WO2019184322A1 - 光学组件及虚拟现实vr设备 - Google Patents

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王志强
崔辛超
钟德龙
田建飞
邱亚栋
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京东方科技集团股份有限公司
鄂尔多斯市源盛光电有限责任公司
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Abstract

提供了一种光学组件及虚拟现实VR设备。所述光学组件包括光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置。光线传播装置设置为接收左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线，并将左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线分别传播至光线汇聚装置。光线汇聚装置设置为将左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线汇聚至光线反射装置。左眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第一显示画面的尺寸小于左眼显示画面的尺寸，以及右眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第二显示画面的尺寸小于右眼显示画面的尺寸。光线反射装置设置为将第一显示画面的光线反射至用户的左眼，并将第二显示画面的光线反射至用户的右眼。

Description

光学组件及虚拟现实VR设备
相关申请的交叉引用
本申请主张在2018年3月30日在中国提交的中国专利申请号No.201810288795.9的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及虚拟现实(Virtual Reality，VR)领域，例如，设计一种光学组件及VR设备。
背景技术
随着VR技术的发展，VR设备逐渐在市场上得到了普及。VR产品包括可穿戴设备(如VR眼镜、VR头盔)，可穿戴的VR设备的播放画面(即显示屏幕)的尺寸小。
发明内容
一种光学组件，包括：
光线传播装置，设置为接收左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线，并将所述左眼显示画面发出的光线和所述右眼显示画面发出的光线分别传播至光线汇聚装置；
所述光线汇聚装置，设置为将所述左眼显示画面发出的光线和所述右眼显示画面发出的光线汇聚至光线反射装置，其中，所述左眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第一显示画面的尺寸小于所述左眼显示画面的尺寸，以及所述右眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第二显示画面的尺寸小于所述右眼显示画面的尺寸；以及
所述光线反射装置，设置为将所述第一显示画面的光线反射至用户的左眼，以及将所述第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
一些实施例中，所述光线传播装置为光学棱镜。
一些实施例中，所述光线汇聚装置包括：
左眼透镜，设置为将左眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置；以及
右眼透镜，设置为将右眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置。
一些实施例中，所述左眼透镜和所述右眼透镜均为凸透镜。
一些实施例中，所述光线反射装置包括光屏，其中，所述光屏位于所述光线汇聚装置出射光线的路径上，所述光屏设置为显示所述第一显示画面和所述第二显示画面，并将所述第一显示画面的光线以及所述第二显示画面的光线进行反射。
一些实施例中，所述光线反射装置还包括平面镜，其中，所述平面镜位于所述光屏反射光线的路径上，以及所述平面镜设置为将所述光屏反射的第一显示画面的光线反射至用户的左眼，以及将所述光屏反射的第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
一些实施例中，所述光学棱镜的几何中心、所述左眼透镜的几何中心、所述右眼透镜的几何中心以及所述光屏的几何中心位于同一平面。
一些实施例中，所述光学棱镜的几何中心、左眼透镜的几何中心、右眼透镜的几何中心以及光屏的几何中心所处的平面平行于三维坐标系的XOY平面；
所述光屏的法线在所述光屏的反射方向上与Z轴之间形成的夹角互补于所述平面镜的法线在所述平面镜的反射方向上与Z轴之间形成的夹角；以及
所述左眼显示画面发出的光线至所述左眼透镜的路径距离大于所述左眼透镜的焦距，以及所述右眼显示画面发出的光线至所述右眼透镜的路径距离大于所述右眼透镜的焦距。
一种虚拟现实VR设备，包括上述任一所述的光学组件。
一些实施例中，所述VR设备还包括：
左眼显示屏，设置为显示左眼显示画面；以及
右眼显示屏，设置为显示右眼显示画面。
附图说明
图1为一些实施例提供的光学组件的逻辑结构示意图；
图2为一些实施例提供的光学组件的物理结构示意图；
图3为另一些实施例提供的光学组件的物理结构示意图；
图4为一些实施例提供的VR头盔的逻辑结构示意图；以及
图5为一些实施例提供的VR眼镜的逻辑结构示意图。
具体实施方式
在小尺寸的播放画面上显示高分辨率的VR画面存在较高的技术难度，以下实施例中提供的光学组件和VR设备为能够显示小尺寸、高分辨率的VR画面。
一些实施例提供了一种光学组件。如图1所示，所述光学组件包括光线传播装置11、光线汇聚装置12以及光线反射装置13。
光线传播装置11设置为接收左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线，并将左眼显示画面发出的光线和所述右眼显示画面发出的光线分别传播至光线汇聚装置12。
光线汇聚装置12设置为将左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线汇聚至光线反射装置13。其中，左眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第一显示画面的尺寸小于左眼显示画面的尺寸，右眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第二显示画面的尺寸小于右眼显示画面的尺寸。
