CN114706222A - Vr设备镜头的光学装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VR设备镜头的光学装配方法，所述方法包括：获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差；获取VR设备镜头的光学误差；结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差；将系统光学误差补偿至装配系统。本申请实施例的一个技术效果在于，通过结合VR设备镜头的系统机械误差和光学误差，以获取VR设备镜头的系统光学误差，以获得VR设备镜头更准确的装配误差，通过将系统光学误差补偿至装配系统，以提高VR设备镜头的装配精度。

Description

VR设备镜头的光学装配方法
技术领域
本发明涉及VR设备技术领域，更具体地，涉及一种VR设备镜头的光学装配方法。
背景技术
随着VR技术的发展，VR设备不断更新换代。VR设备镜头作为VR设备的重要部件，其精确度对VR设备的质量有着很大的影响。
相关技术中，VR设备镜头与其他产品镜头的最大不同点为光源不同，VR设备镜头一般应用阵列式点光源的LCD屏，其装配的准确性也对整个镜头成像质量有较大的影响。VR设备镜头的装配过程中，会出现较大的装配误差，严重影响了VR设备的成像质量。
VR设备镜头主要通过人工或自动化机械进行装配。现有的关于镜头的装配的方法有通过偏心仪配合光学设计分析软件实时反馈镜片偏心位置并调整偏心调整钉，以通过偏心调整顶调整镜片的位置。这种装配方法人工无法参与评判装配效果，当偏心仪、偏心调整钉、光学分析软件有任何一环出现问题都会导致整体装配效果变差。且装配系统的成本过高，并且该系统无法应用于VR设备镜头。
现有的关于镜头装配方法还有通过测量波前像差，从而对装配位置进行调整。波前像差评判并对装配位置调整的方案对像差分析仪器有较高的要求，像差分析仪器需要使用自身的准直光源，VR设备镜头在装配专属的LCD屏后无法评判镜头的像差，因此此装配方法还无法应用至VR设备镜头的装配中。
相关技术的装配过程不能保障VR设备镜头的装配精度，且装配成本较高，不能满足高精度的装配需求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种VR设备镜头的光学装配方法的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种VR设备镜头的光学装配方法，所述方法包括：
获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；
通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差；
获取VR设备镜头的光学误差；
结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差；
将系统光学误差补偿至装配系统。
可选地，所述获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差包括：
分别获取载板与屏之间的第一机械误差、载板与镜筒之间的第二机械误差和镜筒与镜片之间的第三机械误差。
可选地，所述通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差包括：
以载板上的点为基准点建立第一空间直角坐标系；
将所述载板与屏之间的第一机械误差通过第一空间直角坐标系表示；
将所述载板与镜筒之间的第二机械误差通过第一空间直角坐标系表示；
通过坐标变换获取镜筒与屏之间的第四机械误差；
以镜筒上的点为基准点建立第二空间直角坐标系，
将所述镜筒与镜片之间的第三机械误差通过第二空间直角坐标系表示；
将第四机械误差通过第二空间直角坐标系表示；
通过坐标变换获取镜片与屏之间的第五机械误差，第五机械误差作为系统机械误差。
可选地，所述获取VR设备镜头的光学误差包括：
获取VR设备镜头的光轴偏心误差，所述光轴偏心误差作为所述VR设备镜头的光学误差。
可选地，所述结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差包括：
将所述系统机械误差和所述光学误差均通过轴坐标系表示；
通过坐标轴转换获得系统光学误差。
可选地，所述获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；
通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差包括：
以贯穿镜筒与载板的销孔的中心点为原点建立第一二维直角坐标系；
通过第一二维直角坐标系表示屏的中心点的第一坐标。
可选地，所述获取VR设备镜头的光学误差包括：
以镜筒的圆心作为原点建立第二二维直角坐标系；
获取镜片的光轴相对于第二二维直角坐标系的原点偏移的量，并记作第二坐标；
