一种光学模组中显示器件的装调系统的制作方法

本实用新型涉及光学模组中光学元件的装调技术，具体涉及一种光学模组中显示器件的装调系统。

背景技术：

现代计算机技术、显示技术、传感器技术等多种科学技术促进了AR(Augmented Realiy，简称增强现实)和VR(Virtual Reality，简称虚拟现实)体验的系统的开发， VR场景在多维信息空间上创建了一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力；AR场景将虚拟信息应用于真实世界，真实的环境和虚拟环境实时地叠加到同一个画面或空间同时存在。

AR和VR显示器件的原理是将显示器产生的近处影像通过光学系统(光学模组)拉到远处放大，近乎充满人的视野范围，从而产生沉浸感。以图1所示的AR光学模组为例，该光学模组主要包括光学弧片01、光学平片02和显示器件03，光学平片02作为具有反射和透射功能的分光镜位于人眼前侧，所其与基准面04呈角度α，光学平片02 的反射面朝向显示器件03和光学弧片01，光学弧片01为具有反射和透射功能的非球面凹面镜，其反射面为凹面，位于靠近人眼的一侧，显示器件03平行于基准面04。该光学模组将显示器件03发出的光线投射至作为分光镜的光学平片02上，光学平片02将一部分光线进行反射，反射的光线投射至光学弧片01的凹面内侧，然后反射并穿过光学平片02成像于人眼中，同时，外界的光线穿过光学弧片01和光学平片02进入人眼，使用AR眼镜者可同时看到现实世界的物理对象和由显示器件03生成的数字影像，实现增强现实的功能。

上述AR成像系统中，显示器件03显示的图像经光学模组的成像系统，成为一个放大的虚像，被人眼接收。为了增大人眼的视场角度，显示器件03通常在显示面板031 的发光面一侧安装透镜或透镜组件，该透镜或透镜组件的平面侧或框架的基准平面与显示面板031组装在一起，使得显示面板031的图像经透镜或透镜组件的放大，再经光学模组的光路汇聚作用，整个图像被人眼接收。上述结构中，显示器件03的装调质量对成像质量起到至关重要的作用，例如，显示面板031与透镜或透镜组件发生角度偏移或中心光轴未对准，人眼观察的虚像可能会出现画面畸变、图像模糊等情况。

目前，AR和VR行业的光学模组中显示器件的装调流程和工具并不完善，针对图1 所示的显示器件03，传统的装调过程通常采用对准仪器首先对不透明的显示面板031的发光面进行对准调试，显示面板031的上需要刻画特征标识，并需要将该显示面板031 临时固定；再进行透镜或透镜组件的对准调试，使得透镜或透镜组件的光轴与显示面板031的显示区中心重合，在装调过程中，为避开拍摄光路，无法采用吸盘等通用的夹取方式，需要手工或其他特制机构来调节透镜或透镜组件的位置，增加了生成成本；而且该装调方法需要两次对准操作，且需要拆卸临时固定机构，导致工作效率低下，增加了时间成本，不适合批量显示器件的装调、生产。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种光学模组中显示器件的装调系统，用于将显示器件的显示面板的发光面固定在透镜或透镜组件的平面侧或框架的基准平面上，包括：

