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CN116880071A - 虚拟现实装置 - Google Patents

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CN116880071A
CN116880071A CN202310979687.7A CN202310979687A CN116880071A CN 116880071 A CN116880071 A CN 116880071A CN 202310979687 A CN202310979687 A CN 202310979687A CN 116880071 A CN116880071 A CN 116880071A
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optical axis
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游金兴
张晓彬
宋立通
金银芳
赵烈烽
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Abstract

本申请公开一种虚拟现实装置，其包括目视系统和定位系统，目视系统包括第一镜筒和置于第一镜筒的且沿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、第一四分之一波片和第一透镜，第二元件组包括第二四分之一波片和第二透镜，第三元件组包括第三透镜，第四元件组包括第四透镜；定位系统包括第二镜筒以及置于第二镜筒的五片式镜片组，五片式镜片组沿第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的总有效焦距f'、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L、定位系统的总有效焦距f满足：3.5<(L/f)/(L'/f')<5.5。

Description

虚拟现实装置
技术领域
本申请涉及光学器件领域，具体涉及一种虚拟现实装置。
背景技术
虚拟现实装置通常包括两种形式的镜头，例如目视镜头和定位镜头。目视镜头将用户带入到虚拟世界，定位镜头获取周围环境的画面和捕捉用户的动作，定位镜头与目视镜头搭配可以将现实世界与虚拟世界联系起来，实现现实世界与虚拟世界的交互，从而给用户带来沉浸式体验。然而，这种由多镜头组合而成的虚拟现实装置的整机体积偏大，重量较大，影响用户的体验感。
发明内容
本申请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装置。
本申请的一方面提供了这样一种虚拟现实装置，其包括目视系统和定位系统，目视系统包括第一镜筒和置于第一镜筒内的光学元件组，光学元件组沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一元件组、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、第一四分之一波片和第一透镜，第二元件组包括第二四分之一波片和第二透镜，第三元件组包括第三透镜，第四元件组包括第四透镜；定位系统包括第二镜筒以及置于第二镜筒内的五片式镜片组，五片式镜片组沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；以及第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的总有效焦距f'、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L、定位系统的总有效焦距f满足：3.5<(L/f)/(L'/f')<5.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的最大视场角FOV'、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L与定位系统的最大视场角FOV满足：0.1<(tan(FOV'/2)×L')/(tan(FOV/2)×L)<0.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第一透镜的第二侧面的第一间隔件、置于第二透镜的第二侧面的第二间隔件以及置于第三透镜的第二侧面的第三间隔件，定位系统还包括置于第一镜片的像侧面的第一定位件、置于第二镜片的像侧面的第二定位件以及置于第三镜片的像侧面的第三定位件，其中，第一元件组的第一侧面至第四元件组的第二侧面的轴上距离TD'、第一间隔件至第三间隔件中的任意相邻两个间隔件沿第一光轴的间隔的总和∑EP'、第一镜片的物侧面至第五镜片的像侧面的轴上距离TD与第一定位件至第三定位件中的任意相邻两个定位件沿第二光轴的间隔的总和∑EP满足：1.0<(∑EP'/TD')/(∑EP/TD)<2.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、目视系统的入瞳直径EPD'、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与定位系统的入瞳直径EPD满足：5.0<((d0s'-d0m')×EPD')/((d0s-d0m)×EPD)<17.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'与目视系统的总有效焦距f'满足：1.5<d0m'/f'<3.0，第二镜筒的像侧端面的内径d0m与定位系统的总有效焦距f满足：2.0<d0m/f<3.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第三透镜的第二侧面的第三间隔件，定位系统还包括置于第三镜片的像侧面的第三定位件，其中，第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'、第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的总有效焦距f'、第三定位件和第二镜筒的像侧端面沿第二光轴的间隔EP30、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L与定位系统的总有效焦距f满足：3.0<(L-EP30-f)/(L'-EP30'-f')<7.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第一透镜的第二侧面的第一间隔件，其中，第一透镜的有效焦距f1'、第一透镜的阿贝数V1'、第二透镜的有效焦距f2'、第二透镜的阿贝数V2'、第一间隔件的第一侧面的内径d1s'与第一间隔件的第二侧面的内径d1m'满足：-4.0<(f1'+f2')/((d1s'-d1m')×(V1'-V2'))<-1.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第一透镜的第二侧面的第一间隔件，其中，第一透镜的第二侧面的曲率半径R2'、第一间隔件的第一侧面的外径D1s'与第一镜筒的第一侧端面的外径D0s'满足：7.0<R2'/(D1s'-D0s')<13.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第一透镜的第二侧面的第一间隔件以及置于第二透镜的第二侧面的第二间隔件，其中，第一透镜的有效焦距f1'、第二透镜的有效焦距f2'、第一间隔件的最大厚度CP1'、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔EP12'、第一元件组和第二元件组在第一光轴上的空气间隔T12'满足：-30.0<(f1'+f2')/(CP1'+EP12'+T12')<-25.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第一透镜的第二侧面的第一间隔件以及置于第二透镜的第二侧面的第二间隔件，其中，第一透镜的第二侧面的曲率半径R2'、第二透镜的第二侧面的曲率半径R4'、第一间隔件的第二侧面的外径D1m'与第二间隔件的第一侧面的外径D2s'满足：-3.0<(R2'+R4')/D1m'+(R2'-R4')/D2s'<-1.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第二透镜的第二侧面的第二间隔件以及置于第三透镜的第二侧面的第三间隔件，其中，第三透镜的折射率N3'、第四透镜的折射率N4'、第三透镜的有效焦距f3'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'与第三间隔件的最大厚度CP3'满足：-4.0<(N3'-N4')×f3'/(EP23'+CP3')<-2.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第二透镜的第二侧面的第二间隔件以及置于第三透镜的第二侧面的第三间隔件，其中，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'、第三透镜在第一光轴上的中心厚度CT3'、第四透镜在第一光轴上的中心厚度CT4'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'与第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'满足：-8.5<(R6'-R7')/(CT3'+CT4'+EP23'+EP30')<-4.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，目视系统还包括置于第三透镜的第二侧面的第三间隔件，其中，第三透镜的第一侧面的曲率半径R5'、第三透镜的阿贝数V3'、第四透镜的阿贝数V4'、第三间隔件的第二侧面的内径d3m'与第三间隔件的第二侧面的外径D3m'满足：0<R5'/((V3'+V4')×(d3m'+D3m'))<10.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，第一镜片的物侧面至第五镜片的像侧面的轴上距离TD、第二镜筒的物侧端面的外径D0s与第二镜筒的像侧端面的外径D0m满足：1.0<TD/(D0s-D0m)<2.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，定位系统还包括置于第一镜片的像侧面的第一定位件，其中，第一镜片的物侧面的曲率半径R1、第一镜片的像侧面的曲率半径R2、第一镜片的折射率N1、第一定位件的物侧面的内径d1s与第一定位件的物侧面的外径D1s满足：1.0<(R1-R2)×N1/(D1s-d1s)<3.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，定位系统还包括置于第一镜片的像侧面的第一定位件以及置于第二镜片的像侧面的第二定位件，其中，定位系统的总有效焦距f与第一镜片的有效焦距f1满足：-6.0<f1/f<0，定位系统的总有效焦距f与第二镜片的有效焦距f2满足：-6.0<f2/f<0，定位系统的总有效焦距f、第一镜片的有效焦距f1、第二镜片的有效焦距f2、第二镜筒的物侧端面和第一定位件沿第二光轴的间隔EP01与第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12满足：-3.0<(f1-f2)/EP12-f/EP01<3.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，定位系统还包括置于第一镜片的像侧面的第一定位件以及置于第二镜片的像侧面的第二定位件，其中，第一镜片的像侧面的曲率半径R2、第一镜片的阿贝数V1、第二镜片的物侧面的曲率半径R3、第二镜片的阿贝数V2与第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12满足：-15.0<(V1/R2-V2/R3)×EP12<40.0。