获取所述贯穿镜筒与载板的销孔的中心点在第二二维直角坐标系通的坐标，并记为第三坐标。
可选地，所述结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差包括：
通过坐标变换结合所述第一坐标、第二坐标和第三坐标，以获取VR设备镜头的统光学误差。
可选地，所述获取VR设备镜头的系统机械误差还包括：
获取镜筒与载板的边缘装配误差。
可选地，通过激光轮廓仪获取所述VR设备镜头的各装配部件的装配误差，通过中心偏差测量仪获取VR设备镜头的光学误差。
可选地，所述VR设备镜头中的屏为LCD屏。
根据本发明的一个实施例，通过结合VR设备镜头的系统机械误差和光学误差，以获取VR设备镜头的系统光学误差，以获得VR设备镜头更准确的装配误差，通过将系统光学误差补偿至装配系统，以提高VR设备镜头的装配精度。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请的一个实施例中的装配方法的流程图。
图2是本申请的一个实施例中的VR设备镜头的结构示意图之一。
图3是本申请的一个实施例中的VR设备镜头的结构示意图之二。
图4是本申请的一个实施例中的VR设备镜头的结构示意图之三。
附图标记说明：
1、载板；2、屏；3、镜筒；4、镜片；5销孔。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本申请的一个实施例，提供了一种VR设备镜头的光学装配方法，如图1所示，所述方法包括：
获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；
通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差；
获取VR设备镜头的光学误差；
结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差；
将系统光学误差补偿至装配系统。
在本申请的实施例中，通过结合VR设备镜头的系统机械误差和光学误差，以获取VR设备镜头的系统光学误差，以获得VR设备镜头更准确的装配误差，通过将系统光学误差补偿至装配系统，以提高VR设备镜头的装配精度。
VR设备镜头的装配结构中，既存在各部件之间的装配误差，还存在VR设备镜头的光路存在的光学误差。
通过坐标系表示各装配误差，以转换为VR设备镜头的系统机械误差。将系统机械误差与光学误差结合，以获取一个误差值作为系统光学误差，即VR设备镜头中光学系统最终形成的误差，减小了VR设备镜头的成像误差。通过将该系统光学误差补偿至装配系统，能够提高装配精度，以减小装配误差，提高VR设备镜头应用后的VR设备的成像质量。
VR设备镜头中，通过屏2成像，成像的光线需要经过镜片4射出。VR设备镜头的成像误差最终体现在屏2与镜片4之间的误差。
在本申请实施例中，所述VR设备镜头中的屏2为LCD屏。
VR设备镜头中装配的屏2选用LCD屏，LCD屏具有阵列式点光源，能够满足VR设备的成像需求。本申请实施例中的装配方法能够有效地针对VR设备镜头中的屏2，以提高通过屏2发出的像光线经镜片4出射后的成像精确度。
在一个实施例中，所述获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差包括：
分别获取载板1与屏2之间的第一机械误差、载板1与镜筒3之间的第二机械误差和镜筒3与镜片4之间的第三机械误差。
在本申请的实施例中，VR设备镜头包括载板1、屏2、镜筒3和镜片4装配在一起的结构。如图1所示，屏2装配在载板1上，镜筒3装配在载板1上，镜片4装配在镜筒3上。通过获取第一机械误差、第二机械误差和第三机械误差，能够准确地得到各部件之间装配时产生的误差。
在一个实施例中，所述通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差包括：
以载板1上的点为基准点建立第一空间直角坐标系；
将所述载板1与屏2之间的第一机械误差通过第一空间直角坐标系表示；
将所述载板1与镜筒3之间的第二机械误差通过第一空间直角坐标系表示；
通过坐标变换获取镜筒3与屏2之间的第四机械误差；
以镜筒3上的点为基准点建立第二空间直角坐标系，
将所述镜筒3与镜片4之间的第三机械误差通过第二空间直角坐标系表示；
将第四机械误差通过第二空间直角坐标系表示；
通过坐标变换获取镜片4与屏2之间的第五机械误差，第五机械误差作为系统机械误差。
在本申请的实施例中，屏2和镜筒3均需要与载板1装配。通过第一空间直角坐标系表示屏2相对于载板1的第一机械误差，以及通过第一空间直角坐标系表示镜筒3相对于载板1的第二机械误差，使第一机械误差和第二机械误差通过第一空间直角坐标系关联。通过坐标变换能够得到镜筒3与屏2之间存在的装配误差，即第四机械误差。