对准夹具(1)，设有用于装卡透镜或透镜组件的基准位；

调节机构(2)，用于将显示面板调节至目标位置；

图像获取装置(3)，位于透镜或透镜组件的下方且显示面板所在位置在图像获取装置(3)对焦范围内，使得图像获取装置(3)能够拍摄到显示面板的图像。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述目标位置是指显示面板的显示区中心与透镜或透镜组件的光轴重合且显示面板与透镜或透镜组件平行对准的位置。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述对准夹具(1)为设有腔室(11)的中空结构，上部设有与腔室(11)相连通的通槽(12)，通槽(12)的两侧壁上设置有装卡透镜或透镜组件的基准位，图像获取装置(3)设置在对准夹具(1)的腔室(11) 下方开口处。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述基准位为通槽(12)侧壁上部内凹的基准内台阶(13)，透镜或透镜组件的外缘设有与基准内台阶(13)相匹配的基准外台阶。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述调节机构(2)包括调节平台(22) 和设置在调节平台(22)上的操作臂(21)，调节平台(22)具有以操作臂(21)为旋转轴的旋转驱动机构和垂直于操作臂(21)的平面内沿X轴、Y轴移动的移动驱动机构，其中，X轴为通槽(12)的基准位的长度方向，Y轴为通槽(12)的基准位的宽度方向。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述操作臂(21)为具有伸缩功能的杆件，其端部为用于粘结、吸附或夹持显示面板的弹性端(211)。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述调节平台(22)安装在一安装支架(23) 上，安装支架(23)直接支撑在对准夹具(1)上，使得调节机构(2)位于对准夹具(1) 的基准位上方。

上述光学模组中显示器件的装调系统中，所述图像获取装置(3)包括镜头(31)、相机(32)和镜筒(33)，镜头(31)安装在镜筒(33)内，相机(32)安装在镜筒(33) 的下端。

上述光学模组中显示器件的装调系统还包括一处理器(4)，所述调节机构(2)和/ 或图像获取装置(3)的数据输出接口连接至该处理器(4)。

采用以上方案，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型通过将透明透镜或透镜组件置于具有基准位的对准夹具上，无需对透镜或透镜组件进行校准，只需通过图像获取装置拍摄显示面板的对准图像，只调节显示面板的位置即可，操作简单、方便，提高了先是器件的装调效率；通过将调节机构的操作臂设置为可伸缩结构，其端部设置为弹性端，调节平台只需具有水平二维平移、水平面旋转的三维自由度即可实现六个自由度的调节平台功能，进一步降低工装本身的生产成本以及工装的操作复杂性，有助于提高装调精度；本实用新型无需装拆临时固定机构，可通过处理器实现自动调节，简化了操作步骤，提高了装调效率，可实现装调自动化，适于量产需求。

该装调系统操作简单，稳定可靠，适应量产需求。

附图说明

图1是应用于AR光学模组的成像结构示意图；

图2A是本实用新型系统的一个实施例的结构示意图；

图2B是调节机构、显示器件和对准夹具之间的配合关系示意图；

图2C是图2B中区域A的放大图；

图3是对准夹具的结构示意图；

图4是调节机构的结构示意图；

图5A是点亮显示面板时的特征标识分布示意图；

图5B是未点亮显示面板时刻画的特征标识的分布示意图；

图6A是点亮显示面板时显示面板的实际位置与目标位置的偏移量计算示例；

图6B是未点亮显示面板时显示面板的实际位置与目标位置的偏移量计算示例；

图7为本实用新型装调系统的应用方式一的装调过程的流程图；

图8为本实用新型装调系统的应用方式二的装调过程的流程图。

图中附图标记表示为：

01-光学弧片，02-光学平片，03-显示器件,031-显示面板，032-平面凸透镜，0321- 基准外台阶；04-基准面，05-法线面，06-AR支架；

1-对准夹具，11-腔室，12-通槽，13-基准内台阶；

2-调节机构，21-操作臂，211-弹性端；22-调节平台，23-安装支架；

3-图像获取装置，31-镜头，32-相机,33-镜筒；

4-处理器。

具体实施方式

针对现有的光学模组中显示器件装调过程中存在操作不便、工作效率低下、时间成本、生产成本高等问题，本实用新型提供一种光学模组中显示器件的装调系统，该系统将透明透镜或透镜组件预先置于对准夹具的基准位，显示面板的发光侧紧贴透镜或透镜组件的上表面(平面)或基准平面上，采用图像获取装置从下至上拍摄二者的贴合图像，获取二者的位置或角度偏移量，通过调节机构调节显示面板的位置，满足显示器件的对准设计要求；该装调系统结构简单，操作简便，工作效率和对准精度高，适用于AR、VR 等领域显示器件的批量装调。

