[實用新型]一種單片式寬波段消色差折衍混合消色差透鏡及VR眼鏡

有效

• 申請號: 201821998440.0
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN208999587U
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 許峰;陳昱杰;鄭鵬磊;陳旭;胡正文;邢春蕾
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B3/04
• 分類號: G02B3/04;G02B3/08;G02B5/18;G02B27/01;G02B27/00
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 王利斌

本實用新型屬于光學領域，為解決傳統單片式透鏡色差大，成像質量不佳的問題，提出一種單片式寬波段消色差折衍混合消色差透鏡及VR眼鏡，該單消色差透鏡包括兩個光學面，兩個光學面共光軸，其中一個光學面為高次非球面，另一個光學面為諧衍射面。由于引入諧衍射面，增加了優化變量，能夠實現RGB三個波段消色差；該消色差透鏡厚度薄，重量輕，制造成本低，將其用于VR眼鏡和手機鏡頭時，可以不需要將圖像進行預先處理而將RGB三個波段消色差，從而不會降低圖像的清晰度；還可以縮短VR眼鏡和手機鏡頭的厚度，減小其重量，有利于實現產品的輕薄化。

技術領域

本實用新型屬于光學領域，具體涉及一種消色差透鏡及其VR眼鏡。

背景技術

隨著科技的發展，可穿戴設備在人們的日常生活中越來越普及。手機作為目前應用最廣泛的一種可穿戴設備得到了科技人員的廣泛關注。手機鏡頭的長度決定著未來手機能做到多薄。目前手機鏡頭常用5片式、6片式等結構，限制了手機近一步做薄。

VR(虛擬現實技術、Virtual Reality)技術在二十世紀八十年代被提出，這是一種利用計算機硬件結構與軟件控制系統、在計算機上生成的、在三維環境中產生沉浸感的技術。隨著近年來計算機技術的發展與傳感器性能的提高，各種頭盔式虛擬現實顯示器出現在市場上，其基本由顯示屏或手機以及一對目鏡組成，人眼通過目鏡可以看到屏幕上放大的圖像，傳感器感應人頭部的變化調整左右屏幕中的圖像，使得人眼能看到立體的，具有交互性的視覺圖像。

傳統的VR眼鏡，為了矯正目鏡帶來的色差、畸變等往往采用一組鏡頭，這樣會使VR眼鏡整體過于沉重影響佩戴的舒適度。為減輕VR眼鏡的重量，目前采用的方案是單片式球面鏡、非球面鏡或者折射式菲涅爾透鏡。單片式球面鏡、非球面鏡或者折射式菲涅爾透鏡帶來的色差問題無法靠透鏡本身消除，這時需要將圖像預先進行處理，再由顯示器顯示，這會造成圖像清晰度的降低，產生眩暈感，影響觀看體驗。現有的折射式菲涅爾透鏡，不可避免地會在虛擬現實設備中引入很多的雜散光，使得用戶使用虛擬現實設備時，看到的視覺虛景圖像的邊緣是模糊的甚至出現形成拖影或鬼影，嚴重的降低了虛擬現實設備的視覺效果，影響了用戶體驗。

實用新型內容

本實用新型要解決傳統單片式透鏡色差大，成像質量不佳的問題，方案如下：

一種單片式寬波段消色差折衍混合消色差透鏡，其特征在于：所述的消色差透鏡包括第一光學面、第二光學面，第一光學面與第二光學面共光軸；其中第一光學面為高次非球面，第二光學面為諧衍射面；所述諧衍射面由基底和疊加在所述基底上的衍射微結構組成，其中所述基底包括平面、球面、非球面或者高次非球面。

優選的，上述方案基礎上：所述的衍射微結構為菲涅爾環帶，第一光學面和第二光學面滿足如下關系：

其中：f′_dif為第二光學面菲涅爾環帶的焦距，f′_ref為第一光學面的焦距，f′為所述消色差透鏡的焦距的焦距，γ_dif為菲涅爾環帶面的阿貝數，γ_ref為材料的阿貝數；R、G和B分別表示所述消色差透鏡入射光源中的紅光波段、綠光波段、藍光波段，λ_R、λ_G、λ_B分別為紅光波段、綠光波段、藍光波段的中心波長，p為諧衍射面的諧衍射參數，λ₆為諧衍射面的中心波長。

所述的第一光學面與第二光學面的光焦度之差為：

菲涅爾環帶的表面矢高方程為：

其中：n為材料的折射率；k為諧衍射表面的菲涅爾環帶序數，k＝1，2……，x_k，y_k為第k環帶內諧衍射面的基底坐標。