CN110703447A - 一种头戴式设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种头戴式设备，包括：本体，用于将所述头戴式设备佩戴在头部；所述本体上设置有：光源，用于输出发散光；包含至少一个透镜的透镜组，用于对所述光源输出的发散光进行光路转换，以输出平行光；平面分光镜，用于将所述透镜组输出的平行光进行反射；曲面反射镜，用于将所述平面分光镜反射的平行光进行反射，反射的平行光透过所述平面分光镜入射到眼球；其中，所述本体上还设置有：驱动装置，所述驱动装置能够驱动所述光源与所述透镜组之间相对移动，以使得所述平行光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。

Description

一种头戴式设备

技术领域

本申请涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种头戴式设备。

背景技术

目前的增强现实AR(Augmented Reality)眼镜中，通常包括图像投射装置和显示光路组件。

其中，图像投射装置包括曲面像源，曲面像源中通过透镜或透镜组将光源的发散光转换成平行光，而在显示光路组件中包括依次排列的平面分光镜和曲面反射镜，相应的，曲面像源输出的平行光经过平面分光镜反射到曲面反射镜上，而曲面反射镜将平行光汇聚到人眼中。

在以上光路中，会因为人眼近视或远视存在直接佩戴AR眼镜出现观看模糊的情况，导致用户对AR眼镜的使用体验较差。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种头戴式设备，如下所示：

一种头戴式设备，包括：

本体，用于将所述头戴式设备佩戴在头部；

所述本体上设置有：

光源，用于输出发散光；

包含至少一个透镜的透镜组，用于对所述光源输出的发散光进行光路转换，以输出平行光；

平面分光镜，用于将所述透镜组输出的平行光进行反射；

曲面反射镜，用于将所述平面分光镜反射的平行光进行反射，反射的平行光透过所述平面分光镜入射到眼球；

其中，所述本体上还设置有：

驱动装置，所述驱动装置能够驱动所述光源与所述透镜组之间相对移动，以使得所述平行光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。

上述头戴式设备，优选的，所述光源与所述透镜组的相对移动距离与所述不同焦距的眼球中的眼球之间的焦距差相对应。

上述头戴式设备，优选的，还包括：

变焦透镜，设置在所述曲面反射镜背对于所述平面分光镜的一侧；

其中，所述变焦透镜能够在至少两个焦距之间进行切换，以使得所述曲面反射镜背对于所述平面分光镜一侧的光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。

上述头戴式设备，优选的，所述变焦透镜为液体透镜。

上述头戴式设备，优选的，所述驱动装置与所述光源相连，所述驱动装置能够带动所述光源相对于所述透镜组远近移动。

上述头戴式设备，优选的，所述驱动装置与所述透镜组相连，所述驱动装置能够带动所述透镜组相对于所述光源远近移动。

上述头戴式设备，优选的，所述透镜组中包括至少两个透镜，其中：

所述驱动装置与所述透镜组中的至少两个透镜相连，所述驱动装置能够驱动所述透镜组中的透镜之间相对移动。

上述头戴式设备，优选的，所述驱动装置为马达。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的一种头戴式设备中，通过在透镜组将光源输出的发散光进行光路转换并输出平行光之后，平面分光镜可以将透镜组输出的平行光发射到曲面发射镜，由此曲面反射镜可以将平行光进行发射并透过平面分光镜入射到人眼，基于此，本申请中在能够佩戴头戴式设备在头部的本体上设置驱动装置，进而能够驱动光源和透镜组之间的相对距离，以使得经过平面分光镜、曲面发射镜进行光路发射后的平行光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。可见，本申请中的头戴式设备佩戴在头部上时，可以根据头部眼球的焦距调节驱动装置进而驱动光源和透镜组之间相对移动，从而改变成像的物距，由此，针对具有不同焦距的眼球，头戴式设备均可以通过调节物距将平行光成像在眼球的同一位置，以使得眼球能够观看到清晰的图像，由此，避免眼球近视或远视直接佩戴头戴式设备观看模糊的情况，进而明显改善用户对头戴式设备的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种头戴式设备的结构示意图；

图2及图3分别为本申请实施例中本体的结构示意图；

图4为本申请实施例中光源和透镜组的结构示意图；

图5为本申请实施例中透镜组的结构示意图；

图6和图7分别为本申请实施例中眼球成像的示意图；

图8为本申请实施例的另一结构示意图；

图9-图14分别为本申请实施例驱动装置控制光源和透镜组之间的相对移动距离的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，为本申请实施例一提供的一种头戴式设备的结构示意图，该头戴式可以为AR眼镜等能够佩戴在头部的设备。本实施例中的技术方案主要用于改善头戴式设备佩戴在远视或近视的眼球前方会存在眼球观看模糊，导致用户体验较差的情况。

