CN219456636U - 一种光学模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学模组，应用于显示技术领域。该光学模组包括屏幕组件、调节组件、透镜组件以及屏幕支架，其中，屏幕组件和调节组件均固定于屏幕支架上，调节组件用于控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。本实用新型中，为实现屈光度调节功能，需要调节透镜组件与屏幕组件间的距离。区别于现有技术中将调节组件固定在透镜组件上导致透镜无法被切割，本方案通过将调节组件固定于屏幕支架上，使得透镜组件可以被切割。由于透镜组件可以被切割，故在满足瞳距调节的最小范围要求的基础上可以提高透镜的口径，从而提升用户的观影体验。

Description

一种光学模组

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其是近眼显示(near eye display，NED)设备领域，提供一种光学模组。

背景技术

近眼显示设备是元宇宙最典型的媒介，近年来随着软硬件技术的突破而加速发展。以虚拟现实(virtual reality，VR)头显为例，其原理是体验者的左右眼分别通过VR头显上的左右透镜看到屏幕上展示的内容，由于VR头显的屏幕距离透镜在1倍焦距之内，因此所看到的图像是正立放大的虚像。

为了适配不同屈光度的用户(例如近视用户以及远视用户)，VR头显配置有屈光度调节功能。为了适配瞳距不同的用户，VR头显配置有瞳距(inter pupillary distance，IPD)调节功能。VR头显通过调节VR头显中左右两个透镜之间的间距来实现瞳距调节功能，通常，瞳距调节的范围为55mm-75mm。

目前，同时有屈光度调节功能以及瞳距调节功能的VR头显的透镜的口径通常较小。这是因为为实现屈光度调节功能，需要调节透镜与屏幕间的距离，而通常将调节部件设置在透镜上，导致透镜无法被切割；而在此基础上为实现瞳距调节功能，通过对透镜的口径进行限制使得透镜的口径不能过大从而满足瞳距调节的最小范围要求。通常，将透镜的口径限制为40mm左右的小口径。然而，小口径的透镜容易使得用户在佩戴中看到VR头显模组边框，从而大大影响用户的沉浸感。

综上，目前暨需一种光学模组，用以在实现屈光度调节功能以及瞳距调节功能的基础上，提高VR头显的透镜的口径大小。

实用新型内容

本实用新型提供一种光学模组，用以解决现有技术中为同时实现屈光度调节功能以及瞳距调节功能，使得VR头显的透镜的口径较小从而影响用户的沉浸感的问题。

本实用新型提供一种光学模组，包括：屏幕组件、调节组件、透镜组件以及屏幕支架，屏幕组件和调节组件均固定于屏幕支架上；调节组件用于控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。

本实用新型中，为实现屈光度调节功能，需要调节透镜组件与屏幕组件间的距离，本方案中，屏幕组件和调节组件均固定于屏幕支架上，因此可以通过调节调节组件从而控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动，从而实现屈光度调节功能。此外，区别于现有技术中将调节组件固定在透镜组件上导致透镜无法被切割，本方案通过将调节组件固定于屏幕支架上，使得透镜组件可以被切割。进而，由于透镜组件可以被切割，故在满足瞳距调节的最小范围要求的基础上可以提高透镜的口径，从而提升用户的观影体验。

可选的，调节组件包括左调节部件以及右调节部件，左调节部件固定于屏幕支架的左侧，右调节部件固定于屏幕支架的右侧；透镜组件包括左透镜以及右透镜；左调节部件用于控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近左透镜的方向移动，且右调节部件用于控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近右透镜的方向移动；或者，左调节部件用于控制屏幕支架上的屏幕组件向着远离左透镜的方向移动，且右调节部件用于控制屏幕支架上的屏幕组件向着远离右透镜的方向移动。

本实用新型中，调节组件包括左调节部件以及右调节部件，对应的，透镜组件包括左透镜以及右透镜，通过左、右调节部件分别控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近左、右透镜的方向移动，或者通过左、右调节部件分别控制屏幕支架上的屏幕组件向着远离左、右透镜的方向移动，能通过两侧调节部件的同步调节，实现屏幕支架上的屏幕组件移动的稳定性和均衡性。

