CN109808133B - 镜片切边设计方法、模具和显示镜片及虚拟显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜片切边设计方法、模具和显示镜片及虚拟显示设备，其中镜片切边设计方法步骤包括：获取镜片所在显示设备的显示区域，并建立平面直角坐标系；依据显示区域，确定成像形状；成像形状包括依次连接的第一段弧线段、第二段弧线段和第三段弧线段，第一段弧线段为一成像圆的右半边圆弧，第二段弧线段的端点为成像圆与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴负半轴的相交点，第三段弧线段的端点为成像圆与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴正半轴的相交点；对成像形状进行调整，获得切边形状，以使切边形状位于显示区域内；按照切边形状，对镜片进行加工。本发明能够有效增加鼻部视场，同时增加镜片利用率。

Description

镜片切边设计方法、模具和显示镜片及虚拟显示设备

技术领域

本发明涉及光学透镜加工技术领域，尤其涉及一种镜片切边设计方法、模具和显示镜片及虚拟显示设备。

背景技术

近些年来，随着先进光学设计及加工技术、显示技术及处理器的发展和升级，虚拟现实(Virtual Reality，VR)产品的形态和种类层出不穷，其应用领域也愈加广泛。虚拟现实产品的主要工作原理是，显示器所显示的图像通过光学透镜的传递和放大后，其图像被人眼所接收，人眼观察到的是放大的虚像。为了得到体验效果更好的虚拟现实产品，光学系统的品质是尤为重要，其中光学系统主要包含显示图像的显示屏及将图像放大的光学透镜。

考虑到生产成本，通常光学透镜为同一套模穴加工出来的透镜，左右眼通用，这也方便后续左右眼成像品质的统一管控；传统的VR光学透镜是配合显示模块尺寸设计，VR透镜成像圆(Image circle)为显示模块尺寸内切圆，即确保人眼透过光学透镜时，看不到屏幕的边缘位置。

在考虑到人机工程学，佩戴产品时，需要给鼻部留有一定的空间，因此需要对光学透镜进行切边处理，传统的切边通过直线设计，给鼻部留有一定的空间，但是如此设计导致鼻部视场较小。

发明内容

基于此，针对传统上切边加工设计方法，导致鼻部视场较小的问题，有必要提供一种镜片切边设计方法，能够增加鼻部位置的视场。

为实现上述目的，本发明提出的镜片切边设计方法，其步骤包括：

获取镜片所在显示设备的显示区域，并建立平面直角坐标系；

依据所述显示区域，确定成像形状；所述成像形状包括依次连接的第一段弧线段、第二段弧线段和第三段弧线段，所述第一段弧线段为一成像圆的右半边圆弧，所述第二段弧线段的端点为所述成像圆与所述平面直角坐标系x轴负半轴和y轴负半轴的相交点，所述第三段弧线段的端点为所述成像圆与所述平面直角坐标系x轴负半轴和y轴正半轴的相交点，所述成像圆的圆心为所述显示区域的中心，所述成像圆的弧形和所述显示区域的外边线相交；

对所述成像形状进行调整，获得切边形状，以使所述切边形状位于所述显示区域内；

按照所述切边形状，对所述镜片进行加工。

可选地，所述成像圆的弧形和所述显示区域的外边线相交，则所述成像圆具有处于所述显示区域以外下方的第一分部，左方的第二分部，上方的第三分部和右方的第四分部，所述对所述成像形状进行调整，获得切边形状，以使所述切边形状位于所述显示区域内的步骤包括：

对所述成像形状进行倒角处理，以去除所述第二分部；

旋转所述成像形状，以使所述第三分部置于所述显示区域以内；

平移所述成像形状，以使所述第四分部置于所述显示区域以内。

可选地，所述依据所述显示区域，确定成像形状的步骤之前，上移所述成像圆，以使所述第一分部置于所述显示区域以内。

可选地，所述上移所述成像圆，以使所述第一分部置于所述显示区域以内的步骤包括：上移所述成像圆，且所述成像圆下边缘距离所述显示区域下方外边线间隔一定距离。

可选地，所述旋转所述成像形状，以使所述第三分部置于所述显示区域以内步骤位于所述平移所述成像形状，以使所述第四分部置于所述显示区域以内的步骤之前或之后。

可选地，所述旋转所述成像形状，以使所述第三分部置于所述显示区域以内步骤包括：自平面直角坐标系的第一象限至第四象限方向转动所述成像形状，使所述成像形状上方边缘内切于所述显示区域上方外边线。