需要说明的是，应用于AR、VR或混合现实等场合的光学模组中，显示器件通常由显示面板和透明的透镜或透镜组件组装而成，其中，透镜组件为多个相同或不同类型的透镜、平面镜或支撑件组装而成，透镜或透镜组件主要分为两类，一类上表面为平面，下表面为弧面，一类上、下表面均为弧面，针对上下表面均为弧面的透镜或透镜组件，通常在透镜或透镜组件的上表面设置具有基准平面的框架，用于安装显示面板，二者的装调系统及方法基本相同；该申请中提到的显示面板的目标位置是指显示面板显示区中心与透镜或透镜组件的光轴重合且显示面板与透镜或透镜组件平行对准的位置，而预定位置可能是目标位置，也可能是目标位置附近的某一位置，或者是显示面板显示区中心与透镜或透镜组件的光轴重合，但未完全平行对准的位置。另外，本实用新型中提到的显示器件装调中的设计要求主要包括显示器件相对于目标位置的显示区中心偏移量精度和角度偏移量精度，具体数值或其范围根据产品用户需求而有所不同，下文中没有出现具体数值，但其至少包括目前普通同类产品所能达到的相关精度。本实用新型中提到的用于装卡透镜或透镜组件的基准位是指满足一定平整度要求、能够与透镜或透镜组件匹配装卡的结构，对于同一种透镜或透镜组件来说，满足一致性、可重复性要求。

下面首先以如图1所示的光学模组中包括显示面板031和平面凸透镜032的显示器件03为例，结合附图对本实用新型光学模组中显示器件的装调系统进行详细说明。

本实用新型提供一种光学模组中显示器件的装调系统，该系统可应用于AR、VR、混合现实等各种应用系统中，下面以图1中所示的光学模组为例，描述本实用新型系统结构及显示器件的具体装调过程，当然本实用新型应用并不限于此种结构的光学模组和显示器件，也可以很容易的对本实用新型装调系统进行局部结构改变并应用于其他结构的光学模组和显示器件。

如图1所示，该光学模组将显示器件03发出的光线投射至作为分光镜的光学平片 02上，光学平片02将一部分光线进行反射，反射的光线投射至光学弧片01的凹面内侧，然后反射并穿过光学平片02成像于人眼中，同时，外界的光线穿过光学弧片01和光学平片02进入人眼，使用AR眼镜者可同时看到现实世界的物理对象和由显示器件03生成的数字影像，实现增强现实的功能。

上述成像过程中，显示器件03本身装调精度影响光线传输以及人眼成像的质量。如果显示器件03中显示面板031与平面凸透镜032之间的安装位置偏离理论设计值，可能会和其他组件(例如光学弧片01、光学平片03)的误差复合在一起造成成像畸变 (如梯形畸变)，同时会影响成像清晰度，降低成像质量，如果装调一致性无法保证，也会降低AR、VR或混合现实等头戴产品后续双目调节的对准良率。

实施例一

图2A为本实用新型光学模组中显示器件的装调系统的一个结构示例。如图2A所示，该光学模组中显示器件的装调系统包括对准夹具1、调节机构2和图像获取装置3，其中：

对准夹具1用于精确装卡平面凸透镜032，图3所示的实施例中，对准夹具1为设有腔室11的中空结构，上部设有与腔室11连通的通槽12，通槽12的两侧壁设置有用于装卡平面凸透镜032的基准位，图2C所示的实施例中，通槽12两侧壁上部内凹的基准内台阶13，其与平面凸透镜032外缘设有的基准外台阶0321相匹配形成基准位，基准位的平面平整度满足预设值。平面凸透镜032的基准外台阶0321装卡在基准内台阶 13上，装卡到位后，平面凸透镜032的弧面侧朝向下方的图像获取装置3，平面侧放置显示面板031且平面平整度满足预设值。显然，对准夹具1的基准位并不限于上述内台阶机构，也可以是其它结构，只要能够与平面凸透镜032匹配装卡，使得平面凸透镜032 的平面侧的平面平整度满足预设值即可。

