[發明專利]一種菲涅爾透鏡及虛擬現實裝置

有效

• 申請號: 201611239469.6
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106772717B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 陳貴喜;左惟涵;郭福忠;宋磊
• 申請（專利權）人: 深圳超多維科技有限公司
• 主分類號: G02B3/08
• 分類號: G02B3/08;G02B27/01
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

本發明公開了一種菲涅爾透鏡及虛擬現實裝置，用以在滿足短焦的前提下，減小菲涅爾透鏡的尺寸。本發明的菲涅爾透鏡包括基面和覆蓋基面的菲涅爾面，菲涅爾面上設有多個依次連接的鋸齒同心環，菲涅爾面的焦距大于30mm，以使菲涅爾透鏡的焦距小于30mm。通過設置菲涅爾面的焦距大于30mm，盡量減小基面的焦距，即增加基面的光焦度，進而將菲涅爾透鏡的整體焦距減小在30mm以內。由于菲涅爾面在短焦下依然可以做得很薄，菲涅爾透鏡的整體厚度變薄，實現了菲涅爾透鏡同時具備短焦和小尺寸。基于此，菲涅爾透鏡應用在虛擬現實裝置中，以實現虛擬現實裝置的輕薄化。

技術領域

本發明實施例涉及虛擬現實成像光學技術領域，尤其涉及一種菲涅爾透鏡及虛擬現實裝置。

背景技術

近年來，虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)技術是一種基于計算機生成的信息交互，具有一定沉浸感的視覺虛擬環境，人眼通過透鏡觀察屏幕，由于左右眼所看到的圖像視場不一致，從而可以看到立體圖像。

VR設備的原理是將顯示器產生的近處影像通過光學系統拉到遠處放大，近乎充滿人的視野范圍，從而產生沉浸感。由于人眼的視野范圍非常的寬，所以為了保證足夠視角，由y＝f*tan(w/2)(其中y是物高，w為視角，f為焦距)可知，在物高y(屏幕大小)不變的情況下，采用的整套光學系統的組合焦距一定要足夠小，才能保證視角足夠大，同時若要保證視角足夠大，還要保證透鏡的尺寸足夠大，但是透鏡的尺寸太大會增加佩戴者負擔。在虛擬現實設備中，焦距、視場、透鏡厚度之間存在一定的制約關系，單一透鏡同時滿足大視場、短焦距、薄透鏡厚度是非常困難的。

為了保證VR設備使用的舒適度，該設備的重量必須足夠輕便，同時顯示圖像的質量也必須足夠高，不能有過大的像差產生，同時為了保證沉浸感，VR的視角必須保證在80°以上。目前市面上主要的解決方案是采用單片非球面透鏡，但是為了保證圖像的質量，非球面透鏡的焦距不能過小，普遍要大于35mm，這就導致了整個顯示設備無論橫向還是縱向的尺寸都比較大，并且鏡片的厚度也很厚。

綜上，現有VR透鏡在保證大視角時，VR透鏡的尺寸較大，不利于VR設備的輕薄化。

發明內容

本發明提供一種菲涅爾透鏡及虛擬現實裝置，用以解決現有技術中存在的VR透鏡在保證大視角時，VR透鏡的尺寸較大，不利于VR設備的輕薄化的問題。

本發明實施例提供一種菲涅爾透鏡，包括基面和覆蓋所述基面的菲涅爾面，所述菲涅爾面上設有多個依次連接的鋸齒同心環，所述菲涅爾面的焦距大于30mm，以使所述菲涅爾透鏡的焦距小于30mm。

可選的，所述基面的光焦度滿足以下關系式：

其中，Φ為所述菲涅爾透鏡的光焦度，f為所述菲涅爾透鏡的焦距，n'為所述菲涅爾透鏡的折射率，n為空氣折射率，n₂'為所述菲涅爾面的折射率，D為所述菲涅爾透鏡的有效口徑。

可選的，所述菲涅爾透鏡的有效口徑D≥22mm。

可選的，所述多個鋸齒同心環的徑向環間距不相等，所述多個鋸齒同心環包括位于所述菲涅爾面中心的第1環，以及與所述第1環同心設置并依次向外設置的第2環、第3環、……第G環，其中G為正整數，且G≥4。

可選的，當G＝4時，所述第1環的外徑不小于4.2mm，所述第2環的外徑不小于6.4mm，所述第3環的外徑不小于7.8mm，所述第4環的外徑不小于13.9mm。

可選的，當G＝4時，所述第1環的視角為0～20°，所述第2環的視角為20～30°，所述第3環的視角為30～36°，所述第4環的視角為36～60°。

可選的，所述第3環與所述第4環之間的環形區域設置有多個子環，所述多個子環與所述第3環同心。

可選的，所述菲涅爾透鏡的中心厚度為3～7mm。