可选地，所述平移所述成像形状，以使所述第四分部置于所述显示区域以内的步骤包括，自右向左平移所述成像形状，并使所述成像形状在左右两个方向距离所述显示区域外边线等距。

可选地，所述按照所述切边形状，对所述镜片进行加工步骤包括：模具获取所述切边形状，通过所述模具加工镜片。

本发明提供一种模具，所述模具的膜腔外形包括依次连接的第一段弧线段、第二段弧线段、第四段弧线段和第三段弧线段，以所述第一段弧线段和所述第四段弧线段的中间点连接线为对称轴，所述第二段弧线段和所述第三段弧线段对称设置，所述第二段弧线段和所述第三段弧线段具有相同长度的圆弧半径，其中所述第一段弧线段的圆弧半径大于所述第二段弧线段的圆弧半径，所述第四段弧线段的圆弧半径小于所述第二段弧线段的圆弧半径。

本发明提供一种显示镜片，所述显示镜片的外形包括依次连接的第一段弧线段、第二段弧线段、第四段弧线段和第三段弧线段，以所述第一段弧线段和所述第四段弧线段的中间点连接线为对称轴，所述第二段弧线段和所述第三段弧线段对称设置，所述第二段弧线段和所述第三段弧线段具有相同长度的圆弧半径，其中所述第一段弧线段的圆弧半径大于所述第二段弧线段的圆弧半径，所述第四段弧线段的圆弧半径小于所述第二段弧线段的圆弧半径。

可选地，所述显示镜片通过上面所述镜片切边设计方法加工得到。

本发明提供还一种虚拟显示设备，所述虚拟显示设备具备显示区域，所述显示区域设置有镜片，所述镜片为上面所述显示镜片，所述虚拟显示设备包括外壳，所述镜片设置于所述外壳内。

本发明提出的技术方案中，成像圆的弧形和显示区域的外边线相交，也就是说成像圆的直径大于显示区域的长，同样成像圆的直径大于显示区域的宽，由此利于扩大视场范围，同时第二段弧线段或者第三段弧线段的安装位置靠近鼻部位置，通过圆弧形设计相比传统的直线设计能够增加鼻部的视场，提高镜片的利用率，并通过调整成像形状，将超出显示区域的部分调整至显示区域以内，同时避免观察时出现黑边问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明镜片切边设计方法步骤流程示意图；

图2为本发明镜片切边设计方法中显示区域和成像圆示意图；

图3为本发明镜片切边设计方法中成像形状示意图；

图4为本发明镜片切边设计方法中切边形状示意图；

图5为本发明镜片切边设计方法中第一切边圆的示意图；

图6为本发明镜片切边设计方法中第二切边圆示意图；

图7为本发明镜片切边设计方法中调整成像形状步骤流程示意图；

图8为本发明镜片切边设计方法另一步骤流程示意图；

图9为本发明镜片切边设计方法中进行倒角处理示意图；

图10为中本发明镜片切边设计方法中倒角处理步骤示意图；

图11为本发明中显示镜片的外形或模具的模腔外形示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	显示区域	300	第一切边圆
110	第一线段	310	第二段弧线段
				120	辅助线	400	第二切边圆
200	成像圆	410	第三段弧线段
				210	第一段弧线段	500	成像形状
220	第一分部	600	切边形状
				230	第二分部	700	内切圆
240	第三分部	710	第四段弧线段
				250	第四分部

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1-图4，本发明提出的镜片切边设计方法，其步骤包括：

步骤S10，获取镜片所在显示设备的显示区域100，并建立平面直角坐标系；

步骤S20，依据显示区域100，确定成像形状500；成像形状500包括依次连接的第一段弧线段210、第二段弧线段310和第三段弧线段410，第一段弧线段210为一成像圆200的右半边圆弧，第二段弧线段310的端点为成像圆200与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴负半轴的相交点，第三段弧线段410的端点为成像圆200与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴正半轴的相交点，成像圆200的圆心为显示区域的中心，成像圆200的弧形和显示区域100的外边线相交；

