一种镜片组件以及头戴显示设备的制作方法

本申请涉及智能穿戴技术领域，尤其涉及一种镜片组件以及头戴显示设备。

背景技术：

随着智能技术的发展，头戴显示设备得到了越来越多消费者的青睐，不同的头戴显示设备因其光学方案等相关的方案不同可以实现虚拟现实(vr)、增强现实(ar)、混合现实(mr)等不同效果。一些ar眼镜的光学方案采用birdbath光学设计，该设计通常在靠近人眼侧设置一倾斜的平片。当眼睛屈光不正的用户在佩戴该ar眼镜的时候，需要单独使用与该用户的视力情况相匹配的带有屈光度的近视镜片、远视镜片或散光镜片这些带有屈光度的视力矫正镜片，该视力矫正镜片位于ar眼镜靠近用户的一侧，这就会造成视力矫正镜片与ar眼镜的平片之间留有较大的空隙，不仅会影响美观和佩戴舒适度，且会导致使用户无法使ar眼镜尽可能地靠近眼睛以获得较大可视范围的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供了一种镜片组件以及头戴显示设备。

本申请实施例的一种镜片组件，包括：

支架：和

至少一个镜体，所述至少一个镜体由所述支架支撑且每个镜体包括至少两个透镜，所述至少两个透镜包括：

第一透镜，所述第一透镜具有第一屈光度；和

第二透镜，所述第二透镜具有第二屈光度，所述第一透镜和所述第二透镜呈阶梯布置，且所述第一屈光度与所述第二屈光度不同。

本申请实施例的一种头戴显示设备，包括：

光学成像系统，所述光学成像系统包括光学组件和提供通过所述光学组件的图像光线的像源组件；

外壳，所述外壳用于支撑所述光学组件；和

上述的镜片组件，所述镜片组件与所述外壳连接并与所述光学组件配合。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本申请实施例镜片组件的结构示意图；

图2为本申请实施例镜片组件的爆炸图；

图3为本申请实施例镜片组件的镜体的一种结构示意图；

图4为本申请实施例镜片组件的镜体的另一种结构示意图；

图5为本申请实施例镜片组件的镜体封装后的结构示意图；

图6为本申请实施例头戴显示设备的光学成像系统的结构简图；

图7为本申请实施例头戴显示设备的分解图。

图中的附图标记所表示的构件：

1-支架；11-阶梯部；2-镜体；21-第一镜体；22-第二镜体；23-封装平镜；3-第一透镜；31、32、33、34-第一分透镜；4-第二透镜；41、42-第二分透镜；5-光学成像系统；51-像源组件；52-第一光学元件；53-第二光学元件；6-外壳；7-第一磁性件；9-装配部。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。

本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本申请中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本申请使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本申请所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如果眼睛屈光不正的用户使用ar眼镜或vr眼镜等头戴显示设备，需要矫正视力的视力矫正镜片，使得用户在使用头戴显示设备时佩戴体验不佳。为解决上述问题，目前有将视力矫正镜片设置在头戴显示设备上的方案，但是由于有些头戴显示设备(例如ar眼镜)靠近人眼的一侧设置有平片，该平片倾斜设置，这就会造成视力矫正镜片与平片之间存在较大空隙。该间隙导致用户的眼镜无法尽可能地靠近该ar眼镜，用户难以获得较大的可视范围，也仍旧存在佩戴舒适度差的问题。

本申请实施例提供了一种镜片组件，如图1和图2所示，该镜片组件包括支架1和至少一个镜体2，至少一个镜体2由支架1支撑且每个镜体2包括至少两个透镜，至少两个透镜包括第一透镜3和第二透镜4(如图3所示)。第一透镜3具有第一屈光度，第二透镜4具有第二屈光度。第一透镜3和第二透镜4呈阶梯布置，且第一屈光度与第二屈光度不同。

例如，沿与第一透镜3或第二透镜4的主光轴方向相同的第一方向，第二透镜4设置在第一透镜3的下游，第一透镜3和第二透镜4沿与第一方向垂直的第二方向依次布置，第一屈光度小于第二屈光度。

