CN114114683B - 增强现实设备装配方法和增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强现实设备装配方法和增强现实设备。所述增强现实设备装配方法包括步骤：将待装配的增强现实设备中的投影模组、光波导件和支架中的一个进行位置固定，并将另外两个相对于其布置在各自的预设位置中，使得投影模组中的显示单元与壳体之间、并且/或者光波导件与支架之间具有用于调整其间相对位置的间隙；使所述投影模组投射出图像光线；接收从所述光波导件耦出的出射图像并判断是否符合预设标准：如果不符合，则调整所述相对位置，直到确定能使得出射图像符合所述预设标准的优化相对位置；如果符合，则保持所述优化相对位置；至少通过施胶方式来固定所述优化相对位置。本发明方法装配操作方便且高效，能有效提高最终投影图像质量。

Description

增强现实设备装配方法和增强现实设备

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及增强现实设备装配方法和增强现实设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality,AR)技术包括光源、投影镜头加光波导片的方案以及传统的Birdbath方案。由于传统Birdbath方案存在诸如体积较大、视场角难以进一步提升、用户体验相对差等原因而难以受到消费者的青睐，而使用光波导片方案由于使用者眼前只需要一个波导片，因此更为小巧美观，用户使用体验更佳。

采用光波导片的方案通常包括光机和光波导片，通过光机将图像投影到光波导片内，然后由光波导片将图像进行二维扩瞳后再投射入人眼。光机投影的图像质量直接决定着人眼接收的图像质量，而光波导片在对图像进行扩瞳时也对接收光线存在着角度要求。现有技术在装配时通常采用纯物理对准的方式来调整光机与波导片的相对位置，这导致最终的光学质量不一定是最佳的，尤其是例如光机、光波导片等众多光学元件在组装过程中存在着累积误差，并且在它们自身的加工、制造环节上也在一定程度上存在着误差或者误差累积，这些因素都可能会对最终的投影图像质量带来不利影响，从而造成最终投射到人眼的图像或多或少地产生失真。

本节所描述内容是为方便理解本申请之用，因此不应假定仅由于将其包含在本节中而认为已经属于现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种增强现实设备装配方法和增强现实设备，从而能够解决或者至少缓解了以上问题以及其他方面的问题中的一个或多个。

首先，根据本发明的一个方面，它提供了一种增强现实设备装配方法，所述增强现实设备包括支架、投影模组和光波导件，所述投影模组包括壳体、光源、显示单元、转光单元和投影镜头，所述显示单元用于将入射光线调制成图像光线，所述转光单元用于将从所述光源发出的光线转折至所述显示单元，并将其调制成的图像光线转折至所述投影镜头以向外投射后耦入所述光波导件，所述增强现实设备装配方法包括步骤：

将待装配的所述投影模组、所述光波导件和所述支架中的一个进行位置固定，并将另外两个相对于其布置在各自的预设位置中，使得所述显示单元与所述壳体之间、并且/或者所述光波导件与所述支架之间具有用于调整其间相对位置的间隙；

使所述投影模组投射出图像光线；

接收从所述光波导件耦出的出射图像并判断是否符合预设标准：如果不符合，则调整所述相对位置，直到确定能使得所述出射图像符合所述预设标准的优化相对位置；如果符合，则保持所述优化相对位置；以及

至少通过施胶方式来固定所述优化相对位置。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，将所述支架进行位置固定，并且将所述光波导件相对于所述支架进行位置固定，将所述投影模组相对于所述支架布置在其预设位置中；

在所述光波导件的出瞳位置处接收所述出射图像并判断是否符合第一预设标准，以此来调整并确定所述显示单元与所述壳体之间的优化相对位置；以及

继续在所述出瞳位置处接收所述出射图像并判断是否符合第二预设标准，以此来调整并确定所述光波导件与所述支架之间的优化相对位置。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，所述第一预设标准包括所接收到的所述出射图像的图像质量是否符合预设要求，所述第二预设标准包括所接收到的出射图像的明暗程度是否符合预设的图像亮度均匀性要求、出瞳光线的角度是否符合预设的角度要求。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，将所述支架进行位置固定，并且将所述光波导件和所述投影模组相对于所述支架布置在它们各自的预设位置中；

在所述光波导件的出光路径上接收所述出射图像，然后同步判断是否符合所述投影模组处和所述光波导件处的各自预设标准，以此来同步调整并确定所述显示单元与所述壳体之间的优化相对位置、所述光波导件与所述支架之间的优化相对位置。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，所述投影模组投射出的图像光线包含图像质量数据以及图像位置和角度数据，所述图像质量数据包括解像力数据，所述投影模组处的预设标准包括根据所接收到的出射图像的图像质量数据得到的与所述显示单元相关的参数是否符合预设要求，所述投影模组处的预设标准包括所接收到的出射图像的图像位置和角度数据是否符合各自的预设要求。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，通过计算所接收到的出射图像的像差来获得所述相对位置的调整量，然后根据其来对所述显示单元与所述壳体之间的相对位置、和/或所述光波导件与所述支架之间的相对位置在六个自由度上进行实时调整。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，所述增强现实设备装配方法还包括步骤：

将一个或多个棱镜设置在所述投影模组和所述光波导件之间，用于使得经所述投影模组输出的图像光线经由所述棱镜进行折射后再耦入至所述光波导件。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，在所述壳体的外壁上设置容纳部用于容纳所述显示单元，并在所述显示单元与位于所述容纳部外侧的所述壳体的外壁之间形成用于调整其间相对位置的第一间隙；并且/或者

在所述支架上设置容纳空间，并且在将所述光波导件部分地插入所述容纳空间中时，在所述光波导件与所述容纳空间的内壁之间形成用于调整其间相对位置的第二间隙。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，所述壳体被构造成包括：