可选的，任一调节部件包括固定于屏幕支架上的螺母、与螺母通过螺纹配合的齿轮螺钉和与齿轮螺钉相啮合的齿条。

本实用新型中，通过调节齿条使得与齿条相啮合的齿轮螺钉转动，由于齿轮螺钉带有螺纹且齿轮螺钉与螺母相配合，故当齿轮螺钉转动时，螺母会进行移动以靠近或远离齿轮螺钉。由于螺母固定在屏幕支架上，故当螺母进行移动时，屏幕支架也相应进行移动，故屏幕支架上的屏幕组件也相应进行移动。通过使用上述调节部件，可以控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。

可选的，任一调节部件包括固定于屏幕支架上的螺母、与螺母配合的弹簧限位螺钉。

本实用新型中，通过按压弹簧限位螺钉从而调节弹簧限位螺钉与螺母之间的距离，螺母移动以靠近或远离弹簧限位螺钉。由于螺母固定在屏幕支架上，故当螺母进行移动时，屏幕支架也相应进行移动，故屏幕支架上的屏幕组件也相应进行移动。通过使用上述调节部件，可以控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。

可选的，屏幕组件包括左屏幕和右屏幕，左屏幕和左透镜相对应，右屏幕和右透镜相对应；左透镜用于对左屏幕的显示内容进行投影，右透镜用于对右屏幕的显示内容进行投影。

本实用新型中，通过左、右透镜分别对左、右屏幕的显示内容进行投影，能实现对显示内容的精细化显示操作，使得用户左、右眼各自获取到对应的显示内容，提高观看效果。

可选的，针对于任一透镜，透镜的成像圆的至少一边和所对应的屏幕部分重合或完全重合，透镜的成像圆的其他部分和所对应的屏幕的其它边相切。

本实用新型中，由于透镜可以被切割，且切割后的透镜的成像圆的至少一边和所对应的屏幕部分重合或完全重合，故在满足瞳距调节的最小范围要求的基础上可以提高透镜的口径，从而提升用户的观影体验。

可选的，光学模组还包括瞳距调节机构，瞳距调节机构用于调节两个透镜的中心之间的距离。

本实用新型中，通过瞳距调节机构可以调节两个透镜的中心之间的距离，从而光学模组适配不同瞳距的用户，并且提高用户的使用感。

可选的，瞳距调节机构的一端固定于左透镜，瞳距调节机构的另一端固定于右透镜。

可选的，光学模组还包括透镜支架，透镜支架的一端固定在透镜上，另一端固定在屏幕支架上。

本实用新型中，通过透镜支架固定透镜。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通操作人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种光学模组的成像原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种屏幕组件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种屏幕组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种调节部件的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种调节部件的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的一种现有技术中透镜与屏幕的结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的一种现有技术中透镜与屏幕的结构示意图；

图12为本实用新型实施例提供的一种现有技术中透镜与屏幕的结构示意图；

图13为本实用新型实施例提供的一种透镜与屏幕的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通操作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种光学模组的成像原理示意图。其中，屏幕组件放置在透镜组件的一倍焦距以内，人眼经过透镜组件可以看到正立放大的虚像，将人眼至虚像间的距离V称为虚像距。对于近视或者远视的用户，其眼睛形状发生改变，屈光度改变，因此无法看清虚像。通过调节屏幕组件与透镜组件之间的距离U，从而将虚像距调整为用户可视范围之内，使得不论是近视用户还是远视用户都可以看清虚像。将调节屏幕组件与透镜组件之间的距离的方法称为屈光度调节。

如背景技术描述，现有技术为同时实现屈光度调节功能以及瞳距调节功能，设置的VR头显的透镜的口径较小，影响用户的沉浸感。

鉴于此，本实用新型提供一种光学模组，该光学模组在实现屈光度调节功能以及瞳距调节功能的基础上可以提高透镜的口径，从而提升用户的观影体验。

如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图。该光学模组包括屏幕组件201、调节组件202、透镜组件203、以及屏幕支架204。其中，屏幕组件201和调节组件202均固定于屏幕支架204上。