根据本申请的一个示例性实施方式，定位系统还包括置于第二镜片的像侧面的第二定位件以及置于第三镜片的像侧面的第三定位件，其中，第三镜片的物侧面的曲率半径R5、第三镜片的像侧面的曲率半径R6、第二定位件的物侧面的内径d2s、第二定位件的物侧面的外径D2s、第三定位件的物侧面的内径d3s与第三定位件的物侧面的外径D3s满足：-6.5<(D2s+d2s)/R5+(D3s+d3s)/R6<2.5。
根据本申请的一个示例性实施方式，定位系统还包括置于第三镜片的像侧面的第三定位件，其中，定位系统的总有效焦距f、第四镜片和第五镜片的组合焦距f45、第四镜片的像侧面的曲率半径R8与第三定位件的像侧面的外径D3m满足：0<(f45-f)/(D3m-R8)<5.0。
本申请所提供的虚拟现实装置被配置为目视系统与定位系统组合的结构形式，通过控制第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度、目视系统的总有效焦距、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度与定位系统的总有效焦距之间的相互关系，可对目视系统中各透镜的形状以及透镜的堆叠距离进行约束，从而保证目视系统具有合适的折反长度，有利于减小目视系统的显示器的尺寸；同时还能减小定位系统的长度，降低目视系统和定位系统在整个虚拟现实装置中的空间占比，有助于压缩虚拟现实装置的长度，减轻虚拟现实装置的自身重量。本申请通过对目视系统和定位系统进行设计优化，一方面对目视系统和定位系统的结构以及搭配空间合理配置，减小整个虚拟现实装置的重量和尺寸，另一方面使得定位系统拍摄的真实场景更加合理的投射至虚拟世界中，提升用户的体验感。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。在附图中：
图1示出了根据本申请的虚拟现实装置的平面示意图；
图2示出了根据本申请的虚拟现实装置的正视图；
图3示出了根据本申请的虚拟现实装置的后视图；
图4示出了根据本申请的目视系统的参数示意图；
图5示出了根据本申请的定位系统的参数示意图；
图6示出了根据本申请实施例一的目视系统的结构示意图；
图7示出了根据本申请实施例二的目视系统的结构示意图；
图8示出了根据本申请实施例三的目视系统的结构示意图；
图9A至图9C分别示出了根据本申请实施例一、二、三的目视系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
图10示出了根据本申请实施例四的目视系统的结构示意图；
图11示出了根据本申请实施例五的目视系统的结构示意图；
图12示出了根据本申请实施例六的目视系统的结构示意图；
图13A至图13C分别示出了根据本申请实施例四、五、六的目视系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
图14示出了根据本申请实施例七的定位系统的结构示意图；
图15示出了根据本申请实施例八的定位系统的结构示意图；
图16A至图16C分别示出了根据本申请实施例七、八的定位系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
图17示出了根据本申请实施例九的定位系统的结构示意图；
图18示出了根据本申请实施例十的定位系统的结构示意图；
图19A至图19C分别示出了根据本申请实施例九、十的定位系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线；
图20示出了根据本申请实施例十一的定位系统的结构示意图；
图21示出了根据本申请实施例十二的定位系统的结构示意图；以及
图22A至图22C分别示出了根据本申请实施例十一、十二的定位系统的轴上色差曲线、象散曲线以及畸变曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请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申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
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，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
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。
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(例如显示器侧)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。
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，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请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。
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)均具有与本申请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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请。
以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
参考图1，本申请的第一方面提供了这样一种虚拟现实装置，其可包括目视系统和定位系统。定位系统用于捕捉使用者的肢体动作，并且所成的实景图像以电信号的方式传递至目视系统。目视系统用于投射显示器的虚拟图像。目视系统的数量可为一个或者多个，定位系统的数量可为一个或者多个。在一示例中，虚拟现实装置可包括对称设置的两个目视系统。应当理解的是，虚拟现实装置还可以包括除目视系统和定位系统之外的任意一种或多种光学系统，本申请对此不作具体限定。
本申请中的目视系统用于将显示器的虚拟图像传递至使用者的眼睛，以给使用者带来虚拟沉浸感，定位系统用于收集使用者手中的手柄的位置数据，然后通过定位系统的芯片传递至目视系统的显示器上，目视系统再将显示器上的手柄的位置数据传递给使用者，以帮助使用者判断自己双手在显示器的位置。本申请所提供的虚拟现实装置将目视系统的虚拟沉浸感与定位系统的定位功能相结合，突破了虚拟现实装置的空间限制，实现了虚拟现实装置的现实世界与虚拟世界的交互。
在示例性实施方式中，目视系统可以包括第一镜筒和置于第一镜筒内的光学元件组，光学元件组沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组。第一元件组可例如包括反射式偏光元件、第一四分之一波片和第一透镜。第二元件组可例如包括第二四分之一波片和第二透镜。第三元件组可例如包括第三透镜。第四元件组可例如包括第四透镜。第一元件组至第四元件组中的相邻两个元件组之间可具有空气间隔。在一示例中，第一元件组可具有正光焦度。第二元件组可具有负光焦度。第三元件组可具有正光焦度。第四元件组可具有正光焦度。
在示例性实施方式中，目视系统可以包括置于第一镜筒内的间隔件组，间隔件组可以包括第一间隔件、第二间隔件和第三间隔件中的一个或多个。其中，第一间隔件可置于第一透镜的第二侧面且与第一透镜的第二侧面至少部分接触；第二间隔件可置于第二透镜的第二侧面且与第二透镜的第二侧面至少部分接触；第三间隔件可置于第三透镜的第二侧面且与第三透镜的第二侧面至少部分接触。合理使用间隔件能够有效规避杂光风险，减少对像质的干扰，进而提升目视系统的成像质量。
在示例性实施方式中，第一侧可为人眼侧，第二侧可为显示器侧。相应地，各元件(第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、反射式偏光元件、第一四分之一波片、第二四分之一波片)的第一侧面可被称作近人眼侧面，第二侧面可被称作近显示器侧面。
在示例性实施方式中，第一透镜的第一侧面被配置为平面，并且反射式偏光元件与第一四分之一波片贴合以形成一张膜层，贴合后的膜层贴附在第一透镜的第一侧面，其中，反射式偏光元件位于第一四分之一波片的第一侧面。通过将反射式偏光元件和第一四分之一波片复合在一起以形成一张膜层，能够减少膜层的贴附面数，提高膜层的贴附良率。并且复合后的膜层贴附在平面上，有利于提升膜层贴附后的稳定性，进而提升目视系统的性能。
在示例性实施方式中，目视系统还可以包括部分反射层，部分反射层可例如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。通过在第一透镜的第二侧面设置部分反射层，并结合第一透镜的第一侧面的反射式偏光元件和第一四分之一波片，能够使得光线多次折反，有效降低目视系统的本体长度。
在示例性实施方式中，目视系统还可以包括光阑，光阑可例如设置于第一侧与第一透镜之间。显示器上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、反射式偏光元件等多次折射和反射后最终投射至使用者的眼睛。
在示例性实施方式中，来自显示器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使用者的眼中。本申请所提供的目视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，有效缩短了目视系统的本体长度。
在示例性实施方式中，定位系统可以包括第二镜筒以及置于第二镜筒内的五片式镜片组，五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。第一镜片至第五镜片中的相邻两个镜片之间可具有空气间隔。在一示例中，第一镜片可具有负光焦度。第二镜片可具有负光焦度。第三镜片可具有正光焦度。第四镜片可具有正光焦度或负光焦度。第五镜片可具有正光焦度或负光焦度。通过将定位系统配置成五片镜片的结构形式，能够使得定位系统在具有一定有效像面的基础上还具有较小的总有效焦距，从而确保定位系统具有较大的视场角，便于帮助定位系统捕捉使用者手中的手柄位置和方向。
