CN115185090A - 光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种光学成像系统。具体实现方式为：光学成像系统包括：隔圈、显示屏和透镜。隔圈具有中心透孔，隔圈沿厚度方向的两侧分别设置第一侧面和第二侧面，第二侧面具有主支撑面和由主支撑面延伸至中心透孔边缘的避让面。显示屏布置于第一侧面。透镜具有主镜体和连接主镜体的外缘部，主镜体沿厚度方向的两侧均设置外凸部，每个外凸部的外表面至少部分高于相应侧的外缘部的外表面，外缘部靠近显示屏的侧面和主支撑面定位配合，靠近显示屏的外凸部的外表面和避让面之间具有间隙。

Description

光学成像系统

技术领域

本公开涉及光学成像技术领域，尤其是一种光学成像系统。

背景技术

目前，头戴式显示设备的光学成像系统通常包括显示屏、光学元件和承载前述部件的支架。通常需要在光学成像系统中设置透镜以校正场曲。一般在显示屏出光面贴合透镜，或是在显示屏出光面附近布置透镜。为了配合光学设计，有些透镜的上下表面均为凸面，则该种类型的透镜不便于粘贴，为了保持光学成像系统的精度，需要对该种类型的透镜的装配进行设计。

发明内容

本公开实施例提供一种光学成像系统。

为了实现上述目的，本公开提供如下技术方案。本公开提供的光学成像系统包括：隔圈、显示屏和透镜。隔圈具有中心透孔，隔圈沿厚度方向的两侧分别设置第一侧面和第二侧面，第二侧面具有主支撑面和由主支撑面延伸至中心透孔边缘的避让面。显示屏布置于第一侧面。透镜具有主镜体和连接主镜体的外缘部，主镜体沿厚度方向的两侧均设置外凸部，每个外凸部的外表面至少部分高于相应侧的外缘部的外表面，外缘部靠近显示屏的侧面和主支撑面定位配合，靠近显示屏的外凸部的外表面和避让面之间具有间隙。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同描述一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出本公开实施例提供的光学成像系统装配于头戴显示设备的镜框主体的示意图；

图2示出本公开实施例提供的光学成像系统的剖视图；

图3示出本公开实施例提供的光学成像系统的爆炸图；

图4示出本公开实施例提供的光学成像系统的支架的结构示意图；

图5示出本公开实施例提供的光学成像系统的隔圈的立体结构示意图；

图6示出本公开实施例提供的光学成像系统的第一种隔圈的剖视示意图；

图7示出本公开实施例提供的光学成像系统的第一种隔圈的避让面反射显示屏发射的光线的示意图；

图8示出图7中局部放大图；

图9示出本公开实施例提供的光学成像系统的隔圈的避让面不反射显示屏发射的光线的示意图；

图10示出图9中布局放大图；

图11示出显示屏发射的光线偏离显示屏的法线最大的角度为α的示意图；

图12示出本公开实施例提供的光学成像系统的透镜的侧视图；

图13示出本公开实施例提供的光学成像系统的第二种隔圈的仰视图；

图14示出本公开实施例提供的光学成像系统的第二种隔圈的剖视图；

图15示出本公开实施例提供的光学成像系统中第二种隔圈、透镜和显示屏的装配结构示意图；

图16示出本公开实施例提供的光学成像系统中第二种隔圈反射显示屏发射的光线的示意图；

图17示出了本公开实施例提供的光学成像系统的原理图。

图中：100、光学成像系统；1、隔圈；11、中心透孔；12、第一侧面；13、第二侧面；131、主支撑面；131a、凸起；131b、圆孔；132、避让面；1321、台阶面；14、第一挡板；15、第二挡板；16、安装槽；17、避让部；18、外凸缘；2、显示屏；21、主屏体；22、电路板；3、透镜；31、主镜体；32、外缘部；4、支架；41、主壳；42、安装座；421、通槽；422、承接台；423、凹陷缺口；5、反射镜；6、分光镜；200、镜框主体；300、镜腿；c、法线；d、显示屏发射的光线。

要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图2、图3和图5所示，本公开实施例提供一种光学成像系统100，包括：隔圈1、显示屏2和透镜3，隔圈1具有中心透孔11。透镜3和显示屏2分开设于隔圈1沿厚度方向的两侧。

