一种虚拟现实的光学系统的利记博彩app

本申请涉及光学领域，尤其涉及一种虚拟现实的光学系统。
背景技术：
：虚拟现实(VirtualReality，VR)是一种最有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，使参与者可直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化，仿佛置身于虚拟的现实世界中，产生沉浸感、想象和实现交互性。随着虚拟现实技术在军事模拟、工业仿真、数字城市、数字娱乐及电子商务等各种领域的广泛应用，目前市场上各种虚拟现实产品层出不穷，目前有些VR设备光学系统采用折射式光学系统，镜头布局图如图1所示，包括入瞳面01、折射镜片02和显示屏03，从显示屏发出的光线需要穿过折射镜片，通过折射镜片成虚像，再被入瞳面接收，该折射式光学系统的长度整体较长，而且因为不同波长光线具有不同的折射率，光线进入折射镜片会有色散，从而带来色差的光学问题，影响画质，用户体验差。技术实现要素：本申请的目的是提供一种虚拟现实的光学系统，以解决现有技术中折射式光学系统长度整体较长及有色差影响画质的问题。根据本申请的一个方面，提供了一种虚拟现实设备的光学系统，其特征在于，包括入瞳面、反射镜和显示屏，其中，所述反射镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述入瞳面相邻，所述显示屏发出的光线经过所述反射镜的第一表面反射后，被所述入瞳面接收。进一步地，上述光学系统中，所述第二表面上涂有基底材料。进一步地，上述光学系统中，所述第一表面上涂有反射膜。进一步地，上述光学系统中，所述反射镜的轴线与入瞳面的光轴夹角大于等于45度，所述显示屏安装于所述反射镜的竖直方向上且与所述反射镜的轴线的夹角大于等于20度。进一步地，上述光学系统中，所述入瞳面的水平视场角为100度且垂直视场角为40度。进一步地，上述光学系统中，所述入瞳面与所述反射镜的中心之间的距离大于等于30mm，所述入瞳面与所述反射镜之间的最短距离大于等于15mm。进一步地，上述光学系统中，所述反射镜的第一表面为自由曲面。进一步地，上述光学系统中，所述反射镜的第一表面为非球面。更进一步地，所述反射镜的第一表面为旋转对称非球面。进一步地，所述反射镜的第一表面为多项式曲面。进一步地，所述反射镜的第一表面的表面形状满足以下方程：其中，z表示水平坐标，r表示表面的基半径，k表示圆锥系数，Ai表示多项式系数，c表示基半径的倒数，Ei(x,y)表示所述第一表面对应的面型的多项式的表达式，N表示多项式最大项数，i＝1,2……N。与现有技术相比，本申请所述虚拟现实的光学系统，包括入瞳面、反射镜和显示屏，其中，所述反射镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述入瞳面相邻，所述显示屏发出的光线经过所述反射镜的第一表面反射后，被所述入瞳面接收，使用反射镜的光学系统使得光线在反射镜的第一表面发生反射，并未透过反射镜，因此不会有色散，消除了色差；同时，因需要满足显示屏发出的光线经过所述反射镜的第一表面反射后被所述入瞳面接收，因此设计反射镜为倾斜式的，有效缩短了光学系统的长度。进一步地，在本申请中反射镜的第一表面上涂有反射膜，使得反射发生在反射镜的表面，相比于折射式光学系统，光线不会透过反射镜，从而消除了色差。另外，反射膜具有高反射率，使得由显示屏发出的光线更多的被反射至入瞳面，增加显示的亮度，同时高反射可以消除杂光以及图像颜色失真小，提高成像的品质。进一步地，在本申请中反射镜的轴线与入瞳面的光轴之间的夹角大于等于45度，显示屏安装于所述反射镜的竖直方向上且与所述反射镜的轴线之间的夹角大于等于20度，如此保证了显示屏在佩带用户的头顶有足够的安装空间和位置，通过倾斜安装的反射镜和显示屏，将光学系统长度方向的尺寸部分转移到竖直方向上，可以有效缩减光学系统的长度，使结构更紧凑。进一步地，在本申请中入瞳面与反射镜的中心之间的距离大于等于30mm，入瞳面与反射镜之间的最短距离大于等于15mm，以保证反射镜不会与佩带用户的鼻子发生干涉。进一步地，本申请中反射镜的第一表面的面型选择较为多种，可以为自由曲面、非球面和多项式曲面中的任一种，其中，自由曲面有更多的自由度，可以更好的平衡像差；非球面自由度少，相对于自由曲面更好加工，非球面优选为旋转对称非球面，更加有利于镜片的加工，测量以及组装，且非球面反射镜相比较于球面反射镜可以更好的矫正光学像差；多项式曲面可以是旋转对称的也可以是非旋转对称的。