CN118050834A - 一种透镜阵列及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种透镜阵列及电子设备，透镜阵列应用于电子设备，电子设备包括显示器和光学组件，显示器包括显示面，用于显示图像，透镜阵列设置在显示器的显示面一侧，透镜阵列包括多个透镜，任意相邻两个透镜之间具有间隙，光学组件设置在透镜阵列远离显示器的一侧，光学组件用于改变经透镜阵列入射的光线的传播路径，以使光线能够射入人眼。通过对透镜阵列中的多个透镜进行特定的排布，调整相邻两个透镜之间的间隔距离，使任意相邻两个透镜之间具有间隙，能够保证每个透镜在显示面上所覆盖的视场区域相互独立，不会发生重叠。

Description

一种透镜阵列及电子设备

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种透镜阵列及电子设备。

背景技术

近眼显示装置通常构造为头戴式显示装置，用于将图像或信息直接投影到人的眼睛中。近眼显示装置通过合成虚拟放大的图像，一方面解决人的裸眼不能聚焦于非常靠近眼睛的物体的问题，另一方面可以超越头戴式显示装置的显示器尺寸限制，提供更为身临其境的感觉。一般市面上的基于增强现实与虚拟现实(Augmented Reality and VirtualReality，AR&VR)应用的头戴式显示设备通常采用了折叠光路(Pancake)方案和菲涅尔方案以减小整体的尺寸，在上述近眼显示装置中，透镜的口径由设计的视场角以及光学出瞳直接决定，而透镜的口径影响透镜的焦距，使得透镜的焦距无法无限制的缩小，因此相应地，显示器和透镜之间的间隔也无法继续缩小，这是导致目前近眼显示装备体积较大的主要原因。

现有技术中，通过微透镜阵列的方式来进一步缩小透镜的焦距，减小显示器与透镜的间隔，减小近眼显示装置的整体尺寸，但是微透镜阵列容易造成视场串扰。

发明内容

本申请提供了一种透镜阵列及电子设备，可以改善近眼显示装置的视场串扰问题。

本申请实施例第一方面提供了一种透镜阵列，应用于电子设备，所述电子设备包括显示器和光学组件，所述显示器包括显示面，用于显示图像，所述透镜阵列设置在所述显示器的显示面一侧，所述透镜阵列包括多个透镜，任意相邻两个所述透镜之间具有间隙，所述光学组件设置在所述透镜阵列远离所述显示器的一侧，所述光学组件用于改变经所述透镜阵列入射的光线的传播路径，以使所述光线能够射入人眼。

其中，通过对透镜阵列中的多个透镜进行特定的排布，考虑人眼移动后透过光学组件和透镜能够观看到的视场区域的范围，调整相邻两个透镜之间的间隔距离，使任意相邻两个透镜之间具有间隙，增加了相邻两个透镜在显示面上所覆盖的视场区域之间的距离，能够保证每个透镜在显示面上所覆盖的视场区域相互独立，不会发生重叠，避免用户在观看时出现视场串扰，且能够保证人眼在人眼平面的一定范围内移动，显示面射出的光线通过透镜阵列和光学组件的光路改变的过程中，每个透镜在显示面上所覆盖的视场区域仍然相互独立，使显示面上每个视场区域的画面都能够透过相应的透镜被人眼以相应的视场角进行接收，保证人眼能够接收到连续且不重叠的全部视场区域，看清显示画面内容，避免出现视场串扰问题，扩大了电子设备的眼盒范围，从而提高了电子设备佩戴时的容错率，也使电子设备的适用人群范围更加广泛，提高用户的体验效果。

在一种可能的设计中，所述透镜阵列还包括遮挡部，所述遮挡部设置于所述间隙，以阻挡所述显示面射出的光线透过所述间隙。

该设计中，遮挡部设置于透镜阵列中相邻两个透镜之间的间隙中，能够防止显示面射出的光线经相邻两个透镜的间隙通过光学组件射入人眼而干扰成像效果，从而提高了电子设备的成像清晰度，提高了人眼观看的体验。

在一种可能的设计中，在所述多个透镜中，存在至少两个不同的透镜间距。

该设计中，存在至少两个不同的透镜间距，能够保证每个透镜在显示面上所覆盖的视场区域不会发生重叠的同时，提高显示面上的像素利用率，避免视场缺失，还能够防止透镜阵列中透镜的光轴与其相邻透镜的光轴之间的距离过大而增加透镜阵列的体积，有利于电子设备小型化设计，也能够防止透镜阵列中透镜的光轴与其相邻透镜的光轴之间的距离过小，从而能够避免光路中的光线相互干涉，使光路中的光线分布更加均匀，提升成像的清晰度。

