虚拟现实系统的制作方法

1.本技术涉及光学器件领域，具体涉及一种虚拟现实系统。


背景技术：

2.随着虚拟现实技术的发展，越来越多的镜头被应用在虚拟现实技术的各种装置上，沉浸式体验以及虚拟与现实无缝交互成为虚拟现实装置的重点发展方向之一。为了增强沉浸感、提高用户体验，虚拟现实装置通常除了配置提供沉浸感的目镜之外，另外还会配置不同种类的其他镜头，包括如提供与现实交互的透视镜头、捕捉动作的定位镜头、构建表情的面部识别镜头等。
3.针对目前虚拟现实装置的发展现状，如何对虚拟现实装置中包括的例如目镜和定位镜头等各种镜头进行设计优化，以在保证其光学性能的同时减小设备的重量和尺寸，并且能够使得如定位镜头等拍摄的真实场景更加合理地投射到虚拟世界中，以进一步提升用户的体验感，成为了当前本领域技术人员致力于解决的技术问题之一。


技术实现要素：

4.本技术提供了可至少解决或部分解决现有技术中存在的至少一个问题或者其它问题的虚拟现实系统。
5.本技术的一个方面提供了一种虚拟现实系统，该虚拟现实系统可包括第一光学系统和第二光学系统，所述第一光学系统可包括第一镜筒和容置于所述第一镜筒中的间隔元件组和沿第一光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组，其中，所述第一元件组包括第一透镜、反射式偏光元件和第一四分之一波片；所述第二元件组包括第二透镜和第二四分之一波片；所述第三元件组包括第三透镜；所述第四元件组包括第四透镜；所述间隔元件组包括第一间隔元件、第二间隔元件和第三间隔元件；所述第二光学系统可包括第二镜筒和容置于所述第二镜筒中的定位元件组和沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片，其中，所述定位元件组包括第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件。所述第二光学系统所成的实像可以以电信号的方式传递至所述第一光学系统，所述第一光学系统可以用于投射设置于所述第二侧的影像面的虚拟现实图像以及所述实像。以及所述第二光学系统的最大视场角fov、所述第二镜筒的最靠近所述物侧的端面的内径d0s、所述第一光学系统的最大视场角fov'与所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面的内径d0s'可以满足：1.0《[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']《2.5。
[0006]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一镜筒的最靠近所述第二侧的端面的内径d0m'与所述第二镜筒的最靠近所述第二侧的端面的内径d0m可满足：1.0《(d0s'-d0m')/(d0s-d0m)《4.0。
[0007]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一镜筒沿所述第一光轴方向的最大高度l'、所述第二镜筒沿所述第二光轴方向的最大高度l、所述第一光学系统的有效焦距f'与
所述第二光学系统的有效焦距f可满足：(l'+l)/(f'+f)《3.0。
[0008]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面的外径d0s'与所述第一元件组的第一侧面至所述第四元件组的第二侧面在所述第一光轴上的距离td'可满足：2.0《d0s'/td'《5.0，以及所述第二镜筒的最靠近所述物侧的端面的外径d0s与所述第一镜片的物侧面至所述第五镜片的像侧面在所述第二光轴上的距离td可满足：0《d0s/td《2.0。
[0009]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一透镜的第二侧面的曲率半径r2'、所述第四透镜的第二侧面的曲率半径r8'、所述第一镜筒沿所述第一光轴方向的最大高度l'、所述第一镜片的物侧面的曲率半径r1、所述第五镜片的像侧面的曲率半径r10以及所述第二镜筒沿所述第二光轴方向的最大高度l可满足：-10.0《[(r2'+r8')/l']/[|r1+r10|/l]《-5.0。
[0010]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一间隔元件位于所述第一透镜的第二侧并与所述第一透镜的第二侧面至少部分接触；所述第二间隔元件位于所述第二透镜的第二侧并与所述第二透镜的第二侧面至少部分接触；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沿所述第一光轴方向的距离ep12'、所述第二透镜的有效焦距f2'、所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'和所述第一元件组和所述第二元件组在所述第一光轴上的空气间隔t12'可满足：-20.0《ep12'/(f2'/r4'
×
t12')《0。
[0011]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第三间隔元件位于所述第三透镜的第二侧并与所述第三透镜的第二侧面至少部分接触，所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'、所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5'、所述第二间隔元件的第二侧面至所述第三间隔元件的第一侧面沿所述第一光轴方向的距离ep23'、所述第二透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct2'、所述第三透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct3'和所述第二透镜的色散系数v2'可满足：|r4'+r5'|/[(ep23'+ct2'+ct3')
×
v2']《10.0。
[0012]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一透镜的有效焦距f1'、所述第一间隔元件沿所述第一光轴方向的最大厚度cp1'与所述第一元件组和所述第二元件组在所述第一光轴上的空气间隔t12'可满足：3.0《f1'/(cp1'-t12')《7.0。
[0013]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'、所述第四透镜的第一侧面的曲率半径r7'、所述第三间隔元件的第一侧面的外径d3s'与所述第三间隔元件的第一侧面的内径d3s'可满足：-5.0《(r6'-r7')/d3s'+(r6'+r7')/d3s'《0。
[0014]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一镜筒沿所述第一光轴方向的最大高度l'、所述第一光学系统的有效焦距f'与所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面至所述第一间隔元件的第一侧面沿所述第一光轴方向的距离ep01'可满足：1.0《(l'-f')/ep01'《3.0。
[0015]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述反射式偏光元件的折射率nr、所述第一四分之一波片的折射率nq1、所述第一透镜的折射率n1'、所述第一透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct1'、所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面至所述第一间隔元件的第一侧面沿所述第一光轴方向的距离ep01'与所述第一间隔元件沿所述第一光轴方向的最大厚度cp1'可满足：6.0《(nr+nq1)
×
ct1'/ep01'+n1'
×
ct1'/cp1'《8.0。
[0016]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'、所
述第二间隔元件的第一侧面的内径d2s'、所述第二透镜的折射率n2'、所述第三透镜的折射率n3'、所述第二四分之一波片的折射率nq2与所述第二间隔元件的第二侧面至所述第三间隔元件的第一侧面沿所述第一光轴方向的距离ep23'可满足：-15.0《(r6'-d2s')/[(n2'+n3'+nq2)
×
ep23']≤-5.0。
[0017]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一定位元件位于所述第一镜片的像侧并与所述第一镜片的像侧面至少部分接触，所述第一镜片的像侧面的曲率半径r2、所述第二镜片的物侧面的曲率半径r3与所述第一定位元件的物侧面的内径d1s可满足：|r2+r3|/(d0s-d1s)《10.0。
[0018]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一定位元件位于所述第一镜片的像侧并与所述第一镜片的像侧面至少部分接触；所述第二定位元件位于所述第二镜片的像侧并与所述第二镜片的像侧面至少部分接触；所述第一镜片的有效焦距f1、所述第二镜片的有效焦距f2、所述第一镜片的折射率n1、所述第二镜片的折射率n2、所述第一定位元件的物侧面的内径d1s与所述第二定位元件的物侧面的内径d2s可满足：-5.0《(f1+f2)
×
(n1-n2)/(d1s-d2s)《0。
[0019]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一镜片的色散系数v1、所述第二镜片的色散系数v2、所述第一镜片的物侧面的曲率半径r1、所述第二镜片的像侧面的曲率半径r4与所述第一定位元件的像侧面至所述第二定位元件的物侧面沿所述第二光轴方向的距离ep12可满足：-50.0《(v1-v2)
×
(r1-r4)/ep12《-20.0。
[0020]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一定位元件的像侧面至所述第二定位元件的物侧面沿所述第二光轴方向的距离ep12、所述第二定位元件的像侧面至所述第三定位元件的物侧面沿所述第二光轴方向的距离ep23、所述第二镜片和所述第三镜片在所述第二光轴上的空气间隔t23与所述第二镜片的有效焦距f2可满足：-2.0《(ep12-ep23+t23)/f2《0。
[0021]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第一镜片的物侧面的曲率半径r1、所述第一定位元件的物侧面的外径d1s、所述第二定位元件的物侧面的外径d2s与所述第二镜片的物侧面的曲率半径r3可满足：0《r1/(d1s-d2s)-r3/(d1s+d2s)《5.0。
[0022]
根据本技术的一个示例性实施方式，所述第四镜片和所述第五镜片的组合焦距f45、所述第三定位元件的像侧面的外径d3m、所述第三定位元件的像侧面的内径d3m、所述第四镜片的折射率n4与所述第五镜片的折射率n5可满足：0《f45/[(d3m-d3m)
×
(n4+n5)]《5.0。
[0023]
本技术所提供的虚拟现实系统被配置为第一光学系统与第二光学系统组合的结构形式，第一光学系统例如可设置在内，可以负责把屏幕的图像传递到人眼，给消费者以虚拟沉浸感；第二光学系统例如可以负责收集手柄等的位置数据，通过芯片传递到第一光学系统的屏幕上，帮助使用者判断自己双手在屏幕中的位置。第一光学系统的虚拟沉浸感结合第二光学系统的定位功能，可以突破虚拟现实的空间限制，实现虚拟装置现实世界与虚拟世界的交互。通过设置第二光学系统包括五个镜片可以满足在一定的有效像面下有较小的焦距从而拥有较大的视场角，可以帮助系统更便捷地捕捉手柄的位置与方向。通过控制第一光学系统、第二光学系统的最大视场角和其镜筒的分别最靠近第一侧和最靠近物侧的端面的内径满足条件式1.0《[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']《2.5，可以有效地
阻挡最大视场角以外的无效光线进入光学系统产生杂光，控制两光学系统满足该条件，能够更好地保证两个光学系统的成像质量。
附图说明
[0024]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0025]
图1示出了根据本技术的虚拟现实系统的平面示意图；
[0026]
图2示出了根据本技术的虚拟现实系统的立体示意图(正视图)；