第一壳体，其与所述支架相连并至少设置有第一开口部，所述光源被容纳在所述第一壳体内；以及

第二壳体，其与所述支架相连并至少设置有第二开口部和第三开口部，所述第二开口部被构造成与所述第一开口部相适配，以使得所述第二壳体与所述第一壳体可拆卸地密封接合，所述转光单元被容纳在所述第二壳体内，所述投影镜头布置在所述第三开口部处并装设于所述第二壳体上，所述容纳部设置在所述第二壳体或所述第一壳体的外壁上。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，所述壳体被构造成包括：

第一壳体，其与所述支架相连，并且具有用于容纳所述光源和所述转光单元的空间，所述第一壳体设置有至少一个开口部，所述投影镜头装设在所述开口部处；以及

第二壳体，其被构造成与所述第一壳体可拆卸地密封接合，并且所述容纳部设置在所述第二壳体的外壁上。

在根据本发明的增强现实设备装配方法中，可选地，所述显示单元包括基板和附接于所述基板上的芯片，所述显示单元通过所述基板被胶接至所述壳体，并且/或者所述显示单元与所述壳体之间的胶接厚度范围为0.1-0.6mm。

另外，根据本发明的另一个方面，它还提供了一种增强现实设备，其包括：

支架；

投影模组，其装设于所述支架上并包括壳体、光源、显示单元、转光单元和投影镜头，所述显示单元用于将入射光线调制成图像光线，所述转光单元用于将从所述光源发出的光线转折至所述显示单元，并将其调制成的图像光线转折至所述投影镜头以向外投射；以及

光波导件，其装设于所述支架上并耦入从所述投影镜头投射出的图像光线，

其中，所述显示单元与所述壳体之间、并且/或者所述光波导件与所述支架之间具有用于调整其间相对位置的间隙，以便至少通过施胶方式来固定在装配时确定的优化相对位置，所述优化相对位置被确定为能使得在装配时接收到的从所述光波导件耦出的出射图像符合预设标准。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述壳体的外壁上设置有用于容纳所述显示单元的容纳部，在所述显示单元与所述容纳部的内壁之间形成用于调整其间相对位置的第一间隙；并且/或者

所述支架设置有容纳空间，在将所述光波导件部分地插入所述容纳空间中时，所述光波导件与所述容纳空间的内壁之间形成用于调整其间相对位置的第二间隙。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述壳体包括：

第一壳体，其与所述支架相连并至少设置有第一开口部，所述光源被容纳在所述第一壳体内；以及

第二壳体，其与所述支架相连并至少设置有第二开口部和第三开口部，所述第二开口部被构造成与所述第一开口部相适配，以使得所述第二壳体与所述第一壳体可拆卸地密封接合，所述转光单元被容纳在所述第二壳体内，所述投影镜头布置在所述第三开口部处并装设于所述第二壳体上，所述容纳部设置在所述第二壳体或所述第一壳体的外壁上。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述壳体包括：

第一壳体，其与所述支架相连，并且具有用于容纳所述光源和所述转光单元的空间，所述第一壳体设置有至少一个开口部，所述投影镜头装设在所述开口部处；以及

第二壳体，其被构造成与所述第一壳体可拆卸地密封接合，并且所述容纳部设置在所述第二壳体的外壁上。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述显示单元包括基板和附接于所述基板上的芯片，所述显示单元通过所述基板被胶接至所述壳体，并且/或者所述显示单元与所述壳体之间的胶接厚度范围为0.1-0.6mm。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述壳体与所述支架之间设置有限位槽与限位柱相匹配的限位结构，并且/或者所述壳体和所述支架之间至少通过施胶方式被装设在一起。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述光波导件的至少一侧设置有布胶区，并且所述支架上设置一个或多个与所述布胶区相对应的通孔。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述支架包括：

溢胶部，其与所述间隙相连通，用于容纳从所述间隙中溢出的粘胶材料；

防溢部，其设置在所述支架的边缘处，用于防止粘胶材料从所述间隙溢出到所述光波导件上；和/或

粘接增强部，其设置在所述支架与所述光波导件相对的表面上，用于增大粘胶材料在所述支架与所述光波导件之间的接触面积。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述支架被构造成分体式，其包括彼此独立的第一支架和至少一个第二支架，所述第一支架与所述投影模组和所述光波导件相连，所述第二支架至少与所述光波导件相连，所述第一支架和所述第二支架分别位于所述光波导件的两侧并且与所述光波导件之间分别相距第一侧间隙和第二侧间隙，所述第一侧间隙和所述第二侧间隙相等或不相等。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述增强现实设备还包括一个或多个棱镜，其设置在所述投影模组和所述光波导件之间，用于使得经所述投影模组投射出的图像光线经由所述棱镜进行折射后再耦入至所述光波导件。

在根据本发明的增强现实设备中，可选地，所述预设标准包括所接收到的所述出射图像的图像质量是否符合预设要求、明暗程度是否符合预设的图像亮度均匀性要求、出瞳光线的角度是否符合预设的角度要求。

本发明结构工艺简单、装配操作方便且高效，它能够有效避免增强现实设备中的零部件在装配过程中的累积误差以及它们在加工、制造环节上的误差或累积误差等方面对于最终成像质量的不利影响，从而可使得增强现实设备实现较高的投影图像质量，并且具有较高的光能利用率和亮度均匀性等。本发明实用性强并且组装效率高，因此非常适合大规模生产应用，能够显著提升增强现实设备的质量。

