本發(fā)明涉及vr設備，具體涉及一種精密增強現實光學模組結構及組裝方法。

背景技術：

1、增強現實光學模組因為其體積小，可以融合現實世界中的圖像信息，在外形上也日漸趨近日常眼鏡，是未來虛擬現實產業(yè)主要的技術趨勢和光學模組產品形態(tài)。

2、現今市面上的增強光學模組需解決小體積和大視場角的兼容問題，以及及現有的一維擴瞳光學模組成像質量差，亮度低及光學模組結構的精簡度和虛擬圖像的質量無法兼得的問題。同時虛擬圖像也因為受到產品精度的影響，整體的圖像質量比較差，存在光學畸變、場曲、雜散光和鬼影等缺陷，嚴重影響最終產品的用戶體驗。

技術實現思路

1、技術目的：針對上述現有增強現實光學模組存在的不足，本發(fā)明公開了一種精密增強現實光學模組結構及組裝方法。

2、技術方案：為實現上述技術目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

3、一種精密增強現實光學模組結構，包括光學模組殼體，在光學模組殼體上沿光路方向依次設置顯示屏、光學透鏡組和波導鏡組，所述波導鏡組包括近眼鏡片、波導以及視覺矯正鏡片，所述波導靠近光學透鏡組光路的一端設置反射面，將光路傳遞的虛擬圖像信息反射至波導內，傳遞至波導的半反射透射面處；近眼鏡片設置在波導的半反射透射面所在區(qū)域，位于靠近人眼所在一側，視覺矯正鏡片設置在與近眼鏡片相對的另一側，近眼鏡片、波導和視覺矯正鏡片共同形成厚度均勻的透射結構，使外部圖像信息透射后進入人眼。

4、優(yōu)選地，本發(fā)明的近眼鏡片采用球面高折射率平凸樹脂鏡片，包括相互膠合的球面凸透鏡和隔離片，隔離片貼合在波導表面進行近眼鏡片的固定。

5、優(yōu)選地，本發(fā)明的視覺矯正鏡片為小圓錐系數的非球平凹樹脂鏡片，包括相互膠合固定的非球面凹透鏡和第二隔離片，第二隔離片貼合在對應波導的表面。

6、優(yōu)選地，本發(fā)明的光學透鏡組包括雙膠合透鏡以及設置在雙膠合透鏡兩側的多階非球面凸透鏡和多階非球面彎月透鏡；所述雙膠合透鏡、多階非球面凸透鏡和多階非球面彎月透鏡均沿以光學透鏡組的光軸所在豎直平面為對稱面對稱切邊加工成型，形成以光學透鏡組的光軸為中心的同心結構。

7、優(yōu)選地，本發(fā)明的光學模組殼體內對應開設有若干用于光學透鏡組安裝的安裝孔，安裝孔與對應的透鏡尺寸相匹配，在相鄰安裝孔的交界面處形成用于對相應透鏡進行軸向限位的臺階面。

8、優(yōu)選地，本發(fā)明的安裝孔在與透鏡四角對應位置開設工藝圓角，通過工藝圓角對裝入的透鏡進行點膠固定。

9、優(yōu)選地，本發(fā)明的光學模組殼體后端設置波導蓋板，所述波導蓋板與光學模組殼體之間通過卡扣結構可拆卸連接，使用波導蓋板對波導固定的同時阻擋波導背離光學透鏡組所在一側的光線進入波導內。

10、優(yōu)選地，本發(fā)明的波導蓋板和光學模組殼體均采用7系鋁合金加工成型。

11、本發(fā)明公開一種基于上述的精密增強現實光學模組結構的組裝方法，先通過偏心檢測儀，對光學透鏡組的各透鏡在光學模組殼體內的安裝位置進行檢測定位，并進行點膠固定；

12、然后進行顯示屏和波導鏡組的調試定位，使用顯示屏投影圖像，并在波導鏡組的圖像輸出端使用相機拍照獲取顯示的圖像，調整波導鏡組的位置，使輸出圖像符合要求，然后進行點膠固定，完成光學模組結構的組裝。

13、有益效果：本發(fā)明所公開的一種精密增強現實光學模組結構及組裝方法具有如下有益效果：

14、1、本發(fā)明光學透鏡組的透鏡采用以光學透鏡組的光軸所在豎直平面為對稱中心的對稱切邊加工成型方式，可以減少光學透鏡組的x方向尺寸，可以減小光學模組的整體體積，并且透鏡形成同心分布的形式，可以集成安裝在光學模組殼體的安裝孔內，降低裝配組裝的定位難度，并保證定位精度。

15、2、本發(fā)明的波導鏡組設置近眼鏡片，通過在波導前端產生光焦度壓縮一維波導前端光路的視場角，進而壓縮波導光機段的通光口徑并延長近軸光程，可以很好的增加入眼距離和光在波導中傳播的距離，即增加do值；也可以壓縮光學模組結構的尺寸高度，進一步縮小體積。