详细的，屏幕组件201可以包括一块屏幕。如图3所示，为本实用新型实施例提供的一种屏幕组件的结构示意图。屏幕组件201包括可显示区域301以及非显示区域302，其中，可显示区域301用于显示画面。需要说明的是，图3中以可显示区域301为正八边形为示例，但本实用新型对可显示区域301的形状不做具体限定。此外，屏幕组件201可以包括一块可显示区域301，也可以包括两块或多块可显示区域301，比如图3中包含两块可显示区域301，这两块可显示区域301分别用于显示不同的显示内容。

进一步的，与图3中的两块可显示区域301相对应的，如图4所示，为本实用新型实施例提供的一种屏幕组件的结构示意图。该屏幕组件201包括左屏幕401和右屏幕402，左屏幕401和/或右屏幕402用于显示画面。需要说明的是，对应图3中正八边形的可显示区域301，图4中也以左屏幕401和右屏幕402为正八边形为示例，但应理解，本实用新型对左屏幕401和右屏幕402的形状也不做具体限定。

详细的，继续参照图2所示，屏幕支架204用于固定屏幕组件201以及调节组件202。本实用新型实施例对屏幕支架204的材料不做具体限定。示例性的，屏幕支架204的材料可以是塑料，也可以是金属，还可以是塑料与金属结合组成的。

详细的，继续参照图2所示，调节组件202固定于屏幕支架204上，用于控制屏幕支架204上的屏幕组件201向着靠近或远离透镜组件203的方向移动。

详细的，继续参照图2所示，透镜组件203可以用于对屏幕组件201的显示内容进行投影。示例性的，透镜组件203可以是只有一块镜片的单镜片，也可以是有两块或更多块镜片的多镜片。在一种可能的实现方式中，透镜组件203可以是使用超短焦光学折叠光路(pancake)技术的多镜片。Pancake技术是一种光学设计技术，用于制造超短焦距镜头。这种技术通过将光路层层折叠来减小镜头结构的体积，从而使得镜头更加紧凑轻便。通过改变屏幕组件201与透镜组件203间的距离即可进行屈光度调节。在进行屈光度调节时，通过成像公式(1)可以计算出屏幕组件201与透镜组件203间所需的距离p：

1/p+1/q＝1/f……(1)

其中：

p为物距，在VR头显中指屏幕组件201与透镜组件203间的距离；

q为像距，在VR头显中指人眼与虚像间的虚像距；

f为焦距。

对于单镜片，焦距f通常为39mm左右。当像距q为-1.2m时，需要将物距p调整为37.77mm；当像距q为-0.125m时，需要将物距p调整为29.73mm。

对于使用Pancake技术的多镜片，焦距f通常为25mm左右。当像距q为-1.2m时，需要将物距p调整为24.49mm；当像距q为-0.125m，需要将物距p调整为20.83mm。

通过上述可知，本方案为实现屈光度调节功能，将调节组件以及屏幕组件固定于屏幕支架上，通过调节调节组件从而控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。区别于现有技术中将调节组件固定在透镜组件上导致透镜无法被切割，本方案通过将调节组件固定于屏幕支架上，使得透镜组件可以被切割。由于透镜组件可以被切割，故在满足瞳距调节的最小范围要求的基础上可以提高透镜的口径，从而提升用户的观影体验。

如图5所示，为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图。其中，调节组件具体包括左调节部件501以及右调节部件502，左调节部件501固定于屏幕支架204的左侧，右调节部件502固定于屏幕支架204的右侧。相应地，透镜组件包括左透镜503以及右透镜504。左调节部件501用于控制屏幕支架204上的屏幕组件201向着靠近左透镜503的方向移动，且右调节部件502用于控制屏幕支架204上的屏幕组件201向着靠近右透镜504的方向移动。或者，左调节部件501用于控制屏幕支架204上的屏幕组件201向着远离左透镜503的方向移动，且右调节部件502用于控制屏幕支架204上的屏幕组件201向着远离右透镜504的方向移动。

本实用新型通过左、右调节部件分别控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近左、右透镜的方向移动，或者通过左、右调节部件分别控制屏幕支架上的屏幕组件向着远离左、右透镜的方向移动，能通过两侧调节部件的同步调节，实现屏幕组件移动的稳定性和均衡性。

本实用新型实施例中，调节部件的结构存在多种可能，下面举例进行说明。

如图6所示，为本实用新型实施例提供的一种调节部件的结构示意图。该调节部件包括固定于屏幕支架上的螺母603、与螺母603通过螺纹配合的齿轮螺钉602和与齿轮螺钉相啮合的齿条601。