在一种可能的设计中，沿所述透镜阵列中心位置向边缘的方向，所述透镜的口径逐渐减小。

该设计中，透镜阵列针对不同视场区域的画面采用了不同口径的透镜进行成像，即透镜阵列边缘处的透镜的口径较小，透镜阵列中心位置处的透镜的口径较大，有利于使透镜阵列边缘处透镜实现更小的曲率半径，从而获取更大的光焦度提高成像的清晰度，提高用户的观看体验。

在一种可能的设计中，所述透镜具有光轴，存在至少两个相邻所述透镜的光轴之间的距离不同。

该设计中，当透镜阵列中至少存在两个口径不同的透镜时，透镜相邻两侧的两个透镜的口径不同，其光轴与相邻两个透镜的光轴的距离可以不同，保证光路中的光线分布均匀的同时，能够减小透镜阵列中的一些间隙的大小，从而在保证透镜阵列中透镜的个数的同时，降低透镜阵列的体积，有利于电子设备的小型化设计，提高透镜阵列的传输效率。

在一种可能的设计中，在所述多个透镜中，存在至少两个所述透镜的曲率半径不同。

该设计中，使透镜阵列能够针对不同视场区域的画面，使用不同焦距以及不同曲率半径的透镜进行成像，能够提高透镜阵列的光线传输效果，提升人眼观看画面的清晰度，使电子设备具有更好的成像品质，提升用户体验效果。

在一种可能的设计中，所述多个透镜的排布为中心对称排布方式。

该设计中，透镜阵列是中心对称结构，能够简化其分析过程，还能够降低制造难度，节约生产制造成本。且考虑到人眼的结构，透镜在显示面上所覆盖的视场区域的范围与人眼的视场角更加匹配，提升用户的体验效果。

在一种可能的设计中，所述光学组件为折叠光路结构、衍射元件结构、菲涅尔镜片结构、非球面镜片结构中的一种。

该设计中，当光学组件为折叠光路结构、衍射光元件结构、菲涅尔镜片结构、非球面镜片结构中的一种时，具有良好的聚焦和聚光的效果，使透镜阵列射出的光线进入光学组件后，其光路能够发生改变，使光路中的光线能够变成近似平行光入射到人眼，从而能够在人眼中形成相应的图像，被人眼观看，提升成像的清晰度，缩短了电子设备的成像焦距，从而使电子设备能够更加轻薄，节约成本，有利于电子设备的小型化设计。

在一种可能的设计中，所述透镜为球面镜和/或非球面镜。

该设计中，根据实际需求，针对不同视场区域的画面，采用不同口径、焦距、曲率半径的球面镜，或者采用非球面镜组合进行成像，以提升画面的清晰度，提高透镜阵列的强度，并降低成本。

在一种可能的设计中，所述透镜的口径范围为[0.1mm，10mm]，任意相邻两个所述透镜的透镜间距范围为[0.1mm，10mm]，所述透镜的焦距范围为[1mm，1000mm]，所述透镜的曲率半径范围为[1mm，1000mm]。

该设计中，透镜阵列可采用满足上述范围内不同口径、焦距、曲率半径的透镜，调整其相邻两个透镜之间的间隔距离，保证每个透镜在显示面上所覆盖的视场区域相互独立，不会发生重叠的同时，能够使电子设备实现更多的眼盒范围，满足不同的使用需求。

本申请实施例第二方面提供了一种电子设备，包括显示器、光学组件和以上任一实施例所述的透镜阵列，所述透镜阵列设置于所述显示器和所述光学组件之间。由于透镜阵列具有上述技术效果，包括所述透镜阵列的电子设备也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为现有技术中电子设备的一种结构示意图；