[0027]
图3示出了根据本技术的虚拟现实系统的立体示意图(后视图)；
[0028]
图4示出了根据本技术实施例一的第一光学系统的结构示意图；
[0029]
图5示出了根据本技术实施例二的第一光学系统的结构示意图；
[0030]
图6示出了根据本技术实施例三的第一光学系统的结构示意图；
[0031]
图7、图8和图9分别示出了根据本技术实施例一、二、三的第一光学系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
[0032]
图10示出了根据本技术实施例四的第一光学系统的结构示意图；
[0033]
图11示出了根据本技术实施例五的第一光学系统的结构示意图；
[0034]
图12示出了根据本技术实施例六的第一光学系统的结构示意图；
[0035]
图13、图14和图15分别示出了根据本技术实施例四、五、六的第一光学系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
[0036]
图16示出了根据本技术实施例七的第二光学系统的结构示意图；
[0037]
图17示出了根据本技术实施例八的第二光学系统的结构示意图；
[0038]
图18、图19和图20分别示出了根据本技术实施例七和实施例八的第二光学系统的轴上色差曲线、象散曲线以及f-θ畸变曲线；
[0039]
图21示出了根据本技术实施例九的第二光学系统的结构示意图；
[0040]
图22示出了根据本技术实施例十的第二光学系统的结构示意图；
[0041]
图23、图24和图25分别示出了根据本技术实施例九和实施例十的第二光学系统的轴上色差曲线、象散曲线以及f-θ畸变曲线；
[0042]
图26示出了根据本技术实施例十一的第二光学系统的结构示意图；
[0043]
图27示出了根据本技术实施例十二的第二光学系统的结构示意图；以及
[0044]
图28、图29和图30分别示出了根据本技术实施例十一和实施例十二的第二光学系统的轴上色差曲线、象散曲线以及f-θ畸变曲线。
具体实施方式
[0045]
为了更好地理解本技术，将参考附图对本技术的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本技术的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本技术的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
[0046]
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本技术的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
[0047]
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜和/或镜片的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示出的球面或非球面的形状通过实例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
[0048]
在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜和/或镜片表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜和/或镜片表面至少于近轴区域为凸面；若透镜和/或镜片表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜和/或镜片表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜最靠近第一侧(例如人眼侧)的表面称为该透镜的第一侧面，每个透镜最靠近第二侧(例如显示屏幕侧)的表面称为该透镜的第二侧面。每个镜片最靠近被摄物体的表面称为该镜片的物侧面，每个镜片最靠近成像面的表面称为该镜片的像侧面。
[0049]
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“可”表示“本技术的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
[0050]
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本技术所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过于形式化意义解释，除非本文中明确如此限定。
[0051]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0052]
以下对本技术的特征、原理和其他方面进行详细描述。
[0053]
参考图1、图2和图3，本技术的第一方面提供了这样一种虚拟现实系统，其可包括至少一个第一光学系统和至少一个第二光学系统。第二光学系统用于对现实景物成像，例如用于捕捉周围环境中的画面以及使用者的肢体动作，并且所成的实像以电信号的方式传递至第一光学系统，第一光学系统用于投射设置于第二侧的影像面的虚拟现实图像以及上述实像。通过第一光学系统和第二光学系统结合，能够实现虚拟现实系统的虚拟现实融合。第一光学系统可被配置为折反式光学系统，其数量可为一个或者多个，第二光学系统可被配置为透射光学系统，其数量可为一个或者多个。在一示例中，虚拟现实系统可包括对称设置的两个第一光学系统。在一示例中，虚拟现实系统还包括本体，第一光学系统例如可设置于本体的内侧，第二光学系统例如可设置于本体的外侧。
[0054]
在示例性实施方式中，第一光学系统可以包括第一镜筒和容置于第一镜筒内的间隔元件组、第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组，其中，第一元件组至第四元件组可沿第一光轴由第一侧至第二侧依序排列。
[0055]
在示例性实施方式中，第一元件组可包括第一透镜、反射式偏光元件和第一四分之一波片。第二元件组可包括第二透镜和第二四分之一波片。第三元件组可包括第三透镜。第四元件组可包括第四透镜。
[0056]
在示例性实施方式中，间隔元件组可包括第一间隔元件、第二间隔元件和第三间隔元件。其中，第一间隔元件可位于第一透镜的第二侧并与第一透镜的第二侧面至少部分接触；第二间隔元件可位于第二透镜的第二侧并与第二透镜的第二侧面至少部分接触；第三间隔元件可位于第三透镜的第二侧并与第三透镜的第二侧面至少部分接触。合理使用间
隔元件能够有效规避杂光风险，减少对像质的干扰，以及能够有利于组立稳定性，进而有利于提升光学系统的成像质量。
[0057]
在示例性实施方式中，第一侧可为人眼侧，第二侧可为显示屏幕侧。相应地，各光学元件的第一侧面可被称作近人眼侧面，第二侧面可被称作近屏幕侧面。
[0058]
在示例性实施方式中，第一光学系统还可以包括部分反射层，部分反射层例如可以贴附于第一透镜的第二侧面上。部分反射层对光线具有半透射半反射作用。通过在例如第一透镜的第二侧面设置部分反射层，并结合反射式偏光元件和四分之一波片等的设置，能够使得光线多次折反，有效降低第一光学系统的本体长度。
[0059]
在示例性实施方式中，第一光学系统还可以包括光阑，光阑例如可以设置于第一侧与第一元件组之间。来自第二侧的如显示屏幕的图像光经过第四透镜、第三透镜、第二透镜、第二四分之一波片、第一透镜、第一四分之一波片以及反射式偏光元件等多次折射和反射后最终可投射至例如使用者的眼睛。
[0060]
在示例性实施方式中，第一光学系统的第二侧的影像面上设置有显示屏幕。来自显示屏幕的图像光可依序穿过第四透镜、第三透镜、第二透镜、第二四分之一波片、第一透镜、第一四分之一波片，到达反射式偏光元件，然后在反射式偏光元件处反射形成第一次反射图像光。第一次反射图像光再依次穿过第一四分之一波片、第一透镜并到达部分反射层，然后在部分反射层处反射形成第二次反射图像光。第二次反射图像光再依次穿过第一透镜、第一四分之一波片、反射式偏光元件至光阑并最终投射至位于第一侧的例如使用者的眼中。在其他示例中，图像光、第一次反射图像光、第二次反射图像光穿过各元件的顺序可以根据需要调整。本技术所提供的第一光学系统通过光反射和折射组合的方式在不影响投影品质的前提下将所需光程折叠，有效缩短了第一光学系统的本体长度。
[0061]
在示例性实施方式中，第二光学系统可以包括第二镜筒和容置于第二镜筒中的定位元件组、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片，其中，第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片可沿着第二光轴由物侧至像侧依序排列。
[0062]
在示例性实施方式中，第一镜片可以具有负光焦度。第二镜片可以具有负光焦度。第三镜片可以具有正光焦度。第四镜片可以具有正光焦度或负光焦度。第五镜片可以具有正光焦度或负光焦度。在示例性实施方式中，第四镜片和第五镜片可以具有属性相反的光焦度。
[0063]
在示例性实施方式中，第四镜片和第五镜片可以胶合形成双胶合透镜。
[0064]
在示例性实施方式中，定位元件组可包括第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件。其中，第一定位元件可位于第一镜片的像侧并与第一镜片的像侧面至少部分接触；第二定位元件可位于第二镜片的像侧并与第二镜片的像侧面至少部分接触；第三定位元件可位于第三镜片的像侧并与第三镜片的像侧面至少部分接触。合理使用定位元件能够有效规避杂光风险，减少对像质的干扰，以及能够有利于组立稳定性，进而有利于提升光学系统的成像质量。
[0065]
本技术中的第一光学系统用于将位于第二侧的如显示屏幕的虚像(例如包括虚拟现实图像)传递至位于第一侧的如使用者的眼睛，可以给消费者以虚拟沉浸感。第二光学系统用于对现实景物成像，例如可以负责收集手柄等的位置数据，并将所成的实像通过第二光学系统的芯片传递至第一光学系统的显示屏幕上，第一光学系统再将显示屏幕上的实像
传递给使用者，例如可以帮助使用者判断自己双手在屏幕中的位置。第一光学系统的虚拟沉浸感结合第二光学系统的定位功能，可以突破虚拟现实的空间限制，实现虚拟装置现实世界与虚拟世界的交互，使得使用者可以观看到由虚拟画面和现实景物融合后的图像，提高虚拟现实系统的视觉沉浸感。通过设置第二光学系统包括五个镜片，可以满足在一定的有效像面下有较小的焦距从而拥有较大的视场角，可以帮助系统更便捷地捕捉手柄的位置与方向。
[0066]
在示例性实施方式中，第二光学系统的最大视场角fov、第二镜筒的最靠近物侧的端面的内径d0s、第一光学系统的最大视场角fov'和第一镜筒的最靠近第一侧的端面的内径d0s'可以满足：1.0《[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']《2.5。通过控制该条件式，可以有效地阻挡最大视场角以外的无效光线进入光学系统产生杂光，控制两光学系统满足该条件，能够更好地保证两个光学系统的成像质量。
[0067]
根据本技术示例性实施方式的虚拟现实系统可以被配置为第一光学系统与第二光学系统组合的结构形式，第一光学系统例如可设置在内，可以负责把屏幕的图像传递到人眼，给消费者以虚拟沉浸感；第二光学系统例如可以负责收集手柄等的位置数据，通过芯片传递到第一光学系统的屏幕上，帮助使用者判断自己双手在屏幕中的位置。第一光学系统的虚拟沉浸感结合第二光学系统的定位功能，可以突破虚拟现实的空间限制，实现虚拟装置现实世界与虚拟世界的交互。通过设置第二光学系统包括五个镜片，可以满足在一定的有效像面下有较小的焦距从而拥有较大的视场角，可以帮助系统更便捷地捕捉手柄的位置与方向。通过控制第一光学系统、第二光学系统的最大视场角和其镜筒的分别最靠近第一侧和最靠近物侧的端面的内径满足条件式1.0《[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']《2.5，可以有效地阻挡最大视场角以外的无效光线进入光学系统产生杂光，控制两光学系统满足该条件，能够更好地保证两个光学系统的成像质量。
[0068]
在示例性实施方式中，第一镜筒的最靠近第一侧的端面的内径d0s'、第一镜筒的最靠近第二侧的端面的内径d0m'、第二镜筒的最靠近物侧的端面的内径d0s与第二镜筒的最靠近第二侧的端面的内径d0m可以满足：1.0《(d0s'-d0m')/(d0s-d0m)《4.0。通过控制该条件式，可以控制第一光学系统和第二光学系统的尺寸大小，从而更加合理地分配第二光学系统芯片上的像传递到第一光学系统的屏幕上，通过控制上述比值，有利于两个光学系统之间的图像转换。更具体地，d0s'、d0m'、d0s和d0m进一步可满足2.0《(d0s'-d0m')/(d0s-d0m)《3.0。