光线反射装置13设置为将第一显示画面的光线反射至用户的左眼，以及将第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
一些实施例中，上述左眼显示画面和右眼显示画面是适用于大尺寸屏幕所显示的高分辨率画面。光学组件将左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线进行汇聚，从而使汇聚后形成的视图适用于具有小尺寸播放画面的设备，由于汇聚不会对分辨率产生影响，因此光学组件最终给用户呈现的VR画面具有极高的清晰度。上述实施例的方案基于简单的光学结构就能够在小尺寸的播放画面上显示出高分辨率的VR画面，可提高用户对VR设备的体验。
一些实施例中，大尺寸屏幕为尺寸在5英寸以上的屏幕。
一些实施例中，高分辨率是指屏幕分辨率为QHD(Quarter High  Definition)，即960×540分辨率。
一些实施例中，高分辨率是指屏幕分辨率为UHD(Ultra High Definition)即，分辨率达到3840×2160。
一些实施例中，高分辨率是指像素密度大于600ppi。
一些实施例中的光学组件中，上述光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置分别由不同的光学部件实现。
一些实施例中，如图2和图3所示，光学组件具体包括光学棱镜111、左眼透镜121、右眼透镜122、光屏131和平面镜132。
上述光线传播装置11包括光学棱镜111。
上述光线汇聚装置12包括左眼透镜121和右眼透镜122。
一些实施例中，左眼透镜121和右眼透镜122为具有汇聚功能的凸透镜。
上述光线反射装置13包括光屏131和平面镜132。
一些实施例中，为减小光线组件占用的空间，光学棱镜111、左眼透镜121、右眼透镜122以及光屏131这四个部件各自的几何中心位于同一平面。
示例性地，如图3所示，当光学棱镜111、左眼透镜121、右眼透镜122以及光屏131这四者各自的几何中心位于三维坐标系的XOY平面内时，则光屏131的法线在光屏131的反射方向上与Z轴之间的夹角α互补于平面镜132的法线在平面镜132的反射方向上与Z轴之间的夹角β(即，在沿光屏131的反射方向上延伸的光屏131的法线，与Z轴之间的夹角为α；在沿平面镜132的反射方向上延伸的平面镜132的法线，与Z轴之间的夹角β；α和β互补)。
即，光屏131的反射面与平面镜132的反射面互相垂直。例如：α为135°，则β为45°；或者α为45°，则β为135°。基于该结构设计，左眼显示画面发出的光线传播至用户的左眼，以及右眼显示画面发出的光线传播至用户的右眼。
其中，当左眼显示画面在入射至光学棱镜111后，被光学棱镜111反射至左眼透镜121；以及当右眼显示画面在入射至光学棱镜111后，被光学棱镜111反射至右眼透镜122。
左眼透镜121将左眼显示画面发出的光线汇聚至光屏131，得到第一显 示画面；右眼透镜122将右眼显示画面发出的光线汇聚至光屏131得到第二显示画面。当左眼显示画面发出的光线至左眼透镜121的路径距离大于左眼透镜121的焦距时，第一显示画面在光屏131上为倒立缩小的实像；且当右眼显示画面发出的光线至所述右眼透镜122的路径距离大于右眼透镜122的焦距时，第二显示画面在光屏131上为倒立缩小的实像。
该光屏131为本身具有亮度的屏幕，光屏131上实像的亮度会随光屏131的亮度而改变，以调节VR画面的亮度。
汇聚后的第一显示画面的光线和汇聚后的第二显示画面的光线经光屏131反射至平面镜132。该平面镜132位于光屏131反射光线的路径上，最终由平面镜132沿X轴正向，将光屏131反射的第一显示画面的光线反射至用户的左眼，以及将光屏131反射的第二显示画面的光线反射至用户的右眼，以呈现VR画面。
上述实施例中，利用凸透镜的聚光性，将大尺寸屏幕的画面汇聚成小尺寸实像，再利用棱镜、光屏、平面镜等将路径反射以减小VR组件占用的空间。当汇聚前的视图光源具有高分辨率时，汇聚后的图像可达到更高的分辨率。
一些实施例中，上述光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置由其他光学部件实现。
例如，光线传播装置采用透镜来代替棱镜，以实现传播功能；光线反射装置仅包括平面镜，汇聚后的左眼显示画面的光线直接经过平面镜反射至用户的左眼，以及汇聚后的右眼显示画面的光线直接经过平面镜反射至用户的右眼。
再例如：光线反射装置仅包括光屏，汇聚后的左眼显示画面的光线直接经过光屏反射至用户的左眼，以及汇聚后的右眼显示画面的光线直接经过光屏反射至用户的右眼。
一些实施例提供一种VR设备，该VR设备包括上述任一实施例提供的光学组件。
基于该光学组件，VR设备占用小的空间并实现了超高分辨率的VR显示效果，适合应用于可穿戴设备。
一些实施例中，可穿戴设备是VR眼镜。
一些实施例中，可穿戴设备是VR头盔。
VR眼镜以及VR头盔具有小尺寸的播放画面，难以显示高分辨率的VR画面。采用上述实施例的VR设备，提高了可穿戴VR设备的画面清晰度。
示例性地，VR设备是VR头盔时，如图4所示，该VR头盔包括光学组件41、左眼显示屏42以及右眼显示屏43。
左眼显示屏42设置为显示左眼显示画面。
右眼显示屏43设置为显示右眼显示画面。
一些实施例中，上述左眼显示屏42和右眼显示屏43为大尺寸高分辨率的屏幕，左眼显示屏42将左眼显示画面光线发射至光学组件41的光线传播装置中，右眼显示屏43将右眼显示画面的光线发射至光学组件41的光线传播装置中，该光学组件41接收并汇聚左眼显示画面的光线和右眼显示画面的光线，得到小尺寸、高分辨率的VR画面。
一些实施例中，小尺寸是指屏幕尺寸小于3英寸(inch)。
一些实施例中，小尺寸是指屏幕尺寸大于等于2英寸且小于等于3英寸。
一些实施例中，VR设备是VR眼镜，如图5所示，该VR眼镜包括光学组件51、接收器52以及发射器53。
接收器52设置为接收左眼显示画面信息和右眼显示画面信息。
发射器53设置为根据左眼显示画面信息和右眼显示画面信息，向光学组件51发射左眼显示画面和右眼显示画面。
一些实施例中，左眼显示画面信息和右眼显示画面信息为在大尺寸、高分辨率的播放设备中播放的画面信息。
一些实施例中，接收器52是通信装置。
例如，接收器52为蓝牙或无线仿真(Wireless-Fidelity，WIFI)。接收器52通过无线方式接收该画面信息(例如与大尺寸、高分辨率的播放设备建立交互，接收其画面信息)，该画面信息的光线最终由发射器53发射至光学组件51，由该光学组件51接收并汇聚发射器53发射的光线，得到小尺寸、高分辨率的VR画面。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属 领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