图2为现有技术中电子设备的另一种结构示意图；

图3为图1中第三透镜的视场区域在人眼移动过程中变化示意图；

图4为图1中电子设备的密接透镜阵列中各透镜的视场区域与人眼偏移量的关系示意图；

图5为图2中电子设备的密接透镜阵列中各透镜的视场区域与人眼偏移量的关系示意图；

图6为本申请实施例中一种电子设备的结构示意图；

图7a为本申请实施例中另一种电子设备的结构示意图；

图7b为图7a中透镜阵列的正视图；

图8为图6的电子设备中人眼在人眼平面上偏移量为0mm时显示器的成像情况；

图9为图6的电子设备中人眼在人眼平面上偏移量为-2mm时显示器的成像情况；

图10为图6的电子设备中人眼在人眼平面上偏移量为+2mm时显示器的成像情况；

图11为图6的电子设备中人眼在人眼平面上[-2mm，2mm]的移动范围内显示器的成像情况；

图12为图7a的电子设备中人眼在人眼平面上偏移量为0mm时显示器的成像情况；

图13为图7a的电子设备中人眼在人眼平面上偏移量为-2mm时显示器的成像情况；

图14为图7a的电子设备中人眼在人眼平面上偏移量为+2mm时显示器的成像情况；

图15为图7a的电子设备中人眼在人眼平面上[-2mm，2mm]的移动范围内显示器的成像情况；

图16为图6中透镜阵列的部分结构示意图；

图17为图7a中透镜阵列的部分结构示意图。

附图标记：

1’-显示器；

11’-显示面；

2’-密接透镜阵列；

211’-第一透镜；

212’-第二透镜；

213’-第三透镜；

214’-第四透镜；

3’-光学组件；

4’-人眼平面；

5’-人眼；

6’-光路；

7’-视场区域；

8’-视场重叠区域；

1-显示器；

11-显示面；

2-透镜阵列；

21-透镜；

211-第一透镜；

212-第二透镜；

213-第三透镜；

214-第四透镜；

215-光轴；

22-间隙；

23-遮挡部；

3-光学组件；

4-人眼平面；

5-人眼；

6-光路；

7-视场区域。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

在一种具体实施例中，下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在对本申请实施例进行说明之前，首先对相关概念和相关技术进行说明。

透镜阵列是由多个透镜按一定排列顺序组成的，透镜数目从几个到几万个不等。每个透镜都拥有唯一的光轴，与传统的单透镜相比，透镜阵列拥有极高的并行性，每个透镜可以相互独立的传输光学信号，相当于存在着大量的并行光路，每个透镜都具有对光信息进行传输、变换成像等功能。其中，每个透镜底端接收的光线代表所能通过该透镜的最小视场ω_{Nmin_Shift}，每个透镜顶端接收的管线的光线代表所能通过该透镜的最大视场ω_{Nmax_Shift}，其中，N表示第几透镜，Shift表示人眼与透镜的相对偏移量，每个透镜的最大视场和最小视场之间的区域即为人眼可透过该透镜观看到画面的视场区域。

图1～图5示出了现有电子设备的部分结构示意图，对于如图1～图5中所示的密接排列的密接透镜阵列2’，以密接透镜阵列2’的中心位置向边缘方向，密接透镜阵列2’可以包括第一透镜211’、第二透镜212’、第三透镜213’和第四透镜214’等多个透镜。密接透镜阵列2’中的多个透镜按一定的顺序密接排列组成，但是，由于各透镜光轴的位置不同，其视场区域7’容易发生重叠，造成视场串扰，影响用户的观看体验，另外，密接透镜阵列2’的眼盒范围较小，人眼5’在人眼平面4’上移动时同样容易造成视场串扰，影响观看画面。

眼盒范围指的是电子设备与人眼之间的一块锥形区域，该区域内能够观看清晰的画面内容。在人眼的瞳孔中心与光学组件、透镜阵列等部件组成的光学模组的中心对齐时，能观看最清晰的图像，眼盒范围可以表示人眼在人眼平面内向上下左右移动的范围，该范围内能够看清显示画面内容，超出该范围，无法看到清晰的图像，甚至出现图像显示错误等问题。

其中，图3中，沿箭头指示方向，依次为人眼在人眼平面上偏移量为-2mm时第三透镜213’在显示器上所覆盖的视场区域范围，以及人眼在人眼平面上偏移量为+2mm时第三透镜213’在显示器上所覆盖的视场区域范围。图4和图5中，沿箭头指示方向，依次为人眼在人眼平面上偏移量为0mm时显示器的成像情况、人眼在人眼平面上偏移量为-2mm时显示器的成像情况、人眼在人眼平面上偏移量为+2mm时显示器的成像情况，以及人眼在人眼平面上[-2mm，2mm]的移动范围内显示器的成像情况。

如图1和图2所示，当人眼5’未发生偏移，保持在密接透镜阵列2’的中心位置，即偏移量为0mm时，显示面11’发出的光线依次通过密接透镜阵列2’和光学组件3’形成光路6’射入人眼5’，人眼5’可以通过各个透镜接收到显示面11’上不同位置处的光线，显示器1’可以分成多个视场区域7’显示不同画面，显示面11’上每个视场区域7’的画面都能够透过相应的透镜被人眼5’以相应的视场角进行接收，形成人眼观看画面。

