本技術(shù)涉及光學(xué)元件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光學(xué)系統(tǒng)和包括該光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、vr(virtual?reality)和ar(augmented?reality)頭顯是一種基于光學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的交互設(shè)備，能夠?qū)⒂脩舫两教摂M或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中。隨著科技的不斷進(jìn)步，vr/ar頭顯在娛樂(lè)、教育、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了使vr/ar頭顯提供更真實(shí)、逼真的虛擬體驗(yàn)，人們對(duì)頭顯中的光學(xué)系統(tǒng)提出了更高的要求。

2、傳統(tǒng)的vr/ar頭顯的光學(xué)系統(tǒng)通常采用直線光路，即光線從顯示屏經(jīng)過(guò)透鏡直接進(jìn)入用戶眼睛。這種結(jié)構(gòu)的光學(xué)路徑較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致光學(xué)畸變和體積龐大的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，折返式光學(xué)系統(tǒng)成為當(dāng)前vr/ar頭顯的研究熱點(diǎn)之一。折返式光學(xué)系統(tǒng)具有縮短光路的總長(zhǎng)，節(jié)省了裝配空間，減少了重量的優(yōu)勢(shì)。但是，折返式光學(xué)系統(tǒng)的光路較為復(fù)雜，透鏡和反射元件組裝位置的不同，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的性能不同，因此，合理設(shè)計(jì)透鏡和反射元件的排布，獲得一款成像質(zhì)量好的折返式光學(xué)系統(tǒng)是當(dāng)下本領(lǐng)域技術(shù)人員的重要研究課題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的第一方面提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)沿光軸由第一側(cè)至第二側(cè)依序包括：沿光軸由第一側(cè)至第二側(cè)依序包括：第一透鏡、反射式偏光元件、第一四分之一波片、第二透鏡、第三透鏡、部分反射元件、第四透鏡、第二四分之一波片以及偏振片，其中，第一透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為凸面；第二透鏡具有負(fù)光焦度，其第一側(cè)面為平面，第二側(cè)面為凹面；第三透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為凸面；第一四分之一波片置于第二透鏡的第一側(cè)面并與第二透鏡的第一側(cè)面至少部分貼合；反射式偏光元件置于第一四分之一波片的第一側(cè)面并與第一四分之一波片的第一側(cè)面至少部分貼合；第二四分之一波片置于第四透鏡的第二側(cè)面并與第四透鏡的第二側(cè)面至少部分貼合；偏振片置于第二四分之一波片的第二側(cè)面并與第二四分之一波片的第二側(cè)面至少部分貼合；光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距f與第二透鏡的有效焦距f2滿足：-0.8<f/f2<-0.2；以及反射式偏光元件、第一四分之一波片和第二透鏡的組合焦距fg1與第二透鏡的第二側(cè)面的曲率半徑r4滿足：-1.5<fg1/r4<-1.1。

2、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：0.3<f1/f3<0.5，其中，f1為第一透鏡的有效焦距，f3為第三透鏡的有效焦距。

3、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：1.4<(ct1+t12)/(ctr+ctq1+ct2)<2.1，其中，ct1為第一透鏡在光軸上的中心厚度，t12為第一透鏡的第二側(cè)面至第二透鏡的第一側(cè)面的軸上距離，ctr為反射式偏光元件在光軸上的中心厚度，ctq1為第一四分之一波片在光軸上的中心厚度，ct2為第二透鏡在光軸上的中心厚度。

4、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：2.0<f/r1<2.4，其中，f為光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距，r1為第一透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑。

5、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：0.45<n4/(nq2+nl)<0.65，其中，n4為第四透鏡的折射率，nq2為第二四分之一波片的折射率，nl為偏振片的折射率。

6、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：5.2≤ct4/(ctq2+ctl)<6.9，其中，ct4為第四透鏡在光軸上的中心厚度，ctq2為第二四分之一波片在光軸上的中心厚度，ctl為偏振片在光軸上的中心厚度。