在示例性实施方式中，定位系统可以包括置于第二镜筒内的定位件组，定位件组可以包括第一定位件、第二定位件和第三定位件中的一个或多个。其中，第一定位件可置于第一镜片的像侧面且与第一镜片的像侧面至少部分接触，第二定位件可置于第二镜片的像侧面且与第二镜片的像侧面至少部分接触，第三定位件可置于第三镜片的像侧面且与第三镜片的像侧面至少部分接触。合理使用定位件能够有效规避杂光风险，减少对像质的干扰，进而提升定位系统的成像质量。
在示例性实施方式中，第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的总有效焦距f'、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L、定位系统的总有效焦距f可以满足：3.5<(L/f)/(L'/f')<5.5。通过控制上述条件式，能够对目视系统中各透镜的形状以及透镜的堆叠距离进行约束，从而保证目视系统具有合适的折反长度，有利于减小目视系统的显示器的尺寸；同时还能够减小定位系统的长度，降低目视系统和定位系统在整个虚拟现实装置中的空间占比，有助于压缩虚拟现实装置的长度，减轻虚拟现实装置的自身重量。通过对目视系统和定位系统进行设计优化，一方面对目视系统和定位系统的结构以及搭配空间合理配置，减小了整个虚拟现实装置的重量和尺寸，另一方面使得定位系统拍摄的真实场景更加合理的投射至虚拟世界中，提升了用户的体验感。
在示例性实施方式中，第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的最大视场角FOV'、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L与定位系统的最大视场角FOV可以满足：0.1<(tan(FOV'/2)×L')/(tan(FOV/2)×L)<0.5。通过控制上述条件式，能够对虚拟现实装置的整机体积的大小进行约束，并且增加光线的汇入，提升用户的沉浸感；同时还能够确保目视系统和定位系统的成像质量。
在示例性实施方式中，第一元件组的第一侧面至第四元件组的第二侧面的轴上距离TD'、第一间隔件至第三间隔件中的任意相邻两个间隔件沿第一光轴的间隔的总和∑EP'、第一镜片的物侧面至第五镜片的像侧面的轴上距离TD与第一定位件至第三定位件中的任意相邻两个定位件沿第二光轴的间隔的总和∑EP可满足：1.0<(∑EP'/TD')/(∑EP/TD)<2.5。通过控制上述条件式，能够对目视系统和定位系统的本体长度进行约束，使得目视系统和定位系统的外形比例合理、透镜和/或镜片与镜筒结构合理，进而实现虚拟现实装置的小型化、轻便化。
在示例性实施方式中，第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、目视系统的入瞳直径EPD'、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与定位系统的入瞳直径EPD可以满足：5.0<((d0s'-d0m')×EPD')/((d0s-d0m)×EPD)<17.0。通过控制上述条件式，能够使得目视系统和定位系统具有合理的整体直径以及入瞳直径，并避免虚拟现实装置成像时出现杂光干涉的问题，提高虚拟现实装置的成像质量。
在示例性实施方式中，第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'与目视系统的总有效焦距f'可以满足：1.5<d0m'/f'<3.0，第二镜筒的像侧端面的内径d0m与定位系统的总有效焦距f可以满足：2.0<d0m/f<3.0。通过控制上述条件式，能够对目视系统中各透镜的形状以及透镜的堆叠距离进行约束，保证目视系统具有合适的折反长度，有利于减小目视系统的显示器的尺寸；同时还能够降低目视系统、定位系统在与各自光轴垂直的方向上的宽度，有助于压缩虚拟现实装置的宽度，减轻虚拟现实装置的自身重量。
在示例性实施方式中，第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'、第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的总有效焦距f'、第三定位件和第二镜筒的像侧端面沿第二光轴的间隔EP30、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L与定位系统的总有效焦距f可以满足：3.0<(L-EP30-f)/(L'-EP30'-f')<7.0。通过控制上述条件式，能够对目视系统中各透镜的形状以及透镜的堆叠距离进行约束，保证目视系统具有合适的折反长度，有利于减小目视系统的显示器的尺寸；同时还能够减小定位系统的长度，有助于压缩虚拟现实装置的长度，减轻虚拟现实装置的自身重量。
在示例性实施方式中，第一透镜的有效焦距f1'、第一透镜的阿贝数V1'、第二透镜的有效焦距f2'、第二透镜的阿贝数V2'、第一间隔件的第一侧面的内径d1s'与第一间隔件的第二侧面的内径d1m'可以满足：-4.0<(f1'+f2')/((d1s'-d1m')×(V1'-V2'))<-1.0。通过控制上述条件式，能够使得第一透镜、第二透镜具有合理的中心厚度，有利于提升这两个透镜的整体均匀性，确保这两个透镜成型，并且搭配合理的第一透镜、第二透镜的阿贝数，有利于提高目视系统的成像质量；同时还能够使光线在第一透镜和第二透镜处实现较大的折射，降低第一透镜和第二透镜位置的杂光风险，进而降低第一透镜和第二透镜对目视系统的成像质量的影响。
在示例性实施方式中，第一透镜的第二侧面的曲率半径R2'、第一间隔件的第一侧面的外径D1s'与第一镜筒的第一侧端面的外径D0s'可以满足：7.0<R2'/(D1s'-D0s')<13.0。通过控制上述条件式，能够对第一透镜的第二侧面的形状进行约束，有利于降低第一透镜的敏感度，提高目视系统的良率；同时还能够使得第一间隔件的第一侧面的外径以及第一镜筒的第一侧端面的外径处于合理范围内，提升第一透镜、第一镜筒的均匀性和可加工性。
在示例性实施方式中，第一透镜的有效焦距f1'、第二透镜的有效焦距f2'、第一间隔件的最大厚度CP1'、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔EP12'、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：-30.0<(f1'+f2')/(CP1'+EP12'+T12')<-25.0。通过控制上述条件式，能够使得第一透镜、第二透镜的机构径边厚和有效径厚度相当，有利于提升第一透镜和第二透镜的厚度均匀性，并将第一透镜和第二透镜的厚薄比控制在最佳的成型状态；同时还能够对第一间隔件的最大厚度、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔以及第一元件组和第二元件组在第一光轴上的空气间隔进行约束，有利于对目视系统的尺寸布局进行合理分配，提升目视系统的组立稳定性。
在示例性实施方式中，第一透镜的第二侧面的曲率半径R2'、第二透镜的第二侧面的曲率半径R4'、第一间隔件的第二侧面的外径D1m'与第二间隔件的第一侧面的外径D2s'可以满足：-3.0<(R2'+R4')/D1m'+(R2'-R4')/D2s'<-1.0。通过控制上述条件式，能够对第一透镜和第二透镜的第二侧面的形状进行约束，有利于降低第一透镜和第二透镜的敏感度，提高目视系统的良率；同时还能够保证第一透镜、第二透镜的均匀性和可加工性。
在示例性实施方式中，第三透镜的折射率N3'、第四透镜的折射率N4'、第三透镜的有效焦距f3'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'与第三间隔件的最大厚度CP3'可以满足：-4.0<(N3'-N4')×f3'/(EP23'+CP3')<-2.0。通过控制上述条件式，能够控制光线在经过第三透镜和第四透镜时的走向，保证第三透镜和第四透镜的可加工性；同时还能够对第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔以及第三间隔件的最大厚度进行约束，使得第三透镜与第二间隔件和第三间隔件均具有一定的承靠面积，提升目视系统的组立稳定性，此外，还可以遮挡多余的光线，防止上述位置处产生杂光。
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'、第三透镜在第一光轴上的中心厚度CT3'、第四透镜在第一光轴上的中心厚度CT4'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'与第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'可满足：-8.5<(R6'-R7')/(CT3'+CT4'+EP23'+EP30')<-4.5。通过控制上述条件式，能够对第三透镜的第二侧面和第四透镜的第一侧面的曲率半径进行约束，有利于在保证第三透镜、第四透镜的均匀性和可加工性的情况下，降低第三透镜和第四透镜的敏感度，提升目视系统的组立良率；同时还能够对第三透镜在第一光轴上的中心厚度、第四透镜在第一光轴上的中心厚度、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔以及第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔进行约束，有利于压缩目视系统的整体尺寸，并实现虚拟现实装置的小型化。
在示例性实施方式中，第三透镜的第一侧面的曲率半径R5'、第三透镜的阿贝数V3'、第四透镜的阿贝数V4'、第三间隔件的第二侧面的内径d3m'与第三间隔件的第二侧面的外径D3m'可以满足：0<R5'/((V3'+V4')×(d3m'+D3m'))<10.0。通过控制上述条件式，能够对第三透镜的第一侧面的曲率半径进行约束，使得光线在第三透镜处实现较大的折射，有利于减小第三透镜的直径，并且搭配合理的第三间隔件的第二侧面的内外径，有利于降低第三透镜所在位置对目视系统的外形尺寸的影响，保证目视系统的尺寸尽可能小；同时还能够对第三透镜和第四透镜的阿贝数进行合理分配，降低第三透镜和第四透镜的色散，并提高目视系统的成像质量。
在示例性实施方式中，第一镜片的物侧面至第五镜片的像侧面的轴上距离TD、第二镜筒的物侧端面的外径D0s与第二镜筒的像侧端面的外径D0m可以满足：1.0<TD/(D0s-D0m)<2.5。通过控制上述条件式，能够使得定位系统的外形比例合理，并且使得镜片与第二镜筒结构更加合理，有利于实现虚拟现实装置的小型化。
在示例性实施方式中，第一镜片的物侧面的曲率半径R1、第一镜片的像侧面的曲率半径R2、第一镜片的折射率N1、第一定位件的物侧面的内径d1s与第一定位件的物侧面的外径D1s可以满足：1.0<(R1-R2)×N1/(D1s-d1s)<3.0。通过控制上述条件式，能够对第一镜片的物侧面和像侧面的曲率半径以及折射率进行约束，使得光线在第一镜片处实现较大的折射，有利于减小第一镜片的直径，从而保证定位系统的尺寸大小；同时还能够使得第一定位件的物侧面的内外径处于合理范围内，保证第一镜片的外径不至于过大或过小，提升第一镜片的整体均匀性，并有利于第一镜片的成型。