当人眼5’在人眼平面4’上发生偏移时，以第三透镜213’为例，如图3所示，显示面11’发出的光线射入人眼5’的光路6’发生了改变，从而使透过第三透镜213’的最大视场和最小视场的位置发生改变，其中，ω_{3min_-2}＞ω_{3min_2}，ω_{3max_-2}＞ω_{3max_2}，即第三透镜213’在显示面11’上所覆盖的视场区域7’的位置和范围会发生变化。同理，随人眼5’在人眼平面4’上的移动，密接透镜阵列2’中其余透镜在显示器1’上所覆盖的视场区域7’也会发生变化，因此，相邻透镜所覆盖的视场区域7’易发生重叠，形成如图4和图5中所示的多个视场重叠区域8’。而由于每个透镜与其相邻的透镜所对应的视场角并不相同，因此，视场重叠区域8’显示的画面可能会以至少两种视场角被人眼接收观看，从而使人眼观看到的画面出现视场串扰现象，画面不能正确显示，严重影响人眼观看效果。

为了解决该技术问题，本申请实施例提供了一种电子设备，电子设备包括例如AR&VR等头戴式显示设备，在此不做限制。下面以电子设备为头戴式显示设备通过具体的实施例并结合附图对本申请实施例做进一步的详细描述。

本申请实施例提供了一种透镜阵列2，应用于电子设备，如图6和图7a所示，电子设备还包括显示器1和光学组件3，显示器1包括显示面11，用于显示图像，透镜阵列2设置在显示器1的显示面11一侧，透镜阵列2包括多个透镜21，任意相邻两个透镜21之间具有间隙22，光学组件3设置在透镜阵列2远离显示器1的一侧，光学组件3用于改变经透镜阵列2入射的光线的传播路径，以使光线能够射入人眼5。

本实施例中，如图6和图7a所示，通过对透镜阵列2中的多个透镜21进行特定的排布，考虑人眼移动后透过光学组件3和透镜21能够观看到的视场区域7的范围，调整相邻两个透镜21之间的间隔距离，使任意相邻两个透镜21之间具有间隙22，增加了相邻两个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7之间的距离，能够保证每个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7相互独立，不会发生重叠，避免用户在观看时出现视场串扰，且如图8～15所示，能够保证人眼5在人眼平面4的一定范围内移动，显示面11射出的光线通过透镜阵列2和光学组件3的光路改变的过程中，每个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7仍然相互独立，使显示面11上每个视场区域7的画面都能够透过相应的透镜21被人眼5以相应的视场角进行接收，保证人眼5能够接收到连续且不重叠的全部视场区域7，看清显示画面内容，避免出现视场串扰问题，扩大了电子设备的眼盒范围，从而提高了电子设备佩戴时的容错率，也使电子设备的适用人群范围更加广泛，提高用户的体验效果。

其中，考虑人眼5在人眼平面4的一定范围内移动，相邻两个透镜21之间的间隔距离，应大于或等于该相邻两个透镜21密接时在该移动范围内的视场重叠区域的长度。

需要说明的是，如图8～图15所示，本申请中的多个透镜21可以包括但不局限于沿透镜阵列2的中心位置向边缘方向的第一透镜211、第二透镜212、第三透镜213和第四透镜214等多个透镜，图8～图15中省略了其他位置的透镜，实际上第一透镜211为透镜阵列2的中心位置处的透镜。

在一种具体实施例中，如图6、图7a和图7b所示，透镜阵列2还包括遮挡部23，遮挡部23设置于间隙22，以阻挡显示面11射出的光线透过间隙22。

本实施例中，如图6和图7b所示，遮挡部23设置于透镜阵列2中相邻两个透镜21之间的间隙22中，能够防止显示面11射出的光线经相邻两个透镜21的间隙22通过光学组件3射入人眼而干扰成像效果，从而提高了电子设备的成像清晰度，提高了人眼观看的体验。

其中，如图16和图17所示，透镜阵列2可以为一整块的玻璃或树脂等高透材质制作而成，通过精密模压、光刻胶熔融、反应离子束刻蚀等技术在制作材料上形成多个透镜21，遮挡部23可以为涂布在透镜阵列2中相邻两个透镜21之间的间隙22中的遮挡涂层等，只要能起到阻挡光线的作用即可。

在一种具体实施例中，如图6所示，透镜阵列2中的多个透镜21的口径相同。当透镜阵列2中的多个透镜21的口径相同时，在多个透镜21中，任意相邻两个透镜21之间的间距相同。

例如，如图6和图16所示的具体实施例中，透镜阵列2中多个透镜21均为口径为4mm。根据上述中与其透镜21参数相同的如图4所示的现有结构中的密接透镜阵列2’，其中，第一透镜211’、第二透镜212’、第三透镜213’、第四透镜214’的口径均为4mm，根据光学软件计算，人眼5’在人眼平面4’上[-2mm，2mm]的移动范围内，第一透镜211’与第二透镜212’的视场重叠区域8’的长度为1.2mm，第二透镜212’与第三透镜213’的视场重叠区域8’的长度为1mm，第三透镜213’与第四透镜214’的视场重叠区域8’的长度为0.4mm。