光学成像系统100的显示屏2能发出能够形成图像的光线d。例如，透镜3的尺寸可以大于显示屏2的尺寸，以使得显示屏2发出的所有的光都能经过透镜3进行场曲校正。可以理解的，在显示屏2和透镜3安装于隔圈1后，显示屏2在透镜3的上表面的正投影的外缘可以小于透镜3的外缘。

透镜3可以具有主镜体31和连接主镜体31的外缘部32。主镜体31沿厚度方向的两侧均设置外凸部。外缘部32能够支撑于隔圈1上。如果透镜3的外缘部32和显示屏2位于隔圈1的同一侧，则为了使透镜3的主镜体31的背离显示屏2一侧的外凸部能从隔圈1中的中心透孔11漏下去，在透镜3的尺寸大于显示屏2的尺寸的示例中，单独的隔圈1无法再提供合适的支撑显示屏2的结构。

本公开实施例中，将透镜3和显示屏2分别装配在隔圈1的两侧，利于隔圈1沿厚度方向的两侧分别承接透镜3和显示屏2，简化了装配结构。

本公开实施例提供的光学成像系统100可以为VR(Virtual Reality，虚拟现实)、AR(Augmented Reality，增强现实)和MR(Mixed Reality，混合现实)中的任意一种。

在一种可能的实施方案中，参见图9、图12和图15所示，隔圈1沿厚度方向的两侧分别设置第一侧面12和第二侧面13，显示屏2可以布置于第一侧面12。第二侧面13可以具有主支撑面131和由主支撑面131延伸至中心透孔11边缘的避让面132。透镜3具有主镜体31和连接主镜体31的外缘部32，主镜体31沿厚度方向的两侧均设置外凸部，每个外凸部的外表面可以至少部分高于相应侧的外缘部32的外表面。外缘部32靠近显示屏2的侧面和主支撑面131定位配合，靠近显示屏2的外凸部的外表面和避让面132之间具有间隙。

该实施方案中，透镜3的周侧设置外缘部32，方便和主支撑面131定位配合，使得主镜体31则可以正对于显示屏2，主镜体31位于显示屏2的正下方。即显示屏2在透镜3的上表面的正投影的外缘与主镜体31相当，或是完全落入主镜体31。本公开实施例中，透镜3采用了双凸透镜3，透镜3靠近显示屏2的外凸部的外表面为外凸面。为了避免外凸部的外表面和第二侧面13产生干涉影响透镜3的装配，本公开实施例中，在主支撑面131的内侧设置了避让面132，避让面132整体向第一侧面12一侧延伸，起到避让透镜3相应侧的外凸部的作用。在透镜3的外缘部32和主支撑面131定位配合的状态下，透镜3靠近显示屏2的外凸部的外表面仍和避让面132之间具有间隙，避让面132和透镜3之间不干涉，方便透镜3平稳装配于隔圈1上，确保透镜3和隔圈1之间的装配精度。

在一种可能的实施方案中，参见图12、图13、图14和图15所示，透镜3可以沿长度方向的两端设置外缘部32。隔圈1可以大致呈矩形，隔圈1可以包括两个长度板部和两个宽度板部，两个宽度板部分别位于两个长度板部的两端，且两个宽度板部均连接两个所述长度板部。可以仅在两个宽度板部背离显示屏2的一面设置主支撑面131和避让面132，且避让面132位于靠近中心透孔11的一侧。在装配时，透镜3两端的两个外缘部32分别支撑于两个宽度板部上的主支撑面131，而两个长度板部位于中心透孔11一侧的边沿则可以和透镜3相贴合或间隙配置。

在一种可能的实施方案中，参见图6、图7、图8、图9和图10所示，避让面132可以为由主支撑面131向第一侧面12延伸的倾面。参见图11所示，显示屏2发射的光线d偏离显示屏2的法线c最大的角度为α。参见图8所示，斜面和显示屏2所在平面的夹角为β。则本公开实施例中，限定β≤90-α。如图示的，显示屏2基本上与隔圈的主支撑面131平行，则图示的主支撑面131的平面与斜面之间的夹角也可以表示为夹角β。

