短距离光学放大模组、穿戴式显示设备和虚拟现实系统的制作方法

专利2026-02-03  6


本技术涉及虚拟现实设备,尤其涉及一种短距离光学放大模组、穿戴式显示设备和虚拟现实系统。


背景技术:

1、眼球追踪技术是未来vr产品中必不可少的一项功能,在现有技术中,针对于vr头戴显示设备随着vr光学的发展,产品结构更加紧凑,同时用户对眼球追踪的性能要求也越来越高。在现有的技术中,主流的眼球追踪结构一般有两套关键器件,分别为红外光源及可捕捉红外光线的红外相机(ir camera)。通常,将红外光源设计位于人眼侧,红外相机一般位于产品镜筒的边缘位置,这种方案对于红外相机的摆放位置、fov、景深及倾斜角度等要求相对严格,且由于红外相机摆放在边缘位置,导致眼球追踪的精度较低。

2、目前的解决方案为将多个眼动追踪装置设置在透镜组外,且靠近人眼侧,会造成眼动装置突出不美观,容易造成脏污和磕碰,影响追踪效果。另外,因眼球到眼动追踪装置的距离过近,摄像头拍摄眼球的倾斜度过大,导致拍摄清晰度不足,影响追踪效果。


技术实现思路

1、为解决上述背景技术中的问题,本申请提供一种短距离光学放大模组、穿戴式显示设备和虚拟现实系统,通过将眼动追踪装置内置于透镜组之间,使眼动追踪装置不再朝向人眼突出,解决了造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

2、为实现上述目的,本申请提供的技术方案如下:

3、第一方面,本申请提供了一种短距离光学放大模组,包括:显示屏以及沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二透镜组、光学接收单元和第一透镜组;

4、所述显示屏所出射的图像光束经所述第二透镜组和所述第一透镜组的透射和/或反射后进入人眼;

5、所述第二透镜组内的目标光学面上设有光学选择反射膜,所述光学选择反射膜用于将人眼反射的检测光束反射至光学接收单元,以实现眼动追踪功能;

6、所述目标光学面为具有负光焦度的反射表面、具有正光焦度的反射表面或平面。

7、可以理解,本申请提供了一种短距离光学放大模组,配备有用于实现眼动追踪功能的光学接收单元,该光学接收单元设置于用于放大显示屏出射的图像光束的透镜组之间,避免了眼动追踪装置朝向人眼突出、造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

8、以该光学接收单元为分界点,光学接收单元与人眼之间构成第一透镜组,光学接收单元与显示屏之间构成第二透镜组,第一透镜组和第二透镜组之间设置有光学选择反射面,用于将人眼反射光束中的目标光束反射至所述光学接收单元,该目标光束携带有眼球运动信息,根据目标光束形成眼动追踪图像,再通过图像处理方法实现眼动追踪功能。在此过程中,人眼反射光束通过第一透镜组折射和光学选择反射面反射,可以减少人眼反射光束的倾斜度,避免了由于人眼到光学接收单元的距离过近,眼动追踪图像中摄眼球拍摄的倾斜度过大,导致拍摄清晰度不足的问题。

9、在本申请的可选实施例中,所述光学选择反射膜用于根据目标光学特性,将人眼反射光束中的目标光束反射至所述光学接收单元,以实现眼部信息采集;所述目标光学特性包括以下至少一项:入射光偏振方向、入射光角度和入射光波长;所述光学选择反射膜包括以下至少一项:偏振选择反射膜、角度选择反射膜和波长选择反射膜。

10、在本申请的可选实施例中,所述人眼反射光束为所述显示屏出射的所述图像光束时,包括以下至少一种情况:

11、所述光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜,所述显示屏出射的所述图像光束的偏振方向与所述第一偏振方向垂直,所述光学选择反射膜到所述人眼之间还设置有第一四分之一波片;所述图像光束在射入所述人眼的过程中第一次经过所述第一四分之一波片,在被所述人眼反射至所述光学选择反射膜的过程中第二次经过所述第一四分之一波片;

12、所述光学选择反射膜为用于反射第一入射角度范围光束的角度选择反射膜,所述显示屏出射的所述图像光束不满足所述第一入射角度范围,所述人眼反射光束满足所述第一入射角度范围。

13、在本申请的可选实施例中,上述短距离光学放大模组还包括出光单元;所述出光单元用于向所述人眼发出满足所述目标光学特性的检测光束。

14、在本申请的可选实施例中,所述人眼反射光束为所述出光单元出射的所述检测光束时,包括以下至少一种情况:

15、所述光学选择反射膜为用于反射第一偏振方向光束的偏振选择反射膜时,所述出光单元出射的所述检测光束的偏振方向为所述第一偏振方向;

16、所述光学选择反射膜为用于反射第二入射角度范围光束的角度选择反射膜,所述显示屏出射的所述图像光束不满足所述第二入射角度范围,所述检测光束满足所述第二入射角度范围;

17、所述光学选择反射膜为用于反射目标波段的波长选择反射膜,所述显示屏出射的所述图像光束不满足所述目标波段,所述检测光束满足所述目标波段。

18、在本申请的可选实施例中,所述第二透镜组包括折叠光路组件,所述折叠光路组件包括沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二四分之一波片,半透半反镜,第三四分之一波片和反射式偏振片。

19、在本申请的可选实施例中,所述第一透镜组包括具有正光焦度的第一透镜;

20、所述第二透镜组包括以下至少一种情况:

21、具有正光焦度的第二透镜,所述第二透镜朝向所述人眼的表面为平面;

22、沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜,所述第二透镜和所述第三透镜均具有正光焦度,所述第二透镜朝向所述人眼的表面为凸面;

23、沿所述显示屏的出光方向依次设置第三透镜和第二透镜,所述第三透镜具有正光焦度,所述第二透镜具有负光焦度,且所述第二透镜朝向所述人眼的表面为凹面。

24、第二方面,提供一种穿戴式显示设备,包括:如第一方面任一项所述短距离光学放大模组。

25、第三方面,提供一种虚拟现实系统,包括:如第二方面所述的穿戴式显示设备,还有与所述穿戴式显示设备建立连接的外部操作单元。

26、本实用新型具有的有益效果为:

27、本申请提供的短距离光学放大模组,配备有用于实现眼部信息采集的光学接收单元,该光学接收单元设置于用于放大显示屏出射的图像光束的透镜组之间,避免了光学接收单元朝向人眼突出、造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。在人眼反射光束进入光学接收单元的过程中,人眼反射光束通过第一透镜组折射和光学选择反射面反射,可以减少人眼反射光束的倾斜度,避免了由于人眼到光学接收单元的距离过近,眼部采集图像中摄眼球拍摄的倾斜度过大,导致拍摄清晰度不足的问题。



技术特征:

1.一种短距离光学放大模组,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组,其特征在于,

3.根据权利要求2所述的短距离光学放大模组,其特征在于,所述人眼反射光束为所述显示屏出射的所述图像光束时,包括以下至少一种情况:

4.根据权利要求2所述的短距离光学放大模组,其特征在于还包括出光单元;所述出光单元用于向所述人眼发出满足所述目标光学特性的检测光束。

5.根据权利要求4所述的短距离光学放大模组,其特征在于所述人眼反射光束为所述出光单元出射的所述检测光束时,包括以下至少一种情况:

6.根据权利要求1至5任一项所述的短距离光学放大模组,其特征在于所述第二透镜组包括折叠光路组件,所述折叠光路组件包括沿所述显示屏的出光方向依次设置的第二四分之一波片,半透半反镜,第三四分之一波片和反射式偏振片。

7.根据权利要求1所述的短距离光学放大模组,其特征在于所述第一透镜组为具有正光焦度的第一透镜时,所述第二透镜组包括以下至少一种情况:

8.一种穿戴式显示设备,其特征在于包括如权利要求1至7中任一项所述的短距离光学放大模组。

9.一种虚拟现实系统,其特征在于包括如权利要求8所述穿戴式显示设备,还有与所述穿戴式显示设备建立连接的外部操作单元。


技术总结
本技术涉及虚拟现实设备技术领域,尤其涉及一种短距离光学放大模组、穿戴式显示设备和虚拟现实系统,包括显示屏以及沿显示屏的出光方向依次设置的第二透镜组、光学接收单元和第一透镜组;显示屏所出射的图像光束经第二透镜组和第一透镜组的透射和/或反射后进入人眼;第一透镜组和第二透镜组之间设置有光学选择反射面,用于将人眼反射光束中的目标光束反射至光学接收单元,以实现眼部信息采集功能。本申请通过将光学接收单元内置于透镜组之间,使其不再朝向人眼突出,解决了造型不美观、容易造成脏污和磕碰的问题。

技术研发人员:李刚,段军,叶晓健,严盈锋,张大为
受保护的技术使用者:广州纳立多科技有限公司
技术研发日:20231103
技术公布日:2024/6/26
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