在示例性实施方式中，定位系统的总有效焦距f与第一镜片的有效焦距f1可以满足：-6.0<f1/f<0，定位系统的总有效焦距f与第二镜片的有效焦距f2可以满足：-6.0<f2/f<0，定位系统的总有效焦距f、第一镜片的有效焦距f1、第二镜片的有效焦距f2、第二镜筒的物侧端面和第一定位件沿第二光轴的间隔EP01与第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12满足：-3.0<(f1-f2)/EP12-f/EP01<3.5。通过控制上述条件式，能够合理分配第一镜片和第二镜片的光焦度，有利于约束光线的走向，并保证第一镜片、第二镜片的尺寸和可加工性；同时还能够对第二镜筒的物侧端面和第一定位件沿第二光轴的间隔以及第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔进行约束，使得第二镜片与第一定位件、第二定位件均具有一定的承靠面积，提升定位系统的组立稳定性，此外，还可以降低定位系统的长度以及整体尺寸。
在示例性实施方式中，第一镜片的像侧面的曲率半径R2、第一镜片的阿贝数V1、第二镜片的物侧面的曲率半径R3、第二镜片的阿贝数V2与第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12可以满足：-15.0<(V1/R2-V2/R3)×EP12<40.0。通过控制上述条件式，能够合理分配第一镜片、第二镜片和第三镜片的阿贝数，降低第一镜片、第二镜片和第三镜片对定位系统的成像质量的影响；同时还能够对第二镜片的边厚进行约束，提升第一镜片和第二镜片的整体均匀性，并有利于第一镜片和第二镜片的成型。
在示例性实施方式中，第三镜片的物侧面的曲率半径R5、第三镜片的像侧面的曲率半径R6、第二定位件的物侧面的内径d2s、第二定位件的物侧面的外径D2s、第三定位件的物侧面的内径d3s与第三定位件的物侧面的外径D3s可以满足：-6.5<(D2s+d2s)/R5+(D3s+d3s)/R6<2.5。通过控制上述条件式，能够对第三镜片的物侧面和像侧面的面型进行约束，提升第三镜片的均匀性和可加工性；同时还能够对第二定位件、第三定位件的物侧面的内外径进行约束，保证第三镜片所在位置处具有合理的径向尺寸，有利于定位系统的外形比例合理，并实现虚拟现实装置的小型化、轻便化。
在示例性实施方式中，定位系统的总有效焦距f、第四镜片和第五镜片的组合焦距f45、第四镜片的像侧面的曲率半径R8与第三定位件的像侧面的外径D3m可以满足：0<(f45-f)/(D3m-R8)<5.0。通过控制上述条件式，能够使得第四镜片和第五镜片的组合焦距处于合理范围内，有利于第四镜片、第五镜片对前端镜片所产生的像差进行平衡，保证定位系统的整体像差处于合理水平；同时还能够对第三定位件的像侧面的外径进行约束，提升第三定位件的可加工性，并保证第三定位件对第四透镜具有良好的支撑性。
根据本申请的上述实施方式的虚拟现实装置由目视系统和定位系统组成，其中，目视系统可采用多片透镜，例如上文所述的四片透镜，定位系统可采用多片镜片，例如上文所述的五片镜片。通过合理配置目视系统和定位系统的参数，能够提高虚拟现实装置的成像质量以及视觉沉浸感。并且通过上述配置的虚拟现实装置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。
在本申请的实施方式中，第一透镜至第四透镜中各透镜的表面中的至少一个为非球面表面。第一镜片至第五镜片中各镜片的表面中的至少一个为非球面表面。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像散像差的优点。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。
然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成透镜和/或镜片的数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。
本申请的第二方面提供了这样一种虚拟现实装置，其包括目视系统和定位系统。目视系统包括第一镜筒和置于第一镜筒内的光学元件组，光学元件组沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一元件组、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、第一四分之一波片和第一透镜，第二元件组包括第二四分之一波片和第二透镜，第三元件组包括第三透镜，第四元件组包括第四透镜。定位系统包括第二镜筒以及置于第二镜筒内的五片式镜片组，五片式镜片组沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片。
其中，第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'、目视系统的最大视场角FOV'、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L与定位系统的最大视场角FOV可以满足：0.1<(tan(FOV'/2)×L')/(tan(FOV/2)×L)<0.5。通过控制上述条件式，能够对虚拟现实装置的整机体积的大小进行约束，并且增加光线的汇入，提升用户的沉浸感；同时还能够确保目视系统和定位系统的成像质量。
本申请的第三方面提供了这样一种虚拟现实装置，其包括目视系统和定位系统。目视系统包括第一镜筒和置于第一镜筒内的光学元件组，光学元件组沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一元件组、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、第一四分之一波片和第一透镜，第二元件组包括第二四分之一波片和第二透镜，第三元件组包括第三透镜，第四元件组包括第四透镜。定位系统包括第二镜筒以及置于第二镜筒内的五片式镜片组，五片式镜片组沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片。
其中，第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、目视系统的入瞳直径EPD'、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与定位系统的入瞳直径EPD可以满足：5.0<((d0s'-d0m')×EPD')/((d0s-d0m)×EPD)<17.0。通过控制上述条件式，能够使得目视系统和定位系统具有合理的整体直径以及入瞳直径，并避免虚拟现实装置成像时出现杂光干涉的问题，提高虚拟现实装置的成像质量。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的目视系统的具体实施例。
实施例一
以下参照图6描述根据本申请实施例一的目视系统。
如图6所示，目视系统100包括第一镜筒P0'以及置于第一镜筒P0'内的光学元件组和间隔件组。光学元件组包括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、第一四分之一波片QWP1和第一透镜E1'，在其他示例中，第一元件组还包括部分反射层BS(未示出)。第二元件组包括第二四分之一波片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'。间隔件组包括第一间隔件P1'、第二间隔件P2'和第三间隔件P3'。在本实施例中，第一侧指的是人眼侧，第二侧指的是显示器侧。各元件(第一透镜E1'、第二透镜E2'、第三透镜E3'、第四透镜E4'、反射式偏光元件RP、第一四分之一波片QWP1和第二四分之一波片QWP2)的第一侧面均被称作近人眼侧面，第二侧面均被称作近显示器侧面。
第一透镜E1'具有正光焦度，其近人眼侧面S3为平面，近显示器侧面S4为凸面并且贴附有部分反射层BS。反射式偏光元件RP具有近人眼侧面S1和近显示器侧面，第一四分之一波片QWP1具有近人眼侧面S2和近显示器侧面，反射式偏光元件RP的近显示器侧面贴附于第一四分之一波片QWP1的近人眼侧面S2，第一四分之一波片QWP1的近显示器侧面贴附于第一透镜E1'的近人眼侧面S3。第二透镜E2'具有负光焦度，其近人眼侧面S6为平面，近显示器侧面S7为凹面。第二四分之一波片QWP2具有近人眼侧面S5和近显示器侧面，其近显示器侧面贴附于第二透镜E2的近人眼侧面S6。第三透镜E3'具有正光焦度，其近人眼侧面S8为凸面，近显示器侧面S9为凸面。第四透镜E4'具有正光焦度，其近人眼侧面S10为凸面，近显示器侧面S11为凸面。
在本示例中，目视系统100的第二侧可设置有影像面S14，影像面S14可例如设置有第五元件组，第五元件组可包括显示器和第三四分之一波片QWP3，第三四分之一波片QWP3具有近人眼侧面S12和近显示器侧面，其近显示器侧面贴附于显示器的近人眼侧面S13。来自显示器的图像光依序穿过第四透镜E4'、第三透镜E3'、第二透镜E2'、第二四分之一波片QWP2、第一透镜E1'、第一四分之一波片QWP1并到达反射式偏光元件RP后，在反射式偏光元件RP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片QWP1、第一透镜E1'并到达部分反射层BS后，在部分反射层BS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'、第一四分之一波片QWP1、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，该目视系统100经两次反射后的光线最终投射至使用者的眼中。
表1示出了实施例一的目视系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。来自显示器的图像光按照序号20至序号2的顺序经过各元件并最终投射至人眼中。
表1
在本实施例中，第一透镜的有效焦距f1'的取值为12.85mm，第二透镜的有效焦距f2'的取值为-189.57mm，第三透镜的有效焦距f3'的取值为69.02mm，第四透镜的有效焦距f4'的取值为13.72mm，目视系统的总有效焦距f'的取值为11.42mm，目视系统的最大视场角FOV'的取值为86.0°，目视系统的入瞳直径EPD'的取值为4.00mm。
在本实施例中，第一透镜E1'的近显示器侧面S4、第二透镜E2'的近显示器侧面S7、第三透镜E3'的近人眼侧面S8和近显示器侧面S9、第四透镜E4'的近人眼侧面S10和近显示器侧面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：
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、A10、A12、A14、A16、A18、A20、A22、A24、A26、A28和A30。
表2
实施例二
以下参照图7描述根据本申请实施例二的目视系统。