16、3、本發(fā)明的波導鏡組通過近眼鏡片、波導和視覺矯正鏡片形成近似平板玻璃的光學系統(tǒng)，在進行虛擬圖像投射的同時，不會影響對現實信息的觀察，視覺矯正鏡片的非球面設計方案，可以近一步補償近眼鏡片的球面凸透鏡產生的像差和光焦度。

17、4、本發(fā)明的光學模組殼體通過機加工產生的安裝孔進行光學透鏡組各透鏡的安裝定位，可以一次加工成型，并在安裝孔四周設置工藝圓角進行透鏡的點膠固定，可以優(yōu)化殼體的安裝空間，實現透鏡固定的同時，也可以保證透鏡的安裝定位精度，滿足光學偏心精度要求。

18、5、本發(fā)明的光學模組殼體和波導蓋板均采用7系鋁合金，熱應變系數可以滿足光學模組的尺寸公差要求，在工作溫度范圍內，減少因為溫度造成的透鏡偏移，保證光學模組的正常工作。

技術特征：

1.一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，包括光學模組殼體（1），在光學模組殼體（1）上沿光路方向依次設置顯示屏（2）、光學透鏡組（3）和波導鏡組（4），所述波導鏡組（4）包括近眼鏡片（5）、波導（6）以及視覺矯正鏡片（7），所述波導（6）靠近光學透鏡組（3）光路的一端設置反射面（8），將光路傳遞的虛擬圖像信息反射至波導（6）內，傳遞至波導（6）的半反射透射面（9）處；近眼鏡片（5）設置在波導（6）的半反射透射面（9）所在區(qū)域，位于靠近人眼所在一側；視覺矯正鏡片（7）設置在與近眼鏡片（5）相對的另一側，近眼鏡片（5）、波導（6）和視覺矯正鏡片（7）共同形成厚度均勻的透射結構，使外部圖像信息透射后進入人眼。

2.根據權利要求1所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述近眼鏡片（5）采用球面高折射率平凸樹脂鏡片，包括相互膠合的球面凸透鏡（10）和隔離片（11），隔離片（11）貼合在波導（6）表面進行近眼鏡片（5）的固定。

3.根據權利要求2所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述視覺矯正鏡片（7）為小圓錐系數的非球平凹樹脂鏡片，包括相互膠合固定的非球面凹透鏡（12）和第二隔離片（13），第二隔離片（13）貼合在對應波導（6）的表面。

4.根據權利要求1所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述光學透鏡組（3）包括雙膠合透鏡（14）以及設置在雙膠合透鏡（14）兩側的多階非球面凸透鏡（15）和多階非球面彎月透鏡（16）；所述雙膠合透鏡（14）、多階非球面凸透鏡（15）和多階非球面彎月透鏡（16）均沿以光學透鏡組（3）的光軸所在豎直平面為對稱面對稱切邊加工成型，形成以光學透鏡組（3）的光軸為中心的同心結構。

5.根據權利要求4所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述光學模組殼體（1）內對應開設有若干用于光學透鏡組（3）安裝的安裝孔（17），安裝孔（17）與對應的透鏡尺寸相匹配，在相鄰安裝孔（17）的交界面處形成用于對相應透鏡進行軸向限位的臺階面。

6.根據權利要求5所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述安裝孔（17）在與透鏡四角對應位置開設工藝圓角（18），通過工藝圓角（18）對裝入的透鏡進行點膠固定。

7.根據權利要求5所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述光學模組殼體（1）后端設置波導蓋板（19），所述波導蓋板（19）與光學模組殼體（1）之間通過卡扣結構可拆卸連接，使用波導蓋板（19）對波導（6）固定的同時阻擋波導（6）背離光學透鏡組（3）所在一側的光線進入波導（6）內。

8.根據權利要求7所述的一種精密增強現實光學模組結構，其特征在于，所述波導蓋板（19）和光學模組殼體（1）均采用7系鋁合金加工成型。

9.根據權利要求1-8任意一項所述的精密增強現實光學模組結構的組裝方法，其特征在于，先通過偏心檢測儀，對光學透鏡組的各透鏡在光學模組殼體內的安裝位置進行檢測定位，并進行點膠固定；

技術總結
本發(fā)明公開了一種精密增強現實光學模組結構及組裝方法，光學模組結構包括光學模組殼體，在光學模組殼體上沿光路方向依次設置顯示屏、光學透鏡組和波導鏡組，所述波導鏡組包括近眼鏡片、波導以及視覺矯正鏡片，所述波導靠近光學透鏡組光路的一端設置反射面，將光路傳遞的虛擬圖像信息反射至波導內，傳遞至波導的半反射透射面處；本發(fā)明從光學件開始優(yōu)化結構，使光學模組結構緊湊，尺寸減小，能夠很好的兼容后續(xù)終端產品的開發(fā)，采用近眼鏡片調節(jié)光學模組光學成像方案，實現了增強現實光學模組結構件的尺寸小型化和大視場角兼容的問題并滿足光學模組結構的高精度要求。

技術研發(fā)人員：華旭,宋文,王霖,殷照,楊建兵
受保護的技術使用者：南京國兆光電科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6