为保证如图6和图16所示的本申请实施例中每个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7相互独立，不会发生重叠，相邻两个透镜21之间的间隔距离，应大于或等于该相邻两个透镜21密接时在该移动范围内的视场重叠区域8’的长度，即第一透镜211与第二透镜212之间的间隔距离应大于或等于1.2mm，第二透镜212与第三透镜213之间的间隔距离应大于或等于1mm。因此，本申请实施例中透镜阵列2中的相邻两个透镜21之间的间隔距离可以设置为1.5mm，即第一透镜211与第二透镜212、第二透镜212与第三透镜213之间的间隔距离都为1.5mm，以使相邻两个透镜21的光轴215之间的间隔距离相同，使光路6中的光线分布更加均匀，提升成像效果，且能够提高透镜阵列2整体一致性，降低透镜阵列2的制造难度，提高制造效率，降低制造成本。

本申请实施例中，从图8～图11中人眼5沿人眼平面4与透镜阵列2之间的相对偏移量为0mm、-2mm、+2mm以及人眼5在人眼平面4上[-2mm，2mm]的移动范围内显示器的成像情况，可以看出，本申请实施例中的设置够将电子设备的眼盒范围扩大至[-2mm，2mm]，即人眼5在人眼平面4上[-2mm，2mm]的移动范围内，第一透镜211、第二透镜212、第三透镜213在显示面11上所覆盖的视场区域7都相互独立，没有重叠，能够避免用户观看时出现视场串扰问题。

当然，本申请实施例中的透镜阵列2中相邻两个透镜21之间的间隔距离也可以为1.3mm、1.4mm、1.6mm等，或者透镜阵列2中相邻两个透镜21之间的间隔距离也可以不同，只要大于或等于该相邻两个透镜21密接时视场重叠区域的长度即可，在此不做限制。

另外，如图6和图16所示，当透镜阵列2中各透镜21的口径相同时，其各透镜的曲率半径也可以设置相同，以进一步提高透镜阵列2整体一致性，降低透镜阵列2的制造难度，提高制造效率，降低制造成本。当然，也可以设置为不同的曲率半径，在此不做限制。

在另一种具体实施例中，如图7a所示，透镜阵列2中至少存在两个口径不同的透镜21。当透镜阵列2中至少存在两个口径不同的透镜21时，在多个透镜21中，存在至少两个不同的透镜21间距。

如图7a所示的具体实施例中，第一透镜211、第二透镜212、第三透镜213、第四透镜214的口径依次为4mm、4mm、1.5mm和1.5mm。根据上述中与其透镜21参数相同的如图5所示的现有结构中的密接透镜阵列2’，其中，第一透镜211’、第二透镜212’、第三透镜213’、第四透镜214’的口径依次为4mm、4mm、1.5mm和1.5mm，根据光学软件计算，人眼5’在人眼平面4’上[-2mm，2mm]的移动范围内，第一透镜211’与第二透镜212’的视场重叠区域8’的长度为1mm，第二透镜212’与第三透镜213’的视场重叠区域8’的长度为1mm，第三透镜213’与第四透镜214’的视场重叠区域8’的长度为0.8mm。

为保证如图7a和图17所示的本申请实施例中每个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7相互独立，不会发生重叠，相邻两个透镜21之间的间隔距离，应大于或等于该相邻两个透镜21密接时在该移动范围内的视场重叠区域8’的长度，即第一透镜211与第二透镜212之间的间隔距离应大于或等于1mm，第二透镜212与第三透镜213之间的间隔距离应大于或等于1mm，第三透镜213与第四透镜之间的间隔距离应大于或等于0.8mm。因此，本申请实施例中第一透镜211与第二透镜212之间的间隔距离可以为1.5mm、第二透镜212与第三透镜213之间的间隔距离可以为1.75mm、第三透镜213与第四透镜214之间的间隔距离可以为1.5mm。

本申请实施例中，从图12～图15中人眼5沿人眼平面4与透镜阵列2之间的相对偏移量为0mm、-2mm、+2mm以及人眼5在人眼平面4上[-2mm，2mm]的移动范围内显示器的成像情况，可以看出，本申请实施例中的设置够将电子设备的眼盒范围扩大至[-2mm，2mm]，即人眼5在人眼平面4上[-2mm，2mm]的移动范围内，第一透镜211、第二透镜212、第三透镜213和第四透镜在显示面11上所覆盖的视场区域7都相互独立，没有重叠，能够避免用户观看时出现视场串扰问题。

