光学成像系统及包括该光学成像系统的光学组件的制作方法

本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种光学成像系统和包括该光学成像系统的光学组件。

背景技术：

1、自从“元宇宙”的概念被提出，ar/vr(augmented reality/virtual reality，增强现实/虚拟现实)技术迎来了第二次发展的契机。作为人机交互的入口，vr成像镜头发挥着重要作用。一方面，vr成像镜头的成像质量需要满足人眼的分辨率要求；另一方面，早期的非球面或菲涅尔镜头本体较长，实际应用时，重心靠前，体验感不佳，急需改善。

2、基于上述需求，折返式方案被提出，通过光路折转，镜头的本体长度可被显著压缩，例如可压缩为原先的一半，从而使显示设备的重心后移，提升消费者的体验感。然而，针对目前基于光路折转的光学系统，从用户体验来看，仍存在例如外视场画面比较模糊等问题，两片式镜头成像质量待提升；另外，现有的基于光路折转的光学系统虽然可以保证一定的视场角，也能实现对系统尺寸的一定约束，但在满足上述前提的情况下，系统感度模拟却通常无法达到要求。

3、因此，针对上述问题，本领域技术人员致力于提出一种三片式架构的成像系统，结合曲面贴膜技术，期望通过优化设计系统所包括的透镜、间隔元件等，特别是通过优化设计系统中的第二透镜，以实现在保证一定视场角的前提下，可以进一步压缩系统的厚度尺寸，可以实现系统感度模拟达标，同时可以更好地保证组立稳定性，进一步提升系统性能，提升使用者的沉浸式体验。

技术实现思路

1、本申请提供了一种光学成像系统，该光学成像系统可包括镜筒和容置于所述镜筒中的透镜组件、反射组件以及间隔元件组件，其中，所述透镜组件包括沿光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述反射组件包括反射式偏光元件、四分之一波板和部分反射层；所述间隔元件组件包括：第一间隔元件，位于所述第一透镜与所述第二透镜之间且与所述第一透镜的第二侧面直接接触；第二间隔元件，位于所述第二透镜与所述第三透镜之间且与所述第二透镜的第二侧面直接接触；以及所述光学成像系统满足：0.05＜tan(semi-fov)×(d1m-d1s)/f1＜0.2，和8.5＜|r4×ct2|/(d2s×cp2)＜13.5，其中，semi-fov为所述光学成像系统的最大视场角的一半，d1m为所述第一间隔元件的第二侧面的内径，d1s为所述第一间隔元件的第一侧面的内径，f1为所述第一透镜的有效焦距，r4为所述第二透镜的第二侧面的曲率半径，ct2为所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度，d2s为所述第二间隔元件的第一侧面的外径，cp2为所述第二间隔元件的最大厚度。

2、在一个实施方式中，所述镜筒的第一侧端面至所述第一间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep01、所述第一间隔元件的最大厚度cp1、所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1与所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1满足：2.0＜(ep01+cp1)/(f1/r1+ct1)＜2.6。

3、在一个实施方式中，所述第二透镜的第一侧面的最大有效半径dt21、所述第一间隔元件的第二侧面的外径d1m与所述第一间隔元件的第二侧面的内径d1m满足：0.5＜dt21/d1m+dt21/d1m≤1.0。

4、在一个实施方式中，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1、所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度ct3、所述第一间隔元件的最大厚度cp1与所述第一间隔元件的第二侧面至所述第二间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep12满足：1.5＜(ct1+ct3)/(cp1+ep12)＜2.6。

5、在一个实施方式中，所述第三透镜的第一侧面的最大有效半径dt31、所述第二间隔元件的第二侧面的外径d2m与所述第三透镜的第二侧面的最大有效半径dt32满足：4.0＜d2s/dt31+d2m/dt32＜4.6。

6、在一个实施方式中，所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1、所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1、所述第一间隔元件的第一侧面的外径d1s与所述第一间隔元件的最大厚度cp1满足：3.5＜|r1×ct1|/(d1s×cp1)＜6.5。

7、在一个实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度之和∑ct、所述镜筒的第一侧端面至所述第一间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep01与所述第一间隔元件的第二侧面至所述第二间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep12满足：1.5≤∑ct/(ep01+ep12)≤1.7。

8、在一个实施方式中，所述镜筒的最大高度l与所述第一透镜至最靠近所述光学成像系统的第二侧的透镜中任意相邻两个具有光焦度的透镜在所述光轴上的空气间隔的总和∑at满足：16.0＜l/∑at＜24.5。