[0069]
在示例性实施方式中，第一镜筒沿第一光轴方向的最大高度l'、第二镜筒沿第二光轴方向的最大高度l、第一光学系统的有效焦距f'与第二光学系统的有效焦距f可以满足：(l'+l)/(f'+f)《3.0。通过控制该条件式，有利于控制光学系统中各镜片的形状保证第一光学系统折反长度，有利于减小屏幕尺寸，从而压缩虚拟现实装置的高度。
[0070]
在示例性实施方式中，第一镜筒的最靠近第一侧的端面的外径d0s'与第一元件组的第一侧面至第四元件组的第二侧面在第一光轴上的距离td'可以满足：2.0《d0s'/td'《5.0。第二镜筒的最靠近物侧的端面的外径d0s与第一镜片的物侧面至第五镜片的像侧面在第二光轴上的距离td可以满足：0《d0s/td《2.0。通过控制上述条件式，可以控制两个系统的光学总长，有利于两个光学系统外形比例的合理大小，可以使镜片和镜筒结构更加合理，有利于虚拟现实装置小型化。
[0071]
在示例性实施方式中，第一透镜的第二侧面的曲率半径r2'、第四透镜的第二侧面的曲率半径r8'、第一镜筒沿第一光轴方向的最大高度l'、第一镜片的物侧面的曲率半径r1、第五镜片的像侧面的曲率半径r10以及第二镜筒沿第二光轴方向的最大高度l可以满足：-10.0《[(r2'+r8')/l']/[|r1+r10|/l]《-5.0。通过控制该条件式，一方面有利于降低第一光学系统和第二光学系统透镜或镜片的敏感度，提升组立良率，同时保证透镜或镜片的均匀性和可加工性；另一方面可以控制所属透镜或镜片、镜筒以及间隔元件或定位元件的尺寸，压缩虚拟现实装置的整体尺寸。
[0072]
在示例性实施方式中，第一间隔元件的第二侧面至第二间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep12'、第二透镜的有效焦距f2'、第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'和第一元件组和第二元件组在第一光轴上的空气间隔t12'可以满足：-20.0《ep12'/(f2'/r4'
×
t12')《0。通过控制该条件式，能够控制第二透镜的机构径边厚与有效径厚度相当，有利于整个镜片厚度的均匀性更好，使镜片的厚薄比控制在最佳的成型状态，通过控制第二透镜的曲率半径有利于使整个光学结构合理的尺寸布局，有利于保证组立稳定性。
[0073]
在示例性实施方式中，第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'、第三透镜的第一侧面的曲率半径r5'、第二间隔元件的第二侧面至第三间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep23'、第二透镜在第一光轴上的中心厚度ct2'、第三透镜在第一光轴上的中心厚度ct3'和第二透镜的色散系数v2'可以满足：|r4'+r5'|/[(ep23'+ct2'+ct3')
×
v2']《10.0。通过控制该条件式，有利于降低光学系统的敏感度，提升组立良率；有利于控制透镜的厚薄比，使透镜更好成型，同时保证间隔件在满足对透镜支撑性同时满足可加工性；并且有利于提高整个光学系统的成像质量并保证其组立稳定性。
[0074]
在示例性实施方式中，第一透镜的有效焦距f1'、第一间隔元件沿第一光轴方向的最大厚度cp1'与第一元件组和第二元件组在第一光轴上的空气间隔t12'可以满足：3.0《f1'/(cp1'-t12')《7.0。通过控制该条件式，一方面可以控制透镜的形状，便于第一透镜的成型；另一方面可以控制两个透镜的光焦度，通过合理分配系统的光焦度，有利于校正第一光学系统的像差，从而提高成像质量。
[0075]
在示例性实施方式中，第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'、第四透镜的第一侧面的曲率半径r7'、第三间隔元件的第一侧面的外径d3s'与第三间隔元件的第一侧面的内径d3s'可以满足：-5.0《(r6'-r7')/d3s'+(r6'+r7')/d3s'《0。通过控制该条件式，有利于控制光线的出射角，满足芯片的cra要求；并且有利于挡住多余的光线，避免产生杂光现象。
[0076]
在示例性实施方式中，第一镜筒沿第一光轴方向的最大高度l'、第一光学系统的有效焦距f'与第一镜筒的最靠近第一侧的端面至第一间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep01'可以满足：1.0《(l'-f')/ep01'《3.0。通过控制该条件式，可以改善人眼转动时，光瞳移动图像畸变性能的下降；并且可以防止第一透镜凸出镜筒第一侧的断面造成镜片刮伤。
[0077]
在示例性实施方式中，反射式偏光元件的折射率nr、第一四分之一波片的折射率nq1、第一透镜的折射率n1'、第一透镜在第一光轴上的中心厚度ct1'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面至第一间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep01'与第一间隔元件沿第一光轴方向的最大厚度cp1'可以满足：6.0《(nr+nq1)
×
ct1'/ep01'+n1'
×
ct1'/cp1'《8.0。通过控制该条件式，一方面可以使第一光学系统中元件较厚，有利于膜片贴附，另一方面可
以使光学系统的有效焦距减小；并且可以保证整个光学系统其他镜片合理的分布，有利于整个光学系统的稳定性。
[0078]
在示例性实施方式中，第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'、第二间隔元件的第一侧面的内径d2s'、第二透镜的折射率n2'、第三透镜的折射率n3'、第二四分之一波片的折射率nq2与第二间隔元件的第二侧面至第三间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep23'可以满足：-15.0《(r6'-d2s')/[(n2'+n3'+nq2)
×
ep23']≤-5.0。通过控制该条件式，一方面有利于控制整个光学系统光线的折射率平滑地过渡到后面的透镜上并保证贴附四分之一波片的第二透镜的强度；另一方面可以使第一光学系统的有效焦距减小，便于增加第一光学系统的视场角。
[0079]
在示例性实施方式中，第一镜片的像侧面的曲率半径r2、第二镜片的物侧面的曲率半径r3与第一定位元件的物侧面的内径d1s可以满足：|r2+r3|/(d0s-d1s)《10.0。通过控制该条件式，可以约束两镜片的面型，保证透镜的均匀性和可加工性；可以有利于保证光学系统的视场角保证足够的亮度，可以有利于挡住多余的光线防止产生杂光，保证光学系统的成像质量。
[0080]
在示例性实施方式中，第一镜片的有效焦距f1、第二镜片的有效焦距f2、第一镜片的折射率n1、第二镜片的折射率n2、第一定位元件的物侧面的内径d1s与第二定位元件的物侧面的内径d2s可以满足：-5.0《(f1+f2)
×
(n1-n2)/(d1s-d2s)《0。通过控制该条件式，有利于光线的走向并保证镜片的可加工性，有利于保证定位元件和镜片具有一定的承靠面积保证光学系统的稳定性，同时有利于遮挡多余的光线，防止产生杂光。
[0081]
在示例性实施方式中，第一镜片的色散系数v1、第二镜片的色散系数v2、第一镜片的物侧面的曲率半径r1、第二镜片的像侧面的曲率半径r4与第一定位元件的像侧面至第二定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep12可以满足：-50.0《(v1-v2)
×
(r1-r4)/ep12《-20.0。通过控制该条件式，有利于提高光学系统的成像质量；有利于使光线实现较大的折射减小第二镜片的直径，保证整个光学系统的尺寸大小；有利于保证第二镜片的边厚有利于整个透镜的整体均匀性，有利于镜片成型。
[0082]
在示例性实施方式中，第一定位元件的像侧面至第二定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep12、第二定位元件的像侧面至第三定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep23、第二镜片和第三镜片在第二光轴上的空气间隔t23与第二镜片的有效焦距f2可以满足：-2.0《(ep12-ep23+t23)/f2《0。通过控制该条件式，一方面有利于保证第二镜片和第三镜片的机构径厚度，使镜片肉厚更加均匀，保证可加工性；另一方面可以改善光学系统的敏感性，使整个光学系统的性能得到较明显的提升。
[0083]
在示例性实施方式中，第一镜片的物侧面的曲率半径r1、第一定位元件的物侧面的外径d1s、第二定位元件的物侧面的外径d2s与第二镜片的物侧面的曲率半径r3可以满足：0《r1/(d1s-d2s)-r3/(d1s+d2s)《5.0。通过控制该条件式，一方面有利于减小光学系统中相邻两个镜片的段差保证光学系统的结构合理性使镜头结构更加稳定，另一方面有利于增大光学系统的视场角，并保证光线入射到光学系统中，以及有利于使光线通过合理折射传递到芯片上。
[0084]
在示例性实施方式中，第四镜片和第五镜片的组合焦距f45、第三定位元件的像侧面的外径d3m、第三定位元件的像侧面的内径d3m、第四镜片的折射率n4与第五镜片的折射
率n5可以满足：0《f45/[(d3m-d3m)
×
(n4+n5)]《5.0。通过控制该条件式，能够与前端光学元件产生的像差进行平衡，使整体的像差处于一个合理的水平；可以使得第三定位元件满足对镜片支撑性同时保证定位元件的可加工性。
[0085]
根据本技术的上述实施方式的虚拟现实系统由第一光学系统和第二光学系统组成，其中，第一光学系统可采用多片透镜，例如上文所述的四片透镜，同时，第一光学系统中还可以包括间隔元件组；第二光学系统可采用多片镜片，例如上文所述的五片镜片，同时，第二光学系统中还可以包括定位元件组。通过合理配置第一光学系统和第二光学系统的结构和参数，能够提升系统性能，能够提高虚拟现实系统的成像质量以及视觉沉浸感。目镜(第一光学系统)和定位镜头(第二光学系统)搭配在一起，加强了手柄的定位功效，可以极大地提高用户体验。并且通过上述配置的虚拟现实系统具有小型化以及良好的成像质量等特点，能够很好地满足各类便携式电子产品在投影场景下的使用需求。
[0086]
在本技术的实施方式中，第一光学系统中第一透镜至第四透镜中各透镜的镜面中的至少一个可以为非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善象散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，进而改善成像质量。类似地，第二光学系统中第一镜片至第五镜片中各镜片的镜面中的至少一个也可以为非球面镜面。
[0087]
然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本技术要求保护的技术方案的情况下，可改变构成光学系统的透镜和/或镜片的数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。
[0088]
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的第一光学系统的具体实施例。
[0089]
实施例一
[0090]
以下参照图4描述根据本技术实施例一的第一光学系统。
[0091]
如图4所示，第一光学系统100包括第一镜筒p0'以及容置于第一镜筒p0'内的沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序排列的第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组。第一元件组包括反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1、第一透镜e1'。第二元件组包括第二四分之一波板qwp2和第二透镜e2'。第三元件组包括第三透镜e3'。第四元件组包括第四透镜e4'。以及，第一光学系统100还包括位于第四元件组的第二侧的第三四分之一波板qwp3和影像面img。
[0092]