具体的，本实施例中的头戴式设备可以包括以下结构：

本体101，用于将所述头戴式设备佩戴在头部。

其中，本体101可以为支架结构，如图2中所示，通过两侧支架端将头戴式设备架设在头部耳朵上；或者，本体101可以为环带结构，如图3中所示，通过弹性或非弹性的柔性带将头戴式设备绑定在头部。

具体的，本体101上设置有：

光源102，用于输出发散光。其中，光源102具有一个或多个光线出射点，用于输出发散光，其输出的发散光可能存在光线发散范围的不同，如图4中所示。

包含至少一个透镜的透镜组103，用于对光源102输出的发散光进行光路转换，以输出平行光。

具体的，光源102和透镜组103相对设置，透镜组103中可以只设置有一个透镜，该透镜将发散光进行光路转换，以形成平行光；或者，透镜组103中可以设置有两个或更多个透镜，透镜之间平行设置，如图5中所示的侧面图，透镜组103中的多个透镜组合，依次对发散光进行光路转换，最终输出平行光。

平面分光镜104，用于将透镜组103输出的平行光进行反射；

其中，平面分光镜104与透镜组103所输出的平行光的光线输出方向之间呈第一角度。

曲面反射镜105，用于将平面分光镜反射104的平行光进行反射，反射的平行光透过平面分光镜104入射到眼球，以在眼球中形成图像，如游戏场景图像等；

其中，曲面反射镜105为曲面结构，以便于将平面分光镜104反射过来的平行光进行不同角度的反射，曲面反射镜105的曲面切面与平面分光镜104之间呈第二角度。第二角度与第一角度之间相匹配，使得透镜组103输出的平行光经过平面分光镜104反射之后入射到曲面反射镜105，且曲面反射镜104将平行光进行不同角度的反射后入射到人眼，而在曲面发射镜105与平面分光镜104之间是相对设置的，由此曲面反射镜105将反射的平行光透过平面分光镜104入射到眼球。

基于此，本体101上还设置有：

驱动装置106，该驱动装置106能够驱动光源102与透镜组103之间相对移动，以使得平行光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。

其中，对于眼球来说，透镜组103所输出的平行光即为需要在眼球上成像的物体光线，此时，驱动装置106通过驱动光源102与透镜组103之间相对移动，就可以改变对于眼球来说的物距，进而对于眼球来说，就可以通过改变物距来改变在眼球中成像的像距，即改变在眼球上的成像位置，而对于不同焦距的眼球，就可以根据眼球的焦距来适当调节物距来实现同一平行光在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像，如图6中所示，对于两种焦距A和B的眼球，可以通过调节平行光的物距，将平行光均成像在眼球中的视网膜的位置，从而使得眼球能够获得清晰的图像。

由上述方案可知，本申请实施例一提供的一种头戴式设备中，通过在透镜组将光源输出的发散光进行光路转换并输出平行光之后，平面分光镜可以将透镜组输出的平行光发射到曲面发射镜，由此曲面反射镜可以将平行光进行发射并透过平面分光镜入射到人眼，基于此，本申请中在能够佩戴头戴式设备在头部的本体上设置驱动装置，进而能够驱动光源和透镜组之间的相对距离，以使得经过平面分光镜、曲面发射镜进行光路发射后的平行光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。可见，本实施例中的头戴式设备佩戴在头部上时，可以根据头部眼球的焦距调节驱动装置进而驱动光源和透镜组之间相对移动，从而改变成像的物距，由此，针对具有不同焦距的眼球，头戴式设备均可以通过调节物距将平行光成像在眼球的同一位置，以使得眼球能够观看到清晰的图像，由此，避免眼球近视或远视直接佩戴头戴式设备观看模糊的情况，进而明显改善用户对头戴式设备的使用体验。

在一种实现方式中，光源102和透镜组103的相对移动距离，与不同焦距的眼球之间的焦距差相对应，也就是说，对于头戴式设备所佩戴的眼球的焦距变化，相应的可以改变光源102和透镜组103的相对移动距离来保障平行光均成像在眼球中的视网膜的位置，从而使得眼球能够获得清晰的图像。