步骤S30，对成像形状500进行调整，获得切边形状600，以使切边形状600位于显示区域100内；

步骤S40，按照切边形状600，对镜片进行加工。

上述镜片切边加工以右眼为基准，第二段弧线段310和第三段弧线段410于x轴对称，按照第二段弧线段310和第三段弧线段410加工后的镜片保证左右眼通用，其中建立的平面直角坐标系，也称为笛卡尔坐标系，x轴代表横轴，y轴代表纵轴，x轴和y轴均有正负两个方向，x轴正方向代表右方向，x轴负方向代表左方向，y轴正方向代表上方向，y轴负方向代表下方向，另外笛卡尔坐标系具有四个象限，其中Ⅰ代表第一象限，Ⅱ代表第二象限，Ⅲ代表第三象限，Ⅳ代表第四象限。此外，切边加工为镜片完成光学设计阶段，在组装显示设备时，镜片根据组装要求，进行的设计改进。

本发明提出的技术方案中，成像圆200的弧形和显示区域100的外边线相交，也就是说成像圆200的直径大于显示区域100的长，同样成像圆200的直径大于显示区域100的宽，由此利于扩大视场范围，同时第二段弧线段310或者第三段弧线段410的安装位置靠近鼻部位置，通过圆弧形设计相比传统的直线设计能够增加鼻部位置的视场，提高镜片的利用率，并通过调整成像形状500，将超出显示区域100的部分调整至显示区域100以内，同时避免观察时出现黑边问题。

参阅图5，步骤S20中，第二段弧线段310的端点为成像圆200与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴负半轴的相交点，具体地，成像圆200与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴负半轴的相交点，直线连接两交点，形成第一线段110，以第一线段110为弦，建立第一切边圆300，第一切边圆300在第三象限Ⅲ内的圆弧为第二段弧线段310，第一切边圆300的圆心位于第一象限Ⅰ内，定义成像圆200的半径为R，第一线段110对应成像圆200的四分之一圆弧，则第一线段110的长度

由此得出第一切边圆300的半径R₁，则

R₁＝L÷(2×sin 15°)

成像圆200与x轴的负半轴相交点为第一交点，成像圆200与y轴的负半轴相交点为第二交点，则第一切边圆300的圆心与所述第一交点距离为，向x轴正方向平移距离X₁，向y轴正方向平移距离Y₁，则

X₁＝R₁×sin 30°

Y₁＝R₁×cos 30°

例如，显示区域100的尺寸为长52.0mm，宽52.0mm，成像圆200直径为53.6mm，则第一线段110的长度为37.901mm，对应的第一切边圆300的半径R₁＝73.219mm，则第一切边圆300的圆心相对第一交点向x轴正方向平移距离X₁＝63.4096，向y轴正方向平移距离Y₁＝36.609mm。

参阅图6，步骤S20中，第三段弧线段410的端点为成像圆200与平面直角坐标系x轴负半轴和y轴正半轴的相交点，具体地，以x轴为对称轴，第一切边圆300对称形成第二切边圆400，第二切边圆400在第二象限Ⅱ内的圆弧为第三段弧线段410，第二切边圆400的圆心位于第四象限Ⅳ内；由此可知第二段弧线段310和第三段弧线段410于x轴对称设置，第二段弧线段310和第三段弧线段410具有相同长度的圆弧半径，如此能够使左右眼通用，同时节省材料，更利于降低镜片的重量。

步骤S20中，成像圆200的弧形和显示区域100的外边线相交，由此调整成像圆200的直径，使成像圆200的直径大于显示区域100的长，且成像圆200的直径大于显示区域100的宽，具体的，成像圆200内切于显示区域100外边线，增加成像圆200的直径，其增加范围在0.5-1.0mm，优选0.8mm，由此成像圆200的弧形和显示区域100的外边线相交，扩大了视场角度范围，例如显示区域100的尺寸为长52.0mm，宽52.0mm，则所设计的成像圆200直径大小为53.6mm。