附图说明

以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是出于解释目的进行阐释，因此不必按照比例进行绘制。

图1是一个根据本发明的增强现实设备装配方法实施例的流程图。

图2、图3和图4分别是根据本发明的增强现实设备第一实施例正在进行装配时的三个不同的立体结构示意图。

图5是根据本发明的增强现实设备第一实施例已经完成装配后的立体结构示意图。

图6是根据本发明的增强现实设备第一实施例中的投影模组和一部分支架的立体结构示意图。

图7是图6所示的投影模组处于分解状态下的立体结构示意图。

图8和图9分别是图6所示的投影模组中的一部分壳体以及转光单元和投影镜头的两个立体结构示意图。

图10是图6所示的投影模组的一个纵向侧视结构示意图。

图11是图6所示的投影模组的一个替换示例的横向侧视结构示意图。

图12是图2所示的增强现实设备第一实施例的俯视结构示意图，其中同时放大示出了位于图中A部区域的光波导件与支架之间的间隙和胶接连接。

图13是根据本发明的增强现实设备第二实施例的立体结构示意图。

图14是图13所示的增强现实设备第二实施例的俯视结构示意图，其中同时放大示出了位于图中B部区域的光波导件与支架之间的间隙和胶接连接。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本发明的增强现实设备装配方法和增强现实设备的步骤、组成、构造、特点以及优点等，然而所有的描述不应当用来对本发明构成任何限制。在本文中，技术用语“连接(或相连等)”涵盖了特定部件直接连接至另一部件和/或间接连接至另一部件，技术用语“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”及其派生词应联系各附图中的定向，并且应理解本发明可以采取多种替代定向，技术术语“第一”、“第二”仅是用于进行区分性表述目的而无意于表示它们的顺序和相对重要性等，技术术语“基本上”旨在包括与特定量的测量相关联的非实质性误差，例如包括对于特定值的±8％、±5％或±2％等范围。

此外，对于在本文的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而涵盖了根据本发明的更多实施例。另外，为了简洁起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示，并且在本文中不多赘述本领域技术人员已经公知的一般事项，例如可以在增强现实设备装配时使用的各种装配工具、工业相机、视觉对位设备等。

根据本发明的设计思想，首先提供了用于增强现实设备的装配方法，其与现有技术相比可以有效减少甚至消除尤其是各零部件在加工、制造、装配等过程中的累积误差对于增强现实设备的投影图像质量的不利影响，从而能够明显提升投影图像质量、光能利用率和亮度均匀性等方面性能。具体来讲，首先在图1中示范性地给出了一个根据本发明的增强现实设备装配方法实施例的大致流程，此外还在图2-14中展示了根据本发明的增强现实设备的若干个具体示例，下面将通过这些实施例来详细说明本发明技术方案。

请参阅图1并且结合参考在其他附图2-14中示出的增强现实设备实施例，在这个增强现实设备装配方法示例中，可采用步骤S11至S16来装配形成例如具有支架10、投影模组20和光波导件30的增强现实设备。在该增强现实设备中，投影模组20可以包括壳体21、光源22、转光单元23、显示单元24和投影镜头25，其中的转光单元23是用于将从光源22发出的光线转折到显示单元24，然后由后者将入射光线调制成图像光线，接着送至投影镜头25进行放大后进入到光波导件30，再由该光波导件30进行扩瞳后投射向人眼。上述投影模组20是被固装到支架10上，本发明不对投影模组20和支架10本身的具体构造、尺寸、使用材料等方面作出限制，也不会对如何将它们装配在一起的具体方式(如螺接、胶接、激光焊接等或其任意组合)进行任何限制。

如图1所示，在步骤S11中，可以将待装配的支架10、投影模组20和光波导件30当中的任何一个(例如支架)首先进行位置固定，然后再将另外两个部件相对于这个已被位置固定的部件分别布置在它们各自的预设位置中，从而可以形成支架10、投影模组20和光波导件30之间的初步相对位置关系，使得在投影模组20中的显示单元24与壳体21之间具有可用来调整二者间相对位置的间隙S1(参阅图10、图11)、并且/或者在光波导件30与支架10之间具有可用来调整二者间相对位置的间隙S2(参阅图12、图14)，随后将针对以上两种间隙的具体情形进行更详细说明。

接下来，在步骤S12中，可以通过投影模组20来投射出图像光线。如上所述，可将投影模组20中的光源22开启，然后经由转光单元23、显示单元24和投影镜头25进行处理后将图像光线向外投射至光波导件30。如图5所示，光波导件30通常设置有耦入区31、转折及耦出区32，耦入区31用来接收经由投影模组20投射出的图像光线，使其在光波导件30中进行传输和二维扩瞳后从转折及耦出区32耦出。

例如图3和图4所示，可以使用图像接收装置50代替人眼，用来在人眼侧接收从光波导件30耦出的出射图像。图像接收装置50通常可采用工业相机，其具体参数选择与待装配制成的增强现实设备有关，希望借助其来尽可能地模拟人眼，比如通常需要入瞳前置、分辨率越高越好、视场角大于增强现实设备的视场角、将其与光波导件30之间距离布置成1cm-2cm(模拟人眼距离)等。

在步骤S13中，可以对接收到的出射图像的成像情况进行判断分析，以便确定其是否符合预设标准。如果经过判断分析后，发现所接收到的出射图像尚不符合预设标准，那么由于在之前步骤中已经预留了间隙S1和/或S2，因此就可以在步骤S14中借助于以上间隙提供的可操作空间用来实时调整上述零部件之间的相对位置，例如调整方式可包括六轴调整操作(即，在X/Y/Z轴方向上进行平移，以及围绕着X/Y/Z轴方向进行旋转)，直到能够判定当前接收到的出射图像已经符合了预设标准，从而也就确定了显示单元24与壳体21之间的优化相对位置、并且/或者光波导件30与支架10之间的优化相对位置。

然后，就可以在步骤S15中将经过以上过程所确定了的优化相对位置保持住，以便在随后步骤中将其固定，可借助于在装配过程中使用的装配工具来实现以上保持操作。上述的实时调整过程可能仅需一次或两次操作即可完成，当然也许需要经历更多次操作才能达标。