例如，对于需要佩戴头戴式设备的近似800度的眼球A和近视100度的眼球B，为了能够在佩戴头戴式时眼球A和眼球B均能够在视网膜上成像，可以适当调节光源102和透镜组103的相对移动距离，而实际移动距离的大小可以根据眼球A和眼球B之间的焦距差确定，进而在头戴式设备从眼球A所在的头部取下后，再佩戴在眼球B所在的头部上时，可以根据两者的焦距差来通过驱动装置106调节光源102和透镜组103之间的相对移动距离，从而使得头戴式设备佩戴眼球A所在的头部和佩戴在眼球B所在的头部上时眼球A和眼球B均能够在视网膜上成像，进而观看到清晰的图像。

具体的，本实施例中可以首先根据人眼近视范围换算成物距，例如人眼近视范围在100度到800度之间，即-1D到-8D，那么换算为眼前距离为-1米到-0.125米，之后，再根据眼前距离计算物距变化，即光源102和透镜组103之间的相对移动位置的范围，例如，如图7中所示，像X(光源102)向靠近头戴式设备和人眼的方向离焦L1-L的范围内时，可以在人眼的视网膜上成像X`，其中，L1和L可以通过如下公式(1)和公式(2)得到，即：L1的大小为1000f/(1000+f)，L的大小为125f(125+f))，其中，f为头戴式设备的焦距，由此，当光源102和透镜组103之间的相对移动距离在L1和L之间调整时，可适应100度到800度的近视人眼，使得人眼观看到清晰的图像。

1/1000+1/L1＝1/f (1)

1/125+1/L＝1/f (2)

在一种实现方式中，本实施例中的头戴式设备中还可以包括以下结构，如图8中所示：

变焦透镜107，设置在曲面反射镜105背对于所述平面分光镜104的一侧。此时，变焦透镜107与人眼之间相隔曲面反射镜105和平面分光镜104。

其中，变焦透镜107能够在至少两个焦距之间进行切换，以使得曲面反射镜105背对于平面分光镜104一侧的光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像，此时，不同焦距的眼球均能够通过变焦透镜107获得头戴式设备前方的清晰图像，如图8中所示，此时不同焦距的眼球即使不另外佩戴近视眼镜或远视眼镜也能够在获得头戴式设备的清晰图像的同时，获得外界清晰的图像。

具体的，本实施例中的变焦透镜107可以为液体透镜，进而能够在不同的焦距之间切换，以不同的焦距为不同焦距的眼球提供外界光的清晰成像。

在一种实现方式中，驱动装置106可以与光源102相连，而透镜组103相对于本体101固定设置，在头戴式设备需要佩戴在具有不同焦距的眼球的头部上时，驱动装置106能够带动光源102相对于透镜组103远近移动，如图9中所示，以使得光源102输出的发散光经由透镜组103光路转换成平行光后能够在眼球的视网膜上成像。

具体的，驱动装置106可以设置在光源102上背向透镜组103的一侧的位置上，以能够带动光源102相对于透镜组103远近移动。

在另一种实现方式中，驱动装置106可以与透镜组103相连，而光源102相对于本体101固定设置，在头戴式设备需要佩戴在具有不同焦距的眼球的头部上时，驱动装置106能够带动透镜组103相对于光源102远近移动，如图10中所示，以使得光源102输出的发散光经由透镜组103光路转换成平行光后能够在不同焦距的眼球的视网膜上成像。

具体的，为了不遮挡发散光和平行光的光路，驱动装置106可以设置在透镜组103的壳体边缘上，如图11中所示的正面图，透镜组103进行光路转换的镜面区域不受驱动装置的影响，同时透镜组103能够被驱动装置106带动并相对于光源102远近移动，以使得透镜组103输出的平行光能够在不同焦距的眼球的视网膜上成像。

在一种实现方式中，透镜组103中可以只包含一个透镜，或者，透镜组103中包括至少两个透镜，如图5中所示，这种情况下，驱动装置106可以与透镜组103中的至少两个透镜相连，以使得驱动装置106能够驱动透镜组103中的透镜之间相对移动，以此来改变平行光的物距，从而使得透镜组103输出的平行光能够在不同焦距的眼球的视网膜上成像。

如图12中所示，透镜组103中包括两个透镜：第一透镜p和第二透镜q，驱动装置106分别与透镜组103中的第一透镜p和第二透镜q相连，此时，光源102是相对于本体101固定设置的，驱动装置106可以有多种方式驱动透镜组103中的第一透镜p和第二透镜q之间相对移动，具体的：