镜片4需要装配至镜筒3。获取了镜筒3与屏2之间存在的装配误差后，通过第二空间直角坐标系表示屏2与镜筒3的第四机械误差，以及通过第二空间直角坐标系表示镜片4与屏2之间的第五机械误差。第三机械误差和第四机械误差通过第二空间直角坐标系关联，通过坐标变换能够得到镜片4与屏2之间的装配误差，即第五装配误差。这样就能够获取到VR设备镜头中光路的发射部件屏2与光线射出的部件镜片4之间的装配误差。
在一个实施例中，所述获取VR设备镜头的光学误差包括：
获取VR设备镜头的光轴偏心误差，所述光轴偏心误差作为所述VR设备镜头的光学误差。
在本申请实施例中，通过获取光轴的偏心误差，以获取光路经过镜片4使产生影响造成的VR设备镜头的光学误差。
在一个实施例中，所述结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差包括：
将所述系统机械误差和所述光学误差均通过轴坐标系表示；
通过坐标轴转换获得系统光学误差。
在本申请实施例中，将系统机械误差和光学误差的两个数据通过轴坐标表示，以转换形成一个最终的误差数据作为系统光学误差。将一个误差数据输入装配VR设备镜头的设备，更容易进行误差补偿。
在本申请的一个实施例中，如图2-图4所示，所述获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；
通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差包括：
以贯穿镜筒3与载板1的销孔5的中心点为原点建立第一二维直角坐标系；
通过第一二维直角坐标系表示屏2的中心点的第一坐标。
在本申请的实施例中，在VR设备镜头装配的结构中，销孔5与载板1以及镜筒3均有装配关系。以销孔5的中心点为基准点建立第一二维直角坐标系能够直接获取屏2在第一二维直角坐标系中的第一坐标。第一二维直角坐标系能够联系镜筒3与屏2的装配误差，并以第一坐标表示。以图4中的(x3，y3)示意第一坐标。
在一个实施例中，如图2-图4所示，所述获取VR设备镜头的光学误差包括：
以镜筒3的圆心作为原点建立第二二维直角坐标系；
获取镜片4的光轴相对于第二二维直角坐标系的原点偏移的量，并记作第二坐标；
获取所述贯穿镜筒3与载板1的销孔5的中心点在第二二维直角坐标系通的坐标，并记为第三坐标。
在本申请实施例中，第二坐标表示镜片4的光轴偏心的误差，第二坐标以(x1，y1)表示。第三坐标以(x2，y2)表示。第二二维直角坐标系与第一二维直角坐标系通过销孔5的中心点关联。
在一个实施例中，所述结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差包括：
通过坐标变换结合所述第一坐标、第二坐标和第三坐标，以获取VR设备镜头的统光学误差。
在本申请实施例中，通过销孔5的中心点的第三坐标(x2，y2)关联第二二维直角坐标系与第一二维直角坐标系，以将镜片4的光轴偏心的误差与镜筒3与屏2的装配误差联系，从而获取屏2与镜片4之间的误差。
在一个实施例中，所述获取VR设备镜头的系统机械误差还包括：
获取镜筒3与载板1的边缘装配误差。
在本申请实施例中，贯穿镜筒3与载板1的销孔5中需要插入销钉，销钉插入会使镜筒3与载板1出现偏移。加入镜筒3与载板1的边缘装配误差能够进一步提高获取的VR设备镜头误差的精确度。
在一个实施例中，通过激光轮廓仪获取所述VR设备镜头的各装配部件的装配误差，通过中心偏差测量仪获取VR设备镜头的光学误差。
激光轮廓仪能够准确地获取部件之间装配的机械误差，中心偏差测量仪能够准确地测量镜片4的光轴偏心量，以提高系统光学误差获取的精确度。
在一个实施例中，以具体VR设备镜头示例说明本申请的装配方法。
(1)利用软件操作的装配设备的机械臂分别胶合镜筒3与镜片4、载板1与屏2。镜片4的一个表面面为平面，另一个表面为非球面。非球面的顶点处曲率半径为85mm，镜片4的厚度为6.5mm，注塑材料为APEL，折射率为1.54。镜片4对称两处切为平面，两处平面用以锁定镜筒3内壁的对称两处平面。屏2与载板1内的凹槽处紧密贴合形成装配。载板2用于将VR设备镜头嵌入至VR设备中。
(2)通过中心偏差测量仪(OptiCentric，TRIOPTICS)测量镜筒3与镜片4胶合后的样品的机械偏心量。单个镜片4的偏心测量选择180°旋转反射测量模式。将样品放置于镜托上，调整好V型卡槽和皮带轮的位置，将皮带轮紧靠被测样品，并保证不让被测样品有缺口的边缘与V型卡槽或皮带轮接触。选择合适的物镜并输入镜片4的顶点处曲率半径值，通过调节测量镜头找到曲率中心清晰的反射像。用皮带轮使样品旋转180°，通过调节测量头X-Y视场方向保证反射像始终出现在屏幕中心。垂直于镜片4平面方向的装配误差相对于水平方向可以忽略，以镜筒3的圆心作为原点建立二维直角坐标系，如图3所示，光轴相对于原点的偏心测量结果为第二坐标(x1,y1)，数值为(-0.136mm,-0.042mm)。为计算光轴相对于屏2的中心的误差，测量销孔5的中心点相对于原点的坐标为第三坐标(x2,y2)，数值为(-20.332mm,-26.045mm)。
