[發(fā)明專利]一種虛擬現(xiàn)實設備及虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610871477.6
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106324838B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 呂博;劉偉奇;姜珊
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本申請?zhí)峁┮环N虛擬現(xiàn)實設備和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實設備包括同軸設置的顯示屏、具有正折射能力的透鏡組和出瞳，顯示屏為曲面屏，顯示屏上的圖像經(jīng)過透鏡組成像在出瞳位置；透鏡組從出瞳到顯示屏依次包括同軸設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，第一透鏡與第二透鏡均為正透鏡，第三透鏡為負透鏡；其中，第一透鏡的兩個光學面均為非球面；第二透鏡遠離顯示屏的光學面為非球面；第三透鏡遠離顯示屏的光學面為非球面。采用非球面結構后，可以減少球面透鏡的使用，進而使得VR設備結構更加簡單，能夠實現(xiàn)輕量化；曲面顯示屏能夠提供更多的像素，同時，與透鏡組組合，更有利于虛擬現(xiàn)實設備的小型化和輕量化。

技術領域

本發(fā)明涉及光學系統(tǒng)設計技術領域，特別涉及一種虛擬現(xiàn)實設備及虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

背景技術

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)技術是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網(wǎng)絡技術等多種技術的集合，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中，從而達到虛擬現(xiàn)實的目的。

目前，在VR穿戴設備設計時，得到大視場、高透過率和高性能的光學系統(tǒng)是VR穿戴設備光學設計時必須考慮的關鍵設計點。為了達到上述目的，需要對光學放大模組結構進行優(yōu)化設計。而現(xiàn)有的光學放大模組結構沒有進行優(yōu)化設計，因此無法保證在整個范圍內(nèi)均能實現(xiàn)上述目的，即無法保證給用戶帶來良好的體驗感。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種虛擬現(xiàn)實設備及虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，以提高VR穿戴設備的視場角、透過率和成像質量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種虛擬現(xiàn)實設備，包括同軸設置的顯示屏、具有正折射能力的透鏡組和出瞳，所述顯示屏為曲面屏，所述曲面屏的開口朝向所述透鏡組，所述顯示屏上的圖像經(jīng)過所述透鏡組成像在所述出瞳位置；

所述透鏡組從所述出瞳到所述顯示屏依次包括同軸設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡與所述第二透鏡均為正透鏡，所述第三透鏡為負透鏡；

其中，所述第一透鏡的兩個光學面均為非球面；所述第二透鏡遠離所述顯示屏的光學面為非球面，靠近所述顯示屏的光學面為球面；所述第三透鏡遠離所述顯示屏的光學面為非球面，靠近所述顯示屏的光學面為球面。

優(yōu)選地，所述透鏡組的系統(tǒng)焦距為30.07mm。

優(yōu)選地，所述非球面的面型表達式為：

其中，c為頂點曲率，r為透鏡表面點到光軸投影高度，K為圓錐常數(shù)，為旋轉對稱高次項系數(shù)，N為正整數(shù)。

優(yōu)選地，所述第一透鏡為凹凸透鏡，所述第一透鏡遠離所述顯示屏的凹面為10次非球面，所述第一透鏡靠近所述顯示屏的凸面為8次非球面；

所述第二透鏡為雙凸透鏡，所述第二透鏡遠離所述顯示屏的凸面為8次非球面，所述第二透鏡靠近所述顯示屏的凸面為球面；

所述第三透鏡為雙凹透鏡，所述第三透鏡遠離所述顯示屏的凹面為8次非球面；所述第三透鏡靠近所述顯示屏的凹面為球面。

優(yōu)選地，所述第一透鏡與所述第二透鏡的材質相同，且與所述第三透鏡的材質不同。

優(yōu)選地，所述第一透鏡遠離所述顯示屏的表面與所述顯示屏之間的距離小于77mm。

優(yōu)選地，所述顯示屏為球面屏。

優(yōu)選地，所述出瞳直徑為10mm。

優(yōu)選地，所述虛擬現(xiàn)實設備為虛擬現(xiàn)實眼鏡或虛擬現(xiàn)實頭盔。

本發(fā)明還提供一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，包括上面所述的虛擬現(xiàn)實設備。