进一步地，本申请中视场角较大，水平视场角为100度，垂直视场角为40度，较大的视场角可以更加接近于佩带用户眼睛的角度，所观看的成像更逼真，增加了VR设备的沉浸感。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出现有技术中折射式光学系统的镜头布局图；图2示出本申请一个方面的一种虚拟现实的光学系统的镜头布局图；图3示出根据本申请一实施例中光学系统的镜头解像力的示意图；图4示出根据本申请一实施例中光学系统的镜头色差的示意图。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式下面结合附图对本申请作进一步详细描述。根据本申请的一个方面，提供了一种光学系统，如图2示出的根据本申请一个方面的一种光学系统的镜头布局图，包括入瞳面1、反射镜2和显示屏3，其中，所述反射镜2包括第一表面21和第二表面22，所述第一表面21与所述入瞳面1相邻，所述显示屏3发出的光线经过所述反射镜2的第一表面21反射后，被所述入瞳面1接收，使用反射镜的光学系统使得光线在反射镜的第一表面发生反射，并未透过反射镜，因此不会有色散，消除了色差，同时，因需要满足显示屏3发出的光线经过所述反射镜2的第一表面21反射后被所述入瞳面1接收，因此设计反射镜2为倾斜式的，有效缩短了光学系统的长度。可选地，所述第二表面22上涂有基底材料。因反射镜2的反射是靠着基底材料的表面镀膜的作用，基底可以是平面、曲面等任何形状，同时基底也可以是任何便于注塑成型和镀膜的材料，任意厚度，例如，基底材料可以为亚克力(PMMA)、聚碳酸酯(Polycarb)、聚乙烯等。可选地，所述第一表面21上涂有反射膜。在此，第一表面21上涂有反射膜使得反射发生在反射镜的表面，相比于折射式光学系统，光线不会透过反射镜，从而消除了色差。第一表面21所涂的反射膜具有高反射率，使得由显示屏3发出的光线更多的被反射至入瞳面1，增加显示的亮度，同时高反射可以消除杂光以及图像颜色失真小，提高成像的品质。本申请一实施例中，继续参考图2，所述光学系统中的入瞳面1、反射镜2和显示屏3在安装上满足以下条件：反射镜2的轴线23与入瞳面1的光轴11之间的夹角大于等于45度，显示屏3安装于所述反射镜2的竖直方向上且与所述反射镜2的轴线23之间的夹角大于等于20度，如此保证了显示屏3在佩带用户的头顶有足够的安装空间和位置，通过倾斜安装的反射镜和显示屏，将光学系统长度方向的尺寸部分转移到竖直方向上，可以有效缩减光学系统的长度，使结构更紧凑，应用于虚拟现实设备中，使得整体的虚拟现实设备的外观新颖。本申请一实施例中，入瞳面1与反射镜2的中心之间的距离大于等于30mm，入瞳面1与反射镜2之间的最短距离大于等于15mm，以保证反射镜2不会与佩带用户的鼻子发生干涉。可选地，所述反射镜2的第一表面21可以为自由曲面、非球面和多项式曲面中的任一种，其中，自由曲面有更多的自由度，可以更好的平衡像差；非球面自由度少，相对于自由曲面更好加工，非球面优选为旋转对称非球面，更加有利于镜片的加工，测量以及组装，非球面的性质决定了反射镜相比较于球面反射镜可以更好的矫正光学像差；多项式曲面上各点位置坐标满足多项式方程，可以是旋转对称的也可以是非旋转对称的。本申请一实施例中，所述反射镜的第一表面的表面形状满足以下方程：其中，z表示水平坐标，r表示表面的基半径，k表示圆锥系数，Ai表示多项式系数，c表示基半径的倒数，Ei(x,y)表示所述第一表面对应的面型的多项式的表达式，N表示多项式最大项数，i＝1,2……N。根据系数r、Ai及多项式Ei(x,y)等的确定进行确定反射镜表面上的每一点坐标，进而通过对反射镜表面上每一点坐标的确定就可以确定该表面的表面形状，能够与所使用的反射镜表面的面型、反射镜安装的倾斜度等相匹配，使得有效矫正镜头性能所需的光学像差，保证成像质量，确定畸变、已成像位置等，需要说明的是，上述反射镜表面形状满足的方程式仅为本申请一优选实施例，其他现有的或今后可能出现的反射镜表面形状满足的方程式，如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。本申请一实施例中，虚拟现实的光学系统采用倾斜式反射镜设计，满足图2的镜头布局图的情况，反射镜2第一表面21采用自由曲面，该光学系统参数如表1所示：入瞳直径4mm出瞳距离>30mm水平视场角100度垂直视场角40度显示屏尺寸>2.5寸波段R,G,B表1由表1可知，本申请所述的光学系统有较大的入瞳直径和出瞳距离，其中，入瞳直径为4mm，出瞳距离大于30mm，使得用户观影时生理上更加舒适；视场角较大，水平视场角为100度，垂直视场角为40度，大角度可以更加接近于佩带用户眼睛的角度，所看的影像更逼真，增加了VR设备的沉浸感。