(3)通过激光轮廓仪测量屏2的中心与销孔5的坐标得到屏2与载板1的装配误差。垂直于镜片4平面方向的装配误差相对于水平方向同样可以忽略且XY平面的旋转不影响共轴光学系统的成像质量。将样品放置于托盘上，调整激光位置使光线垂直入射，移动轮廓仪扫描样品XY平面的轮廓图。为便于后续坐标系转换，以销孔5的中心作为原点建立二维直角坐标系如图4所示，通过十字划线找到LCD屏中心，并测量坐标值为第一坐标(x3,y3)，数值为(20.326mm,26.106mm)。
(4)将镜筒3与载板1通过销钉结合，同样利用激光轮廓仪扫描镜筒3下边缘与载板1上边缘的装配误差。边缘的装配误差的测量结果(dx,dy)，数值为(0.002mm,-0.008mm)。
(5)基于以上测量数据并进行坐标变换即可得到屏2的中心与镜片4光轴的偏差(-x1+x2+x3+dx,-y1+y2+y3+dy)，数值为(0.132mm,0.095mm)。将此偏差反馈至装配设备中再次重复步骤后，测量屏2中心与镜片4光轴的偏差为(0.023mm,0.013mm)，结果表明此发明对VR设备镜头装配设备有较好的校正效果并实现了装配精度的提升。
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述方法包括：
获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；
通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差；
获取VR设备镜头的光学误差；
结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差；
将系统光学误差补偿至装配系统。
2.根据权利要求1所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差包括：
分别获取载板与屏之间的第一机械误差、载板与镜筒之间的第二机械误差和镜筒与镜片之间的第三机械误差。
3.根据权利要求2所述的设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差包括：
以载板上的点为基准点建立第一空间直角坐标系；
将所述载板与屏之间的第一机械误差通过第一空间直角坐标系表示；
将所述载板与镜筒之间的第二机械误差通过第一空间直角坐标系表示；
通过坐标变换获取镜筒与屏之间的第四机械误差；
以镜筒上的点为基准点建立第二空间直角坐标系，
将所述镜筒与镜片之间的第三机械误差通过第二空间直角坐标系表示；
将第四机械误差通过第二空间直角坐标系表示；
通过坐标变换获取镜片与屏之间的第五机械误差，第五机械误差作为系统机械误差。
4.根据权利要求1所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述获取VR设备镜头的光学误差包括：
获取VR设备镜头的光轴偏心误差，所述光轴偏心误差作为所述VR设备镜头的光学误差。
5.根据权利要求1所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差包括：
将所述系统机械误差和所述光学误差均通过轴坐标系表示；
通过坐标轴转换获得系统光学误差。
6.根据权利要求1所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述获取VR设备镜头的各装配部件的装配误差；
通过坐标系表示各装配误差，以获取系统机械误差包括：
以贯穿镜筒与载板的销孔的中心点为原点建立第一二维直角坐标系；
通过第一二维直角坐标系表示屏的中心点的第一坐标。
7.根据权利要求6所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述获取VR设备镜头的光学误差包括：
以镜筒的圆心作为原点建立第二二维直角坐标系；
获取镜片的光轴相对于第二二维直角坐标系的原点偏移的量，并记作第二坐标；
获取所述贯穿镜筒与载板的销孔的中心点在第二二维直角坐标系通的坐标，并记为第三坐标。
8.根据权利要求7所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述结合系统机械误差和光学误差，以获取系统光学误差包括：
通过坐标变换结合所述第一坐标、第二坐标和第三坐标，以获取VR设备镜头的统光学误差。
9.根据权利要求6所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述获取VR设备镜头的系统机械误差还包括：
获取镜筒与载板的边缘装配误差。
10.根据权利要求1所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，通过激光轮廓仪获取所述VR设备镜头的各装配部件的装配误差，通过中心偏差测量仪获取VR设备镜头的光学误差。
11.根据权利要求1所述的VR设备镜头的光学装配方法，其特征在于，所述VR设备镜头中的屏为LCD屏。
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