调节机构2用于调节显示面板031的位置(包括水平位移和角度)，使得显示面板 031的显示区中心与平面凸透镜032的光轴对准(即显示面板031的显示区中心与平面凸透镜032的光轴在同一直线上)。图4所示的实施例中，调节机构2包括调节平台22 和设置在调节平台22上的操作臂21，调节平台22具有以操作臂21为旋转轴的旋转驱动机构和垂直于操作臂21的平面内沿X轴、Y轴移动的移动驱动机构，其中，X轴为通槽12的基准位的长度方向，Y轴为通槽12的基准位的宽度方向。操作臂21为具有伸缩功能的杆件，为了保证显示面板031在装调过程中，不至于发生垂直方向的偏斜，操作臂21设有用于粘结、吸附或夹持显示面板031的弹性端211，一旦显示面板031发生偏斜，调节平台22驱动操作臂21的弹性端211产生弹性形，对显示面板031施加弹力，使得显示面板031贴紧平面凸透镜032。调节平台22可安装在一安装支架23上，安装支架23可直接支撑在对准夹具1上，调节机构2位于基准位的上方，便于显示面板031 的调节操作。

图像获取装置3置于对准夹具1的腔室11下方，用于拍摄显示面板031与平面凸透镜032的对准图像，包括镜头31、相机32和镜筒33，镜头31安装在镜筒33内，相机32安装在镜筒33的下端，镜筒33与对准夹具1的腔室11下端开口处的侧壁螺纹连接；通过旋转镜筒33而调整镜头31的光圈大小以及光圈与相机32上的成像传感器的位置，进而调整相机32的出瞳距离和对焦距离，保证相机32的光轴与平面凸透镜032 的光轴处于同一直线上，显示面板031的发光面发射的光能够依次经平面凸透镜032、对准夹具1的腔室11、镜头31投射至相机32的成像传感器上，得到清晰、完全的显示面板031的图像，并保证位于目标位置的显示面板031的显示区中心与相机32的显示屏坐标中心在同一直线上。

该实施例中，相机32拍摄显示面板031的对准图像主要有两种方式：

一是将显示面板031直接通电点亮，此时选取显示面板031上显示区中心的实心圆圆心和显示区的四角部的实心圆圆心作为特征标识(参见图5A)，相机32直接拍摄点亮的显示面板031的实际位置的图像，并将目标位置的显示面板031的轮廓特征标识与拍摄的显示面板031的实际位置的图像映射至同一个坐标中，参照图6A，可将目标位置的显示面板031上显示区中心实心圆圆心O为原点、与特征标识点P、Q连线PQ平行方向为X轴、连线PQ的垂线为Y轴建立坐标系，计算得到显示面板031的实际位置的显示区中心的实心圆圆心O’与目标位置的显示区中心的实心圆圆心O之间的中心偏移量(x， y)和角度偏移量R，根据获取的中心偏移量(x，y)和角度偏移量R，调节机构2调整显示面板031的位置，直到显示面板031的实际位置与目标位置重合。