如图7所示，目视系统100包括第一镜筒P0'以及置于第一镜筒P0'内的光学元件组和间隔件组。光学元件组包括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、第一四分之一波片QWP1和第一透镜E1'，在其他示例中，第一元件组还包括部分反射层BS(未示出)。第二元件组包括第二四分之一波片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'。间隔件组包括第一间隔件P1'、第二间隔件P2'和第三间隔件P3'。
本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，本实施例的目视系统的基本参数表与表1相同，非球面系数表与表2相同。本实施例与实施例一的区别在于：第一镜筒P0'、第一间隔件P1'、第二间隔件P2'、第三间隔件P3'的结构尺寸不同。例如，第一间隔件的第一侧面的内径d1s'、第一间隔件的第二侧面的内径d1m'、第一间隔件的第一侧面的外径D1s'、第一间隔件的第二侧面的外径D1m'、第二间隔件的第一侧面的外径D2s'、第三间隔件的第二侧面的内径d3m'、第三间隔件的第二侧面的外径D3m'、第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、第一镜筒的第一侧端面的外径D0s'、第一间隔件的最大厚度CP1'、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔EP12'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'、第三间隔件的最大厚度CP3'、第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'以及第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'等参数不同。
实施例三
以下参照图8描述根据本申请实施例三的目视系统。
如图8所示，目视系统100包括第一镜筒P0'以及置于第一镜筒P0'内的光学元件组和间隔件组。光学元件组包括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、第一四分之一波片QWP1和第一透镜E1'，在其他示例中，第一元件组还包括部分反射层BS(未示出)。第二元件组包括第二四分之一波片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'。间隔件组包括第一间隔件P1'、第二间隔件P2'和第三间隔件P3'。
本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，本实施例的目视系统的基本参数表与表1相同，非球面系数表与表2相同。本实施例与实施例一的区别在于：第一镜筒P0'、第一间隔件P1'、第二间隔件P2'、第三间隔件P3'的结构尺寸不同。例如，第一间隔件的第一侧面的内径d1s'、第一间隔件的第二侧面的内径d1m'、第一间隔件的第一侧面的外径D1s'、第一间隔件的第二侧面的外径D1m'、第二间隔件的第一侧面的外径D2s'、第三间隔件的第二侧面的内径d3m'、第三间隔件的第二侧面的外径D3m'、第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、第一镜筒的第一侧端面的外径D0s'、第一间隔件的最大厚度CP1'、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔EP12'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'、第三间隔件的最大厚度CP3'、第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'以及第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'等参数不同。
表3给出了实施例一至三的第一镜筒P0'、第一间隔件P1'、第二间隔件P2'、第三间隔件P3'的一些基本参数，如d1s'、d1m'、D1s'、D1m'、D2s'、d3m'、D3m'、d0s'、d0m'、D0s'、CP1'、EP12'、EP23'、CP3'、EP30'和L'等，表3所列出的部分基本参数按照图4所示的标注方法来测量得到，并且表3所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
实施例/参数 d1s' d1m' D1s' D1m' D2s' d3m' D3m' d0s'
一 26.3728 25.1838 30.472 30.5863 30.6000 23.4138 29.0081 33.3898
二 26.3728 25.1838 30.4845 30.5863 30.6000 21.0436 29.0081 33.3898
三 26.1996 24.3838 29.672 29.7863 29.8000 21.0436 29.0081 32.5898
实施例/参数 d0m' D0s' CP1' EP12' EP23' CP3' L' EP30'
一 21.8253 36.1993 2.254 4.3455 2.8584 0.0330 15.4985 3.1785
二 21.8252 35.9993 2.254 4.3785 2.8284 0.0330 15.5267 3.1785
三 21.8252 35.1993 2.254 4.5765 2.6214 0.0330 15.4985 3.1785
表3
图9A示出了实施例一、二、三的目视系统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9B示出了实施例一、二、三的目视系统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9C示出了实施例一、二、三的目视系统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9A至图9C可知，实施例一、二、三所给出的目视系统100能够实现良好的成像质量。
实施例四
以下参照图10描述根据本申请实施例四的目视系统。
如图10所示，目视系统100包括第一镜筒P0'以及置于第一镜筒P0'内的光学元件组和间隔件组。光学元件组包括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、第一四分之一波片QWP1和第一透镜E1'，在其他示例中，第一元件组还包括部分反射层BS(未示出)。第二元件组包括第二四分之一波片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'。间隔件组包括第一间隔件P1'、第二间隔件P2'和第三间隔件P3'。在本实施例中，第一侧指的是人眼侧，第二侧指的是显示器侧。各元件(第一透镜E1'、第二透镜E2'、第三透镜E3'、第四透镜E4'、反射式偏光元件RP、第一四分之一波片QWP1和第二四分之一波片QWP2)的第一侧面均被称作近人眼侧面，第二侧面均被称作近显示器侧面。
第一透镜E1'具有正光焦度，其近人眼侧面S3为平面，近显示器侧面S4为凸面并且贴附有部分反射层BS。反射式偏光元件RP具有近人眼侧面S1和近显示器侧面，第一四分之一波片QWP1具有近人眼侧面S2和近显示器侧面，反射式偏光元件RP的近显示器侧面贴附于第一四分之一波片QWP1的近人眼侧面S2，第一四分之一波片QWP1的近显示器侧面贴附于第一透镜E1'的近人眼侧面S3。第二透镜E2'具有负光焦度，其近人眼侧面S6为平面，近显示器侧面S7为凹面。第二四分之一波片QWP2具有近人眼侧面S5和近显示器侧面，其近显示器侧面贴附于第二透镜E2的近人眼侧面S6。第三透镜E3'具有正光焦度，其近人眼侧面S8为凸面，近显示器侧面S9为凸面。第四透镜E4'具有正光焦度，其近人眼侧面S10为凸面，近显示器侧面S11为凸面。
在本示例中，目视系统100的第二侧可设置有影像面S14，影像面S14可例如设置有第五元件组，第五元件组可包括显示器和第三四分之一波片QWP3，第三四分之一波片QWP3具有近人眼侧面S12和近显示器侧面，其近显示器侧面贴附于显示器的近人眼侧面S13。来自显示器的图像光依序穿过第四透镜E4'、第三透镜E3'、第二透镜E2'、第二四分之一波片QWP2、第一透镜E1'、第一四分之一波片QWP1并到达反射式偏光元件RP后，在反射式偏光元件RP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片QWP1、第一透镜E1'并到达部分反射层BS后，在部分反射层BS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'、第一四分之一波片QWP1、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，该目视系统100经两次反射后的光线最终投射至使用者的眼中。
表4示出了实施例四的目视系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。来自显示器的图像光按照序号20至序号2的顺序经过各元件并最终投射至人眼中。
表4
在本实施例中，第一透镜的有效焦距f1'的取值为12.20mm，第二透镜的有效焦距f2'的取值为-192.23mm，第三透镜的有效焦距f3'的取值为43.35mm，第四透镜的有效焦距f4'的取值为17.10mm，目视系统的总有效焦距f'的取值为11.17mm，目视系统的最大视场角FOV'的取值为110.0°，目视系统的入瞳直径EPD'的取值为4.00mm。
在本实施例中，第一透镜E1'的近显示器侧面S4、第二透镜E2'的近显示器侧面S7、第三透镜E3'的近人眼侧面S8和近显示器侧面S9、第四透镜E4'的近人眼侧面S10和近显示器侧面S11均为非球面。表5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、A10、A12、A14、A16、A18、A20、A22、A24、A26、A28和A30。
表5
实施例五
以下参照图11描述根据本申请实施例五的目视系统。
如图11所示，目视系统100包括第一镜筒P0'以及置于第一镜筒P0'内的光学元件组和间隔件组。光学元件组包括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、第一四分之一波片QWP1和第一透镜E1'，在其他示例中，第一元件组还包括部分反射层BS(未示出)。第二元件组包括第二四分之一波片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'。间隔件组包括第一间隔件P1'、第二间隔件P2'和第三间隔件P3'。
