[实用新型]一种菲涅尔透镜及虚拟现实装置

说明书

技术领域

本实用新型实施例涉及虚拟现实成像光学技术领域，尤其涉及一种菲涅尔透镜及虚拟现实装置。

背景技术

近年来，虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术是一种基于计算机生成的信息交互，具有一定沉浸感的视觉虚拟环境，人眼通过透镜观察屏幕，由于左右眼所看到的图像视场不一致，从而可以看到立体图像。

VR设备的原理是将显示器产生的近处影像通过光学系统拉到远处放大，近乎充满人的视野范围，从而产生沉浸感。由于人眼的视野范围非常的宽，所以为了保证足够视角，由y＝f*tan(w/2)(其中y是物高，w为视角，f为焦距)可知，在物高y(屏幕大小)不变的情况下，采用的整套光学系统的组合焦距一定要足够小，才能保证视角足够大，同时若要保证视角足够大，还要保证透镜的尺寸足够大，但是透镜的尺寸太大会增加佩戴者负担。在虚拟现实设备中，焦距、视场、透镜厚度之间存在一定的制约关系，单一透镜同时满足大视场、短焦距、薄透镜厚度是非常困难的。

为了保证VR设备使用的舒适度，该设备的重量必须足够轻便，同时显示图像的质量也必须足够高，不能有过大的像差产生，同时为了保证沉浸感，VR的视角必须保证在80°以上。目前市面上主要的解决方案是采用单片非球面透镜，但是为了保证图像的质量，非球面透镜的焦距不能过小，普遍要大于35mm，这就导致了整个显示设备无论横向还是纵向的尺寸都比较大，并且镜片的厚度也很厚，不利于VR设备的轻薄化。

传统的菲涅尔透镜在很短的焦距的情况下，仍然可以做的很薄，为了实现VR的轻薄化，可将菲涅尔透镜应用在VR装置的光学系统中，但是传统的菲涅尔透镜的画面透光率低，用在VR设备时画面不清晰，眼睛轻微晃动导致画面产生剧烈拖影进而使得眩晕感较强等缺点。

综上，现有技术中存在着传统的菲涅尔透镜的成像质量较差的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种菲涅尔透镜及虚拟现实装置，用以解决传统的菲涅尔透镜的成像质量较差的技术问题。

本实用新型实施例提供一种菲涅尔透镜，包括基面和覆盖所述基面的菲涅尔面，所述基面为球面或非球面，所述菲涅尔面上设有多个依次向外设置的锯齿同心环，所述多个锯齿同心环的径向环间距不相等，其中，所述锯齿同心环包括第一表面和第二表面，所述第一表面的一端连接所述菲涅尔面，另一端连接所述第二表面，所述第二表面为弧形。

可选的，所述多个锯齿同心环包括位于所述菲涅尔面中心的第1环，以及与所述第1环同心设置并依次向外设置的第2环、第3环、……第G环，其中G为正整数，且G≥4。

可选的，当G＝4时，所述第1环的外径不小于4.2mm，所述第2环的外径不小于6.4mm，所述第3环的外径不小于7.8mm，所述第4环的外径不小于13.9mm。

可选的，当G＝4时，所述第1环的视角为0～20°，所述第2环的视角为20～30°，所述第3环的视角为30～36°，所述第4环的视角为36～60°。

可选的，所述第3环与所述第4环之间的环形区域设置有多个子环，所述多个子环与所述第3环同心。

可选的，所述第一表面与所述菲涅尔透镜的光轴所形成的锐角为0～5°。

可选的，所述菲涅尔面的焦距大于30mm，以使所述菲涅尔透镜的焦距小于30mm。

可选的，所述基面的光焦度满足以下关系式：

其中，Φ为所述菲涅尔透镜的光焦度，f为所述菲涅尔透镜的焦距，n'为所述菲涅尔透镜的折射率，n为空气折射率，n₂'为所述菲涅尔面的折射率，D为所述菲涅尔透镜的有效口径。

可选的，所述菲涅尔透镜的有效口径D≥22mm。

可选的，所述菲涅尔透镜的中心厚度为3～7mm。

可选的，所述菲涅尔透镜的边缘厚度大于或等于1.5mm。

本实用新型实施例还提供一种虚拟现实装置，包括上述任一种菲涅尔透镜。

上述实施例中，因为第二表面为菲涅尔面的成像面，如果环间距相等，边缘环带深度往往过深，并且第一表面的面积也会过大，面积越大的第一表面的光损失越大，并且会对第二表面的成像产生串扰，导致菲涅尔面的光学成像效果极差，将多个锯齿同心环做成不等间距，可以有效减小第一表面面积及边缘环带的深度对第二表面的成像串扰，进而提高了菲涅尔面的成像质量。

附图说明