二是显示面板031制作时，可在显示面板031上制作标记，通常为标记点，任两个标记点之间的连线可作为特征标识，图5B所示的实施例中，标记点位于显示面板031 的一侧的两个角部，两个标记点连线作为特征标识，两个特征标识之间的连线平行于显示面板031的长度方向，此时，不需要点亮显示面板031，相机32可直接拍摄显示面板 031的图像，如果环境光线比较暗，可以增设光源，使显示面板031的发光面的亮度更高；同样，将目标位置的显示面板031的轮廓与拍摄的实际位置的显示面板031的图像映射至同一个坐标中，参照图6B，可将特征标识连线UV的中点M为原点、目标位置的特征标识连线UV的长度方向为X轴、目标位置的特征标识连线UV的垂线为Y轴建立坐标系，计算得到显示面板031的实际位置的特征标识连线U’V’的中点M’与目标位置的特征标识连线UV的中点M之间的中心偏移量和角度偏移量，根据获取的中心偏移量 (x，y)和角度偏移量R，调节机构2调整显示面板031的位置，直到显示面板031的实际位置与目标位置重合。

实施例二

如图2A所示，在实施例一的基础上，增加一处理器4，相机32的数据输出接口均连接至处理器4，相机32将拍摄的显示面板031的对准图像传输至处理器4处理、显示，将计算的显示面板031的实际位置与目标位置的重心偏移量和角度偏移量以文字、图形、图标、语音提示等中的任一种或多种形式显示，节省了操作人员观察、计算、转换的时间，进一步提高了效率。

优选的，调节平台22的驱动机构的数据输出接口连接至处理器4，处理器4根据获取的显示面板031的实际位置与目标位置的重心偏移量和角度偏移量生成控制指令，发送至调节平台22的驱动机构，驱动调节平台将显示面板031调节至目标位置。

本实用新型基于上述光学模组中显示器件的装调系统，将光学模组中显示器件固定在透镜或透镜组件上，以包括显示面板031和平面凸透镜032的显示器件03为例，描述显示器件03的装调过程，当然，该装调过程的适用范围并不限于该显示器件，这里只是示例作用，其他显示器件可参照适用。

图7所示的应用方式一中，显示器件03的装调过程具体包括以下步骤：

步骤S10，将平面凸透镜032安装至对准夹具1的基准位，调节图像获取装置3的光轴与平面凸透镜032的光轴处于同一直线上，将显示面板031置于平面凸透镜032的平面侧的预定位置。

步骤S20，获取显示面板031的实际位置与目标位置的角度偏移量R，并通过调节机构2调整显示面板031的角度。

具体的，点亮显示面板031，图像获取装置3拍摄显示面板031的对准图像，将显示面板031的目标位置与显示面板的对准图像所对应的实际位置映射至同一坐标系统，以目标位置的显示区中心的实心圆圆心为原点、以与目标位置的显示面板的特征标识连线PQ平行的线(与目标位置的显示面板031的长度方向一致)为X轴、以特征标识连线PQ的垂线为Y轴建立坐标系，计算显示面板031的实际位置的长度方向P’Q’与X 轴正向之间夹角值R作为角度偏移量R。

或者，图像获取装置3直接拍摄设有标记的显示面板031的实际位置的对准图像，将显示面板031的目标位置与显示面板的对准图像所对应的实际位置映射至同一坐标系统，以目标位置的任意两个特征标识连线UV的中点M为原点、以目标位置的特征标识连线UV的方向为X轴、以目标位置的特征标识连线UV的垂线为Y轴建立坐标系，计算显示面板031的实际位置的特征标识连线U’V’与X轴正向之间夹角值R作为角度偏移量R。

设视线方向垂直于X轴和Y轴所在的平面，逆时针方向旋转为正，则对应的调节机构2调整显示面板031的角度过程如下:

若R为正值，表明显示面板031的实际位置相对于目标位置逆时针旋转R值，则调节机构2需将显示面板031顺时针方向旋转R值；

若R为负值，表明显示面板031的实际位置相对于目标位置顺时针旋转|R|值，则调节机构2需将显示面板031逆时针方向旋转|R|值。

步骤S30，获取显示面板031的实际位置与目标位置的中心偏移量(x，y)，并通过调节机构2调整显示面板031的显示区中心位置。

具体的，点亮显示面板031，图像获取装置3拍摄显示面板031的对准图像，将显示面板031的目标位置与显示面板的对准图像所对应的实际位置映射至同一坐标系统，以目标位置的显示区中心的实心圆圆心为原点、以目标位置的显示面板的长度方向PQ 为X轴、以目标位置的显示面板的宽度方向TP为Y轴建立坐标系，计算显示面板031 的实际位置的显示区中心的实心圆圆心O’与目标位置的显示区中心的实心圆圆心O之间的中心偏移量(x，y)。