在此需要说明的是，对于上述预设标准，本发明不做任何特定限制，而是允许按照不同应用需求情况来进行相应选择和灵活设定，例如可以仅单独选择一种标准，或者也可以结合选择两种或更多种标准。举例而言，例如在使用图像接收装置50进行图像接收的情况下，可以将接收到的出射图像与用作比较基准的预设参考图像(例如十字图像、点阵或者任何适宜的其他图像，可将其设置在图像接收装置50的相机镜头上或者使用软件在接收图像中生成)进行比较，如果二者之间的位置关系能被确定已经对准的话，那么即可判定当前得到的出射图像的图像质量达到了所期望的要求。例如，当从投影模组20投射出十字图像之后，由图像接收装置50接收经过光波导件30作用后的十字图像，然后将它与图像接收装置50中的十字图像之间的相对位置关系进行识别判断。当这两个十字图像未能对准重合时，则可以判断需要调整的方向和/或大小，然后借助于由间隙S1或S2所提供的调整空间来调整相应的相对位置(例如围绕着X轴和/或Y轴旋转，沿着Z轴方向平移等)，直到以上两个十字图像对准重合，从而保证了增强现实设备具备较高的投影图像质量。

再举例说明，作为一种可选情形，上述的预设标准还可以是判断由图像接收装置50接收到的出射图像的明暗程度是否符合预设的图像亮度均匀性要求、出瞳光线的角度是否符合预设的角度要求等。例如，当接收到的出射图像的亮度未达到均匀标准时，则可以借助于由间隙S1或S2提供的调整空间来调整相应的相对位置，例如在X轴、Y轴、Z轴、XOY平面、YOZ平面、XOZ平面这六个自由度方向上进行实时校准，直到接收到的出射图像亮度达到亮度均匀性的预期目标为止，例如可由此使得增强现实设备具备较高的亮度均匀性。

另外，在一些实施方式下，还可以先基于上述的图像是否对准的判断标准来进行相对位置调整，然后再基于上述的明暗判断标准来再次进行位置调整。当然，在不脱离本申请主旨的情况下，本发明中的预设标准完全允许包括任何其他的适宜内容。

如图1所示，通过执行以上这些步骤S11至S15，可以确定显示单元24与壳体21之间的优化相对位置、并且/或者光波导件30与支架10之间的优化相对位置，随后就可以在步骤S16中，通过例如在间隙S1和/或间隙S2的一部分或全部内施胶来固定住以上零部件之间的优化相对位置，由此将它们固装在一起，从而装配完成了根据本发明的增强现实设备。

以上仅示范性地介绍了本发明方法的大致处理步骤，应当理解的是，在不同的应用场合下，本发明方法可以按照具体需求来进行灵活实施，并且因此允许根据实际应用情形来提供更多的实现方式，而无意于仅局限在以上提及的这些方法步骤。

例如，在一些实施方式下，例如图2和图3所示，可以考虑先将支架10进行位置固定，然后将光波导件30相对于支架10进行位置固定，并且将投影模组20相对于支架10布置在其预设位置中。然后，如图3和图4所示，可以例如使用图像接收装置50在光波导件30的出瞳位置处接收出射图像，并且判断其是否符合第一预设标准(例如此时接收到的出射图像的图像质量是否符合预设要求等)，以便由此来调整并确定显示单元24与壳体21之间的优化相对位置。接着，可以继续使用图像接收装置50在出瞳位置处接收出射图像，并且判断其是否符合第二预设标准(例如此时接收到的出射图像的明暗程度是否符合预设的图像亮度均匀性要求、出瞳光线的角度是否符合预设的角度要求等)，以便由此调整并确定光波导件30与支架10之间的优化相对位置，在图5中以示意方式示出了已完成装配后的增强现实设备实施例。

在以上调整过程中，采用了首先主动调整显示单元24的相对位置，然后再主动调整光波导件30的相对位置的方式，由于光波导件30对于光线仅起到扩散传输的作用，它对于图像质量(像差)没有影响，因此即使仅使光波导件30处于预设位置中，仍然可以通过将图像接收装置50布置在光波导件30的出瞳位置处来实施显示单元24的调整操作。在将显示单元24的优化相对位置调整确定好之后，再通过对光波导件30的优化相对位置进行调整确定，从而可以达到例如在不同视场下的亮度均匀性以及出瞳光线的角度等方面的预期目标。

采用以上方式，由于显示单元24和光波导件30都是放置在预设位置后再进行主动校准，因此只需要在一个工位上就可以完成支架10、投影模组20和光波导件30这三个零部件的组装，同时图像接收装置50也无需移动位置，因此能够有效提高装配效率，也提高了装配精度。与此对比，如果主动校准显示单元24时不将光波导件30放置在其预设位置的话，那么就需要将图像接收装置50放置在投影镜头25的出光路径上，而在主动校准光波导件30时，则需要图像接收装置50改为放置在光波导件30的出光路径上，因此操作繁琐，非常不方便。另外，当不需要将图像接收装置50布置在投影镜头25的出光路径上时，也就使得支架10在投影镜头25的出光路径上无需开孔或者设置缺口，从而可以诸如避免产生漏光、增加加工成本等问题。

再举例而言，在一些实施方式下，可以先将支架10进行位置固定，然后将光波导件30相对于支架10布置在其预设位置中，并且将投影模组20也相对于支架10布置在其预设位置中。然后，可以例如使用图像接收装置50用来在光波导件30的出光路径上接收出射图像，然后同步判断是否符合投影模组20处的预设标准以及光波导件30处的预设标准，以便可由此来同步调整并确定显示单元24与壳体21之间的优化相对位置、光波导件30与支架10之间的优化相对位置，这也就是说将投影图像包含的信息进行处理后，不仅可获得用于对调整显示单元24进行主动调整的数据，而且也可获得用于对光波导件30进行主动调整的数据。作为可选情形，可以将从投影模组20投射出的图像光线设置成不仅包含图像质量数据(例如能够从诸如黑白线对、黑白方块等中解析出的解像力数据等)，而且包含例如十字线图像等的图像位置和角度数据，以上这两种数据信息在图像上是互相分离的。如此，在进行调整操作时，通过投射单次图像即可获得用于调整显示单元24和光波导件30的调整信息，从而可以明显提高调整效率。