本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，本实施例的目视系统的基本参数表与表4相同，非球面系数表与表5相同。本实施例与实施例四的区别在于：第一镜筒P0'、第一间隔件P1'、第二间隔件P2'、第三间隔件P3'的结构尺寸不同。例如，第一间隔件的第一侧面的内径d1s'、第一间隔件的第二侧面的内径d1m'、第一间隔件的第一侧面的外径D1s'、第一间隔件的第二侧面的外径D1m'、第二间隔件的第一侧面的外径D2s'、第三间隔件的第二侧面的内径d3m'、第三间隔件的第二侧面的外径D3m'、第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、第一镜筒的第一侧端面的外径D0s'、第一间隔件的最大厚度CP1'、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔EP12'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'、第三间隔件的最大厚度CP3'、第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'以及第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'等参数不同。
实施例六
以下参照图12描述根据本申请实施例六的目视系统。
如图12所示，目视系统100包括第一镜筒P0'以及置于第一镜筒P0'内的光学元件组和间隔件组。光学元件组包括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、第一四分之一波片QWP1和第一透镜E1'，在其他示例中，第一元件组还包括部分反射层BS(未示出)。第二元件组包括第二四分之一波片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'。间隔件组包括第一间隔件P1'、第二间隔件P2'和第三间隔件P3'。
本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，本实施例的目视系统的基本参数表与表4相同，非球面系数表与表5相同。本实施例与实施例四的区别在于：第一镜筒P0'、第一间隔件P1'、第二间隔件P2'、第三间隔件P3'的结构尺寸不同。例如，第一间隔件的第一侧面的内径d1s'、第一间隔件的第二侧面的内径d1m'、第一间隔件的第一侧面的外径D1s'、第一间隔件的第二侧面的外径D1m'、第二间隔件的第一侧面的外径D2s'、第三间隔件的第二侧面的内径d3m'、第三间隔件的第二侧面的外径D3m'、第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、第一镜筒的第一侧端面的外径D0s'、第一间隔件的最大厚度CP1'、第一间隔件和第二间隔件沿第一光轴的间隔EP12'、第二间隔件和第三间隔件沿第一光轴的间隔EP23'、第三间隔件的最大厚度CP3'、第三间隔件和第一镜筒的第二侧端面沿第一光轴的间隔EP30'以及第一镜筒在第一光轴所在方向上的长度L'等参数不同。
表6给出了实施例四至六的第一镜筒P0'、第一间隔件P1'、第二间隔件P2'、第三间隔件P3'的一些基本参数，如d1s'、d1m'、D1s'、D1m'、D2s'、d3m'、D3m'、d0s'、d0m'、D0s'、CP1'、EP12'、EP23'、CP3'、EP30'和L'等，表6所列出的部分基本参数按照图4所示的标注方法来测量得到，并且表6所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
实施例/参数 d1s' d1m' D1s' D1m' D2s' d3m' D3m' d0s'
四 33.1898 31.3898 35.7079 33.9896 33.8720 25.6385 34.0000 37.2602
五 33.025 30.4419 35.3878 33.0417 31.6720 23.4567 31.8000 36.6600
六 33.025 30.4419 35.3878 33.0417 30.6720 23.6205 29.8000 36.2600
实施例/参数 d0m' D0s' CP1' EP12' EP23' CP3' L' EP30'
四 31.0602 38.8602 3.4447 2.498 2.4000 0.0490 14.9903 3.1000
五 24.8956 39.2697 3.4447 2.498 2.4000 0.0490 15.0903 3.2000
六 23.3304 38.8697 3.4447 2.498 2.2070 0.0490 15.1903 3.4000
表6
图13A示出了实施例四、五、六的目视系统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13B示出了实施例四、五、六的目视系统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13C示出了实施例四、五、六的目视系统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13A至图13C可知，实施例四、五、六所给出的目视系统100能够实现良好的成像质量。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的定位系统的具体实施例。
实施例七
以下参照图14描述根据本申请实施例七的定位系统。
如图14所示，定位系统200包括第二镜筒P0以及置于第二镜筒P0内的五片式镜片组和定位件组。五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。光阑STO可设置于第三镜片E3与第四镜片E4之间。定位件组包括第一定位件P1、第二定位件P2和第三定位件P3。
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，其物侧面为凸面，像侧面S9为凸面。滤光片具有物侧面S10和像侧面S11。来自物体的光依序穿过各表面S1至S11并最终成像在成像面S12上。其中，第四镜片E4可以与第五镜片E5胶合并形成胶合镜片。
表7出了实施例七的定位系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
表7
在本实施例中，定位系统的总有效焦距f的取值为1.02mm，定位系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半ImgH的取值为1.46mm，定位系统的最大视场角FOV的取值为170.01°，第一镜片的物侧面至成像面的轴上距离TTL的取值为8.80mm，定位系统的光圈数Fno的取值为1.79，第四镜片和第五镜片的组合焦距f45的取值为11.51mm。
在本实施例中，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：
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8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和A10。
面号 A4 A6 A8 A10
S3 2.2835E-02 -5.8975E-03 6.8097E-04 -4.5138E-05
S4 5.6351E-02 1.6723E-02 9.1635E-03 7.1419E-03
S5 -1.8230E-02 -8.2667E-03 0.0000E+00 0.0000E+00
S6 4.5017E-02 -2.6831E-02 1.8444E-02 -4.8286E-03
S7 8.7096E-02 -2.7514E-01 1.9508E-01 -8.8720E-02
S8 8.9480E-01 -1.2767E+00 7.7901E-01 -1.9428E-01
S9 -4.9922E-02 1.9019E-02 -1.6599E-02 6.0651E-03
表8
实施例八
以下参照图15描述根据本申请实施例八的定位系统。
如图15所示，定位系统200包括第二镜筒P0以及置于第二镜筒P0内的五片式镜片组和定位件组。五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。光阑STO可设置于第三镜片E3与第四镜片E4之间。定位件组包括第一定位件P1、第二定位件P2和第三定位件P3。
本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，本实施例的定位系统的基本参数表与表7相同，非球面系数表与表8相同。本实施例与实施例七的区别在于：第二镜筒P0、第一定位件P1、第二定位件P2、第三定位件P3的结构尺寸不同。例如，第一定位件的物侧面的内径d1s、第一定位件的物侧面的外径D1s、第二定位件的物侧面的内径d2s、第二定位件的物侧面的外径D2s、第三定位件的物侧面的内径d3s、第三定位件的物侧面的外径D3s、第三定位件的像侧面的外径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、第二镜筒的像侧端面的外径D0m、第二镜筒的物侧端面和第一定位件沿第二光轴的间隔EP01、第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12、第三定位件和第二镜筒的像侧端面沿第二光轴的间隔EP30、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L以及第一定位件至第三定位件中的任意相邻两个定位件沿第二光轴的间隔的总和∑EP等参数不同。
表9给出了实施例七和八的第二镜筒P0、第一定位件P1、第二定位件P2、第三定位件P3的一些基本参数，如d1s、D1s、d2s、D2s、d3s、D3s、D3m、d0s、d0m、D0s、D0m、EP01、EP12、EP30、L和∑EP等，表9所列出的部分基本参数按照图5所示的标注方法来测量得到，并且表9所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
表9
图16A示出了实施例七、八的定位系统200的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由定位系统200后的会聚焦点偏离。图16B示出了实施例七、八的定位系统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16C示出了实施例七、八的定位系统200的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图16A至图16C可知，实施例七、八所给出的定位系统200能够实现良好的成像质量。
实施例九
以下参照图17描述根据本申请实施例九的定位系统。
如图17所示，定位系统200包括第二镜筒P0以及置于第二镜筒P0内的五片式镜片组和定位件组。五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。光阑STO可设置于第三镜片E3与第四镜片E4之间。定位件组包括第一定位件P1、第二定位件P2和第三定位件P3。
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，其物侧面为凹面，像侧面S9为凸面。滤光片具有物侧面S10和像侧面S11。来自物体的光依序穿过各表面S1至S11并最终成像在成像面S12上。其中，第四镜片E4可以与第五镜片E5胶合并形成胶合镜片。