另外，当透镜阵列2中至少存在两个口径不同的透镜21时，若透镜阵列2中任意相邻两个透镜21之间的间隔距离都相同，有可能导致其中口径相对较小的透镜21与其相邻的透镜21之间的间距过大，从而导致显示面11上像素利用率降低，致使部分视场缺失，使人眼5无法观看到画面，还可能增加透镜阵列2的体积，不利于透镜阵列的小型化。因此，在多个透镜21中，相邻两个透镜21之间的间隔距离可以根据该相邻两个透镜21密接时在移动范围内的视场重叠区域的具体长度进行设置。

其中，如图8中的实施例所示，保持第二透镜212的位置保持不变，第二透镜212具有最大视场角ω_{2max_0}，而随着第三透镜213沿边缘方向移动，第三透镜213与第二透镜212之间的间隔距离增加，第三透镜213的最小视场角ω_{3min_0}增加。由于当第二透镜212的最大视场角小于第三透镜的最小视场角时，即当ω_{2max_0}＜ω_{3min_0}时，可能会导致部分视场缺失，因此，当第三透镜213移动至其最小视场角与第二透镜212的最大视场角相等时，即ω_{3min_0}＝ω_{2max_0}时，此时第三透镜213与第二透镜212之间的间隔距离为最大间隔距离。也就是说，为了避免透镜阵列2中相邻两个透镜21的间隔距离过大造成部分视场缺失，沿透镜阵列2的中心位置向边缘方向，应保证第N个透镜21的最大视场角ω_{Nmax_Shift}大于其相邻的第(N+1)个透镜21的最小视场角ω_{(N+1)min_Shift}，即ω_{Nmax_Shift}＞ω_{(N+1)min_Shift}。

本实施例中，存在至少两个不同的透镜21间距，能够保证每个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7不会发生重叠的同时，提高显示面上的像素利用率，避免视场缺失，还能够防止透镜阵列2中透镜21的光轴215与其相邻透镜21的光轴215之间的距离过大而增加透镜阵列2的体积，有利于电子设备小型化设计，也能够防止透镜阵列2中透镜21的光轴215与其相邻透镜21的光轴215之间的距离过小，从而能够避免光路6中的光线相互干涉，使光路6中的光线分布更加均匀，提升成像的清晰度。

当然，透镜阵列2中至少存在两个口径不同的透镜21时，在多个透镜21中，也可以将任意相邻两个透镜21之间的间距设置成相同，只要保证相邻两个透镜21之间的间隔距离，应大于或等于该相邻两个透镜21密接时在眼盒范围内的视场重叠区域的长度即可，在此不做限制。

其中，当存在其密接时的视场重叠区域的长度相同的情况时，透镜21与比其口径小的透镜21之间的间隔距离，应大于透镜21与比其口径大或与其口径相同的透镜21之间的间隔距离，以使相邻两个透镜21的光轴215之间的距离不会过大也不会过小，使光路6中的光线分布更加均匀，提升画面的成像效果。

例如，基于如图5所示的现有结构中，密接时，在眼盒范围[-2mm，2mm]的范围内，第一透镜211’与第二透镜212’的视场重叠区域8’的长度为1mm，第二透镜212’与第三透镜213’的视场重叠区域8’的长度也为1mm，但是由于第三透镜213’的口径小于第二透镜212’的口径，而第一透镜211’的口径与第二透镜212’的口径相同。因此，如图7a和图17所示，本申请实施例中第二透镜212与第三透镜213之间的间隔距离，应大于第二透镜212与第一透镜211之间的间隔距离。例如，可以设置第二透镜212与第三透镜213之间的间隔距离为1.75mm，第二透镜212与第一透镜211之间的间隔距离为1.5mm，从而使第二透镜212的光轴215与其相邻的第一透镜211和第三透镜213的光轴215距离不会差别较大，从而提高透镜阵列2的一致性，且使第二透镜212的光轴215与第三透镜213的光轴215之间的距离不会过小，避免光线相互干扰，使光路6中的光线分布更加均匀，提高成像清晰程度。

当然，本申请实施例中的第一透镜211与第二透镜212、第二透镜212与第三透镜213、第三透镜213与第四透镜214之间的间隔距离也可以为大于或等于其密接时视场重叠区域的长度的其他尺寸，在此不做限制。