在该实施例中，第一光学系统100还包括间隔元件组。间隔元件组包括第一间隔元件p1'、第二间隔元件p2'和第三间隔元件p3'，其中，第一间隔元件p1'位于第一透镜e1'的第二侧并与第一透镜e1'的第二侧面至少部分接触；第二间隔元件p2'位于第二透镜e2'的第二侧并与第二透镜e2'的第二侧面至少部分接触；第三间隔元件p3'可位于第三透镜e3'的第二侧并与第三透镜e3'的第二侧面至少部分接触。
[0093]
在该实施例中，第一侧可以是人眼侧，第二侧可以是显示屏幕(显示器)侧。各元件的第一侧面均被称作近人眼侧面，第二侧面均被称作近屏幕侧面。
[0094]
在该实施例中，反射式偏光元件rp具有近人眼侧面s1和近屏幕侧面，反射式偏光元件rp的近屏幕侧面贴附于第一四分之一波板qwp1的近人眼侧面s2，第一四分之一波板qwp1的近屏幕侧面贴附于第一透镜e1'的近人眼侧面s3，第一透镜e1'还具有近屏幕侧面
s4。反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1与第一透镜e1'组成的第一元件组具有正光焦度。第二四分之一波板qwp2具有近人眼侧面s5和近屏幕侧面，第二四分之一波板qwp2的近屏幕侧面贴附于第二透镜e2'的近人眼侧面s6，第二透镜e2'还具有近屏幕侧面s7。第二四分之一波板qwp2与第二透镜e2'组成的第二元件组具有负光焦度。第三透镜e3'具有正光焦度，其具有近人眼侧面s8和近屏幕侧面s9。第四透镜e4'具有正光焦度，其具有近人眼侧面s10和近屏幕侧面s11。第三四分之一波板qwp3具有近人眼侧面s12和近屏幕侧面，第三四分之一波板qwp3的近屏幕侧面可贴附于影像面img。
[0095]
在该实施例中，第一光学系统100的第二侧设置的影像面img例如可设置有显示屏幕。来自显示屏幕的图像光依序穿过第三四分之一波板qwp3、第四透镜e4'、第三透镜e3'、第二透镜e2'、第二四分之一波板qwp2、第一透镜e1'和第一四分之一波板qwp1到达反射式偏光元件rp的近屏幕侧面，在反射式偏光元件rp的近屏幕侧面处发生第一次反射。经第一次反射的光穿过第一四分之一波板qwp1和第一透镜e1'到达第一透镜e1'的近屏幕侧面s4后，在第一透镜e1'的近屏幕侧面s4处发生第二次反射。经第二次反射的光依次穿过第一透镜e1'、第一四分之一波板qwp1和反射式偏光元件rp并最终投射空间中的目标物体(未示出)上。例如，该第一光学系统100经两次反射后的光线可最终投射至使用者的眼中。其中，第一透镜e1'的近屏幕侧面s4处例如可设置有部分反射层bs。
[0096]
表1示出了实施例一的第一光学系统的基本参数，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。来自显示屏幕(显示器)的图像光按照由序号20至物面的顺序经过各元件并最终投射至人眼中。
[0097][0098]
表1
[0099]
在该实施例中，第一透镜e1'的近屏幕侧面s4、第二透镜e2'的近屏幕侧面s7、第三
透镜e3'的近人眼侧面s8和近屏幕侧面s9以及第四透镜e4'的近人眼侧面s10和近屏幕侧面s11均为非球面，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0100][0101]
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/r'(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径r'的倒数)；k为圆锥系数；ai是非球面第i-th阶的修正系数。表2-1和表2-2给出了可用于实施例一中各非球面镜面s4、s7-s11的高次项系数a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
、a
18
、a
20
、a
22
、a
24
、a
26
、a
28
和a
30
。
[0102][0103][0104]
表2-1
[0105]
面号/系数a18a20a22a24a26a28a30s4-5.4045e-04-1.7521e-040.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s7-4.9533e-031.1891e-030.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s8-4.8332e-049.9544e-038.2879e-04-1.5382e-033.3749e-04-9.2403e-043.3040e-04s94.3318e-022.4856e-02-1.3026e-02-2.4151e-02-1.0752e-021.0956e-02-7.5977e-04s106.4787e-025.7288e-02-2.7334e-02-5.8990e-02-2.2251e-025.7454e-022.2619e-02s11-6.7509e-026.3594e-02-4.4459e-023.0919e-02-3.2881e-022.0899e-02-4.8703e-03
[0106]
表2-2
[0107]
实施例二
[0108]
以下参照图5描述根据本技术实施例二的第一光学系统。
[0109]
如图5所示，第一光学系统100包括第一镜筒p0'以及容置于第一镜筒p0'内的第一至第四元件组和间隔元件组。第一元件组包括反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1、第一透镜e1'。第二元件组包括第二四分之一波板qwp2和第二透镜e2'。第三元件组包括第三透镜e3'。第四元件组包括第四透镜e4'。间隔元件组包括第一间隔元件p1'、第二间隔元件p2'和第三间隔元件p3'。在该实施例中，第一光学系统100还包括位于第四元件组的第二侧的第三四分之一波板qwp3和影像面img。
[0110]
该实施例的光学元件组的结构与实施例一的光学元件组的结构相同，即，该实施例的第一光学系统的基本参数表与表1相同，非球面系数表与表2-1和表2-2相同。该实施例与实施例一的区别在于第一镜筒p0'以及各间隔元件p1'、p2'、p3'的部分结构尺寸不同。例如，第二间隔件的第一侧面的内径d2s'、第三间隔件的第一侧面的内径d3s'、第三间隔件的第一侧面的外径d3s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的内径d0s'、第一镜筒的最靠近第二侧的端面的内径d0m'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的外径d0s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面至第一间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep01'、第一间隔元件的第二侧面至第二间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep12'、第二间隔元件的第二侧面至第三间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep23'以及第一镜筒沿第一光轴方
向的最大高度l'等参数不同。
[0111]
实施例三
[0112]
以下参照图6描述根据本技术实施例三的第一光学系统。
[0113]
如图6所示，第一光学系统100包括第一镜筒p0'以及容置于第一镜筒p0'内的第一至第四元件组和间隔元件组。第一元件组包括反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1、第一透镜e1'。第二元件组包括第二四分之一波板qwp2和第二透镜e2'。第三元件组包括第三透镜e3'。第四元件组包括第四透镜e4'。间隔元件组包括第一间隔元件p1'、第二间隔元件p2'和第三间隔元件p3'。在该实施例中，第一光学系统100还包括位于第四元件组的第二侧的第三四分之一波板qwp3和影像面img。
[0114]
该实施例的光学元件组的结构与实施例一的光学元件组的结构相同，即，该实施例的第一光学系统的基本参数表与表1相同，非球面系数表与表2-1和表2-2相同。该实施例与实施例一的区别在于第一镜筒p0'以及各间隔元件p1'、p2'、p3'的部分结构尺寸不同。例如，第二间隔件的第一侧面的内径d2s'、第三间隔件的第一侧面的内径d3s'、第三间隔件的第一侧面的外径d3s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的内径d0s'、第一镜筒的最靠近第二侧的端面的内径d0m'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的外径d0s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面至第一间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep01'、第一间隔元件的第二侧面至第二间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep12'、第二间隔元件的第二侧面至第三间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep23'以及第一镜筒沿第一光轴方向的最大高度l'等参数不同。
[0115]
表3给出了实施例一至三的第一镜筒p0'以及各间隔元件p1'、p2'、p3'的一些基本参数，如d2s'、d3s'、d3s'、d0s'、d0m'、d0s'、ep01'、ep12'、ep23'和l'等，表3所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
[0116]
实施例/参数d2s'd3s'd3s'd0s'd0m'd0s'ep01'ep12'ep23'l'一26.009023.681032.876040.256024.714043.05602.76083.56302.469016.2910二26.088023.518032.076039.456024.714042.25602.46083.47302.679016.7910三26.042026.426030.182040.256024.714043.05602.46083.07502.045015.4910
[0117]
表3
[0118]
图7示出了实施例一、二、三的第一光学系统100的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由目视系统100后的会聚焦点偏离。图8示出了实施例一、二、三的第一光学系统100的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图9示出了实施例一、二、三的第一光学系统100的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图7至图9可知，实施例一、二、三所给出的第一光学系统100能够实现良好的成像质量。
[0119]
实施例四
[0120]
以下参照图10描述根据本技术实施例四的第一光学系统。
[0121]
如图10所示，第一光学系统100包括第一镜筒p0'以及容置于第一镜筒p0'内的沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序排列的第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组。第一元件组包括反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1、第一透镜e1'。第二元件组包括第二四分之一波板qwp2和第二透镜e2'。第三元件组包括第三透镜e3'。第四元件组包括第四透镜e4'。以及，第一光学系统100还包括位于第四元件组的第二侧的第三四分之
一波板qwp3和影像面img。
[0122]
在该实施例中，第一光学系统100还包括间隔元件组。间隔元件组包括第一间隔元件p1'、第二间隔元件p2'和第三间隔元件p3'，其中，第一间隔元件p1'位于第一透镜e1'的第二侧并与第一透镜e1'的第二侧面至少部分接触；第二间隔元件p2'位于第二透镜e2'的第二侧并与第二透镜e2'的第二侧面至少部分接触；第三间隔元件p3'可位于第三透镜e3'的第二侧并与第三透镜e3'的第二侧面至少部分接触。
[0123]