成像圆200的弧形和显示区域100的外边线相交，则成像圆200具有处于显示区域100以外下方的第一分部220，左方的第二分部230，上方的第三分部240和右方的第四分部250。

参阅图7，步骤S30中，对成像形状500进行调整，获得切边形状600，以使切边形状600位于显示区域100内的步骤包括：

步骤S310，对成像形状500进行倒角处理，以去除第二分部230；

步骤S320，旋转成像形状500，以使第三分部240置于显示区域100以内；

步骤S330，平移成像形状500，以使第四分部250置于显示区域100以内，由此切边形状600处于显示区域100以内，避免通过镜片观看时出现黑边情况。

参阅图8，进一步地，步骤S20中依据显示区域100，确定成像形状500步骤之前，具有步骤S50，上移成像圆200，以使第一分部220置于显示区域100以内，避免通过镜片观看时出现黑边情况，其中成像圆200上移过程中，平面直角坐标系的原点随同上移，原点的上移距离和成像圆200的移动距离相同，此外，步骤S50上移成像圆200，以使第一分部220置于显示区域100以内的步骤可位于，步骤S310对成像形状500进行倒角处理，以去除第二分部230步骤之前，也可位于步骤S310对成像形状500进行倒角处理，以去除第二分部230步骤之后。

步骤S50中上移成像圆200，以使第一分部220置于显示区域100以内的步骤为：向上移动成像圆200，使第一分部220处于显示区域100内，且成像圆200下边缘距离显示区域100下方外边线间隔一定距离，例如间隔距离为0.2mm。

参阅图9和图10，步骤S310中对成像形状500进行倒角处理，以去除第二分部230的步骤包括：

步骤S311，建立垂直于x轴的辅助线120，辅助线120距离显示区域100横轴负方向的距离范围为0.1mm-0.8mm，优选0.5mm；

步骤S312，以第二段弧线段310、第三段弧线段410和辅助线120同时相切建立内切圆700；

步骤S313，以内切圆700为准进行对第二段弧线段310和第三段弧线段410相交位置进行倒角处理。以内切圆700于x轴负方向，同时相切于第二段弧线段310和第三段弧线段410的圆弧为准进行倒角处理，使成像形状500左侧区域部分落入到显示区域100以内，同时使得第二段弧线段310和第三段弧线段410的相交位置更加圆润，适合佩戴，符合人机工程学设计。

步骤S320中旋转成像形状500，以使第三分部240置于显示区域100以内的步骤包括：自第一象限Ⅰ至第四象限方向Ⅳ转动成像形状500，使成像形状500上方边缘内切于显示区域100上方外边线，其中，旋转角度范围在20°-22°范围内，优先21.5°，保证第三分部240处于显示区域100以内。

步骤S330中平移成像形状500，以使第四分部250置于显示区域100以内的步骤为：成像形状500向x轴负方向平移，并使成像形状500在左右两个方向距离显示区域100外边线等距，保证切边图形400处于显示区域100内，例如显示区域100的尺寸为长52.0mm，宽52.0mm，则所设计的成像圆200直径大小为53.6mm，平移距离为1.28mm，则成像形状500在左右两个方向距离显示区域100外边线距离为0.48mm。

进一步地，步骤S320旋转成像形状500，以使第三分部240置于显示区域100以内的步骤位于步骤S330平移成像形状500，以使第四分部250置于显示区域110以内的步骤之前或之后，也就是说对成像形状500的操作可以先旋转再平移，也可以先平移再旋转。

作为一种优选方式，按照切边形状600，对镜片进行加工步骤包括：模具(图未示)获取切边形状600，通过模具加工镜片。

参阅图11，本发明提供一种模具(图未示)，模具的膜腔外形包括依次连接的第一段弧线段210、第二段弧线段310、第四段弧线段710和第三段弧线段410，以第一段弧线段210和第四段弧线段710的中间点连接线为对称轴，第二段弧线段310和第三段弧线段410对称设置，第二段弧线段310和第三段弧线段410具有相同长度的圆弧半径，其中第一段弧线段210的圆弧半径大于第二段弧线段310的圆弧半径，第四段弧线段710的圆弧半径小于第二段弧线段310的圆弧半径。镜片一般通过模具注塑成型，模具按照镜片切边设计方法的形状加工，通过所述模具加工的镜片，能够增加鼻部视场，并提高镜片的利用率。