与采用以上方式相对应，在投影模组20处的预设标准可以是根据接收到的出射图像所包含的图像质量数据得到的与显示单元24相关的参数是否符合预设要求，在投影模组20处的预设标准则可以是接收到的出射图像所包含的图像位置和角度数据是否符合各自的预设要求。

根据不同的应用情况，在本发明方法中可能同时设置以上讨论的间隙S1和间隙S2，也可能仅设置间隙S1或者间隙S2。在根据本发明方法的一些实施例中，当借助于间隙S1(或间隙S2)进行相对位置调整操作时，可以通过对例如由图像接收装置50接收到的出射图像的像差进行计算来获得关于相对位置的调整量，然后根据计算出的调整量来对显示单元24与壳体21之间的相对位置(或者光波导件30与支架10之间的相对位置)在例如六个自由度上进行实时调整，直到接收图像符合预设标准，由此能够使得调整操作更为精确，并且装配效率更高。

对于间隙S1来讲，在图6至图11中分别给出了若干个具体示例。举例而言，在图6至图10所示的示例中，可以在投影模组20的壳体21的外壁上设置容纳部218用来容纳显示单元24，在装配时可以在显示单元24与位于容纳部218外侧的壳体21的外壁之间形成间隙S1，从而可利用该间隙S1用来提供对显示单元24进行主动调整的空间，即由此将允许从壳体21的外部来非常方便、快捷地对显示单元24的位置进行主动校准，在完成调整操作之后即可通过在该间隙处S1设置粘胶材料来固定住已经确定后的显示单元24的优化位置。采用上述的针对显示单元24进行主动校准方式的另一个优点在于：可以通过对显示单元24的旋转操作来使得投影图像进入人眼或图像接收装置50后能保持水平和垂直。

在本文提到的实施例中，显示单元24被可选地设置成具有两个部分，即基板241以及附接到其上的芯片242(如采用LCOS芯片、DMD芯片等)，其中基板242可采用陶瓷或金属材质制成以使其具有较大的强度及散热性能，当通过夹持或者吸取的方式将显示单元24固定于调整工具时，具有较大强度的陶瓷或金属基板此时将不易产生形变，基板242还可以进一步包括一层线路板用来与芯片242形成电性连接。

在装配期间，通过将基板241胶接到壳体21上，从而可以固定住显示单元24与其他零部件(例如支架10或光波导件30)之间的相对位置。作为可选情形，显示单元24与壳体21之间的胶接厚度范围是0.05-1mm，例如在各光学元器件光轴一致性较高的情况下，胶接厚度范围可以是0.1-0.6mm。这也就是说，在主动调整并确定了显示单元24与壳体21之间的优化相对位置关系之后，在芯片242与壳体21之间沿着接触面的长度上可能具有彼此厚度大小不等的间隙，因此导致不同位置处的粘胶材料可能具有不相等的厚度，但通过对芯片242的倾斜角度进行调整，可以使得粘胶材料至少在部分胶接区域具有线性的厚度。此外，在通过机器视觉识别来确定转光单元23和显示单元24的位置的情况下，可以在第二壳体212上设置粘胶材料后将显示单元24胶接到其上，该胶接厚度范围可以是0.01-0.1mm。另外，作为一种可选情形，在通过粘胶材料将显示单元24进行固定时，可以使得最终的胶接部分形成为一个圈环形状，以便能够更好地密封壳体21的内部空间，避免不期望的杂散光、灰尘等进入壳体内部。

对于投影模组20的壳体21，它可以按照需要而具有任何适宜的结构形式，例如它可采用整体式结构，或者采用由多个部分组成的分体式结构。请参考图6至图10，可以将壳体21可选地构造成具有两个部分，即第一壳体211和第二壳体212，以便于容纳并承载各组成零部件。具体来讲，可以在第一壳体211上设置开口部213，以便将光源22经由开口部213放置在第一壳体211内；对于第二壳体212，它可以在整体上呈现为可选的六面体结构，可以在该第二壳体212上设置开口部214和215，并且可将开口部214构造成与开口部213相适配，例如被可选地分别设置在开口部214处和开口部213处并且彼此匹配的凹部217和凸部216，以便将第二壳体212与第一壳体211二者可拆卸地密封接合在一起而避免漏光。

转光单元23将放置在第二壳体212内以接收从位于第一壳体211的光源22送出的输入光线并将其输出至投影镜头25，它可以具体采用例如PDS棱镜、TIR棱镜等形式，而投影镜头25将装设在第二壳体212上并且布置在开口部215处，这可以采用例如螺纹连接、通过机器视觉对位后再使用粘胶材料固定、通过限位结构(例如采用相互匹配的限位槽与限位柱等形式)卡接于第二壳体212后再使用粘胶材料固定等任何可行的连接方式加以实现，对于例如光源22、转光单元23等其他零部件也可采用与以上所述相同或类似的方式进行固定。尽管在以上附图显示的是将容纳部218设置在第二壳体212处，但是应当指出的是，本发明也允许将容纳部218改为设置在第一壳体211的外壁上，例如仅需将转光单元23旋转90度来进行配合即可实现。装有以上这些零部件的第一壳体211和第二壳体212将与支架10连接在一起，例如在图7中示出了一种可选的连接方式，即通过在例如位于支架10上的槽状结构14涂覆粘胶材料可将第一壳体211和/或第二壳体212固定到支架10上。