或者，图像获取装置3直接拍摄设有标记的显示面板031的对准图像，将显示面板 031的目标位置与显示面板的对准图像所对应的实际位置映射至同一坐标系统，以目标位置的特征标识连线UV的中点M为原点、以目标位置的特征标识连接UV的方向为X轴、以目标位置的特征标识连接UV的垂线为Y轴建立坐标系，计算显示面板031的实际位置的特征标识连线U’V’的中点M’与目标位置的特征标识连线UV的中点M之间的中心偏移量(x，y)。

对应的调节机构2调整显示面板031的位置过程如下:

若x和y为正值，则表明显示面板031在X轴正向偏移量为x，在Y轴正向偏移量为 y，则调节机构2将显示面板031在X轴反向移动x，在Y轴反向移动y；

若x和y为负值，则表明显示面板031在X轴反向偏移量为|x|，在Y轴反向偏移量为|y|，则调节机构2将显示面板031在X轴正向移动|x|，在Y轴正向移动|y|；

若x为正值，y为负值，则表明显示面板031在X轴正向偏移量为x，在Y轴反向偏移量为|y|，则调节机构2将显示面板031在X轴反向移动x，在Y轴正向移动|y|；

若x为负值，y为正值，则表明显示面板031在X轴反向偏移量为|x|，在Y轴正向偏移量为y，则调节机构2将显示面板031在X轴正向移动|x|，在Y轴反向移动y。

步骤S40，获取当前位置的显示面板031相对于目标位置的中心偏移量和角度偏移量，检验是否满足设计要求，若不满足设计要求，则重复执行步骤S20至S40，直到满足设计要求为止；若满足设计要求，则直接执行步骤S50。

步骤S50，将显示面板031固定于平面凸透镜032上。

上述步骤中，若平面凸透镜032换为其他透镜或透镜组件，上表面不是水平面，则需要在透镜或透镜组件的上部固定一上表面设有基准平面的框架，显示面板031直接固定在框架的基准平面上。

如图8所示的应用方式二中，若将步骤S20与步骤S30的位置调换，因步骤S10中无法保证显示面板031的显示区中心与操作臂21的中心在一条直线上，因此以操作臂 21为轴旋转调整角度时，不可避免会产生中心偏移。因此实施例二的方法比实施例一的方法一半需要至少多执行一遍中心偏移量的调整操作。

基于上述光学模组中显示器件的装调系统和装调过程，本实用新型实现了将显示面板相对于透镜或透镜组件精确固定的目的。本实用新型具有以下有益效果：

(a)通过将透明透镜或透镜组件置于具有基准位的对准夹具1上，无需对透镜或透镜组件进行校准，只需通过图像获取装置3拍摄显示面板031的对准图像，只调节显示面板031的位置即可，操作简单、方便，提高了先是器件的装调效率。

(b)通过将调节机构2的操作臂21设置为可伸缩结构，其端部设置为弹性端，调节平台22只需具有水平二维平移、水平面旋转的三维自由度即可实现将显示面板031 精确固定于透镜或透镜组件上的目的，而无需将调节平台2作为六个自由度的调节平台，进一步降低工装本身的生产成本以及工装的操作复杂性，有助于提高装调精度；

(c)本实用新型无需装拆临时固定机构，可通过处理器实现自动调节，简化了操作步骤，提高了装调效率，可实现装调自动化，适于量产需求。

该装调系统操作简单，稳定可靠，适应量产需求。

本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。