在该实施例中，第一侧可以是人眼侧，第二侧可以是显示屏幕(显示器)侧。各元件的第一侧面均被称作近人眼侧面，第二侧面均被称作近屏幕侧面。
[0124]
在该实施例中，反射式偏光元件rp具有近人眼侧面s1和近屏幕侧面，反射式偏光元件rp的近屏幕侧面贴附于第一四分之一波板qwp1的近人眼侧面s2，第一四分之一波板qwp1的近屏幕侧面贴附于第一透镜e1'的近人眼侧面s3，第一透镜e1'还具有近屏幕侧面s4。反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1与第一透镜e1'组成的第一元件组具有正光焦度。第二四分之一波板qwp2具有近人眼侧面s5和近屏幕侧面，第二四分之一波板qwp2的近屏幕侧面贴附于第二透镜e2'的近人眼侧面s6，第二透镜e2'还具有近屏幕侧面s7。第二四分之一波板qwp2与第二透镜e2'组成的第二元件组具有负光焦度。第三透镜e3'具有正光焦度，其具有近人眼侧面s8和近屏幕侧面s9。第四透镜e4'具有正光焦度，其具有近人眼侧面s10和近屏幕侧面s11。第三四分之一波板qwp3具有近人眼侧面s12和近屏幕侧面，第三四分之一波板qwp3的近屏幕侧面可贴附于影像面img。
[0125]
在该实施例中，第一光学系统100的第二侧设置的影像面img例如可设置有显示屏幕。来自显示屏幕的图像光依序穿过第三四分之一波板qwp3、第四透镜e4'、第三透镜e3'、第二透镜e2'、第二四分之一波板qwp2、第一透镜e1'和第一四分之一波板qwp1到达反射式偏光元件rp的近屏幕侧面，在反射式偏光元件rp的近屏幕侧面处发生第一次反射。经第一次反射的光穿过第一四分之一波板qwp1和第一透镜e1'到达第一透镜e1'的近屏幕侧面s4后，在第一透镜e1'的近屏幕侧面s4处发生第二次反射。经第二次反射的光依次穿过第一透镜e1'、第一四分之一波板qwp1和反射式偏光元件rp并最终投射空间中的目标物体(未示出)上。例如，该第一光学系统100经两次反射后的光线可最终投射至使用者的眼中。其中，第一透镜e1'的近屏幕侧面s4处例如可设置有部分反射层bs。
[0126]
表4示出了实施例四的第一光学系统的基本参数，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。来自显示屏幕(显示器)的图像光按照由序号20至物面的顺序经过各元件并最终投射至人眼中。
[0127]
[0128][0129]
表4
[0130]
在该实施例中，第一透镜e1'的近屏幕侧面s4、第二透镜e2'的近屏幕侧面s7、第三透镜e3'的近人眼侧面s8和近屏幕侧面s9以及第四透镜e4'的近人眼侧面s10和近屏幕侧面s11均为非球面，各非球面面型可由上述实施例一中给出的公式(1)限定。表5-1和表5-2给出了可用于实施例二中各非球面镜面s4、s7-s11的高次项系数a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
、a
18
、a
20
、a
22
、a
24
、a
26
、a
28
和a
30
。
[0131]
面号/系数a4a6a8a10a12a14a16s44.0507e-01-9.7521e-049.8533e-03-1.0898e-022.2359e-03-1.6931e-031.2606e-03s7-2.3396e-01-5.9523e-02-4.0733e-023.0980e-02-6.2339e-036.6225e-03-4.5979e-03s83.6172e+00-7.1397e-013.5204e-01-1.6926e-016.8579e-02-4.3574e-021.3397e-02s91.4782e+00-4.4897e-011.6446e-01-7.5305e-024.0404e-02-2.9539e-027.6127e-03s10-2.8597e+008.0379e-01-3.0951e-011.7621e-01-8.6553e-023.1946e-027.6151e-03s115.8000e+00-1.0412e+006.5245e-01-3.7185e-012.0424e-01-1.4671e-011.0293e-01
[0132]
表5-1
[0133]
面号/系数a18a20a22a24a26a28a30s4-6.4757e-041.6890e-040.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s7-2.7775e-034.2593e-030.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s8-2.5877e-036.1901e-032.3813e-03-2.1571e-03-1.3107e-03-7.1599e-04-7.8328e-04s91.7334e-023.9287e-03-4.3169e-03-2.1883e-031.3586e-03-2.9655e-031.3154e-03s10-2.1742e-031.0169e-02-1.6729e-029.3804e-03-2.1717e-035.0822e-04-9.1804e-05s11-6.2282e-025.2324e-02-4.3757e-023.0645e-02-3.2821e-022.2228e-02-5.1604e-03
[0134]
表5-2
[0135]
实施例五
[0136]
以下参照图11描述根据本技术实施例五的第一光学系统。
[0137]
如图11所示，第一光学系统100包括第一镜筒p0'以及容置于第一镜筒p0'内的第一至第四元件组和间隔元件组。第一元件组包括反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1、第一透镜e1'。第二元件组包括第二四分之一波板qwp2和第二透镜e2'。第三元件组包括第三透镜e3'。第四元件组包括第四透镜e4'。间隔元件组包括第一间隔元件p1'、第二间
隔元件p2'和第三间隔元件p3'。在该实施例中，第一光学系统100还包括位于第四元件组的第二侧的第三四分之一波板qwp3和影像面img。
[0138]
该实施例的光学元件组的结构与实施例四的光学元件组的结构相同，即，本实施例的第一光学系统的基本参数表与表4相同，非球面系数表与表5-1和表5-2相同。该实施例与实施例四的区别在于第一镜筒p0'以及各间隔元件p1'、p2'、p3'的部分结构尺寸不同。例如，第二间隔件的第一侧面的内径d2s'、第三间隔件的第一侧面的内径d3s'、第三间隔件的第一侧面的外径d3s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的内径d0s'、第一镜筒的最靠近第二侧的端面的内径d0m'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的外径d0s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面至第一间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep01'、第一间隔元件的第二侧面至第二间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep12'、第二间隔元件的第二侧面至第三间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep23'以及第一镜筒沿第一光轴方向的最大高度l'等参数不同。
[0139]
实施例六
[0140]
以下参照图12描述根据本技术实施例六的第一光学系统。
[0141]
如图12所示，第一光学系统100包括第一镜筒p0'以及容置于第一镜筒p0'内的第一至第四元件组和间隔元件组。第一元件组包括反射式偏光元件rp、第一四分之一波板qwp1、第一透镜e1'。第二元件组包括第二四分之一波板qwp2和第二透镜e2'。第三元件组包括第三透镜e3'。第四元件组包括第四透镜e4'。间隔元件组包括第一间隔元件p1'、第二间隔元件p2'和第三间隔元件p3'。在该实施例中，第一光学系统100还包括位于第四元件组的第二侧的第三四分之一波板qwp3和影像面img。
[0142]
该实施例的光学元件组的结构与实施例四的光学元件组的结构相同，即，该实施例的第一光学系统的基本参数表与表4相同，非球面系数表与表5-1和表5-2相同。该实施例与实施例四的区别在于第一镜筒p0'以及各间隔元件p1'、p2'、p3'的部分结构尺寸不同。例如，第二间隔件的第一侧面的内径d2s'、第三间隔件的第一侧面的内径d3s'、第三间隔件的第一侧面的外径d3s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的内径d0s'、第一镜筒的最靠近第二侧的端面的内径d0m'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面的外径d0s'、第一镜筒的最靠近第一侧的端面至第一间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep01'、第一间隔元件的第二侧面至第二间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep12'、第二间隔元件的第二侧面至第三间隔元件的第一侧面沿第一光轴方向的距离ep23'以及第一镜筒沿第一光轴方向的最大高度l'等参数不同。
[0143]
表6给出了实施例四至六的第一镜筒p0'以及各间隔元件p1'、p2'、p3'的一些基本参数，如d2s'、d3s'、d3s'、d0s'、d0m'、d0s'、ep01'、ep12'、ep23'和l'等，表6所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
[0144]
实施例/参数d2s'd3s'd3s'd0s'd0m'd0s'ep01'ep12'ep23'l'四27.845023.047032.000036.685023.949036.68502.59081.36101.809014.7530五27.845022.647031.600036.285023.949039.08602.79081.18802.274015.3150六27.874025.808029.220037.285023.949038.68602.89081.58801.679015.2150
[0145]
表6
[0146]
图13示出了实施例四、五、六的第一光学系统100的轴上色差曲线，其表示不同波
长的光线经由目视系统100后的会聚焦点偏离。图14示出了实施例四、五、六的第一光学系统100的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图15示出了实施例四、五、六的第一光学系统100的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图13至图15可知，实施例四、五、六所给出的第一光学系统100能够实现良好的成像质量。
[0147]
此外，实施例一至实施例六中，第一光学系统的总有效焦距f'、第一元件组的有效焦距f1'、第二元件组的有效焦距f2'、第三透镜e3'的有效焦距f3'、第四透镜e4'的有效焦距f4'以及第一光学系统的最大视场角fov'如表7中所示。
[0148]
参数/实施例一二三四五六f'(mm)11.2511.2511.2511.1611.1611.16f1'(mm)12.3512.3512.3512.4712.4712.47f2'(mm)-193.70-193.70-193.70-1788.64-1788.64-1788.64f3'(mm)71.2371.2371.23154.30154.30154.30f4'(mm)17.7917.7917.7916.4916.4916.49fov'(
°
)110.0110.0110.0100.0100.0100.0
[0149]
表7
[0150]
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的第二光学系统的具体实施例。
[0151]
实施例七
[0152]
以下参照图16描述根据本技术实施例七的第二光学系统。
[0153]
如图16所示，第二光学系统200包括第二镜筒p0以及容置于第二镜筒p0内的沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片e1、第二镜片e2、第三镜片e3、第四镜片e4和第五镜片e5。其中，第四镜片e4和第五镜片e5胶合形成双胶合镜片。