作为另一种示范性举例，例如图11所示，可以将壳体21构造成具有第一壳体211'和第二壳体212'，前者在装配后与支架10相连并提供用来容纳光源22和转光单元23的空间，根据实际需要可以在第一壳体211'上设置一个或多个开口部，并将投影镜头25装设在其中一个开口部处，而第二壳体212'则被构造成能与第一壳体211'相接合而形成类似于盖板形式，并且可以将容纳部218设置在该第二壳体212'的外壁上。采用以上结构方式，可以将光源22、转光单元23等通过插槽或者限位的方式安装于同一结构件内，从而可省去对准步骤来提高装配效率，并且由于这些光学元件都安装在同一结构件内，因此它们具有较高的光轴一致性。

对于间隙S2来讲，在图12和图14中给出了相应的具体示例。作为举例说明，可以在支架10上设置容纳空间11，并且在将光波导件30部分地插入容纳空间11时，可以在光波导件30与容纳空间的内壁之间形成间隙S2，由此可以提供对光波导件30进行位置调整操作的空间(例如可调整两个、三个、四个、五个自由度，或者在Y轴、X轴、Z轴、YOX平面、YOZ平面、YOZ平面这六个自由度上进行主动校准)，并且在确定了光波导件30与支架10之间的优化相对位置之后，就可以例如通过在间隙S2的一部分或全部内施加粘胶材料60的方式将它们之间的位置固定住。

在根据本发明方法的一些实施例中，当进行施胶操作时，这可以通过设置在光波导件30的一侧或两侧上适宜位置处的布胶区33(其具体形状、尺寸和布局等可按照具体情形来灵活设定)，以及设置在支架10上的与上述布胶区33相对应的一个或多个通孔12(其具体数量、形状、尺寸和布局等也可选择设定)来具体实现，以便在确定了光波导件30与支架10之间的优化相对位置之后，就可以非常方便地将粘胶材料60经由通孔12及间隙S2施加到光波导件30的布胶区33上，从而可以将光波导件30和支架10二者如前所述地固装在一起。另外，在一些实施例中，本发明方法也允许可以从与间隙S2相连通的容纳空间11的一个或两个侧部、顶部和/或底部等位置处进行施胶操作。当然，在其他的实施例中，还有可能结合使用以上讨论的这些施胶操作方式。

考虑到便于施胶操作，本发明允许对增强现实设备中的支架10进行各种可能的结构优化设计。例如，作为可选情形，可以将支架10构造成具有粘接增强部、防溢部和/或溢胶部。对于粘接增强部，可将其设置在支架10与光波导件30相对的表面上，以便增大粘胶材料60在它们之间的粘接接触面积来提高连接强度。作为举例，可以粘接增强部的外轮廓形状构造成包括但不限于例如呈连续的三角形/锯齿形突起、矩形突起、圆弧形突起或其组合。再如图12和图14中的A部和B部的各自局部放大部分所示，溢胶部13是设置成与间隙S2相连通，以便用来容纳可能会从间隙S2中溢出的多余粘胶材料，在实际应用中可以将该溢胶部13构造成槽状或者其他的适宜形状。对于防溢部，可将其设置在支架10的边缘位置处，以此用来防止粘胶材料60可能会从间隙S2溢出到光波导件30上，从而能够避免污染光波导件30的光学区域。

另外，作为可选情形，本发明还允许将支架10构造成分体式结构，即它将包括本体部分和附加部分，后者与前者彼此分离并分别设置在光波导件30的两侧与之相连，它们与光波导件30之间分别相距第一侧间隙和第二侧间隙，这两个间隙距离可以相等，也可以不相等。此外，可以理解的是，上述的附加部分在实际应用中有可能同时设置两个、三个或更多个，此类设计在某些场合下可能是非常有益的。另外，还可以通过例如螺钉等合适的结构连接方式将附加部分进一步地连接至本体部分2。应用以上分体式结构，可以更加方便、灵活地实施双面胶接，由此能够有效平衡粘胶材料60可能在固化后产生变形对于光波导件30造成的不利影响，从而促使入射光线能与光波导件30表面形成合适的耦入角度以获得最佳的出射图像质量。

对于本文中各处提及的粘胶材料，本发明方法不会对它的具体种类、固化方式等方面做出特别限制。粘胶材料可以采用任何适宜的粘接性材料，例如UV胶、热固胶、UV热固胶或者使用自然光或湿气等进行固化的其他类型粘胶材料等。另外，在已经使用粘胶材料实现连接的情况下，本发明方法还允许考虑再额外施加一种或多种其他的连接方式，例如可以包括但不限于螺接、磁性连接等。

根据增强现实设备本身的零部件组成情况，本发明方法允许具有更多可能的实施方式。作为示例说明，例如图13和图14所示，在装配本增强现实设备时可将一个或多个棱镜40可选地加装在投影模组20和光波导件30之间，以便通过这样的棱镜40用来对经由投影模组20输出的光线进行折射处理之后，再使其耦入到光波导件30，此时可以使得投影模组20和光波导件30二者形成平行排列，从而使得增强现实设备在整体结构上更为紧凑。作为可选情形，棱镜40和支架10之间可通过诸如相匹配的限位槽与限位柱等任何合适的限位结构进行预连接，并且可采用例如胶接等合适方式将其固定到支架10上。再比如，在可选情形下，本发明方法也允许将投影模组20布置成与出射图像的接收位置位于光波导件30的同侧，或者分别布置在相异的两侧。

此外，根据本发明的设计思想，它还提供了一种增强现实设备。该增强现实设备可以包括经过装配形成一体的支架、投影模组和光波导件，其中可以在光波导件与支架之间设置间隙并且/或者在投影模组中的显示单元与壳体之间设置间隙，以便在将支架、投影模组和光波导件进行组装期间，可以通过判断经由投影模组和光波导件投射出的出射图像是否符合预设标准，用来调整并确定光波导件与支架之间(和/或显示单元与壳体之间)的优化相对位置，然后至少通过在以上间隙内施胶来固定上述优化相对位置，从而装配获得根据本发明的增强现实设备。