在另一些实施例中，沿所述透镜阵列2中心位置向边缘的方向，边缘处的透镜21的口径小于或等于中心的透镜21的口径。

在一种具体实施例中，如图7a和图17所示，透镜21具有光轴215，存在至少两个相邻透镜21的光轴215之间的距离不同。

本实施例中，如图7a和图17所示，当透镜阵列2中至少存在两个口径不同的透镜21时，透镜21相邻两侧的两个透镜21的口径不同，其光轴215与相邻两个透镜21的光轴215的距离可以不同，保证光路6中的光线分布均匀的同时，能够减小透镜阵列2中的一些间隙22的大小，从而在保证透镜阵列2中透镜21的个数的同时，降低透镜阵列2的体积，有利于电子设备的小型化设计，提高透镜阵列2的传输效率。

在一种具体实施例中，如图7a和图17所示，沿透镜阵列2中心位置向边缘的方向，透镜21的口径逐渐减小。

为了保证透镜阵列2的成像效果，透镜阵列2边缘处的厚度在应在适合范围内，同时每个透镜21的边缘处的厚度也应保证在适合范围内，因此透镜21的曲率半径不能过大，防止透镜21边缘处的厚度过小而产生像差影响成像的清晰程度。而当曲率半径相同时，口径较小的透镜21的边缘处的厚度更大，即更不易产生像差。

本实施例中，如图7a和图17所示，透镜阵列2针对不同视场区域7的画面采用了不同口径的透镜21进行成像，即透镜阵列2边缘处的透镜21的口径较小，透镜阵列2中心位置处的透镜21的口径较大，有利于使透镜阵列2边缘处透镜21实现更小的曲率半径，从而获取更大的光焦度，提高成像的清晰度，提高用户的观看体验。

在一种具体实施例中，如图7a和图17所示，在多个透镜21中，存在至少两个透镜21的曲率半径不同。

透镜21的曲率半径越小，则其弯曲程度越大，在其边缘处的形变越大，但焦距更短。反之，透镜21的曲率半径越大，则其弯曲程度越低，在其边缘处的形变越小，但焦距更长。在多个透镜21中，当存在至少两个透镜21的曲率半径不同，使透镜阵列2能够针对不同视场区域7的画面，使用不同焦距以及不同曲率半径的透镜进行成像，能够提高透镜阵列2的光线传输效果，提升人眼5观看画面的清晰度，使电子设备具有更好的成像品质，提升用户体验效果。

如图7a和图17所示的具体实施例中，第一透镜211、第二透镜212、第三透镜213、第四透镜214的口径依次为4mm、4mm、1.5mm、1.5mm，其曲率半径依次为5.6mm、4.5mm、4.2mm、4.2mm，其焦距依次为11.4mm、9.1mm、8.7mm、8.7mm，该结构的透镜阵列2与光学组件3进行配合，能够将不同视场区域7的画面，以更合适的视场角被人眼5接收，从而能够提升画面品质，提高用户的体验效果。

在一种具体实施例中，如图6～图17所示，多个透镜21的排布为中心对称排布方式。

本实施例中，透镜阵列2是中心对称结构，能够简化其分析过程，还能够降低制造难度，节约生产制造成本。且考虑到人眼5的结构，透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7的范围与人眼5的视场角更加匹配，提升用户的体验效果。

当然，在另一些应用场景中，根据需求也可以设置为非中心对称结构，已满其需求，在此不做限制。

另外，透镜阵列2根据需求也可以设置为单面阵列或双面阵列等，在此不做限制。

在一种具体实施例中，如图6～图17所示，光学组件3为折叠光路结构、衍射元件结构、菲涅尔镜片结构、非球面镜片中的一种。

光线的聚焦必须保留足够的距离，而聚焦的距离过长会导致电子设备的体积过大。本实施例中，当光学组件3为折叠光路结构、衍射元件结构、菲涅尔镜片结构中、非球面镜片结构的一种时，具有良好的聚焦和聚光的效果，使透镜阵列2射出的光线进入光学组件3后，其光路6能够发生改变，使光路6中的光线能够变成近似平行光入射到人眼5，从而能够在人眼5中形成相应的图像，被人眼5观看，提升成像的清晰度，缩短了电子设备的成像焦距，从而使电子设备能够更加轻薄，节约成本，有利于电子设备的小型化设计。

当然，光学组件3也可以为其他具有聚焦效果的光学结构，在此不做限制。

如图6～图17所示的具体实施例中，光学组件3可以为折叠光路结构，结构简单，便于实现，具有较好的聚焦效果，能够有效缩短电子设备的成像焦距，且能够满足调焦的需求。

在一种具体实施例中，透镜21可以为球面镜和/或非球面镜。

本实施例中，球面镜的曲率半径较小，表面弯曲程度高，但焦距较短，能够减小电子设备的焦距，但是当透镜21的口径较小时，过小的曲率半径会导致透镜边缘处厚度较薄，不利于加工制造。非球面镜的表面更加平整，能够修正影像减小像差，提高成像清晰度，且能够保持有益的抗冲击性能，同时，能够实现更轻、更薄的透镜阵列2，但是成本较高。因此，本申请中的透镜阵列2可根据需求，针对不同视场区域7的画面，采用不同口径、焦距、曲率半径的球面镜，或者采用非球面镜组合进行成像，以提升画面的清晰度，提高透镜阵列2的强度，并降低成本。

