[发明专利]单片式超短焦距的成像透镜、制备方法和近眼穿戴式系统

权利要求书

1.一种单片式超短焦距的成像透镜，其特征在于，基于折射产生像差、低折射率，大阿贝数材料像差小、反射无像差以及平行无焦距透镜无像差的原理设置一片凹凸透镜，对凹凸透镜的两个曲面进行非球面设计和优化，得到凹面R1和凸面R2的比值为0.85≤R1/R2≤0.95，凹凸透镜开口半径D与凸面R2的比值为0.7≤D/R2≤0.85，凹凸透镜的最大厚度H与最小厚度h的比值为1.25≤H/h≤1.35，入射光线从凹面进入凹凸透镜，在凹面产生折射，在凹凸透镜内部进行反射，反射的光线在凸面折射后出射成像至目标面，其中，所述凹凸透镜为一片透镜，一面为凹面，另一面为凸面。

2.根据权利要求1所述的一种单片式超短焦距的成像透镜，其特征在于，所述凹面和凸面均镀有功能性光学膜层。

3.根据权利要求2所述的一种单片式超短焦距的成像透镜，其特征在于，所述光学膜层包含半反半透膜、偏振膜、全息或衍射膜。

4.根据权利要求2或3所述的一种单片式超短焦距的成像透镜，其特征在于，所述凹面和凸面镀有不同的光学膜层，入射光线经折射后在凹凸透镜内部产生一次或多次反射。

5.根据权利要求1所述的一种单片式超短焦距的成像透镜，其特征在于，所述凹凸透镜的折射率为1.45≤N≤1.51，阿贝数55≤d≤69。

6.一种单片式超短焦距的成像透镜制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，设定焦距数值、入射光源参数、一片凹凸透镜、成像目标面相关参数、镜头畸变设定值；

S2，基于折射产生像差、低折射率，大阿贝数材料像差小、反射无像差以及平行无焦距透镜无像差的原理，对凹凸透镜的两个曲面进行非球面设计和优化，降低凹凸透镜的折射权重，提高凹凸透镜的反射权重；

对凹凸透镜的两个曲面进行非球面设计和优化，具体包括以下步骤：设凹面的表达式为其中，c₁是凹面在中心处的曲率，k₁为非球面系数，a_i1为对凹面的面形进行修正的多项式系数，设凸面的表达式为

其中，c₂是凸面在中心处的曲率，k₂为非球面系数，a_i2为对凸面的面形进行修正的多项式系数；

S3，通过软件模拟和调整，获取凹凸透镜的最优参数范围，制备得到超短焦距的成像透镜；

步骤S3中凹凸透镜的最优参数范围具体指的是：

凹面R1和凸面R2的比值为0.85≤R1/R2≤0.95，凹凸透镜开口半径D与凸面R2的比值为0.7≤D/R2≤0.85，凹凸透镜的最大厚度H与最小厚度h的比值为1.25≤H/h≤1.35；

对凹面和凸面的表达式输入不同参数取值，得到对应的凹面数据和凸面数据，获得凹面R1除以凸面R2比值，凹凸透镜开口半径D与凸面R2的比值，凹凸透镜的最大厚度H与最小厚度h的比值，最终得到表格形式的原始数据；

根据原始数据对应凹凸透镜的成像质量、畸变值、焦距的相关要求，从原始数据中剔除不符要求的数据，得到优化数据；

从优化数据中抽样获取200组数据，按9:1的比例分为训练数据和验证数据，根据训练数据建立凹凸透镜的智能模型，输出凹凸透镜的调整方案，验证数据输入智能模型，对智能模型进行验证；

在制备超短焦距的成像透镜的过程中，用户输入成像质量、畸变值、焦距的相关参数取值，获得若干成像透镜的各项参数方案。

7.根据权利要求6所述的一种单片式超短焦距的成像透镜制备方法，其特征在于，所述凹凸透镜的凹面和凸面均镀有光学膜层，所述光学膜层包含半反半透膜、偏振膜、全息或衍射膜。

8.根据权利要求6所述的一种单片式超短焦距的成像透镜制备方法，其特征在于，所述凹凸透镜的折射率为1.45≤N≤1.51，阿贝数55≤d≤69。

9.一种近眼穿戴式系统，其特征在于，包括权利要求1所述的一种单片式超短焦距的成像透镜和显示屏，单片式超短焦距的成像透镜与显示屏的中心线重合，在单片式超短焦距的成像透镜设置凹面中心截止镀膜区，凹面中心截止镀膜区的形状与所述显示屏的形状为共轭关系，所述凹面中心截止镀膜区设置有阈值K，0.1K0.25。