本公开实施例中，参见图7和图8所示，因为隔圈1设置于显示屏2和透镜3之间，存在显示屏2发射的光线d照射于隔圈1上的避让面132后反射至透镜3的可能，从而使得人眼能够看到隔圈1反射的光线形成的干扰光线d，严重影响到用户的视觉体验。为了解决该问题，本公开实施例中，对避让面132的倾斜角度进行了设计。参见图9和图10所示，当设计β≤90-α时，显示屏2发射的偏离显示屏2的法线c角度最大的光线d平行于或大于斜面的倾斜角度，显示屏2发射的所有光线d均无法照射于该斜面。避让面132不存在反射光线的情况，从而避免了形成干扰光线d，不影响用户视觉体验。

在一种可能的实施方案中，参见图12、图13、图14、图15和图16所示，避让面132具有若干台阶面1321，各台阶面1321均垂直于显示屏2设置，在由主支撑面131至中心透孔11的方向上，各台阶面1321依次间隔设置。

现拟定透镜3靠近显示屏2的外凸部的外表面和显示屏2所在平面的夹角为θ。目前的一些面光源如OLED(Organic Light-Emitting Diode)，其α值较大，可能大于89度。而为了避让透镜3的凸起部，斜面和显示屏2所在平面的夹角β需要大于θ，而β很难小于1度。为了解决该技术问题，本公开实施例中对避让面132进行了改进，在避让面132上设置多个台阶面1321，各台阶面1321可以均基本上垂直于显示屏2，相邻台阶面1321之间可以通过基本上平行于显示屏2的水平面连接。显示屏2发射的光线d只能直接入射至隔圈1上与显示屏2的法线c相平行的各台阶面1321上。参见图16，光线d则以近似垂直于隔圈1各台阶面1321的角度入射到各台阶面1321上，与以近似垂直于各台阶面1321的角度反射。光线近似于平行的反射，很难通过透镜3竖直地进入用户的眼睛，基本不会形成可入射人眼的干扰光线d，不影响用户的视觉体验。

在可选的示例中，水平面和相连接的台阶面1321之间形成顶点，现拟定顶点部位的外表面和显示屏2所在平面的夹角为R，则R≤90-α。如此，顶点部位不会反射显示屏2发射的光线d，用户不会看到该隔圈1形成的干扰光线d。

在一种可能的实施方案中，参见图15所示，在由主支撑面131至第二侧面13的方向上，各台阶面1321依次间隔设置。其中，靠近显示屏2的台阶面1321的延伸长度大于远离显示屏2的台阶面1321的延伸长度。

该实施方案中，台阶面1321越靠近显示屏2，入射于该台阶面1321上的光线d被反射后的反射光线d也越靠近显示屏2，越不易进入人眼。台阶面1321越远离显示屏2，入射于该台阶面1321的光线d的反射光线d越可能会入射到人眼。因此，本公开实施例中，通过减小远离显示屏2的台阶面1321的延伸长度，能起到减少或避免干扰光线d入射人眼的作用。

在一种可能的实施方案中，参见图13和图14所示，主支撑面131上设置若干凸起131a，各凸起131a支撑于透镜3的外缘部32。

考虑到面和面接触较难齐平，不利于实现精准装配。本公开实施例中，设计透镜3的外缘部32朝向所述主支撑面131的一侧为平直面。在各主支撑面131上设置凸起131a，各个凸起131a可以用于定位、支撑透镜3，避免透镜3凸出的外缘部32与隔圈1进行面和面的接触，降低了装配难度，提高了装配精准度。

上文中提到，透镜3可以沿长度方向的两端设置外缘部32，隔圈1可以大致呈矩形，隔圈1可以包括两个长度板部和两个宽度板部，两个宽度板部分别位于两个长度板部的两端，且两个宽度板部均连接两个所述长度板部。仅在两个宽度板部背离显示屏2的一面设置主支撑面131和避让面132，且避让面132位于靠近中心透孔11的一侧。隔圈1两侧的两个宽度板的主支撑面131上可以分别设置两个凸起131a，隔圈1一侧的两个凸起131a和透镜3一侧的外缘部32相贴合，隔圈1的另一侧的两个凸起131a则和透镜3的另一侧的外缘部32相贴合。

宽度板部的主支撑面131上还可以设置装配标识部，用于标识隔圈1的姿态位置，提供给装配机械位置信息，便于装配机械执行准确的装配动作，该装配标识部提高了装配的精密度。示例性地，装配标识部可以包括开设于主支撑面131上的圆孔131b，装配标识部可以设置于隔圈1同一侧两个凸起131a的中间位置。