表10出了实施例九的定位系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
表10
在本实施例中，定位系统的总有效焦距f的取值为1.07mm，定位系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半ImgH的取值为1.50mm，定位系统的最大视场角FOV的取值为166.51°，第一镜片的物侧面至成像面的轴上距离TTL的取值为9.20mm，定位系统的光圈数Fno的取值为1.79，第四镜片和第五镜片的组合焦距f45的取值为2.14mm。
在本实施例中，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。表11出了可用于实施例九中各非球面镜面S3-S9的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14和A16。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S3 5.5132E-03 -9.0433E-04 6.8767E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S4 4.2577E-02 7.6780E-03 1.0757E-02 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
S5 1.0388E-01 -1.0828E-01 3.8104E-01 -7.3865E-01 8.2268E-01 -4.6470E-01 1.0692E-01
S6 -9.1412E-02 3.9774E-01 -6.7085E-01 7.2085E-01 -4.5791E-01 2.0142E-01 -4.3267E-02
S7 -2.4254E-01 5.4760E-01 -1.1727E+00 1.5443E+00 -1.2687E+00 5.8042E-01 -1.1630E-01
S8 -9.7722E-01 1.6589E+00 -1.0955E+00 7.8408E-01 -4.0344E-01 -7.5358E-02 1.4181E-01
S9 -7.5589E-02 2.9097E-01 -2.8420E-01 4.6404E-01 -6.0970E-01 4.5522E-01 -1.3052E-01
表11
实施例十
以下参照图18描述根据本申请实施例十的定位系统。
如图18所示，定位系统200包括第二镜筒P0以及置于第二镜筒P0内的五片式镜片组和定位件组。五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。光阑STO可设置于第三镜片E3与第四镜片E4之间。定位件组包括第一定位件P1、第二定位件P2和第三定位件P3。
本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，本实施例的定位系统的基本参数表与表10相同，非球面系数表与表11相同。本实施例与实施例九的区别在于：第二镜筒P0、第一定位件P1、第二定位件P2、第三定位件P3的结构尺寸不同。例如，第一定位件的物侧面的内径d1s、第一定位件的物侧面的外径D1s、第二定位件的物侧面的内径d2s、第二定位件的物侧面的外径D2s、第三定位件的物侧面的内径d3s、第三定位件的物侧面的外径D3s、第三定位件的像侧面的外径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、第二镜筒的像侧端面的外径D0m、第二镜筒的物侧端面和第一定位件沿第二光轴的间隔EP01、第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12、第三定位件和第二镜筒的像侧端面沿第二光轴的间隔EP30、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L以及第一定位件至第三定位件中的任意相邻两个定位件沿第二光轴的间隔的总和∑EP等参数不同。
表12给出了实施例九和十的第二镜筒P0、第一定位件P1、第二定位件P2、第三定位件P3的一些基本参数，如d1s、D1s、d2s、D2s、d3s、D3s、D3m、d0s、d0m、D0s、D0m、EP01、EP12、EP30、L和∑EP等，表12所列出的部分基本参数按照图5所示的标注方法来测量得到，并且表12所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
实施例/参数 d1s D1s d2s D2s d3s D3s D3m d0s
九 4.4176 9.0000 2.5400 4.2388 2.3113 4.0160 4.0160 9.0000
十 4.4168 9.0000 2.5400 4.8191 2.3113 4.2000 4.2000 9.4900
实施例/参数 d0m D0s D0m EP01 EP12 L EP30 ∑EP
九 2.4405 10.7458 4.5425 1.2396 1.7697 6.9508 2.3312 2.4184
十 2.4405 10.5400 4.5425 1.2396 1.7697 6.9500 2.3312 2.4184
表12
图19A示出了实施例九、十的定位系统200的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由定位系统200后的会聚焦点偏离。图19B示出了实施例九、十的定位系统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19C示出了实施例九、十的定位系统200的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图19A至图19C可知，实施例九、十所给出的定位系统200能够实现良好的成像质量。
实施例十一
以下参照图20描述根据本申请实施例十一的定位系统。
如图20所示，定位系统200包括第二镜筒P0以及置于第二镜筒P0内的五片式镜片组和定位件组。五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。光阑STO可设置于第三镜片E3与第四镜片E4之间。定位件组包括第一定位件P1、第二定位件P2和第三定位件P3。
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为凹面，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，其物侧面为凸面，像侧面S9为凸面。滤光片具有物侧面S10和像侧面S11。来自物体的光依序穿过各表面S1至S11并最终成像在成像面S12上。其中，第四镜片E4可以与第五镜片E5胶合并形成胶合镜片。
表13出了实施例十一的定位系统的基本参数表，其中，曲率半径、厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
表13
在本实施例中，定位系统的总有效焦距f的取值为1.16mm，定位系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半ImgH的取值为1.44mm，定位系统的最大视场角FOV的取值为170.14°，第一镜片的物侧面至成像面的轴上距离TTL的取值为8.54mm，定位系统的光圈数Fno的取值为2.23，第四镜片和第五镜片的组合焦距f45的取值为2.30mm。
在本实施例中，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。表14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、A10、A12、A14和A16。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S3 -1.4988E-01 -3.4651E-01 4.2843E-01 -3.1818E-01 2.2939E-01 -1.2734E-01 2.7679E-02
S4 -2.3320E-01 -3.5119E-01 -1.5219E+00 8.9955E+00 -2.0106E+01 2.1715E+01 -9.2567E+00
S5 4.2405E-02 -1.3906E-01 1.4925E-01 -9.9117E-03 7.9512E-02 -1.1613E-01 6.5487E-02
S6 -7.9369E-02 -2.8792E-02 7.0347E-02 -6.5074E-02 8.0555E-14 -6.0224E-18 1.2971E-19
S7 -6.8316E-02 3.0303E-02 -8.3753E-02 7.2499E-02 -2.0747E-15 -7.5578E-18 -3.0084E-20
S8 4.1886E-01 -8.5807E-01 1.1506E+00 -1.2658E+00 -2.6034E-01 1.7275E+00 -1.1336E+00
S9 -8.4059E-03 4.7364E-02 -1.8098E-01 5.2189E-01 -8.5377E-01 7.4396E-01 -2.5384E-01
表14
实施例十二
以下参照图21描述根据本申请实施例十二的定位系统。
如图21所示，定位系统200包括第二镜筒P0以及置于第二镜筒P0内的五片式镜片组和定位件组。五片式镜片组包括沿着第二光轴从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。光阑STO可设置于第三镜片E3与第四镜片E4之间。定位件组包括第一定位件P1、第二定位件P2和第三定位件P3。
本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，本实施例的定位系统的基本参数表与表13相同，非球面系数表与表14相同。本实施例与实施例十一的区别在于：第二镜筒P0、第一定位件P1、第二定位件P2、第三定位件P3的结构尺寸不同。例如，第一定位件的物侧面的内径d1s、第一定位件的物侧面的外径D1s、第二定位件的物侧面的内径d2s、第二定位件的物侧面的外径D2s、第三定位件的物侧面的内径d3s、第三定位件的物侧面的外径D3s、第三定位件的像侧面的外径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、第二镜筒的像侧端面的外径D0m、第二镜筒的物侧端面和第一定位件沿第二光轴的间隔EP01、第一定位件和第二定位件沿第二光轴的间隔EP12、第三定位件和第二镜筒的像侧端面沿第二光轴的间隔EP30、第二镜筒在第二光轴所在方向上的长度L以及第一定位件至第三定位件中的任意相邻两个定位件沿第二光轴的间隔的总和∑EP等参数不同。
表15给出了实施例十一和十二的第二镜筒P0、第一定位件P1、第二定位件P2、第三定位件P3的一些基本参数，如d1s、D1s、d2s、D2s、d3s、D3s、D3m、d0s、d0m、D0s、D0m、EP01、EP12、EP30、L和∑EP等，表15所列出的部分基本参数按照图5所示的标注方法来测量得到，并且表15所列出的基本参数的单位均为毫米(mm)。