此外，镜片也可以通过切割方式，按照切边形状600，对镜片进行切割加工。

本发明提供一种显示镜片，显示镜片的外形包括依次连接的第一段弧线段210、第二段弧线段310、第四段弧线段710和第三段弧线段410，以第一段弧线段210和第四段弧线段710的中间点连接线为对称轴，第二段弧线段310和第三段弧线段410对称设置，第二段弧线段310和第三段弧线段410具有相同长度的圆弧半径，其中第一段弧线段210的圆弧半径大于第二段弧线段310的圆弧半径，第四段弧线段710的圆弧半径小于第二段弧线段310的圆弧半径。

进一步地，所述显示镜片通过上面所述镜片切边设计方法加工得到，按照所述镜片切边设计方法加工制造的镜片左右眼通用，而且视场相对于传统镜片视场提升，同时提高了镜片的利用率。

本发明提供还一种虚拟显示设备，虚拟显示设备具备显示区域100，显示区域100设置有镜片，镜片为上述显示镜片，虚拟显示设备包括外壳(图未示)，镜片设置于外壳内，具体的镜片侧边通过胶水粘贴于镜筒内壁上，该镜片能够增加鼻部视场，提高镜片的利用率。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种镜片切边设计方法，其特征在于，其步骤包括：

获取镜片所在显示设备的显示区域，并建立平面直角坐标系；

依据所述显示区域，确定成像形状；所述成像形状包括依次连接的第一段弧线段、第二段弧线段和第三段弧线段，所述第一段弧线段为一成像圆的右半边圆弧，所述第二段弧线段的端点为所述成像圆与所述平面直角坐标系x轴负半轴和y轴负半轴的相交点，所述第三段弧线段的端点为所述成像圆与所述平面直角坐标系x轴负半轴和y轴正半轴的相交点，所述成像圆的圆心为所述显示区域的中心，所述成像圆的弧形和所述显示区域的外边线相交；其中，所述第二或第三段弧线段的位置靠近鼻部位置，所述成像形状具有处于所述显示区域以外下方的第一分部，左方的第二分部，上方的第三分部和右方的第四分部；

对所述成像形状进行调整，获得切边形状，以使所述切边形状位于所述显示区域内；其中，上移所述成像形状，以使所述第一分部置于所述显示区域以内；对所述成像形状进行倒角处理，以去除所述第二分部；旋转所述成像形状，以使所述第三分部置于所述显示区域以内，其中包括，自平面直角坐标系的第一象限至第四象限方向转动所述成像形状，使所述成像形状上方边缘内切于所述显示区域上方外边线；平移所述成像形状，以使所述第四分部置于所述显示区域以内，其中包括，自右向左平移所述成像形状，并使所述成像形状在左右两个方向距离所述显示区域外边线等距；

按照所述切边形状，对所述镜片进行加工。

2.如权利要求1所述的镜片切边设计方法，其特征在于，所述上移所述成像形状，以使所述第一分部置于所述显示区域以内的步骤包括：上移所述成像形状，且所述成像形状下边缘距离所述显示区域下方外边线间隔一定距离。

3.如权利要求1所述的镜片切边设计方法，其特征在于，所述旋转所述成像形状，以使所述第三分部置于所述显示区域以内步骤位于所述平移所述成像形状，以使所述第四分部置于所述显示区域以内的步骤之前或之后。

4.如权利要求1所述的镜片切边设计方法，其特征在于，所述按照所述切边形状，对所述镜片进行加工步骤包括：模具获取所述切边形状，通过所述模具加工镜片。

5.一种显示镜片，其特征在于，所述显示镜片采用如权利要求1至4中任一项所述的镜片切边设计方法加工得到。

6.一种虚拟显示设备，其特征在于，所述虚拟显示设备具备显示区域，所述显示区域设置有镜片，所述镜片为权利要求5所述显示镜片，所述虚拟显示设备包括外壳，所述镜片设置于所述外壳内。

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