一种方式中，第一透镜p在透镜组103的壳体内相对光源102固定设置，而驱动装置106可以只带动第二透镜q相对于第一透镜p远近移动，以改变透镜组103输出的平行光的物距，从而使得透镜组103输出的平行光能够在不同焦距的眼球的视网膜上成像；而第二透镜q相对于第一透镜p的相对移动距离可以根据不同焦距的眼球之间的焦距差确定；

另一种方式中，第二透镜q在透镜组103的壳体内相对光源102固定设置，而驱动装置106可以只带动第一透镜p相对于第二透镜q远近移动，以改变透镜组103输出的平行光的物距，从而使得透镜组103输出的平行光能够在不同焦距的眼球的视网膜上成像；而第一透镜p相对于第二透镜q的相对移动距离可以根据不同焦距的眼球之间的焦距差确定；

又一种方式中，第二驱动装置106可以同时带动第一透镜p和第二透镜q与对方之间远近移动，此时，透镜组103虽然壳体相对于光源102固定设置，但内部的透镜的位置均被移动，以改变透镜组103输出的平行光的物距，从而使得透镜组103输出的平行光能够在不同焦距的眼球的视网膜上成像；而第一透镜p和第二透镜q相对于光源102的相对移动距离以及第一透镜p相对于第二透镜q的相对移动距离可以根据不同焦距的眼球之间的焦距差确定。

在其他实现方式中，驱动装置106可以同时与光源102和透镜组103相连，在头戴式设备需要佩戴在具有不同焦距的眼球的头部上时，驱动装置106能够同时带动光源102和透镜组103相对于对方远近移动，如图13中所示，以使得光源102输出的发散光经由透镜组103光路转换成平行光后能够在眼球的视网膜上成像。

具体的，驱动装置106可以设置在光源102和透镜组103同侧的壳体边缘上，以能够带动光源102相对于透镜组103远近移动的同时，不影响光源102和透镜组103所输出的光线的光路。

在一种实现方式中，驱动装置106中可以为马达实现，而光源102和透镜组103之间可以设置有滑动轨道，进而马达可以带动光源102和/或透镜组103在滑动轨道上相对远近移动，如图14中所示。

以头戴式设备为AR眼镜为例，本申请的技术方案中可以利用光源102和透镜组103之间的间距位置变化来调节平行光在眼球内的成像位置，具体可以利用马达或者其他结构来实现，从而使得近视人眼看到的虚像是清楚的。

同时，因为人眼没有带近视眼镜，所以外界光线在眼球中形成的图像会不清楚，为了解决这个问题，本申请的技术方案中在曲面反射镜105的外面侧设置可以变焦的液体透镜，而里面液体透镜的焦距变化可以进行屈光度的调节，从而近视眼的人不需要佩戴近视眼镜也能看清楚外界的画面。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种头戴式设备，包括：

本体，用于将所述头戴式设备佩戴在头部；

所述本体上设置有：

光源，用于输出发散光；

包含至少一个透镜的透镜组，用于对所述光源输出的发散光进行光路转换，以输出平行光；

平面分光镜，用于将所述透镜组输出的平行光进行反射；

曲面反射镜，用于将所述平面分光镜反射的平行光进行反射，反射的平行光透过所述平面分光镜入射到眼球；

其中，所述本体上还设置有：

驱动装置，所述驱动装置能够驱动所述光源与所述透镜组之间相对移动，以使得所述平行光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。

2.根据权利要求1所述的头戴式设备，所述光源与所述透镜组的相对移动距离与所述不同焦距的眼球中的眼球之间的焦距差相对应。

3.根据权利要求1所述的头戴式设备，还包括：

变焦透镜，设置在所述曲面反射镜背对于所述平面分光镜的一侧；

其中，所述变焦透镜能够在至少两个焦距之间进行切换，以使得所述曲面反射镜背对于所述平面分光镜一侧的光能够在不同焦距的眼球上的同一成像位置成像。

4.根据权利要求3所述的头戴式设备，所述变焦透镜为液体透镜。

5.根据权利要求1或2所述的头戴式设备，所述驱动装置与所述光源相连，所述驱动装置能够带动所述光源相对于所述透镜组远近移动。

6.根据权利要求1或2所述的头戴式设备，所述驱动装置与所述透镜组相连，所述驱动装置能够带动所述透镜组相对于所述光源远近移动。

7.根据权利要求1或2所述的头戴式设备，所述透镜组中包括至少两个透镜，其中：

所述驱动装置与所述透镜组中的至少两个透镜相连，所述驱动装置能够驱动所述透镜组中的透镜之间相对移动。

8.根据权利要求1或2所述的头戴式设备，所述驱动装置为马达。

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