在一种可能的实施方案中，参见图2和图6所示，第二侧面13设置有第一挡板14，透镜3的周侧端面和第一挡板14粘接固定。

第一挡板14可以设置于隔圈1两侧的长度板部上，第一挡板14也可以均分布于长度板部和宽度板部上，第一挡板14可以围合的形成封闭环形，第一挡板14环绕中心透孔11的外部一周设置，方便第一挡板14和透镜3的一周端面均粘接固定。

透镜3可以通过胶体和隔圈1粘接固定。可选地，透镜3朝向显示屏2的一面不涂胶，避免了显示屏2发射的光线照射至涂胶位置，影响用户视觉体验。透镜3仅周侧端面和第一挡板14之间涂胶。

在一种可能的实施方案中，参见图2和图5所示，第一侧面12设置有第二挡板15，显示屏2的周侧端面和第二挡板15粘接固定。

该实施方案中，显示屏2和第二挡板15之间的间隙内用于涂胶，使得显示屏2和第二挡板15之间通过胶体粘接固定。可选地，显示屏2朝向中心透孔11的一面则不涂胶，避免了影响显示屏2发射光线d。

在一种可能的实施方案中，参见图3和图5所示，第二挡板15围合形成安装槽16和连通安装槽16的避让部17。显示屏2包括主屏体21和连接主屏体21的电路板22，主屏体21嵌入于安装槽16，电路板22贯穿避让部17。

该实施方案中，第二挡板15并不是封闭环结构，隔圈1可以大致为矩形，第二挡板15可以沿隔圈1的三个边延伸，从而围合形成安装槽16，第二挡板15未封闭的一侧则形成了避让部17，避让部17能够避让显示屏2的电路板22，方便了显示屏2的装配。

在一种可能的实施方案中，参见图3和图4所示，光学成像系统100还包括支架4、反射镜5和分光镜6，反射镜5和分光镜6均连接于支架4。支架4、反射镜5和分光镜6围合形成腔体。支架4具有主壳41和安装座42，反射镜5和分光镜6均连接于主壳41，反射镜5、分光镜6和主壳41围合形成空腔。安装座42具有连通空腔的连通槽421，隔圈1和支架4粘接固定，隔圈1和安装于隔圈1上的透镜3封闭连通槽421，使得空腔成为封闭腔。

该实施方案中，光学成像系统100围合形成了封闭的空腔，灰尘杂质不能够进入空腔内，空腔内能保持干净状态，不需要用户清理空腔，空腔内没有干扰光线d的因素，确保了用户视觉体验。

参见图17所示，是本公开实施例提供的光学成像系统100的原理示意图。光学成像系统100包括显示屏2和和光学组件，光学组件包括上文中的透镜3、反射镜5和分光镜6。显示屏2用于发出能够形成图像的光线d，光学组件用于改变显示屏2所发出的光线d的光路，将光线d向显示屏2的第一侧方向投射，以在设置有该光学成像系统100的头戴式显示设备佩戴于用户的头部时，使光线d能够投射到用户的眼中，从而在用户的眼中形成图像。显示屏2可沿竖直方向投射光线d，显示屏2发出的光线d经过透镜3后分光镜6能将其折射，向第二侧方向投射光线d，反射镜5对分光镜6投射的光线d进行反射后，向第一侧方向投射光线d，光线d能够穿过分光镜6，并在用户佩戴头戴式显示设备时，投射到用户的眼中，从而在用户视野中形成虚拟图像。佩戴头戴式显示设备后，用户同时看到真实世界以及在真实世界中添加的虚拟画面。例如，在真实世界的桌子上放置虚拟的卡通人物，或是视野中显示虚拟的图像和视频等。

在一种可能的实施方案中，参见图3和图4所示，连通槽421的内壁上设置承接台422，参见图5和图2所示，隔圈1上设置外凸缘18，透镜3伸入连通槽421，外凸缘18支撑于安装座42，隔圈1的周侧端面和安装座42粘接固定。

本公开实施例中，隔圈1直接通过外凸缘18搭接于安装座42的表面，方便微调隔圈1的位置，利于隔圈1精准装配。在调整好隔圈1的位置后，可以在隔圈1的一周和安装座42之间的缝隙涂胶，将隔圈1和安装座42粘接固定。本公开实施例中，通过设置承接台422可以承接隔圈1和支架4粘胶过程中掉落的胶，避免胶直接掉落入光学成像系统100内部的空腔内，污染下方的分光镜6和反射镜5。