具体的，通过调节齿条601使得与齿条601相啮合的齿轮螺钉602转动，由于齿轮螺钉602带有螺纹且齿轮螺钉与螺母603相配合，故当齿轮螺钉602转动时，螺母603会进行移动以靠近或远离齿轮螺钉602。需要说明的是，本实用新型对如何转动齿轮螺钉602不作具体限定。

本实用新型中，由于螺母603固定在屏幕支架上，故当螺母进行移动时，屏幕支架也相应进行移动。通过使用上述调节部件，可以控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。

如图7所示，为本实用新型实施例提供的另一种调节部件的结构示意图。该调节部件包括固定于屏幕支架上的螺母701、与螺母配合的弹簧限位螺钉702。

具体的，通过按压弹簧限位螺钉702从而调节弹簧限位螺钉702与螺母701之间的距离，螺母701移动以靠近或远离弹簧限位螺钉702。由于螺母701固定在屏幕支架上，故当螺母701进行移动时，屏幕支架也相应进行移动。通过使用上述调节部件，可以控制屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离透镜组件的方向移动。

在一种可能的实现方式中，继续参照图2所示，光学模组还可以包括瞳距调节机构205。其中，瞳距调节机构用于调节两个透镜的中心之间的距离。本实用新型中，通过瞳距调节机构可以调节两个透镜的中心之间的距离，从而光学模组适配不同瞳距的用户，并且提高用户的使用感。

在一种可能的实现方式中，如图8所示，为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图，其中，瞳距调节机构的一端固定于左透镜，瞳距调节机构的另一端固定于右透镜。

在一种可能的实现方式中，继续参照图2所示，光学模组还可以包括透镜支架206。其中，透镜支架206的一端固定在透镜上，另一端固定在屏幕支架204上。

在一种可能的实现方式中，如图9所示，为本实用新型实施例提供的一种光学模组的结构示意图，屏幕组件包括左屏幕和右屏幕，左屏幕和左透镜相对应，右屏幕和右透镜相对应；左透镜用于对左屏幕的显示内容进行投影，右透镜用于对右屏幕的显示内容进行投影。

现阶段，为了匹配圆形镜片，并且不损失视场角以及屏幕像素，现有技术中VR头显的屏幕常为水平方向与垂直方向等分辨率的屏幕。如图10所示，为本实用新型实施例提供的一种现有技术中透镜与屏幕的结构示意图。其中，屏幕为正八边形区域，透镜的成像圆为圆形阴影区域。从图10中可以看出，屏幕像素在水平方向(H)与垂直方向(V)没有浪费，透镜的视场角也没有损失。

然而，若VR头显中屏幕在水平方向的分辨率与垂直方向的分辨率不等，则需要牺牲屏幕像素或透镜的视场角。在一种可能的实现方式中，可以将透镜的口径设置小，使得透镜的成像圆是屏幕的短边的内切圆，这种实现方式会牺牲屏幕像素。如图11所示，为本实用新型实施例提供的一种现有技术中透镜与屏幕的结构示意图。其中，屏幕为非正八边形区域，其垂直方向(V)的分辨率大于水平方向(H)的分辨率，透镜的成像圆为圆形阴影区域。此时透镜的成像圆是屏幕的短边的内切圆，故牺牲了部分屏幕像素显示(如图11中所标注的无效区)。

相对应的，在一种可能的实现方式中，可以将透镜的口径设置大，使得透镜的成像圆是屏幕的长边的内切圆，这种实现方式会牺牲透镜的视场角。如图12所示，为本实用新型实施例提供的一种现有技术中透镜与屏幕的结构示意图。其中，屏幕为非正八边形区域，其垂直方向(V)的分辨率大于水平方向(H)的分辨率。透镜的成像圆包括圆形阴影区域以及黑色实体阴影区域。此时透镜的成像圆按照分辨率较大的方向(也即垂直方向)进行设计，即此时透镜的成像圆是屏幕的长边的内切圆，且透镜的成像圆的圆心与屏幕的中心重合。透镜在水平方向的成像圆超出屏幕的非正八边形区域，透镜的成像圆的黑色实体阴影区域没有光线发出，视场角损失，故牺牲了部分视场角。此外，在这种实现方式中，由于透镜的口径较大，会限制瞳距调节功能的加入。