在图2至图14中已经分别阐释了不同的增强现实设备实施例，即增强现实设备100和增强现实设备200。作为示例性说明，在增强现实设备100中，投影模组20和支架10可以分别沿着X轴和Y轴布置而形成垂直型布局，在光波导件30与支架10之间具有双侧间隙；在增强现实设备200中，投影模组20和支架10可以都沿着Y轴布置而形成平行型布局，在光波导件30与支架10之间也具有双侧间隙。

需要说明的是，根据本发明的增强现实设备还可以采用更多的构造，例如可以在光波导件30与支架10之间仅设置单侧间隙，又比如可以将支架10设置成具有分体式结构，并且在其与光波导件30之间仍然设置双侧间隙。除非特别指出之外，在这些不同实施例中使用相同附图标记的特征或结构是彼此相同或相类似的，由于在前文关于本发明方法的介绍中已经针对这些增强现实设备实施例的组成、结构构造、装配以及优点等情况进行了详尽描述，因此可以直接参阅前述相应部分的具体说明，在此不再赘述。

如前所述，在根据本发明的技术方案中，发明人已经考虑了可以基于预设标准来针对待装配的增强现实设备当中的零部件之间可供调整的相对位置进行主动调整，从而可以有效避免由于例如投影模组、光波导件、支架及其组成零部件等在制造、加工、装配等诸多环节中存在的单独误差或累积误差对于最终投影图像的不利影响，从而能够解决例如在光波导件的光栅刻制时或多或少地存在着一些工艺误差、在装配时使用的胶水发生变形也会造成入射光线在进入光波导件时出现角度偏差、投影模组中的众多光学元件在安装过程中更可能存在较大的组装误差等原因而导致投影图像到达人眼时产生失真、降低光波导件对光线传输的效率、亮度均匀性较差等现有技术问题。

最后，还应指出的是，虽然在一些现有增强现实设备中也采用了粘接方式将例如光波导件等零部件与其中的支架装配在一起，并且由于粘胶材料体积原因而在外观上被动地呈现出在胶接区域存在着一定间隙，然而如前文中已讨论的，这些现有增强现实设备没有如本发明这样地关注到由于诸多可能原因而导致输入光线在经由投影模组、光波导件等出射之后未能形成为具有良好的成像质量、光能利用率、亮度均匀性等特征的投影图像，特别是在大批量生产条件下，通过检测已制成的现有增强现实设备产品，就可以发现它们无法成批量地像本发明的增强现实设备那样地由于可以实现从光源的输入光线到光波导件输出的最终投影图像的整个系统路径优化，从而能够稳定可靠地成批量制造出具有例如良好的成像质量、光能利用率、亮度均匀性等特性的增强现实设备产品，通过进行上述检测可以发现本发明的增强现实设备与现有增强现实设备之间的显著区别，并充分理解本发明相对于现有技术的突出优势。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本发明的增强现实设备装配方法和增强现实设备，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。例如，尽管增强现实设备中在很多场合下普遍采用呈片状结构的光波导片，但是本发明中的光波导件同样允许采用除此之外的任何适宜结构形式，例如在局部形成凸块等其他形状。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (18)

1.一种增强现实设备装配方法，所述增强现实设备包括支架、投影模组和光波导件，所述投影模组包括壳体、光源、显示单元、转光单元和投影镜头，所述显示单元用于将入射光线调制成图像光线，所述转光单元用于将从所述光源发出的光线转折至所述显示单元，并将其调制成的图像光线转折至所述投影镜头以向外投射后耦入所述光波导件，其特征在于，包括步骤：

将待装配的所述投影模组、所述光波导件和所述支架中的一个进行位置固定，并将另外两个相对于其布置在各自的预设位置中，使得所述显示单元与所述壳体之间、并且/或者所述光波导件与所述支架之间具有用于调整其间相对位置的间隙；

使所述投影模组投射出图像光线；

接收从所述光波导件耦出的出射图像并判断是否符合预设标准：如果不符合，则调整所述相对位置，直到确定能使得所述出射图像符合所述预设标准的优化相对位置；如果符合，则保持所述优化相对位置；以及

至少通过施胶方式来固定所述优化相对位置；

其中，所述壳体被构造成包括：

第一壳体，其与所述支架相连并至少设置有第一开口部，所述光源被容纳在所述第一壳体内；以及

第二壳体，其与所述支架相连并至少设置有第二开口部和第三开口部，所述第二开口部被构造成与所述第一开口部相适配，以使得所述第二壳体与所述第一壳体可拆卸地密封接合，所述转光单元被容纳在所述第二壳体内，所述投影镜头布置在所述第三开口部处并装设于所述第二壳体上，在所述第二壳体或第一壳体的外壁上设置容纳部用于容纳所述显示单元。

2.根据权利要求1所述的增强现实设备装配方法，其中：

将所述支架进行位置固定，并且将所述光波导件相对于所述支架进行位置固定，将所述投影模组相对于所述支架布置在其预设位置中；

在所述光波导件的出瞳位置处接收所述出射图像并判断是否符合第一预设标准，以此来调整并确定所述显示单元与所述壳体之间的优化相对位置；以及

继续在所述出瞳位置处接收所述出射图像并判断是否符合第二预设标准，以此来调整并确定所述光波导件与所述支架之间的优化相对位置。

3.根据权利要求2所述的增强现实设备装配方法，其中，所述第一预设标准包括所接收到的所述出射图像的图像质量是否符合预设要求，所述第二预设标准包括所接收到的出射图像的明暗程度是否符合预设的图像亮度均匀性要求、出瞳光线的角度是否符合预设的角度要求。

