[实用新型]一种单片式宽波段消色差折衍混合消色差透镜及VR眼镜

说明书

本实用新型属于光学领域，为解决传统单片式透镜色差大，成像质量不佳的问题，提出一种单片式宽波段消色差折衍混合消色差透镜及VR眼镜，该单消色差透镜包括两个光学面，两个光学面共光轴，其中一个光学面为高次非球面，另一个光学面为谐衍射面。由于引入谐衍射面，增加了优化变量，能够实现RGB三个波段消色差；该消色差透镜厚度薄，重量轻，制造成本低，将其用于VR眼镜和手机镜头时，可以不需要将图像进行预先处理而将RGB三个波段消色差，从而不会降低图像的清晰度；还可以缩短VR眼镜和手机镜头的厚度，减小其重量，有利于实现产品的轻薄化。

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体涉及一种消色差透镜及其VR眼镜。

背景技术

随着科技的发展，可穿戴设备在人们的日常生活中越来越普及。手机作为目前应用最广泛的一种可穿戴设备得到了科技人员的广泛关注。手机镜头的长度决定着未来手机能做到多薄。目前手机镜头常用5片式、6片式等结构，限制了手机近一步做薄。

VR(虚拟现实技术、Virtual Reality)技术在二十世纪八十年代被提出，这是一种利用计算机硬件结构与软件控制系统、在计算机上生成的、在三维环境中产生沉浸感的技术。随着近年来计算机技术的发展与传感器性能的提高，各种头盔式虚拟现实显示器出现在市场上，其基本由显示屏或手机以及一对目镜组成，人眼通过目镜可以看到屏幕上放大的图像，传感器感应人头部的变化调整左右屏幕中的图像，使得人眼能看到立体的，具有交互性的视觉图像。

传统的VR眼镜，为了矫正目镜带来的色差、畸变等往往采用一组镜头，这样会使VR眼镜整体过于沉重影响佩戴的舒适度。为减轻VR眼镜的重量，目前采用的方案是单片式球面镜、非球面镜或者折射式菲涅尔透镜。单片式球面镜、非球面镜或者折射式菲涅尔透镜带来的色差问题无法靠透镜本身消除，这时需要将图像预先进行处理，再由显示器显示，这会造成图像清晰度的降低，产生眩晕感，影响观看体验。现有的折射式菲涅尔透镜，不可避免地会在虚拟现实设备中引入很多的杂散光，使得用户使用虚拟现实设备时，看到的视觉虚景图像的边缘是模糊的甚至出现形成拖影或鬼影，严重的降低了虚拟现实设备的视觉效果，影响了用户体验。

实用新型内容

本实用新型要解决传统单片式透镜色差大，成像质量不佳的问题，方案如下：

一种单片式宽波段消色差折衍混合消色差透镜，其特征在于：所述的消色差透镜包括第一光学面、第二光学面，第一光学面与第二光学面共光轴；其中第一光学面为高次非球面，第二光学面为谐衍射面；所述谐衍射面由基底和叠加在所述基底上的衍射微结构组成，其中所述基底包括平面、球面、非球面或者高次非球面。

优选的，上述方案基础上：所述的衍射微结构为菲涅尔环带，第一光学面和第二光学面满足如下关系：

其中：f′_dif为第二光学面菲涅尔环带的焦距，f′_ref为第一光学面的焦距，f′为所述消色差透镜的焦距的焦距，γ_dif为菲涅尔环带面的阿贝数，γ_ref为材料的阿贝数；R、G和B分别表示所述消色差透镜入射光源中的红光波段、绿光波段、蓝光波段，λ_R、λ_G、λ_B分别为红光波段、绿光波段、蓝光波段的中心波长，p为谐衍射面的谐衍射参数，λ₆为谐衍射面的中心波长。

所述的第一光学面与第二光学面的光焦度之差为：

菲涅尔环带的表面矢高方程为：

其中：n为材料的折射率；k为谐衍射表面的菲涅尔环带序数，k＝1，2……，x_k，y_k为第k环带内谐衍射面的基底坐标。