本技術(shù)涉及光學成像，具體涉及透鏡組、光學系統(tǒng)、頭戴式顯示設(shè)備及顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于人眼的視覺習慣，人眼僅能對中心視場的分辨率有較高的要求，而對于邊緣視場的分辨率沒有太高的要求，同時，人眼觀察到的視場角越大，體驗感也越好。目前用于對圖像源進行成像的透鏡組中，若想高分辨率成像，那么透鏡組的視場角會較小，即無法大范圍收集圖像光。若透鏡組的視場角設(shè)計得較大，即若需要大范圍收集圖像光，那么中心區(qū)域的圖像無法保證高分辨率。即目前的透鏡組成像過程中，無法兼顧高分辨率成像和大范圍收集圖像光。如何實現(xiàn)對中心視場的圖像進行高分辨率地整形成像，以及同時實現(xiàn)收集大范圍圖像光，是本領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)提供了一種透鏡組、光學系統(tǒng)、頭戴式顯示設(shè)備及顯示系統(tǒng)，能夠?qū)χ行囊晥龅膱D像進行高分辨率地整形成像，且同時實現(xiàn)收集大范圍圖像光。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種透鏡組，包括兩個成像透鏡，其中靠近屏幕的透鏡為第一透鏡，靠近人眼的透鏡為第二透鏡；所述第一透鏡朝向人眼的面為第一出光面，所述第一出光面的面型為光滑非球面且光焦度為負值；所述第一透鏡朝向所述屏幕的面為第一進光面，所述第一進光面包括：第一非球面部分，位于所述第一透鏡的中間部位，所述第一透鏡的光軸穿過所述第一非球面部分的中心，并且所述第一非球面部分的光焦度為正值；以及第一陣列環(huán)形凸起部分，包括多個呈環(huán)形排列的第一凸起部，多個所述第一凸起部依次圍繞設(shè)置在所述第一非球面部分的周圍；所述第二透鏡朝向人眼的面為第二出光面，所述第二出光面的面型為光滑非球面且光焦度為負值；所述第二透鏡朝向所述屏幕的面為第二進光面，所述第二進光面包括：第二陣列環(huán)形凸起部分，包括多個呈環(huán)形排列的第二凸起部。

3、可選地，所述第二進光面還包括：第二非球面部分，所述第二非球面部分的口徑小于所述第一非球面部分的口徑的1/2，且所述第二非球面部分的光焦度為正值；其中，多個所述第二凸起部依次圍繞設(shè)置在所述第二非球面部分的周圍。

4、可選地，各個所述第一凸起部面向所述第一透鏡光軸的非工作面和所述第一透鏡光軸的夾角為第一拔模角θ1，所述第一拔模角θ1朝向遠離所述第一透鏡光軸的方向依次增大；所述第一拔模角θ1相對于朝向所述第一透鏡光軸的相鄰第一拔模角θ1的增加值△θ滿足：0.01°<△θ<5°；各個所述第二凸起部面向所述透鏡的光軸的非工作面和所述第二透鏡的光軸的夾角為第二拔模角θ2，所述第二拔模角θ2朝向遠離所述第二透鏡光軸的方向依次增大，每個所述第二拔模角θ2相對于朝向所述第二透鏡光軸的相鄰拔模角的增加值△θ滿足：0.01°<△θ<5°。

5、可選地，所述第一拔模角θ1滿足條件：0.95*所述第一凸起部背向所述第一透鏡光軸的工作面上的出射光與所述第一透鏡光軸的夾角<所述第一拔模角θ1<1.05*所述第一凸起部背向所述第一透鏡光軸的工作面上的入射光與所述第一透鏡光軸的夾角；所述第二拔模角θ2滿足條件：0.95*所述第二凸起部背向所述第二透鏡光軸的工作面上的出射光與所述第二透鏡光軸的夾角<所述第二拔模角θ2<1.05*所述第二凸起部背向所述第二透鏡光軸的工作面上的入射光與所述第二透鏡光軸的夾角。

6、可選地，所述第一進光面上的相鄰的所述第一凸起部之間的第一凸起間距d1滿足條件：0.1mm<d1<5mm，且所述第一凸起部的高度h1滿足條件：0.01mm<h1<0.9mm；且所述第一非球面部分的第一半口徑r1>5*所述第一凸起間距d1；所述第二進光面上的相鄰的所述第二凸起部之間的第二凸起間距d2滿足條件：0.1mm<d2<5mm，且所述第二凸起部的高度h2滿足條件：0.01mm<h2<0.9mm；且所述第二非球面部分的第二半口徑r2>5*所述第二凸起間距d2。