实施例/参数 d1s D1s d2s D2s d3s D3s D3m d0s
十一 3.6025 8.8185 1.7725 4.7460 2.7390 3.9700 4.0302 9.2472
十二 3.6025 9.0000 1.9335 4.8000 2.7390 3.9704 4.0430 9.4448
实施例/参数 d0m D0s D0m EP01 EP12 L EP30 ∑EP
十一 2.4108 9.9867 4.7933 2.0842 0.7326 6.1789 1.8510 1.6078
十二 2.4108 10.4000 4.8000 2.0842 0.7366 6.1789 1.8510 1.5918
表15
图22A示出了实施例十一、十二的定位系统200的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由定位系统200后的会聚焦点偏离。图22B示出了实施例十一、十二的定位系统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22C示出了实施例十一、十二的定位系统200的畸变曲线，其表示不同视场角对应的畸变大小值。根据图22A至图22C可知，实施例十一、十二所给出的定位系统200能够实现良好的成像质量。
参考图1，本申请所提供的虚拟现实装置10包括上述任意一个实施例中的目视系统100和上述任意一个实施例中的定位系统200，目视系统与定位系统两两组合可以形成36个虚拟现实装置，即虚拟现实装置具有36个示例。其中，
示例1：虚拟现实装置包括实施例一的目视系统和实施例七的定位系统；
示例2：虚拟现实装置包括实施例二的目视系统和实施例七的定位系统；
示例3：虚拟现实装置包括实施例三的目视系统和实施例七的定位系统；
示例4：虚拟现实装置包括实施例四的目视系统和实施例七的定位系统；
示例5：虚拟现实装置包括实施例五的目视系统和实施例七的定位系统；
示例6：虚拟现实装置包括实施例六的目视系统和实施例七的定位系统；
示例7：虚拟现实装置包括实施例一的目视系统和实施例八的定位系统；
示例8：虚拟现实装置包括实施例二的目视系统和实施例八的定位系统；
示例9：虚拟现实装置包括实施例三的目视系统和实施例八的定位系统；
示例10：虚拟现实装置包括实施例四的目视系统和实施例八的定位系统；
示例11：虚拟现实装置包括实施例五的目视系统和实施例八的定位系统；
示例12：虚拟现实装置包括实施例六的目视系统和实施例八的定位系统；
示例13：虚拟现实装置包括实施例一的目视系统和实施例九的定位系统；
示例14：虚拟现实装置包括实施例二的目视系统和实施例九的定位系统；
示例15：虚拟现实装置包括实施例三的目视系统和实施例九的定位系统；
示例16：虚拟现实装置包括实施例四的目视系统和实施例九的定位系统；
示例17：虚拟现实装置包括实施例五的目视系统和实施例九的定位系统；
示例18：虚拟现实装置包括实施例六的目视系统和实施例九的定位系统；
示例19：虚拟现实装置包括实施例一的目视系统和实施例十的定位系统；
示例20：虚拟现实装置包括实施例二的目视系统和实施例十的定位系统；
示例21：虚拟现实装置包括实施例三的目视系统和实施例十的定位系统；
示例22：虚拟现实装置包括实施例四的目视系统和实施例十的定位系统；
示例23：虚拟现实装置包括实施例五的目视系统和实施例十的定位系统；
示例24：虚拟现实装置包括实施例六的目视系统和实施例十的定位系统；
示例25：虚拟现实装置包括实施例一的目视系统和实施例十一的定位系统；
示例26：虚拟现实装置包括实施例二的目视系统和实施例十一的定位系统；
示例27：虚拟现实装置包括实施例三的目视系统和实施例十一的定位系统；
示例28：虚拟现实装置包括实施例四的目视系统和实施例十一的定位系统；
示例29：虚拟现实装置包括实施例五的目视系统和实施例十一的定位系统；
示例30：虚拟现实装置包括实施例六的目视系统和实施例十一的定位系统；
示例31：虚拟现实装置包括实施例一的目视系统和实施例十二的定位系统；
示例32：虚拟现实装置包括实施例二的目视系统和实施例十二的定位系统；
示例33：虚拟现实装置包括实施例三的目视系统和实施例十二的定位系统；
示例34：虚拟现实装置包括实施例四的目视系统和实施例十二的定位系统；
示例35：虚拟现实装置包括实施例五的目视系统和实施例十二的定位系统；及
示例36：虚拟现实装置包括实施例六的目视系统和实施例十二的定位系统。
应当理解的是，如图1所示，本申请所提供的虚拟现实装置10还可以包括第一光学系统300和第二光学系统400，第一光学系统300的结构可与定位系统200的结构不同，第二光学系统400的结构可与定位系统200的结构相同或不同。
综上，表16示出了示例1至36中的各示例的条件式的值。
表16
以上描述仅为本申请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，本申请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。例如上述特征与本申请中公开的(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。

Claims (10)

1.虚拟现实装置，包括目视系统和定位系统，其特征在于，
所述目视系统包括第一镜筒和置于所述第一镜筒内的光学元件组，所述光学元件组沿着第一光轴从第一侧至第二侧依序包括第一元件组、第二元件组、第三元件组和第四元件组，所述第一元件组包括反射式偏光元件、第一四分之一波片和第一透镜，所述第二元件组包括第二四分之一波片和第二透镜，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；
所述定位系统包括第二镜筒以及置于所述第二镜筒内的五片式镜片组，所述五片式镜片组沿着第二光轴从物侧至像侧依序包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；以及
所述第一镜筒在所述第一光轴所在方向上的长度L'、所述目视系统的总有效焦距f'、所述第二镜筒在所述第二光轴所在方向上的长度L、所述定位系统的总有效焦距f满足：3.5<(L/f)/(L'/f')<5.5。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜筒在所述第一光轴所在方向上的长度L'、所述目视系统的最大视场角FOV'、所述第二镜筒在所述第二光轴所在方向上的长度L与所述定位系统的最大视场角FOV满足：0.1<(tan(FOV'/2)×L')/(tan(FOV/2)×L)<0.5。
3.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述目视系统还包括置于所述第一透镜的第二侧面的第一间隔件、置于所述第二透镜的第二侧面的第二间隔件以及置于所述第三透镜的第二侧面的第三间隔件，所述定位系统还包括置于所述第一镜片的像侧面的第一定位件、置于所述第二镜片的像侧面的第二定位件以及置于所述第三镜片的像侧面的第三定位件，
其中，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的轴上距离TD'、所述第一间隔件至所述第三间隔件中的任意相邻两个间隔件沿所述第一光轴的间隔的总和∑EP'、所述第一镜片的物侧面至所述第五镜片的像侧面的轴上距离TD与所述第一定位件至所述第三定位件中的任意相邻两个定位件沿所述第二光轴的间隔的总和∑EP满足：1.0<(∑EP'/TD')/(∑EP/TD)<2.5。
4.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜筒的第一侧端面的内径d0s'、所述第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'、所述目视系统的入瞳直径EPD'、所述第二镜筒的物侧端面的内径d0s、所述第二镜筒的像侧端面的内径d0m与所述定位系统的入瞳直径EPD满足：5.0<((d0s'-d0m')×EPD')/((d0s-d0m)×EPD)<17.0。
5.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜筒的第二侧端面的内径d0m'与所述目视系统的总有效焦距f'满足：1.5<d0m'/f'<3.0，所述第二镜筒的像侧端面的内径d0m与所述定位系统的总有效焦距f满足：2.0<d0m/f<3.0。
6.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述目视系统还包括置于所述第三透镜的第二侧面的第三间隔件，所述定位系统还包括置于所述第三镜片的像侧面的第三定位件，
其中，所述第三间隔件和所述第一镜筒的第二侧端面沿所述第一光轴的间隔EP30'、所述第一镜筒在所述第一光轴所在方向上的长度L'、所述目视系统的总有效焦距f'、所述第三定位件和所述第二镜筒的像侧端面沿所述第二光轴的间隔EP30、所述第二镜筒在所述第二光轴所在方向上的长度L与所述定位系统的总有效焦距f满足：3.0<(L-EP30-f)/(L'-EP30'-f')<7.0。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述目视系统还包括置于所述第一透镜的第二侧面的第一间隔件，
其中，所述第一透镜的有效焦距f1'、所述第一透镜的阿贝数V1'、所述第二透镜的有效焦距f2'、所述第二透镜的阿贝数V2'、所述第一间隔件的第一侧面的内径d1s'与所述第一间隔件的第二侧面的内径d1m'满足：-4.0<(f1'+f2')/((d1s'-d1m')×(V1'-V2'))<-1.0。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述目视系统还包括置于所述第一透镜的第二侧面的第一间隔件以及置于所述第二透镜的第二侧面的第二间隔件，
其中，所述第一透镜的第二侧面的曲率半径R2'、所述第二透镜的第二侧面的曲率半径R4'、所述第一间隔件的第二侧面的外径D1m'与所述第二间隔件的第一侧面的外径D2s'满足：-3.0<(R2'+R4')/D1m'+(R2'-R4')/D2s'<-1.0。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述第一镜片的物侧面至所述第五镜片的像侧面的轴上距离TD、所述第二镜筒的物侧端面的外径D0s与所述第二镜筒的像侧端面的外径D0m满足：1.0<TD/(D0s-D0m)<2.5。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述定位系统还包括置于所述第一镜片的像侧面的第一定位件，
其中，所述第一镜片的物侧面的曲率半径R1、所述第一镜片的像侧面的曲率半径R2、所述第一镜片的折射率N1、所述第一定位件的物侧面的内径d1s与所述第一定位件的物侧面的外径D1s满足：1.0<(R1-R2)×N1/(D1s-d1s)<3.0。
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