7、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：0.4<r5/r4<1.7，其中，r5為第三透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑，r4為第二透鏡的第二側(cè)面的曲率半徑。

8、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：1.68<n2<1.86及23.7<v2<31.2，其中，n2為第二透鏡的折射率，v2為第二透鏡的色散系數(shù)。

9、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：3.0<td/ct3<3.5，其中，td為第一透鏡的第一側(cè)面至第四透鏡的第二側(cè)面在光軸上的距離，ct3為第三透鏡在光軸上的中心厚度。

10、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：0.4<epd/f1<0.8，其中，epd為光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑，f1為第一透鏡的有效焦距。

11、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：1.1<fg2/r7<2.1，其中，fg2為第四透鏡、第二四分之一波片和偏振片的組合焦距，r7為第四透鏡的第一側(cè)面的曲率半徑。

12、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：0.7<sag11/ct1<1.1，其中，sag11為第一透鏡的第一側(cè)面和光軸的交點(diǎn)至第一透鏡的第一側(cè)面的有效半徑頂點(diǎn)之間的軸上距離，ct1為第一透鏡在光軸上的中心厚度。

13、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：1.2<t34/|sag41|<1.6，其中，t34為第三透鏡的第二側(cè)面至第四透鏡的第一側(cè)面的軸上距離，sag41為第四透鏡的第一側(cè)面和光軸的交點(diǎn)至第四透鏡的第一側(cè)面的有效半徑頂點(diǎn)之間的軸上距離。

14、在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)系統(tǒng)滿足：1.8<f/∑ct<2.6，其中，f為光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距，∑ct為第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡在光軸上的中心厚度之和。

15、本技術(shù)的第二方面提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)沿光軸由第一側(cè)至第二側(cè)依序包括：第一透鏡、反射式偏光元件、第一四分之一波片、第二透鏡、第三透鏡、部分反射元件、第四透鏡、第二四分之一波片以及偏振片，其中，第一透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為凸面；第二透鏡具有負(fù)光焦度，其第一側(cè)面為平面，第二側(cè)面為凹面；第三透鏡具有正光焦度，其第一側(cè)面為凸面；第一四分之一波片置于第二透鏡的第一側(cè)面并與第二透鏡的第一側(cè)面至少部分貼合；反射式偏光元件置于第一四分之一波片的第一側(cè)面并與第一四分之一波片的第一側(cè)面至少部分貼合；第二四分之一波片置于第四透鏡的第二側(cè)面并與第四透鏡的第二側(cè)面至少部分貼合；偏振片置于第二四分之一波片的第二側(cè)面并與第二四分之一波片的第二側(cè)面至少部分貼合；光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距f與第二透鏡的有效焦距f2滿足：-0.8<f/f2<-0.2；以及第四透鏡的折射率n4、第二四分之一波片的折射率nq2與偏振片的折射率nl滿足：0.45<n4/(nq2+nl)<0.65。

16、本技術(shù)的第三方面還提供了一種光學(xué)設(shè)備，該光學(xué)設(shè)備包括上述各個(gè)實(shí)施方式中的任一個(gè)實(shí)施方式所提供的光學(xué)系統(tǒng)。

17、本技術(shù)提供的光學(xué)系統(tǒng)采用偏振折返光路設(shè)計(jì)，通過(guò)合理配置透鏡、反射式偏光元件和四分之一波片的空間排布以及貼膜方式，在滿足-0.8<f/f2<-0.2的前提下，控制反射式偏光元件、第一四分之一波片、第二透鏡的組合焦距與第二透鏡第二側(cè)面的曲率半徑的比值滿足-1.5<fg1/r4<-1.1，有助于控制光學(xué)系統(tǒng)的偏光性能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的偏振特性的控制，對(duì)于需要特定偏振狀態(tài)的折返光路中應(yīng)用是非常有益的。同時(shí)還可以平衡光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量、偏振性能和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而實(shí)現(xiàn)更好的整體性能，有助于vr/ar頭戴裝置實(shí)現(xiàn)更好的沉浸感和用戶體驗(yàn)。