本申請(qǐng)涉及光學(xué)器件領(lǐng)域，具體涉及一種折反式光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)主要分為采用非球面透鏡的光學(xué)系統(tǒng)、采用菲涅爾透鏡的光學(xué)系統(tǒng)、折反式光學(xué)系統(tǒng)三種。其中，折反式光學(xué)系統(tǒng)是光學(xué)系統(tǒng)自身的重大創(chuàng)新，并且為虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的整機(jī)設(shè)計(jì)預(yù)留空間，已經(jīng)成為研發(fā)的主流趨勢(shì)。

2、折反式光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)光路折轉(zhuǎn)來(lái)縮短光學(xué)系統(tǒng)的本體長(zhǎng)度，從而使得虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的重心后移，提升用戶的體驗(yàn)感。然而，現(xiàn)有的折反式光學(xué)系統(tǒng)通常采用兩片透鏡，這會(huì)導(dǎo)致折反式光學(xué)系統(tǒng)的畫(huà)面比較模糊，成像質(zhì)量較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┝丝芍辽俳鉀Q或部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)問(wèn)題或者其它問(wèn)題的光學(xué)系統(tǒng)。

2、本申請(qǐng)一方面提供了這樣一種光學(xué)系統(tǒng)，其沿著光軸從第一側(cè)至第二側(cè)依序包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡；第一透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為凸面，第二側(cè)面為凹面；第二透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為平面，第二側(cè)面為凸面；第三透鏡具有負(fù)光焦度，其第一側(cè)面為凹面；第四透鏡具有光焦度，其第二側(cè)面為平面。其中，光學(xué)系統(tǒng)還包括第一四分之一波片、反射式偏光元件、部分反射元件、第二四分之一波片和偏振片；第一四分之一波片設(shè)置于第二透鏡的第一側(cè)面；反射式偏光元件設(shè)置于第一四分之一波片的第一側(cè)面；部分反射元件設(shè)置于第三透鏡的第二側(cè)面；第二四分之一波片設(shè)置于第四透鏡的第二側(cè)面；偏振片設(shè)置于第二四分之一波片的第二側(cè)面。第一透鏡的有效焦距f1與第二透鏡的有效焦距f2滿足：0.2<f1/f2≤0.5；第一透鏡、反射式偏光元件、第一四分之一波片和第二透鏡的組合焦距fz1、第一透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r1與第二透鏡的第二側(cè)面的曲率半徑r4滿足：0.4<fz1/|r1+r4|<1.2。

3、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第三透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r5與第三透鏡的有效焦距f3滿足：0.2<r5/f3≤0.8。

4、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第一透鏡在光軸上的中心厚度ct1、反射式偏光元件在光軸上的中心厚度ctr、第一四分之一波片在光軸上的中心厚度ctq1與第二透鏡在光軸上的中心厚度ct2滿足：0.5<(ct2+ctr+ctq1)/ct1<0.9。

5、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第四透鏡的有效焦距f4與第三透鏡、第四透鏡、第二四分之一波片和偏振片的組合焦距fz2滿足：0.4<f4/fz2<1.6。

6、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第一透鏡的阿貝數(shù)v1與第一透鏡的折射率n1滿足：37.5<v1/n1<47.3。

7、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第四透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r7與第四透鏡的有效焦距f4滿足：0.5<r7/f4<0.9。

8、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第一透鏡的第一側(cè)面和光軸的交點(diǎn)至第一透鏡的第一側(cè)面的有效半口徑頂點(diǎn)之間的軸上距離sag11、第一透鏡的第二側(cè)面和光軸的交點(diǎn)至第二透鏡的第一側(cè)面的有效半口徑頂點(diǎn)之間的軸上距離sag12與第一透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r1滿足：2.7<r1/(sag11+sag12)<3.7。

9、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第四透鏡的第一側(cè)面和光軸的交點(diǎn)至第四透鏡的第一側(cè)面的有效半口徑頂點(diǎn)之間的軸上距離sag41與第四透鏡在光軸上的中心厚度ct4滿足：0.3<|sag41|/ct4<0.7。

10、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第三透鏡在光軸上的中心厚度ct3與第三透鏡的邊緣厚度et3滿足：0.7<ct3/et3<1.0。

11、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第一透鏡的第一側(cè)面至第四透鏡的第二側(cè)面的軸上距離td、光學(xué)系統(tǒng)的總有效焦距f與光學(xué)系統(tǒng)的最大視場(chǎng)角fov滿足：1.8<td/(f×tan(fov))<2.0。

12、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，光學(xué)系統(tǒng)的第二側(cè)設(shè)置有影像面，第一透鏡的第一側(cè)面至影像面的軸上距離ttl與光學(xué)系統(tǒng)的總有效焦距f滿足：0.6<ttl/f<0.7。

13、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，光學(xué)系統(tǒng)的第二側(cè)設(shè)置有影像面，第四透鏡的第二側(cè)面至影像面的軸上距離bfl、第二四分之一波片在光軸上的中心厚度ctq2與偏振片在光軸上的中心厚度ctl滿足：8.2<bfl/(ctq2+ctl)<9.1。