Claims (10)

  1. 一种光学组件，包括：
    光线传播装置，设置为接收左眼显示画面发出的光线和右眼显示画面发出的光线，并将所述左眼显示画面发出的光线和所述右眼显示画面发出的光线分别传播至光线汇聚装置；
    所述光线汇聚装置，设置为将所述左眼显示画面发出的光线和所述右眼显示画面发出的光线汇聚至光线反射装置，其中，所述左眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第一显示画面的尺寸小于所述左眼显示画面的尺寸，以及所述右眼显示画面发出的光线经汇聚后所形成的第二显示画面的尺寸小于所述右眼显示画面的尺寸；以及
    所述光线反射装置，设置为将所述第一显示画面的光线反射至用户的左眼，以及将所述第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
  2. 根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述光线传播装置为光学棱镜。
  3. 根据权利要求2所述的光学组件，其中，所述光线汇聚装置包括：
    左眼透镜，设置为将左眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置；以及
    右眼透镜，设置为将右眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置。
  4. 根据权利要求3所述的光学组件，其中，所述左眼透镜和所述右眼透镜均为凸透镜。
  5. 根据权利要求3或4所述的光学组件，其中，所述光线反射装置包括光屏；
    其中，所述光屏位于所述光线汇聚装置出射光线的路径上，以及所述光屏设置为显示所述第一显示画面和所述第二显示画面，并将所述第一显示画面的光线以及所述第二显示画面的光线进行反射。
  6. 根据权利要求5所述的光学组件，其中，所述光线反射装置还包括平面镜；
    其中，所述平面镜位于所述光屏反射光线的路径上，以及所述平面镜设 置为将所述光屏反射的第一显示画面的光线反射至用户的左眼，以及将所述光屏反射的第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
  7. 根据权利要求6所述的光学组件，其中，所述光学棱镜的几何中心、所述左眼透镜的几何中心、所述右眼透镜的几何中心以及所述光屏的几何中心位于同一平面。
  8. 根据权利要求7所述的光学组件，其中，
    所述光学棱镜的几何中心、左眼透镜的几何中心、右眼透镜的几何中心以及光屏的几何中心所处的平面平行于三维坐标系的XOY平面；
    所述光屏的法线在所述光屏的反射方向上与Z轴之间形成的夹角互补于所述平面镜的法线在所述平面镜的反射方向上与Z轴之间形成的夹角；以及
    所述左眼显示画面发出的光线至所述左眼透镜的路径距离大于所述左眼透镜的焦距，以及所述右眼显示画面发出的光线至所述右眼透镜的路径距离大于所述右眼透镜的焦距。
  9. 一种虚拟现实VR设备，包括如权利要求1-8任一项所述的光学组件。
  10. 根据权利要求9所述的VR设备，还包括：
    左眼显示屏，设置为显示左眼显示画面；以及
    右眼显示屏，设置为显示右眼显示画面。
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