[0154]
在该实施例中，第二光学系统200还包括定位元件组，定位元件组包括第一定位元件p1、第二定位元件p2和第三定位元件p3。其中，第一定位元件p1位于第一镜片e1的像侧并与第一镜片e1的像侧面至少部分接触；第二定位元件p2位于第二镜片e2的像侧并与第二镜片e2的像侧面至少部分接触；第三定位元件p3位于第三镜片e3的像侧并与第三镜片e3的像侧面至少部分接触。
[0155]
在该实施例中，第一镜片e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二镜片e2具有负光焦度，其物侧面s3为凹面，像侧面s4为凹面。第三镜片e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凹面。第四镜片e4具有正光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凸面。第五镜片e5具有负光焦度，其物侧面s8为凹面，像侧面s9为凸面。
[0156]
表8示出了实施例七的第二光学系统的基本参数，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
[0157][0158]
表8
[0159]
在该实施例中，第二镜片e2至第五镜片e5中的任意一个镜片的物侧面和像侧面均为非球面，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0160][0161]
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/r(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径r的倒数)；k为圆锥系数；ai是非球面第i-th阶的修正系数。表9出了可用于实施例七中各非球面镜面s3-s9的高次项系数a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
和a
16
。
[0162]
面号/系数a4a6a8a10a12a14a16s31.3155e-02-3.6933e-033.4686e-040.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s46.5174e-02-2.1988e-021.1033e-010.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s57.4294e-02-1.8085e-011.9049e+00-6.9085e+001.4141e+01-1.4612e+016.2110e+00s68.7839e-02-1.3037e-011.2584e+00-2.2938e+009.7644e-013.1835e+00-1.0456e+00s74.1361e-02-3.2929e-012.5555e+00-9.8149e+002.1131e+01-2.3910e+011.1126e+01s8-1.4142e+003.8135e+00-5.1918e+001.2281e+01-1.8193e+011.0674e+018.1662e-01s9-7.1809e-024.9566e-01-3.1180e-018.7678e-01-2.7390e+003.9152e+00-1.9157e+00
[0163]
表9
[0164]
实施例八
[0165]
以下参照图17描述根据本技术实施例八的第二光学系统。
[0166]
如图17所示，第二光学系统200包括第二镜筒p0以及容置于第二镜筒p0内的沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片e1、第二镜片e2、第三镜片e3、第四镜片e4和第五镜片e5。其中，第四镜片e4和第五镜片e5胶合形成双胶合镜片。在该实施例中，第二光学系统200还包括定位元件组，定位元件组包括第一定位元件p1、第二定位元件p2和第三定位元件p3。
[0167]
该实施例的五片式镜片组的结构与实施例七的五片式镜片组的结构相同，即，该实施例的第二光学系统的基本参数表与表8相同，非球面系数表与表9相同。该实施例与实施例七的区别在于第二镜筒p0、第一定位元件p1、第二定位元件p2、第三定位元件p3的部分
结构尺寸不同。例如，第一定位元件p1的物侧面的内径d1s、第一定位元件p1的物侧面的外径d1s、第二定位元件p2的物侧面的内径d2s、第二定位元件p2的物侧面的外径d2s、第三定位元件p3的像侧面的内径d3m、第三定位元件p3的像侧面的外径d3m、第二镜筒的物侧端面的内径d0s、第二镜筒的像侧端面的内径d0m、第二镜筒的物侧端面的外径d0s、第一定位元件的像侧面至第二定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep12、第二定位元件的像侧面至第三定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep23、以及第二镜筒p0沿第二光轴方向的最大高度l等参数不同。
[0168]
表10给出了实施例七和实施例八的第二镜筒p0、第一定位元件p1、第二定位元件p2、第三定位元件p3的一些基本参数，如d1s、d1s、d2s、d2s、d3m、d3m、d0s、d0m、d0s、ep12、ep23以及l等，表10所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
[0169]
实施例/参数d1sd1sd2sd2sd3md3md0sd0md0sep12ep23l七3.05707.10002.62303.84301.85202.95607.52902.02808.06800.96800.36805.4610八3.06106.90002.45703.73101.87902.68607.32902.02807.86800.95500.34605.5610
[0170]
表10
[0171]
图18示出了实施例七和实施例八的第二光学系统200的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由第二光学系统200后的会聚焦点偏离。图19示出了实施例七和实施例八的第二光学系统200的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图20示出了实施例七和实施例八的第二光学系统200的f-θ畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图18至图20可知，实施例七和实施例八所给出的第二光学系统200能够实现良好的成像质量。
[0172]
实施例九
[0173]
以下参照图21描述根据本技术实施例九的第二光学系统。
[0174]
如图21所示，第二光学系统200包括第二镜筒p0以及容置于第二镜筒p0内的沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片e1、第二镜片e2、第三镜片e3、第四镜片e4和第五镜片e5。其中，第四镜片e4和第五镜片e5胶合形成双胶合镜片。
[0175]
在该实施例中，第二光学系统200还包括定位元件组，定位元件组包括第一定位元件p1、第二定位元件p2和第三定位元件p3。其中，第一定位元件p1位于第一镜片e1的像侧并与第一镜片e1的像侧面至少部分接触；第二定位元件p2位于第二镜片e2的像侧并与第二镜片e2的像侧面至少部分接触；第三定位元件p3位于第三镜片e3的像侧并与第三镜片e3的像侧面至少部分接触。
[0176]
在该实施例中，第一镜片e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二镜片e2具有负光焦度，其物侧面s3为凸面，像侧面s4为凹面。第三镜片e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凸面。第四镜片e4具有负光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面。第五镜片e5具有正光焦度，其物侧面s8为凸面，像侧面s9为凸面。
[0177]
表11示出了实施例九的第二光学系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
[0178][0179]
表11
[0180]
在该实施例中，第二镜片e2至第五镜片e5中的任意一个镜片的物侧面和像侧面均为非球面，各非球面面型可由上述实施例四中给出的公式(1)限定。表12给出了可用于实施例五中各非球面镜面s3-s9的高次项系数a4、a6、a8和a
10
。
[0181]
面号/系数a4a6a8a10s33.0393e-02-9.4980e-031.3270e-03-1.0643e-04s48.7480e-023.4807e-022.5571e-022.6720e-02s5-2.8300e-02-1.7206e-020.0000e+000.0000e+00s66.9885e-02-5.5844e-025.1467e-02-1.8065e-02s71.3521e-01-5.7265e-015.4439e-01-3.3193e-01s81.3891e+00-2.6572e+002.1738e+00-7.2685e-01s9-7.7499e-023.9585e-02-4.6320e-022.2691e-02
[0182]
表12
[0183]
实施例十
[0184]
以下参照图22描述根据本技术实施例十的第二光学系统。
[0185]
如图22所示，第二光学系统200包括第二镜筒p0以及容置于第二镜筒p0内的沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片e1、第二镜片e2、第三镜片e3、第四镜片e4和第五镜片e5。其中，第四镜片e4和第五镜片e5胶合形成双胶合镜片。在该实施例中，第二光学系统200还包括定位元件组，定位元件组包括第一定位元件p1、第二定位元件p2和第三定位元件p3。
[0186]
该实施例的五片式镜片组的结构与实施例九的五片式镜片组的结构相同，即，该实施例的第二光学系统的基本参数表与表11相同，非球面系数表与表12相同。该实施例与实施例九的区别在于第二镜筒p0、第一定位元件p1、第二定位元件p2、第三定位元件p3的部分结构尺寸不同。例如，第一定位元件p1的物侧面的内径d1s、第一定位元件p1的物侧面的外径d1s、第二定位元件p2的物侧面的内径d2s、第二定位元件p2的物侧面的外径d2s、第三定位元件p3的像侧面的内径d3m、第三定位元件p3的像侧面的外径d3m、第二镜筒的物侧端面的内径d0s、第二镜筒的像侧端面的内径d0m、第二镜筒的物侧端面的外径d0s、第一定位
元件的像侧面至第二定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep12、第二定位元件的像侧面至第三定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep23、以及第二镜筒p0沿第二光轴方向的最大高度l等参数不同。
[0187]
表13给出了实施例九和实施例十的第二镜筒p0、第一定位元件p1、第二定位元件p2、第三定位元件p3的一些基本参数，如d1s、d1s、d2s、d2s、d3m、d3m、d0s、d0m、d0s、ep12、ep23以及l等，表13所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
[0188]
实施例/参数d1sd1sd2sd2sd3md3md0sd0md0sep12ep23l九3.19207.50002.72504.74302.56803.55607.92902.43208.46800.97300.51706.5730十3.12607.30002.72504.57302.56803.28607.72902.43208.26800.97300.54706.5730
[0189]
表13
[0190]
图23示出了实施例九和实施例十的第二光学系统200的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由第二光学系统200后的会聚焦点偏离。图24示出了实施例九和实施例十的第二光学系统200的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图25示出了实施例九和实施例十的第二光学系统200的f-θ畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图23至图25可知，实施例九和实施例十所给出的第二光学系统200能够实现良好的成像质量。