需要说明的是，本申请中透镜阵列2中的透镜21可以全部为球面镜，也可以为全部为非球面镜，还可以为球面镜和非球面镜的组合，在此不做限制。

在一种具体实施例中，透镜21的口径范围为[0.1mm，10mm]，任意相邻两个透镜21的透镜21间距范围为[0.1mm，10mm]，透镜21的焦距范围为[1mm，1000mm]，透镜21的曲率半径范围为[1mm，1000mm]。

本实施例中，透镜阵列2可采用满足上述范围内不同口径、焦距、曲率半径的透镜21，调整其相邻两个透镜21之间的间隔距离，保证每个透镜21在显示面11上所覆盖的视场区域7相互独立，不会发生重叠的同时，能够使电子设备实现更多的眼盒范围，满足不同的使用需求。

其中，在设置本申请实施例中的透镜阵列2中的相邻两个透镜21的间隔距离的过程中，根据实际需求，可在光学软件中对其密接时的透镜阵列进行计算的过程中，将人眼在人眼平面上的移动范围设定为[-1mm，1mm]、[-3mm，3mm]等，从而得到人眼在人眼平面上[-1mm，1mm]、[-3mm，3mm]等移动范围内相邻两个透镜之间的视场重叠区域的长度，使相邻两个透镜21之间的间隔距离，大于或等于该相邻两个透镜21密接时在该移动范围内的视场重叠区域的长度，从而能够使本申请实施例中的电子设备实现更多眼盒范围，例如眼盒范围为[-1mm，1mm]、[-3mm，3mm]等，在此不做限制。

当然，透镜阵列2中的透镜21的口径、相邻两个透镜21之间的间距、透镜21的焦距、透镜21的曲率半径等也可以为其他数值，在此不做限制。

本申请还提供了一种电子设备，包括显示器1、光学组件3和以上任一实施例所述的透镜阵列2，所述透镜阵列2设置于所述显示器1和所述光学组件3之间。由于透镜阵列2具有上述技术效果，包括所述透镜阵列2的电子设备也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

需要指出的是，本专利申请文件的一部分包含受著作权保护的内容。除了对专利局的专利文件或记录的专利文档内容制作副本以外，著作权人保留著作权。

Claims (11)

1.一种透镜阵列，应用于电子设备，所述电子设备包括显示器和光学组件，其特征在于，

所述显示器包括显示面，用于显示图像；

所述透镜阵列设置在所述显示器的显示面一侧，所述透镜阵列包括多个透镜，任意相邻两个所述透镜之间具有间隙；

所述光学组件设置在所述透镜阵列远离所述显示器的一侧，所述光学组件用于改变经所述透镜阵列入射的光线的传播路径，以使所述光线能够射入人眼。

2.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，所述透镜阵列还包括遮挡部，所述遮挡部设置于所述间隙，以阻挡所述显示面射出的光线透过所述间隙。

3.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，在所述多个透镜中，存在至少两个不同的透镜间距。

4.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，沿所述透镜阵列中心位置向边缘的方向，所述透镜的口径逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，所述透镜具有光轴，存在至少两个相邻所述透镜的光轴之间的距离不同。

6.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，在所述多个透镜中，存在至少两个所述透镜的曲率半径不同。

7.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，所述多个透镜的排布为中心对称排布方式。

8.根据权利要求1～7任一项所述的透镜阵列，其特征在于，所述光学组件为折叠光路结构、衍射元件结构、菲涅尔镜片结构、非球面镜片结构中的一种。

9.根据权利要求1～7任一项所述的透镜阵列，其特征在于，所述透镜为球面镜或非球面镜中的至少一种。

10.根据权利要求1～7任一项所述的透镜阵列，其特征在于，所述透镜的口径范围为[0.1mm，10mm]；

任意相邻两个所述透镜的透镜间距范围为[0.1mm，10mm]；

所述透镜的焦距范围为[1mm，1000mm]；

所述透镜的曲率半径范围为[1mm，1000mm]。

11.一种电子设备，其特征在于，包括显示器、光学组件和权利要求1～10任一项所述的透镜阵列，所述透镜阵列设置于所述显示器和所述光学组件之间。