区别于上述图11以及图12介绍的现有技术，本实用新型的调节组件固定于屏幕支架上，使得透镜组件可以被切割，因此可以在将透镜组件的口径设置大的基础上，通过对透镜组件进行切割，避免牺牲屏幕像素或透镜的视场角，同时还可以允许瞳距调节功能的加入。

在一种可能的实现方式中，针对于任一透镜，透镜的成像圆的至少一边和所对应的屏幕部分重合或完全重合，透镜的成像圆的其他部分和所对应的屏幕的其它边相切。如图13所示，为本实用新型实施例提供的一种透镜的成像圆与屏幕的结构示意图。其中，屏幕为非正八边形区域，其垂直方向的分辨率大于水平方向的分辨率。透镜的成像圆为不规则区域。详细的，透镜的成像圆为不规则的圆区域(图中阴影区域)，该圆的直径为屏幕的长边的长度。由于透镜可以被切割，本方案通过将透镜在视场角被损失的一侧进行切割，使得透镜的成像圆的至少一边和所对应的屏幕部分重合或完全重合，从而给瞳距调节功能的实现留出足够的空间。本方案中，区别于上述图12中将透镜的成像圆的圆心与屏幕的中心重合，本方案将透镜进行适当偏移，让透镜的成像圆的圆心与屏幕的中心不一致，使得透镜的成像圆的其他部分和所对应的屏幕的其它边相切，从而使透镜的视场角集中在一侧被损失。需要说明的是，屏幕的形状可以有多种可能，本实用新型对此不作具体限定，上述图13中仅是一种可能的示例。

本实用新型中，由于透镜的成像圆至少一边和所对应的屏幕重合，故在满足瞳距调节的最小范围要求的基础上可以提高透镜的口径，从而提升用户的观影体验。此外，由于在透镜切边之后可以进一步调小透镜之间的瞳距，故有利于适配更多人群。进一步的，对于VR头显，无需再选择水平方向和垂直方向等分辨率的屏幕。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的操作人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的操作人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种光学模组，其特征在于，包括：屏幕组件、调节组件、透镜组件以及屏幕支架，所述屏幕组件和所述调节组件均固定于所述屏幕支架上；

所述调节组件用于控制所述屏幕支架上的屏幕组件向着靠近或远离所述透镜组件的方向移动。

2.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，

所述调节组件包括左调节部件以及右调节部件，所述左调节部件固定于所述屏幕支架的左侧，所述右调节部件固定于所述屏幕支架的右侧；

所述透镜组件包括左透镜以及右透镜；

所述左调节部件用于控制所述屏幕支架上的屏幕组件向着靠近所述左透镜的方向移动，且所述右调节部件用于控制所述屏幕支架上的屏幕组件向着靠近所述右透镜的方向移动；或者，

所述左调节部件用于控制所述屏幕支架上的屏幕组件向着远离所述左透镜的方向移动，且所述右调节部件用于控制所述屏幕支架上的屏幕组件向着远离所述右透镜的方向移动。

3.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于，任一调节部件包括固定于所述屏幕支架上的螺母、与所述螺母通过螺纹配合的齿轮螺钉和与所述齿轮螺钉相啮合的齿条。

4.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于，任一调节部件包括固定于所述屏幕支架上的螺母、与所述螺母配合的弹簧限位螺钉。

5.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述屏幕组件包括左屏幕和右屏幕，所述左屏幕和所述左透镜相对应，所述右屏幕和所述右透镜相对应；

所述左透镜用于对所述左屏幕的显示内容进行投影，所述右透镜用于对所述右屏幕的显示内容进行投影。

6.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于，针对于任一透镜，所述透镜的成像圆的至少一边和所对应的屏幕部分重合或完全重合，所述透镜的成像圆的其他部分和所对应的屏幕的其它边相切。

7.如权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括瞳距调节机构；

所述瞳距调节机构用于调节两个透镜的中心之间的距离。

8.如权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述瞳距调节机构的一端固定于所述左透镜，所述瞳距调节机构的另一端固定于所述右透镜。

9.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括透镜支架，所述透镜支架的一端固定在所述透镜上，另一端固定在所述屏幕支架上。