[0191]
实施例十一
[0192]
以下参照图26描述根据本技术实施例十一的第二光学系统。
[0193]
如图26所示，第二光学系统200包括第二镜筒p0以及容置于第二镜筒p0内的沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片e1、第二镜片e2、第三镜片e3、第四镜片e4和第五镜片e5。其中，第四镜片e4和第五镜片e5胶合形成双胶合镜片。
[0194]
在该实施例中，第二光学系统200还包括定位元件组，定位元件组包括第一定位元件p1、第二定位元件p2和第三定位元件p3。其中，第一定位元件p1位于第一镜片e1的像侧并与第一镜片e1的像侧面至少部分接触；第二定位元件p2位于第二镜片e2的像侧并与第二镜片e2的像侧面至少部分接触；第三定位元件p3位于第三镜片e3的像侧并与第三镜片e3的像侧面至少部分接触。
[0195]
在该实施例中，第一镜片e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二镜片e2具有负光焦度，其物侧面s3为凹面，像侧面s4为凹面。第三镜片e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凹面。第四镜片e4具有正光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凸面。第五镜片e5具有负光焦度，其物侧面s8为凹面，像侧面s9为凸面。
[0196]
表14示出了实施例十一的第二光学系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
[0197][0198]
表14
[0199]
在该实施例中，第二镜片e2至第五镜片e5中的任意一个镜片的物侧面和像侧面均为非球面，各非球面面型可由上述实施例四中给出的公式(1)限定。表15给出了可用于实施例十一中各非球面镜面s3-s9的高次项系数a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
和a
16
。
[0200]
面号/系数a4a6a8a10a12a14a16s39.1872e-03-2.1182e-032.2639e-040.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s47.0950e-021.7984e-023.5413e-020.0000e+000.0000e+000.0000e+000.0000e+00s51.7310e-01-2.5361e-011.2545e+00-3.4180e+005.3508e+00-4.2483e+001.3739e+00s6-1.5233e-019.3159e-01-2.2086e+003.3356e+00-2.9783e+001.8414e+00-5.5596e-01s7-4.0417e-011.2826e+00-3.8607e+007.1462e+00-8.2517e+005.3062e+00-1.4945e+00s8-1.6284e+003.8855e+00-3.6065e+003.6282e+00-2.6240e+00-6.8892e-011.8222e+00s9-1.2596e-016.8151e-01-9.3562e-012.1473e+00-3.9656e+004.1616e+00-1.6772e+00
[0201]
表15
[0202]
实施例十二
[0203]
以下参照图27描述根据本技术实施例十二的第二光学系统。
[0204]
如图27所示，第二光学系统200包括第二镜筒p0以及容置于第二镜筒p0内的沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片e1、第二镜片e2、第三镜片e3、第四镜片e4和第五镜片e5。其中，第四镜片e4和第五镜片e5胶合形成双胶合镜片。在该实施例中，第二光学系统200还包括定位元件组，定位元件组包括第一定位元件p1、第二定位元件p2和第三定位元件p3。
[0205]
该实施例的五片式镜片组的结构与实施例十一的五片式镜片组的结构相同，即，该实施例的第二光学系统的基本参数表与表14相同，非球面系数表与表15相同。该实施例与实施例十一的区别在于第二镜筒p0、第一定位元件p1、第二定位元件p2、第三定位元件p3的部分结构尺寸不同。例如，第一定位元件p1的物侧面的内径d1s、第一定位元件p1的物侧面的外径d1s、第二定位元件p2的物侧面的内径d2s、第二定位元件p2的物侧面的外径d2s、第三定位元件p3的像侧面的内径d3m、第三定位元件p3的像侧面的外径d3m、第二镜筒的物侧端面的内径d0s、第二镜筒的像侧端面的内径d0m、第二镜筒的物侧端面的外径d0s、第一定位元件的像侧面至第二定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep12、第二定位元件的
像侧面至第三定位元件的物侧面沿第二光轴方向的距离ep23、以及第二镜筒p0沿第二光轴方向的最大高度l等参数不同。
[0206]
表16给出了实施例十一和实施例十二的第二镜筒p0、第一定位元件p1、第二定位元件p2、第三定位元件p3的一些基本参数，如d1s、d1s、d2s、d2s、d3m、d3m、d0s、d0m、d0s、ep12、ep23以及l等，表16所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
[0207]
实施例/参数d1sd1sd2sd2sd3md3md0sd0md0sep12ep23l十一3.62507.30002.51204.53001.83103.70007.72902.09008.26801.19400.55406.1530十二3.62507.10002.51204.31301.83103.50007.52902.09008.06801.14600.59806.1530
[0208]
表16
[0209]
图28示出了实施例十一和实施例十二的第二光学系统200的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由第二光学系统200后的会聚焦点偏离。图29示出了实施例十一和实施例十二的第二光学系统200的象散曲线，其表示不同视场角对应的子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图30示出了实施例十一和实施例十二的第二光学系统200的f-θ畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图28至图30可知，实施例十一和实施例十二所给出的第二光学系统200能够实现良好的成像质量。
[0210]
此外，实施例七至实施例十二中，第二光学系统的第一镜片e1的物侧面至第二光学系统的成像面的轴上的距离ttl、第二光学系统的成像面上有效像素区域的对角线长的一半imgh、第二光学系统的最大视场角fov、第二光学系统的光圈值fno、第二光学系统的总有效焦距f、第二光学系统中第一镜片e1至第五镜片e5各镜片的有效焦距f1至f5以及第四镜片e4和第五镜片e5的组合焦距f45如表17中所示。
[0211][0212][0213]
表17
[0214]
参考图1至图3，本技术所提供的虚拟现实系统10可以包括上述第一至第六实施例中任意一个实施例中的第一光学系统100和上述第七至第十二实施例中任意一个实施例中的第二光学系统200。上述有关第一光学系统100的各实施例一至六与上述有关第二光学系统200的各实施例七至十二两两组合可以有36种组合方式，即虚拟现实系统可以具有36个示例。其中，
[0215]
示例1所对应的虚拟现实系统包括实施例一的第一光学系统和实施例七的第二光学系统；
[0216]
示例2所对应的虚拟现实系统包括实施例二的第一光学系统和实施例七的第二光学系统；
[0217]
示例3所对应的虚拟现实系统包括实施例三的第一光学系统和实施例七的第二光学系统；
[0218]
示例4所对应的虚拟现实系统包括实施例四的第一光学系统和实施例七的第二光学系统；
[0219]
示例5所对应的虚拟现实系统包括实施例五的第一光学系统和实施例七的第二光学系统；
[0220]
示例6所对应的虚拟现实系统包括实施例六的第一光学系统和实施例七的第二光学系统；
[0221]
示例7所对应的虚拟现实系统包括实施例一的第一光学系统和实施例八的第二光学系统；
[0222]
示例8所对应的虚拟现实系统包括实施例二的第一光学系统和实施例八的第二光学系统；
[0223]
示例9所对应的虚拟现实系统包括实施例三的第一光学系统和实施例八的第二光学系统；
[0224]
示例10所对应的虚拟现实系统包括实施例四的第一光学系统和实施例八的第二光学系统；
[0225]
示例11所对应的虚拟现实系统包括实施例五的第一光学系统和实施例八的第二光学系统；
[0226]
示例12所对应的虚拟现实系统包括实施例六的第一光学系统和实施例八的第二光学系统；
[0227]
示例13所对应的虚拟现实系统包括实施例一的第一光学系统和实施例九的第二光学系统；
[0228]
示例14所对应的虚拟现实系统包括实施例二的第一光学系统和实施例九的第二光学系统；
[0229]
示例15所对应的虚拟现实系统包括实施例三的第一光学系统和实施例九的第二光学系统；
[0230]
示例16所对应的虚拟现实系统包括实施例四的第一光学系统和实施例九的第二光学系统；
[0231]
示例17所对应的虚拟现实系统包括实施例五的第一光学系统和实施例九的第二光学系统；
[0232]
示例18所对应的虚拟现实系统包括实施例六的第一光学系统和实施例九的第二光学系统；
[0233]
示例19所对应的虚拟现实系统包括实施例一的第一光学系统和实施例十的第二光学系统；
[0234]
示例20所对应的虚拟现实系统包括实施例二的第一光学系统和实施例十的第二光学系统；
[0235]
示例21所对应的虚拟现实系统包括实施例三的第一光学系统和实施例十的第二光学系统；
[0236]
示例22所对应的虚拟现实系统包括实施例四的第一光学系统和实施例十的第二
光学系统；
[0237]
示例23所对应的虚拟现实系统包括实施例五的第一光学系统和实施例十的第二光学系统；
[0238]
示例24所对应的虚拟现实系统包括实施例六的第一光学系统和实施例十的第二光学系统；
[0239]
示例25所对应的虚拟现实系统包括实施例一的第一光学系统和实施例十一的第二光学系统；
[0240]
示例26所对应的虚拟现实系统包括实施例二的第一光学系统和实施例十一的第二光学系统；
[0241]
示例27所对应的虚拟现实系统包括实施例三的第一光学系统和实施例十一的第二光学系统；
[0242]
示例28所对应的虚拟现实系统包括实施例四的第一光学系统和实施例十一的第二光学系统；
[0243]
示例29所对应的虚拟现实系统包括实施例五的第一光学系统和实施例十一的第二光学系统；
[0244]
示例30所对应的虚拟现实系统包括实施例六的第一光学系统和实施例十一的第二光学系统；
[0245]
示例31所对应的虚拟现实系统包括实施例一的第一光学系统和实施例十二的第二光学系统；
[0246]
示例32所对应的虚拟现实系统包括实施例二的第一光学系统和实施例十二的第二光学系统；
[0247]
示例33所对应的虚拟现实系统包括实施例三的第一光学系统和实施例十二的第二光学系统；
[0248]
示例34所对应的虚拟现实系统包括实施例四的第一光学系统和实施例十二的第二光学系统；
[0249]
示例35所对应的虚拟现实系统包括实施例五的第一光学系统和实施例十二的第二光学系统；以及
[0250]
示例36所对应的虚拟现实系统包括实施例六的第一光学系统和实施例十二的第二光学系统。
[0251]
综上，上述各示例1至36分别满足表18-1、表18-2、表18-3和表18-4中所示的条件。
[0252]
条件式/示例123456789[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']1.111.131.111.461.471.431.081.101.08(d0s'-d0m')/(d0s-d0m)2.832.682.832.322.242.422.932.782.93(l'+l)/(f'+f)1.801.851.741.691.741.731.811.851.75d0s'/td'3.233.173.232.802.992.963.233.173.23d0s/td1.441.441.441.441.441.441.401.401.40[(r2'+r8')/l']/[|r1+r10|/l]-5.61-5.44-5.90-6.32-6.09-6.13-5.71-5.54-6.00ep12'/(f2'/r4'