4.根据权利要求1所述的增强现实设备装配方法，其中：

将所述支架进行位置固定，并且将所述光波导件和所述投影模组相对于所述支架布置在它们各自的预设位置中；

在所述光波导件的出光路径上接收所述出射图像，然后同步判断是否符合所述投影模组处和所述光波导件处的各自预设标准，以此来同步调整并确定所述显示单元与所述壳体之间的优化相对位置、所述光波导件与所述支架之间的优化相对位置。

5.根据权利要求4所述的增强现实设备装配方法，其中，所述投影模组投射出的图像光线包含图像质量数据以及图像位置和角度数据，所述图像质量数据包括解像力数据，所述投影模组处的预设标准包括根据所接收到的出射图像的图像质量数据得到的与所述显示单元相关的参数是否符合预设要求，所述投影模组处的预设标准包括所接收到的出射图像的图像位置和角度数据是否符合各自的预设要求。

6.根据权利要求1所述的增强现实设备装配方法，其中，通过计算所接收到的出射图像的像差来获得所述相对位置的调整量，然后根据其来对所述显示单元与所述壳体之间的相对位置、和/或所述光波导件与所述支架之间的相对位置在六个自由度上进行实时调整。

7.根据权利要求1所述的增强现实设备装配方法，其中，所述增强现实设备装配方法还包括步骤：

将一个或多个棱镜设置在所述投影模组和所述光波导件之间，用于使得经所述投影模组输出的图像光线经由所述棱镜进行折射后再耦入至所述光波导件。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的增强现实设备装配方法，其中，在所述显示单元与位于所述容纳部外侧的所述第一壳体或第二壳体的外壁之间形成用于调整其间相对位置的第一间隙；并且/或者

在所述支架上设置容纳空间，并且在将所述光波导件部分地插入所述容纳空间中时，在所述光波导件与所述容纳空间的内壁之间形成用于调整其间相对位置的第二间隙。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的增强现实设备装配方法，其中，所述显示单元包括基板和附接于所述基板上的芯片，所述显示单元通过所述基板被胶接至所述第一壳体或第二壳体，并且/或者所述显示单元与所述第一壳体或第二壳体之间的胶接厚度范围为0.1-0.6mm。

10.一种增强现实设备，其包括：

支架；

投影模组，其装设于所述支架上并包括壳体、光源、显示单元、转光单元和投影镜头，所述显示单元用于将入射光线调制成图像光线，所述转光单元用于将从所述光源发出的光线转折至所述显示单元，并将其调制成的图像光线转折至所述投影镜头以向外投射；以及

光波导件，其装设于所述支架上并耦入从所述投影镜头投射出的图像光线，

其特征在于，所述显示单元与所述壳体之间、并且/或者所述光波导件与所述支架之间具有用于调整其间相对位置的间隙，以便至少通过施胶方式来固定在装配时确定的优化相对位置，所述优化相对位置被确定为能使得在装配时接收到的从所述光波导件耦出的出射图像符合预设标准；

其中，所述壳体包括：

第一壳体，其与所述支架相连并至少设置有第一开口部，所述光源被容纳在所述第一壳体内；以及

第二壳体，其与所述支架相连并至少设置有第二开口部和第三开口部，所述第二开口部被构造成与所述第一开口部相适配，以使得所述第二壳体与所述第一壳体可拆卸地密封接合，所述转光单元被容纳在所述第二壳体内，所述投影镜头布置在所述第三开口部处并装设于所述第二壳体上，在所述第二壳体或第一壳体的外壁上设置容纳部用于容纳所述显示单元。

11.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，在所述显示单元与所述容纳部的内壁之间形成用于调整其间相对位置的第一间隙；并且/或者

所述支架设置有容纳空间，在将所述光波导件部分地插入所述容纳空间中时，所述光波导件与所述容纳空间的内壁之间形成用于调整其间相对位置的第二间隙。

12.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，所述显示单元包括基板和附接于所述基板上的芯片，所述显示单元通过所述基板被胶接至所述第一壳体或第二壳体，并且/或者所述显示单元与所述第一壳体或第二壳体之间的胶接厚度范围为0.1-0.6mm。

13.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，所述壳体与所述支架之间设置有限位槽与限位柱相匹配的限位结构，并且/或者所述壳体和所述支架之间至少通过施胶方式被装设在一起。

14.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，所述光波导件的至少一侧设置有布胶区，并且所述支架上设置一个或多个与所述布胶区相对应的通孔。

15.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，所述支架包括：

溢胶部，其与所述间隙相连通，用于容纳从所述间隙中溢出的粘胶材料；

防溢部，其设置在所述支架的边缘处，用于防止粘胶材料从所述间隙溢出到所述光波导件上；和/或

粘接增强部，其设置在所述支架与所述光波导件相对的表面上，用于增大粘胶材料在所述支架与所述光波导件之间的接触面积。

16.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，所述支架被构造成分体式，其包括彼此独立的第一支架和至少一个第二支架，所述第一支架与所述投影模组和所述光波导件相连，所述第二支架至少与所述光波导件相连，所述第一支架和所述第二支架分别位于所述光波导件的两侧并且与所述光波导件之间分别相距第一侧间隙和第二侧间隙，所述第一侧间隙和所述第二侧间隙相等或不相等。

17.根据权利要求10所述的增强现实设备，其中，所述增强现实设备还包括一个或多个棱镜，其设置在所述投影模组和所述光波导件之间，用于使得经所述投影模组投射出的图像光线经由所述棱镜进行折射后再耦入至所述光波导件。

18.根据权利要求10-17中任一项所述的增强现实设备，其中，所述预设标准包括所接收到的所述出射图像的图像质量是否符合预设要求、明暗程度是否符合预设的图像亮度均匀性要求、出瞳光线的角度是否符合预设的角度要求。

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