9、在一个实施方式中，所述第三透镜的第一侧面的最大有效半径dt31与所述第二间隔元件的第一侧面的内径d2s满足：3.5＜dt31/(d2s-d2s)＜5.0。

10、在一个实施方式中，所述镜筒的第二侧端面的外径d0m、所述镜筒的第一侧端面的外径d0s与所述第三透镜的第二侧面的最大有效半径dt32满足：0.4＜(d0m-d0s)/dt32＜0.8。

11、另一方面，本申请还提供了一种光学组件，该光学组件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成像系统，其中，所述第一侧为接收侧，所述第二侧为发射侧。

12、本申请公开的光学成像系统包括装配于镜筒中的沿光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；第一透镜与第二透镜之间设置有与第一透镜的第二侧面直接接触的第一间隔元件，第二透镜与第三透镜之间设置有与第二透镜的第二侧面直接接触的第二间隔元件；光学成像系统还包括反射式偏光元件、四分之一波板和部分反射层；通过对光学成像系统的这种设置，同时控制光学成像系统的最大视场角的一半semi-fov、第一间隔元件的第二侧面的内径d1m、第一间隔元件的第一侧面的内径d1s与第一透镜的有效焦距f1满足条件式0.05＜tan(semi-fov)×(d1m-d1s)/f1＜0.2，并控制第二透镜的第二侧面的曲率半径r4、第二透镜在光轴上的中心厚度ct2、第二间隔元件的第一侧面的外径d2s与第二间隔元件的最大厚度cp2满足条件式8.5＜|r4×ct2|/(d2s×cp2)＜13.5，可实现光路折反及偏振态的转化；可以在保证视角的前提下，也能实现第一透镜光焦度的合理分配，可以约束系统长度和高度；可以增加折反的长度，有利于压缩系统以及装置的厚度，且能保证组立稳定性。

技术特征：

1.光学成像系统，其特征在于，包括镜筒和容置于所述镜筒中的透镜组件、反射组件以及间隔元件组件，其中，

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述镜筒的第一侧端面至所述第一间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep01、所述第一间隔元件的最大厚度cp1、所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1与所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1满足：

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第二透镜的第一侧面的最大有效半径dt21、所述第一间隔元件的第二侧面的外径d1m与所述第一间隔元件的第二侧面的内径d1m满足：

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1、所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度ct3、所述第一间隔元件的最大厚度cp1与所述第一间隔元件的第二侧面至所述第二间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep12满足：

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第三透镜的第一侧面的最大有效半径dt31、所述第二间隔元件的第二侧面的外径d2m与所述第三透镜的第二侧面的最大有效半径dt32满足：

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜的第一侧面的曲率半径r1、所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1、所述第一间隔元件的第一侧面的外径d1s与所述第一间隔元件的最大厚度cp1满足：

7.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度之和∑ct、所述镜筒的第一侧端面至所述第一间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep01与所述第一间隔元件的第二侧面至所述第二间隔元件的第一侧面在所述光轴上的距离ep12满足：

8.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述镜筒的最大高度l与所述第一透镜至最靠近所述光学成像系统的第二侧的透镜中任意相邻两个具有光焦度的透镜在所述光轴上的空气间隔的总和∑at满足：

9.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第三透镜的第一侧面的最大有效半径dt31与所述第二间隔元件的第一侧面的内径d2s满足：

10.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述镜筒的第二侧端面的外径d0m、所述镜筒的第一侧端面的外径d0s与所述第三透镜的第二侧面的最大有效半径dt32满足：

11.一种光学组件，包括如权利要求1至10中任一项所述的光学成像系统，其中，所述第一侧为接收侧，所述第二侧为发射侧。

技术总结
本申请公开了一种光学成像系统及包括该光学成像系统的光学组件。光学成像系统包括镜筒和容置于其中的透镜组件、反射组件和间隔元件组件，透镜组件包括沿光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一至第三透镜；反射组件包括反射式偏光元件、四分之一波板和部分反射层；间隔元件组件包括位于第一第二透镜之间的第一间隔元件和位于第二第三透镜之间的第二间隔元件。光学成像系统最大视场角的一半Semi‑FOV、第一间隔元件第二侧面的内径d1m、第一间隔元件第一侧面的内径d1s与第一透镜的有效焦距f1满足0.05＜tan(Semi‑FOV)×(d1m‑d1s)/f1＜0.2；第二透镜第二侧面的曲率半径R4、第二透镜的中心厚度CT2、第二间隔元件第一侧面的外径D2s与第二间隔元件的最大厚度CP2满足8.5＜|R4×CT2|/(D2s×CP2)＜13.5。

技术研发人员：吴强,冯梦怡,游金兴,张晓彬,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：20240126
技术公布日：2024/9/26