本實(shí)用新型涉及光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)生成的通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使其產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)使用的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了鍵盤和鼠標(biāo)的傳統(tǒng)模式，其主要利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等傳感器設(shè)備，其中，頭盔顯示中的光學(xué)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)觀感實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，而現(xiàn)有頭盔中的光學(xué)系統(tǒng)主要還是正透鏡和負(fù)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(tǒng)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(tǒng)的成像質(zhì)量不好。為解決該問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過增加透鏡的數(shù)量來改善成像的質(zhì)量，而增加透鏡個數(shù)會導(dǎo)致整個系統(tǒng)長度增加，將其安裝于頭盔內(nèi)，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(shù)量要達(dá)到縮短系統(tǒng)焦距則傳統(tǒng)透鏡中心厚度變大，且系統(tǒng)口徑和視場難以做大，無法給用戶帶來好的沉浸感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)使用傳統(tǒng)透鏡不能同時獲得高成像質(zhì)量與較短的系統(tǒng)長度以及大口徑大視場的技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括正透鏡，所述正透鏡的近眼側(cè)設(shè)置衍射光學(xué)元件。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述正透鏡的近顯示屏側(cè)設(shè)置菲涅爾透鏡。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述衍射光學(xué)元件的基底，為平面或球面或非球面或自由曲面。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述衍射光學(xué)元件的表面浮雕結(jié)構(gòu)為連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)或多階浮雕結(jié)構(gòu)或菲涅爾型結(jié)構(gòu)。

在一種優(yōu)選的實(shí)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(yōu)選的實(shí)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(yōu)選的實(shí)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(yōu)選的實(shí)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(shí)用新型一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果為：

首先，正透鏡的近眼側(cè)設(shè)置衍射光學(xué)元件，利用衍射光學(xué)元件特殊的色散特性，與常規(guī)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(zhì)量；正透鏡的近顯示屏側(cè)設(shè)置菲涅爾透鏡，可以實(shí)現(xiàn)薄型化，主要通過幾何光學(xué)的折射而發(fā)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(jìn)一步縮短焦距，而且可以減少重量，縮短整個系統(tǒng)的長度；本實(shí)用新型提供的光學(xué)系統(tǒng)可以得到消色差和消畸變的高質(zhì)量光學(xué)效果，整個光學(xué)系統(tǒng)口徑大而長度短，而且所用透鏡數(shù)量少、體積小、重量輕、成本低。

其次，本實(shí)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(dá)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(qiáng)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(shí)用新型菲涅爾透鏡與正透鏡的面積比例為1:1.2，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該比例能夠在節(jié)省菲涅爾透鏡的基礎(chǔ)上，達(dá)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(fā)生。且通過此比例進(jìn)行組裝，整體比例更加合理，結(jié)合更加緊實(shí)，使此光學(xué)系統(tǒng)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(shè)置，將會降低成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)的畸變曲線示意圖；

圖3是本實(shí)用新型一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)的光路示意圖；

圖4是本實(shí)用新型一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)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(fù)透鏡。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型的附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

根據(jù)圖1所示，說明本實(shí)用新型一種折衍混合透鏡光學(xué)系統(tǒng)的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型包括正透鏡1，正透鏡1的近眼側(cè)設(shè)置衍射光學(xué)元件，衍射光學(xué)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(zhì)量。正透鏡1的近顯示屏側(cè)設(shè)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(jìn)一步縮短焦距。其中，衍射光學(xué)元件的基底，為平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光學(xué)元件的表面浮雕結(jié)構(gòu)為連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)或多階浮雕結(jié)構(gòu)或菲涅爾型結(jié)構(gòu)，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(xué)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(jīng)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(cè)設(shè)置衍射光學(xué)元件，衍射光學(xué)元件與傳統(tǒng)折射透鏡具有相反的色散規(guī)律，因此，將正透鏡的近眼側(cè)設(shè)置衍射光學(xué)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(zhì)量有較大提高。本實(shí)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(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括正透鏡1和負(fù)透鏡4，正透鏡1位于靠近人眼位置2的一側(cè)，負(fù)透鏡4位于靠近顯示屏3的一側(cè)。其中，正透鏡1的近眼側(cè)設(shè)置衍射光學(xué)元件，正透鏡1的近顯示屏側(cè)設(shè)置菲涅爾透鏡，其中衍射光學(xué)元件的基底為平面或球面或非球面或自由曲面，衍射光學(xué)元件的表面浮雕結(jié)構(gòu)為連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)或多階浮雕結(jié)構(gòu)或菲涅爾型結(jié)構(gòu)。菲涅爾透鏡的基底為平面或球面或非球面或自由曲面；負(fù)透鏡4為負(fù)彎月透鏡，負(fù)彎月透鏡的凹面位于近顯示屏3一側(cè)，凸面位于近正透鏡1一側(cè)，負(fù)彎月透鏡的表面為球面或非球面或自由曲面或衍射光學(xué)表面。衍射光學(xué)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(cè)設(shè)置衍射光學(xué)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(zhì)量有較大提高。本實(shí)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(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。