7、可選地，第一非球面部分的口徑滿足條件：0.1*第一進光面的口徑<所述第一非球面部分的口徑<0.9*第一進光面口徑。

8、可選地，第一透鏡和第二透鏡之間最小間距l(xiāng)滿足條件：0.1mm<所述最小間距l(xiāng)<10mm。

9、可選地，所述第一透鏡的光軸處的第一透鏡厚度滿足條件：4mm<所述第一透鏡厚度<20mm。

10、可選地，所述第二透鏡的光軸處的第二透鏡厚度滿足條件：0.8mm<所述第二透鏡厚度<0.9*所述第一透鏡厚度。

11、可選地，所述第一進光面在光軸處的曲率半徑>1.5*第二進光面在光軸處的曲率半徑。

12、可選地，所述第一透鏡的光焦度φ1與所述透鏡組的總光焦度φ之間的關(guān)系滿足條件：0.1<φ1/φ<0.7；所述第二透鏡的光焦度φ2與所述透鏡組的總光焦度φ之間的關(guān)系滿足條件：0.3<φ2/φ<0.9。

13、可選地，所述第一透鏡和第二透鏡的材料皆為光學塑料，折射率均滿足條件：1.46<折射率<1.69；色散系數(shù)均滿足條件：40<色散系數(shù)<69。

14、另一實施例中，本發(fā)明提供一種光學系統(tǒng)，包括：兩個前述的透鏡組，兩個所述透鏡組分別用于左眼觀看組件和右眼觀看組件，所述左眼觀看組件和所述右眼觀看組件左右對稱分布。

15、可選地，該光學系統(tǒng)應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實設(shè)備或增強現(xiàn)實設(shè)備，所述系統(tǒng)還包括：固定結(jié)構(gòu)，用于固定兩個所述透鏡組。

16、可選地，該光學系統(tǒng)還包括外殼，所述透鏡組容納于所述外殼內(nèi)。

17、另一實施例中，本發(fā)明提供一種頭戴式顯示設(shè)備，包括前述的光學系統(tǒng)以及頭部穿戴組件，頭部穿戴組件與所述光學系統(tǒng)連接，所述頭部穿戴組件用于穿戴在人的頭部上。

18、可選地，該頭戴式顯示設(shè)備還包括：攝像頭，所述攝像頭的鏡頭面對人眼。

19、另一實施例中，本發(fā)明提供一種顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)為虛擬現(xiàn)實和/或增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括信號輸入模塊及前述的頭戴式顯示設(shè)備，所述頭戴式顯示設(shè)備接收所述信號輸入模塊的信號并對信號進行處理。

20、可選地，所述信號輸入模塊包括與所述頭戴式顯示設(shè)備電性連接的手柄控制器。

21、可選地，所述顯示系統(tǒng)為虛擬和/或增強現(xiàn)實顯示一體機，所述顯示系統(tǒng)還包括處理模塊，所述處理模塊與所述手柄控制器通訊連接。

22、本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：本技術(shù)的透鏡組可應(yīng)用于對圖像光進行成像，將圖像源設(shè)置在透鏡組的進光側(cè)，人眼位于透鏡組的出光側(cè)，圖像源出射的圖像光經(jīng)過透鏡組的整形后入射到人眼進行成像。非球面部分能夠滿足人眼對于中心視場的高分辨率需求。非球面部分周圍依次圍繞的環(huán)形的凸起部可以等效于菲涅爾透鏡，陣列環(huán)形凸起部分能夠收集更大范圍的圖像光，即更大范圍的圖像光能夠被陣列環(huán)形凸起部分進行收集和聚焦。在透鏡組中，所有出光光學面的光焦度為負值，能夠使得焦面位置距離透鏡組較遠，人眼無需在距離透鏡組較近的情況下觀看圖像光對應(yīng)的圖像，使得本技術(shù)的透鏡組能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離成像。綜上，本技術(shù)的透鏡組能夠在不損失中心視場的分辨率的前提下，對中心視場進行聚焦，并且能夠收集中心視場以外更大范圍的邊緣視場的圖像光。