14、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡在光軸上的中心厚度的總和∑ct與光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑epd滿足：0.3<∑ct/epd<1.0。

15、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，光學(xué)系統(tǒng)的總有效焦距f與第一透鏡的第二側(cè)面的曲率半徑r2滿足：0.2<f/r2<1.2。

16、本申請(qǐng)所提供的光學(xué)系統(tǒng)采用四片透鏡，合理配置四片透鏡的光焦度并且使得光學(xué)系統(tǒng)滿足“0.2<f1/f2≤0.5”，有利于提高光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量；同時(shí)配合限制第一透鏡、反射式偏光元件、第一四分之一波片和第二透鏡的組合焦距與第一透鏡第一側(cè)面和第二透鏡第二側(cè)面的曲率半徑之和的比值，有利于提供更寬廣的視場(chǎng)角度，使得用戶看到更多顯示內(nèi)容，提升用戶的沉浸感和體驗(yàn)感，還能夠減小或消除畸變、像差等光學(xué)問(wèn)題，提高光學(xué)系統(tǒng)所成圖像的清晰度和準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，沿著光軸從第一側(cè)至第二側(cè)依序包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第三透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r5與所述第三透鏡的有效焦距f3滿足：0.2<r5/f3≤0.8。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡在所述光軸上的中心厚度ct1、所述反射式偏光元件在所述光軸上的中心厚度ctr、所述第一四分之一波片在所述光軸上的中心厚度ctq1與所述第二透鏡在所述光軸上的中心厚度ct2滿足：0.5<(ct2+ctr+ctq1)/ct1<0.9。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第四透鏡的有效焦距f4與所述第三透鏡、所述第四透鏡、所述第二四分之一波片和所述偏振片的組合焦距fz2滿足：0.4<f4/fz2<1.6。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡的阿貝數(shù)v1與所述第一透鏡的折射率n1滿足：37.5<v1/n1<47.3。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第四透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r7與所述第四透鏡的有效焦距f4滿足：0.5<r7/f4<0.9。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡的第一側(cè)面和所述光軸的交點(diǎn)至所述第一透鏡的第一側(cè)面的有效半口徑頂點(diǎn)之間的軸上距離sag11、所述第一透鏡的第二側(cè)面和所述光軸的交點(diǎn)至所述第二透鏡的第一側(cè)面的有效半口徑頂點(diǎn)之間的軸上距離sag12與所述第一透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑r1滿足：2.7<r1/(sag11+sag12)<3.7。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第四透鏡的第一側(cè)面和所述光軸的交點(diǎn)至所述第四透鏡的第一側(cè)面的有效半口徑頂點(diǎn)之間的軸上距離sag41與所述第四透鏡在所述光軸上的中心厚度ct4滿足：0.3<|sag41|/ct4<0.7。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第三透鏡在所述光軸上的中心厚度ct3與所述第三透鏡的邊緣厚度et3滿足：0.7<ct3/et3<1.0。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡的第一側(cè)面至所述第四透鏡的第二側(cè)面的軸上距離td、所述光學(xué)系統(tǒng)的總有效焦距f與所述光學(xué)系統(tǒng)的最大視場(chǎng)角fov滿足：1.8<td/(f×tan(fov))<2.0。

11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)的第二側(cè)設(shè)置有影像面，所述第一透鏡的第一側(cè)面至所述影像面的軸上距離ttl與所述光學(xué)系統(tǒng)的總有效焦距f滿足：0.6<ttl/f<0.7。

12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)的第二側(cè)設(shè)置有影像面，所述第四透鏡的第二側(cè)面至所述影像面的軸上距離bfl、所述第二四分之一波片在所述光軸上的中心厚度ctq2與所述偏振片在所述光軸上的中心厚度ctl滿足：8.2<bfl/(ctq2+ctl)<9.1。

13.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述第三透鏡和所述第四透鏡在所述光軸上的中心厚度的總和∑ct與所述光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑epd滿足：0.3<∑ct/epd<1.0。

14.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)的總有效焦距f與所述第一透鏡的第二側(cè)面的曲率半徑r2滿足：0.2<f/r2<1.2。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種光學(xué)系統(tǒng)，其沿著光軸從第一側(cè)至第二側(cè)依序包括第一透鏡、反射式偏光元件、第一四分之一波片、第二透鏡、第三透鏡、部分反射元件、第四透鏡、第二四分之一波片和偏振片；第一透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為凸面，第二側(cè)面為凹面；第二透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為平面，第二側(cè)面為凸面；第三透鏡具有負(fù)光焦度，其第一側(cè)面為凹面；第四透鏡的第二側(cè)面為平面；其中，第一透鏡的有效焦距f1與第二透鏡的有效焦距f2滿足：0.2<f1/f2≤0.5；以及第一透鏡、反射式偏光元件、第一四分之一波片和第二透鏡的組合焦距fz1、第一透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑R1與第二透鏡的第二側(cè)面的曲率半徑R4滿足：0.4<fz1/|R1+R4|<1.2。

技術(shù)研發(fā)人員：劉歡,張曉彬,黃林,金銀芳,趙烈烽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江舜宇光學(xué)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10