在一种可能的实施方案中，参见图4所示，安装座42大致呈矩形，安装座42中部具有所述连通槽421，安装座42沿宽度方向的两侧分别具有第一护边部，安装座42沿长度方向的两端分别设置有第二护边部，两个第二护边部和两个第一护边部围合形成了连通槽421。第一护边部连接第二护边部的端部位置设置凹陷缺口423，即安装座42上共设置四个凹陷缺口423。参见图5所示，隔圈1的四个角上分别设置一外凸缘18，四个外凸缘18可以分别搭设于相应的凹陷缺口423上，隔圈1可以沿着凹陷缺口423的底部表面进行微调位置。因为四个外凸缘18是下沉式支撑于各凹陷缺口423上的，所以整个隔圈1是下沉安装于连接槽，隔圈1的周侧端面和安装座42的连通槽421内壁位于同一高度，隔圈1的周侧端面和连通槽421的内壁之间形成间隙，便于涂胶。

参见图1所示，头戴式显示设备可以包括镜框主体200和连接镜框主体200的镜腿300，该第二护边可以通过紧固件连接于镜框主体200。示例性地，两个第二护边部上均可设置用于连接固定的连接孔，镜框主体200上可以设置连接梁，紧固件可以穿过连接梁连接于第二护边部上的连接孔内，从而将本公开实施例提供的光学成像系统100装配于镜框主体200上。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种光学成像系统，包括：

隔圈，所述隔圈具有中心透孔，所述隔圈沿厚度方向的两侧分别设置第一侧面和第二侧面，所述第二侧面具有主支撑面和由所述主支撑面延伸至所述中心透孔边缘的避让面；

显示屏，所述显示屏布置于所述第一侧面；

透镜，所述透镜具有主镜体和连接所述主镜体的外缘部，所述主镜体沿厚度方向的两侧均设置外凸部，每个所述外凸部的外表面至少部分高于相应侧的所述外缘部的外表面，所述外缘部靠近所述显示屏的侧面和所述主支撑面定位配合，靠近所述显示屏的所述外凸部的外表面和所述避让面之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述避让面具有若干台阶面，各所述台阶面均垂直于所述显示屏设置；

在由所述主支撑面至所述中心透孔的方向上，各所述台阶面依次间隔设置。

3.根据权利要求2所述的光学成像系统，其中，在由所述主支撑面至所述第二侧面的方向上，各所述台阶面依次间隔设置；

其中，靠近所述显示屏的台阶面的延伸长度大于远离所述显示屏的台阶面的延伸长度。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述避让面为由所述主支撑面向所述第一侧面延伸的倾面；

所述显示屏发射的光线偏离显示屏的法线最大的角度为α；

所述斜面和所述显示屏所在平面的夹角为β；

其中，β≤90-α。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述主支撑面上设置若干凸起，各所述凸起支撑于所述透镜的外缘部。

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第二侧面设置有第一挡板；

所述透镜的周侧端面和所述第一挡板粘接固定。

7.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，所述第一侧面设置有第二挡板；

所述显示屏的周侧端面和所述第二挡板粘接固定。

8.根据权利要求7所述的光学成像系统，其中，所述第二挡板围合形成安装槽和连通所述安装槽的避让部；

所述显示屏包括主屏体和连接所述主屏体的电路板；

所述主屏体嵌入于所述安装槽，所述电路板贯穿所述避让部。

9.根据权利要求1所述的光学成像系统，其中，光学成像系统还包括支架、反射镜和分光镜；

所述反射镜和分光镜均连接于所述支架，所述支架、反射镜和分光镜围合形成腔体；

所述支架具有安装座，所述安装座具有连通所述空腔的连通槽；

所述隔圈和所述支架粘接固定，所述隔圈和安装于隔圈上的透镜封闭所述连通槽。

10.根据权利要求9所述的光学成像系统，其中，所述连通槽的内壁上设置承接台；

所述隔圈上设置外凸缘，所述透镜伸入所述连通槽，所述外凸缘支撑于所述安装座，所述隔圈的周侧端面和所述安装座粘接固定。

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