需要说明的是，在安装反射镜2和显示屏3时，反射镜轴线与入瞳面光轴之间的夹角，以及反射镜轴线与显示屏之间的夹角会改变视场角，表1中的水平视场角和垂直视场角是满足反射镜轴线与入瞳面光轴之间的夹角大于等于45度，反射镜轴线与显示屏之间的夹角大于等于20度的条件下所达到的。显示屏的尺寸选为大于2.5寸是与表1中的水平视场角和垂直视场角相匹配的，选择相对小的显示屏时相应的视场角也会变小。表1中的波段选为R,G,B为三原色，其他光色都可以由R,G,B混合而成，同时，这也是本申请实施例中光学系统的显示屏发光单元的颜色。需要说明的是，上述实施例表1中各值均仅为倾斜式反射式光学系统设计中系统参数的举例，其他现有的或今后可能出现的系统参数，如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。本申请一具体实施例中，在满足上述表1中各参数的条件下，同时满足上述反射镜第一表面面型公式该光学系统的其他特性如表2：表2本领域技术人员应能理解，光学设计是由一个个面按照一定顺序组合而成的，在本申请所述的光学系统中，表2中面序号对应示出各面特性，其中，标准型是指球面、平面等常规的面型，坐标断点常用在倾斜的光学系统中用来旋转，表示倾斜系统坐标系的虚拟表面，面序号3扩展多项式面为自由曲面，是反射镜的第一表面的面型。需要说明的是，上述实施例表2中各值均仅为倾斜式反射式光学系统设计中各面序号对应特性的值的举例，其他现有的或今后可能出现的各面序号对应特性的值，如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。在上述具体实施例中，当反射镜第一表面面型公式中的最大系数N取100，归一化系数值为2时，第一表面面型公式中的多项式系数Ai的值如下所示：需要说明的是，XiYj表示多项式系数Ai，Xi表示X坐标的i次方，Yi表示Y坐标的j次方，其中，A1包含了两项X1Y0和X0Y1，A2包含了3项：X1Y0、X1Y1和X0Y1，A3包含了4项：X1Y0、X2Y1、X1Y2和X0Y1，高阶依次类推。在本申请具体实施例中，通过上述各多项式系数的确定，得到本申请所述的光学系统的镜头解像力如图3所示，其中，横轴表示空间频率，单位线对表示在1mm范围内的黑白线对数，纵轴表示在该空间频率下的MTF值，范围为0～1，表示镜头的解像力，T表示视场径向的解像力，S表示与径向垂直方向的解像力。通过对光学系统中的反射镜2进行上述的设计，所述的光学系统镜头的色差如图4所示，其中，横坐标表示距离，单位为微米，纵坐标表示在视场时不同波长光线在成像面4上位置相对于参考波长光线的距离差，表示不同视场下不同波长的光分开的程度，不同波长在成像面4上位置越集中，成像后效果越好。由图4可以看到R,G,B三色光与Y轴重合，该反射式光学系统并无色差产生。需要说明的是，上述实施例中多项式系数的值仅为举例，其他现有的或今后可能出现的多项式系数的值，如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。综上所述，反射镜2和显示屏3安装的相对倾斜角度、反射镜2第一表面21的面型、光学系统参数的设计等会影响最终的镜头的成像质量、解像力、色差，该光学系统采用倾斜式反射镜相比于现有技术中的折射式光学系统设计有效缩减了VR设备的整体长度，使得结构更紧凑和消除了色差，从而成像品质好，给用户带来更好的沉浸感，提升用户体验。当虚拟现实的光学系统满足如下条件：反射镜的轴线与入瞳面的光轴夹角大于等于45度，所述显示屏安装于所述反射镜的竖直方向上且与所述反射镜的轴线的夹角大于等于20度时，保证了显示屏在VR设备佩带用户的头顶有足够的安装空间和位置；另外，入瞳面与反射镜的中心之间的距离大于等于30mm，入瞳面与反射镜之间的最短距离大于等于15mm，有效防止了佩带用户的鼻子与反射镜发生的干涉。上面结合附图对本申请所述的光学系统进行了示例性的描述，显然本申请所述的光学系统的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本申请所述光学系统的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本申请所述的光学系统的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本申请的保护范围内。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。当前第1页1 2 3