一種折衍混合透鏡光學系統的制作方法

本實用新型涉及光學系統技術領域，尤其涉及一種折衍混合透鏡光學系統。

背景技術：

虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，虛擬現實系統是由計算機生成的通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使其產生身臨其境感覺的交互式虛擬環境。虛擬現實使用的設備遠遠超出了鍵盤和鼠標的傳統模式，其主要利用數字頭盔、數字手套等傳感器設備，其中，頭盔顯示中的光學系統是虛擬現實觀感實現的關鍵，而現有頭盔中的光學系統主要還是正透鏡和負透鏡的組合，為了給用戶帶來好的沉浸感，通常需要縮短系統焦距以增大視場，而縮短焦距會使色散和畸變加重，致使整個系統的成像質量不好。為解決該問題，本領域的技術人員通過增加透鏡的數量來改善成像的質量，而增加透鏡個數會導致整個系統長度增加，將其安裝于頭盔內，會使頭盔目鏡部分加長，頭盔佩戴不方便，而如果不增加透鏡數量要達到縮短系統焦距則傳統透鏡中心厚度變大，且系統口徑和視場難以做大，無法給用戶帶來好的沉浸感。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種折衍混合透鏡光學系統，解決現有技術使用傳統透鏡不能同時獲得高成像質量與較短的系統長度以及大口徑大視場的技術問題。

為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種折衍混合透鏡光學系統，包括正透鏡，所述正透鏡的近眼側設置衍射光學元件。

在一種優選的實施方式中，所述正透鏡的近顯示屏側設置菲涅爾透鏡。

在一種優選的實施方式中，所述衍射光學元件的基底，為平面或球面或非球面或自由曲面。

在一種優選的實施方式中，所述衍射光學元件的表面浮雕結構為連續浮雕結構或多階浮雕結構或菲涅爾型結構。

在一種優選的實施方式中，所述菲涅爾透鏡的基底，為平面或球面或非球面或自由曲面。

在一種優選的實施方式中，所述菲涅爾透鏡為等齒距菲涅爾透鏡，所述齒距為0.2mm-1mm。

在一種優選的實施方式中，所述菲涅爾透鏡為等齒寬菲涅爾透鏡，所述齒寬為0.2mm-1mm。

在一種優選的實施方式中，所述菲涅爾透鏡與所述正透鏡的面積比例為1:1.2。

本實用新型一種折衍混合透鏡光學系統，相對于現有技術，其有益效果為：

首先，正透鏡的近眼側設置衍射光學元件，利用衍射光學元件特殊的色散特性，與常規透鏡組成折衍混合透鏡，不僅可以減小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸變等，提高成像質量；正透鏡的近顯示屏側設置菲涅爾透鏡，可以實現薄型化，主要通過幾何光學的折射而發揮透鏡作用，在厚度方向或半徑方向等間隔的劃分。采用菲涅爾透鏡可以增大口徑而不增加正透鏡中心厚度，可以進一步縮短焦距，而且可以減少重量，縮短整個系統的長度；本實用新型提供的光學系統可以得到消色差和消畸變的高質量光學效果，整個光學系統口徑大而長度短，而且所用透鏡數量少、體積小、重量輕、成本低。

其次，本實用新型中的菲涅爾透鏡為等齒距或者等齒寬菲涅爾透鏡，等齒距或等齒寬的菲涅爾透鏡均可以達到對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用，從而增強聚光。而齒距范圍0.2mm-1mm或者齒寬范圍為0.2mm-1mm的菲涅爾透鏡聚光效果好。

最后，本實用新型菲涅爾透鏡與正透鏡的面積比例為1:1.2，經實驗驗證，該比例能夠在節省菲涅爾透鏡的基礎上，達到有效的聚光效果，減少反射入眼底的光線，減少對于眼底的刺激，避免眼部干澀情況發生。且通過此比例進行組裝，整體比例更加合理，結合更加緊實，使此光學系統具有良好的耐沖擊效果。另外由于菲涅爾透鏡價錢較高，該比例的設置，將會降低成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型一種折衍混合透鏡光學系統的光路示意圖；

圖2是本實用新型一種折衍混合透鏡光學系統的畸變曲線示意圖；

圖3是本實用新型一種折衍混合透鏡光學系統的另一種結構的光路示意圖；

圖4是本實用新型一種折衍混合透鏡光學系統的另一種結構的畸變曲線示意圖。

圖中，1.正透鏡，2.人眼位置，3.顯示屏，4.負透鏡。

具體實施方式

下面將結合本實用新型的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

根據圖1所示，說明本實用新型一種折衍混合透鏡光學系統的一種實施例的結構，本實用新型包括正透鏡1，正透鏡1的近眼側設置衍射光學元件，衍射光學元件具有特殊的色散特性，與正透鏡1組成折衍混合透鏡，不僅可以減小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸變等，提高成像質量。正透鏡1的近顯示屏側設置菲涅爾透鏡，可以增大口徑而不增加正透鏡中心厚度，可以進一步縮短焦距。其中，衍射光學元件的基底，為平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光學元件的表面浮雕結構為連續浮雕結構或多階浮雕結構或菲涅爾型結構，菲涅爾透鏡的基底，為平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光學元件采用光刻工藝加工并注塑成型。菲涅爾透鏡為等齒距或等齒寬菲涅爾透鏡，齒距、齒寬范圍均為0.2mm-1mm。菲涅爾透鏡與正透鏡的面積比例為1:1.2。

使用時，顯示屏3上的圖像經正透鏡1成像，人眼觀察到放大的虛像。由于正透鏡1的近眼側設置衍射光學元件，衍射光學元件與傳統折射透鏡具有相反的色散規律，因此，將正透鏡的近眼側設置衍射光學元件，不僅可以減小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸變等，使得成像質量有較大提高。本實用新型的畸變曲線如圖2所示，從圖中可以看出，畸變降低。

本實用新型的另一種結構如圖3所示，包括正透鏡1和負透鏡4，正透鏡1位于靠近人眼位置2的一側，負透鏡4位于靠近顯示屏3的一側。其中，正透鏡1的近眼側設置衍射光學元件，正透鏡1的近顯示屏側設置菲涅爾透鏡，其中衍射光學元件的基底為平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光學元件的表面浮雕結構為連續浮雕結構或多階浮雕結構或菲涅爾型結構。菲涅爾透鏡的基底為平面或球面或非球面或自由曲面；負透鏡4為負彎月透鏡，負彎月透鏡的凹面位于近顯示屏3一側，凸面位于近正透鏡1一側，負彎月透鏡的表面為球面或非球面或自由曲面或衍射光學表面。衍射光學元件采用光刻工藝加工并注塑成型。菲涅爾透鏡為等齒或者等齒寬距菲涅爾透鏡，齒距、齒寬均為0.2mm-1mm。菲涅爾透鏡與正透鏡1的面積比例為1:1.2。將正透鏡的近眼側設置衍射光學元件，不僅可以減小折射器件的曲率而且可以有效消除色差、畸變等，使得成像質量有較大提高。本實用新型的畸變曲線如圖4所示，從圖中可以看出，畸變降低。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。