×
t12')-18.70-18.23-16.14-7.14-6.24-8.34-18.70-18.23-16.14|r4'+r5'|/[(ep23'+ct2'+ct3')
×
v2']5.145.015.426.095.726.205.145.015.42f1'/(cp1'-t12')4.964.434.434.614.985.924.964.434.43(r6'-r7')/d3s'+(r6'+r7')/d3s'-2.29-2.34-2.46-4.61-4.68-4.67-2.29-2.34-2.46(l'-f')/ep01'1.832.251.721.391.491.401.832.251.72
(nr+nq1)
×
ct1'/ep01'+n1'
×
ct1'/cp1'7.177.497.497.657.467.757.177.497.49(r6'-d2s')/[(n2'+n3'+nq2)
×
ep23']-5.42-5.00-6.55-10.97-8.72-11.82-5.42-5.00-6.55|r2+r3|/(d0s-d1s)5.035.035.035.035.035.035.275.275.27(f1+f2)
×
(n1-n2)/(d1s-d2s)-2.70-2.70-2.70-2.70-2.70-2.70-1.94-1.94-1.94(v1-v2)
×
(r1-r4)/ep12-27.72-27.72-27.72-27.72-27.72-27.72-28.10-28.10-28.10(ep12-ep23+t23)/f2-1.09-1.09-1.09-1.09-1.09-1.09-1.10-1.10-1.10r1/(d1s-d2s)-r3/(d1s+d2s)3.773.773.773.773.773.773.883.883.88f45/[(d3m-d3m)
×
(n4+n5)]0.550.550.550.550.550.550.750.750.75
[0253]
表18-1
[0254][0255][0256]
表18-2
[0257]
条件式/示例192021222324252627[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']1.541.571.542.022.051.991.141.161.14(d0s'-d0m')/(d0s-d0m)2.932.782.932.402.332.522.762.612.76(l'+l)/(f'+f)1.881.931.821.771.821.811.851.891.78d0s'/td'3.233.173.232.802.992.963.233.173.23d0s/td1.271.271.271.271.271.271.361.361.36[(r2'+r8')/l']/[|r1+r10|/l]-8.41-8.16-8.84-9.48-9.14-9.20-6.50-6.31-6.84ep12'/(f2'/r4'
×
t12')-18.70-18.23-16.14-7.14-6.24-8.34-18.70-18.23-16.14|r4'+r5'|/[(ep23'+ct2'+ct3')
×
v2']5.145.015.426.095.726.205.145.015.42f1'/(cp1'-t12')4.964.434.434.614.985.924.964.434.43(r6'-r7')/d3s'+(r6'+r7')/d3s'-2.29-2.34-2.46-4.61-4.68-4.67-2.29-2.34-2.46(l'-f')/ep01'1.832.251.721.391.491.401.832.251.72(nr+nq1)
×
ct1'/ep01'+n1'
×
ct1'/cp17.177.497.497.657.467.757.177.497.49(r6'-d2s')/[(n2'+n3'+nq2)
×
ep23']-5.42-5.00-6.55-10.97-8.72-11.82-5.42-5.00-6.55|r2+r3|/(d0s-d1s)7.227.227.227.227.227.223.223.223.22(f1+f2)
×
(n1-n2)/(d1s-d2s)-3.40-3.40-3.40-3.40-3.40-3.40-1.33-1.33-1.33(v1-v2)
×
(r1-r4)/ep12-42.84-42.84-42.84-42.84-42.84-42.84-26.81-26.81-26.81(ep12-ep23+t23)/f2-1.02-1.02-1.02-1.02-1.02-1.02-1.24-1.24-1.24r1/(d1s-d2s)-r3/(d1s+d2s)0.300.300.300.300.300.303.473.473.47f45/[(d3m-d3m)
×
(n4+n5)]4.324.324.324.324.324.320.300.300.30
[0258]
表18-3
[0259][0260][0261]
表18-4
[0262]
参考图1和图2，在示例性实施方式中，本技术所提供的虚拟现实系统10还可以包括例如第三光学系统300、第四光学系统400、第五光学系统500、第六光学系统600。在一些实施方式中，第三光学系统300和/或第四光学系统400和/或第五光学系统500和/或第六光学系统600例如即可以是第二光学系统200。
[0263]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.虚拟现实系统，包括第一光学系统和第二光学系统，其特征在于，所述第一光学系统包括第一镜筒和容置于所述第一镜筒中的间隔元件组和沿第一光轴由第一侧至第二侧依序排列的第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组，其中，所述第一元件组包括第一透镜、反射式偏光元件和第一四分之一波片；所述第二元件组包括第二透镜和第二四分之一波片；所述第三元件组包括第三透镜；所述第四元件组包括第四透镜；所述间隔元件组包括第一间隔元件、第二间隔元件和第三间隔元件；所述第二光学系统包括第二镜筒和容置于所述第二镜筒中的定位元件组和沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片，其中，所述定位元件组包括第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件；以及所述第一光学系统和所述第二光学系统满足：1.0<[tan(fov/2)
×
d0s]/[tan(fov'/2)
×
d0s']<2.5，其中，fov为所述第二光学系统的最大视场角，d0s为所述第二镜筒的最靠近所述物侧的端面的内径，fov'为所述第一光学系统的最大视场角，d0s'为所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面的内径。2.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一镜筒的最靠近所述第二侧的端面的内径d0m'与所述第二镜筒的最靠近所述第二侧的端面的内径d0m满足：1.0<(d0s'-d0m')/(d0s-d0m)<4.0。3.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一镜筒沿所述第一光轴方向的最大高度l'、所述第二镜筒沿所述第二光轴方向的最大高度l、所述第一光学系统的有效焦距f'与所述第二光学系统的有效焦距f满足：(l'+l)/(f'+f)<3.0。4.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面的外径d0s'与所述第一元件组的第一侧面至所述第四元件组的第二侧面在所述第一光轴上的距离td'满足：2.0<d0s'/td'<5.0，以及所述第二镜筒的最靠近所述物侧的端面的外径d0s与所述第一镜片的物侧面至所述第五镜片的像侧面在所述第二光轴上的距离td满足：0<d0s/td<2.0。5.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一透镜的第二侧面的曲率半径r2'、所述第四透镜的第二侧面的曲率半径r8'、所述第一镜筒沿所述第一光轴方向的最大高度l'、所述第一镜片的物侧面的曲率半径r1、所述第五镜片的像侧面的曲率半径r10以及所述第二镜筒沿所述第二光轴方向的最大高度l满足：-10.0<[(r2'+r8')/l']/[|r1+r10|/l]<-5.0。6.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一间隔元件位于所述第一透镜的第二侧并与所述第一透镜的第二侧面至少部分接触；所述第二间隔元件位于所述第二透镜的第二侧并与所述第二透镜的第二侧面至少部分接触；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沿所述第一光轴方向的距离ep12'、所述第二透镜的有效焦距f2'、所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'和所述第一元件组和所述第二元件组在所述第一光轴上的空气间隔t12'满足：-20.0<ep12'/(f2'/r4'
×
t12')<0。7.根据权利要求1所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第三间隔元件位于所述第三透镜的第二侧并与所述第三透镜的第二侧面至少部分接触，
所述第二透镜的第二侧面的曲率半径r4'、所述第三透镜的第一侧面的曲率半径r5'、所述第二间隔元件的第二侧面至所述第三间隔元件的第一侧面沿所述第一光轴方向的距离ep23'、所述第二透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct2'、所述第三透镜在所述第一光轴上的中心厚度ct3'和所述第二透镜的色散系数v2'满足：|r4'+r5'|/[(ep23'+ct2'+ct3')
×
v2']<10.0。8.根据权利要求1至5中任一项所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距f1'、所述第一间隔元件沿所述第一光轴方向的最大厚度cp1'与所述第一元件组和所述第二元件组在所述第一光轴上的空气间隔t12'满足：3.0<f1'/(cp1'-t12')<7.0。9.根据权利要求1至5中任一项所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第三透镜的第二侧面的曲率半径r6'、所述第四透镜的第一侧面的曲率半径r7'、所述第三间隔元件的第一侧面的外径d3s'与所述第三间隔元件的第一侧面的内径d3s'满足：-5.0<(r6'-r7')/d3s'+(r6'+r7')/d3s'<0。10.根据权利要求1至5中任一项所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第一镜筒沿所述第一光轴方向的最大高度l'、所述第一光学系统的有效焦距f'与所述第一镜筒的最靠近所述第一侧的端面至所述第一间隔元件的第一侧面沿所述第一光轴方向的距离ep01'满足：1.0<(l'-f')/ep01'<3.0。

技术总结
本申请公开一种虚拟现实系统，包括第一、第二光学系统，第一光学系统包括第一镜筒和容置于其中的第一至第三间隔元件和沿第一光轴由第一至第二侧依序排列的第一至第四元件组；第一元件组包括第一透镜、反射式偏光元件、第一四分之一波片；第二元件组包括第二透镜、第二四分之一波片；第三、四元件组分别包括第三、四透镜。第二光学系统包括第二镜筒和容置于其中的第一至第三定位元件和沿第二光轴由物侧至像侧依序排列的第一至第五镜片。第一、二光学系统最大视场角和第一、二镜筒最靠近第一侧、物侧端面内径满足1.0<[tan(FOV/2)


技术研发人员：游金兴 陈威望 宋立通 姚嘉诚 王丽 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：2023.08.04
技术公布日：2023/10/11