第一侧端面的内径d0s与所述镜筒的第一侧端面的外径d0s满足：

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的第二侧面的曲率半径r2与所述第一间隔元件的第一侧面的内径d1s满足：-2<r2/d1s<-1.1。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述至少一个间隔元件还包括第一辅助间隔元件，所述第一辅助间隔元件置于所述第一间隔元件与所述第二透镜之间，且抵设于所述第一间隔元件的第二侧面；以及

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜的第一侧面的曲率半径r3、所述第一辅助间隔元件的第二侧面的内径d1bm与所述第一辅助间隔元件的第二侧面的外径d1bm满足：-2.2<r3/(d1bm+d1bm)<-0.7。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述镜筒的第一侧端面的内径d0s、所述镜筒的第二侧端面的内径d0m与所述光学系统的入瞳直径epd满足：

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述镜筒的第一侧端面和所述第一间隔元件的第一侧面沿所述光轴方向的间隔距离ep01、所述反射式偏光元件在所述光轴上的中心厚度ctr、所述四分之一波板在所述光轴上的中心厚度ctq与所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1满足：0.7<ep01/(ctr+ctq+ct1)<1.1。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的有效焦距f、所述第一间隔元件的第二侧面的内径d1m与所述第一间隔元件的第二侧面的外径d1m满足：2.3<f/(d1m-d1m)<4.2。

9.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜的第一侧面至所述第二透镜的第二侧面在所述光轴上的距离td、所述第一辅助间隔元件的第一侧面的内径d1bs与所述第一辅助间隔元件的第一侧面的外径d1bs满足：1.4<td/(d1bs-d1bs)<4.0。

10.根据权利要求1至9任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一间隔元件的第一侧面的外径d1s、所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1与所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度ct2满足：4.2<d1s/(ct1+ct2)<6.5。

11.根据权利要求1至9任一项所述的光学系统，其特征在于，所述镜筒的第二侧端面的外径d0m与所述第二元件组的有效焦距fg2满足：2.5<d0m/fg2<2.9。

12.根据权利要求1至9任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一间隔元件沿所述光轴方向的最大厚度cp1、所述滤光片在所述光轴上的中心厚度ctf、所述反射式偏光元件在所述光轴上的中心厚度ctr与所述四分之一波板在所述光轴上的中心厚度ctq满足：0<cp1/(ctf+ctr+ctq)<1.2。

13.一种光学设备，包括如权利要求1至12中的至少一项所述的光学系统。

技术总结
本申请公开了一种光学系统和包括该光学系统的光学设备，该光学系统包括：元件组，沿光轴由第一侧至第二侧依序包括：第一元件组、第二元件组以及第三元件组，其中，第一元件组包括滤光片和反射式偏光元件；第二元件组具有正光焦度，包括四分之一波板和第一透镜；第三元件组包括第二透镜，且第二透镜具有正光焦度或负光焦度；至少一个间隔元件，包括第一间隔元件，置于第二元件组与第三元件组之间，且抵设于第一透镜的第二侧面；镜筒，用于容纳透镜组和至少一个间隔元件；第二元件组的有效焦距FG2、滤光片在光轴上的中心厚度CTF、四分之一波板在光轴上的中心厚度CTQ、第一透镜在光轴上的中心厚度CT1与第一间隔元件沿光轴方向的最大厚度CP1满足：1.5<FG2/(CTF+CTQ+CT1+CP1)<2.9。

技术研发人员：张步康,张晓彬,游金兴,金银芳,戴付建,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：20230322
技术公布日：2024/1/14