首先需要说明的是，下文中所涉及到的左右、上下等方位词可以为基于镜片组件的自身的定向，也可以为用户在佩戴上述镜片组件时，以用户的头部为基准定向。例如，用户的眼睛位于鼻子的上方，左眼位于鼻子的左方。一般用户佩戴眼镜或上述镜片组件时，可以参考用户的头部为基准定向，描述镜片组件各结构件之间的相对位置关系，以清楚简洁地对本申请实施例进行说明。本申请所述的阶梯布置，指的是镜片沿同一个反向进行阶梯排布。

可选的，上述支架1上可设置一个镜体2、两个镜体2或多个镜体2。例如，图1和图2中示出的支架1上设置有左右布置的两个镜体2，以与人体的两只眼睛相适配。当然，上述支架1上也可设置一个镜体2，在设置一个镜体2的实施例中，一个镜体2可以包括两个部分，以与人体的两只眼睛相适配。单独的镜体2和支架1组合成的产品可根据采用上述镜片组件的ar眼镜的使用场景进行更换，具有良好的灵活性。

可选的，每个镜体2包括至少两个透镜，例如可以包括两个、三个或更多个透镜。例如，透镜是用于矫正近视的凹透镜，每个透镜包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面为凹面。本文中所述的主光轴方向和第一方向的指向为从第二表面向第一表面的方向。当用户佩戴上述镜片组件时，第一表面较第二表面更靠近人眼。当用户佩戴上述镜片组件时，上述第一透镜或第二透镜的主光轴的方向为指向人眼的方向。第二透镜4沿第一方向设置在第一透镜3的下游。例如，当用户处于头部直立状态下佩戴镜片组件时，第一方向为与水平面大致相平行的方向，第二透镜4相对第一透镜3靠近人眼设置。上述第二方向与第一方向垂直且同样可以具有指向性，例如，在用户佩戴镜片组件时，第二方向指向用户的额头侧。例如，当用户处于头部直立状态下佩戴镜片组件时，第二方向为垂直于水平面的方向，且其指向为由下至上，第二透镜4相对第一透镜3靠近用户的额头侧。可以理解的是，当用户处于头部非直立状态下佩戴镜片组件时，上述第一方向和第二方向相对水平面的方向也随之变化。

例如，当用户佩戴镜片组件时，与人眼正对的透镜的主光轴方向与上述第一方向相同。例如用户处于头部直立状态下佩戴镜片组件时，与人眼正对的透镜的主光轴方向可以大致与水平方向平行，且指向人眼。该透镜的屈光度配置为与人眼的屈光度相适配，以对人眼的视力进行矫正，使眼睛屈光不正的用户能够获取到清晰的显示效果。与人眼非正对的透镜的主光轴方向可以根据透镜的数量、设置的位置以及透镜的种类布置。

结合图3，示出了两个透镜的实施例，两个透镜分别为上述第一透镜3和第二透镜4。上述第二透镜4为正对人眼设置的透镜，其第二屈光度应为能够矫正用户视力的度数，第一透镜3相对第二透镜4与人眼的距离较远，为达到对用户视力进行矫正使用户能够获取到完整且清晰的显示效果的目的，上述第一透镜3的第一屈光度小于第二屈光度。当然，当用户佩戴镜片组件时，如果与人眼正对的透镜是第一透镜3，则第一透镜3的主光轴方向与上述第一方向相同，第一透镜3的第一屈光度应为能够校正用户视力的度数，第二透镜4相对第一透镜3与人眼距离较近，第二屈光度应大于第一屈光度，以矫正视力从而清晰显示。在该示例中，第一透镜3的尺寸可以比图3中所示出的较大，第二透镜4的尺寸可以比图3中所示出的较小，以使用户佩戴镜片组件时，与人眼正对的透镜是第一透镜3。通过第一透镜3和第二透镜4的相对位置的设计以及对第一屈光度和第二屈光度的度数的设计，能够减小镜片组件与ar眼镜的平片之间的距离，使用户获得较大的可视范围，且能够改善用户使用时的舒适度。

结合图1和图2所示，示出了三个透镜的实施例。可以理解为第二透镜包括两个分透镜，分别为第二分透镜41和第二分透镜42。三个透镜呈阶梯布置，且阶梯沿一个方向延伸。该示例中，第一透镜3，第二分透镜41和第二分透镜42沿第一方向的上游至下游依次布设，且第一透镜3，第二分透镜41和第二分透镜42也沿第二方向依次布置，以形成阶梯。三个透镜具有不同的屈光度。继续结合图1和2，上述第一透镜3，第二分透镜41和第二分透镜42均竖向布设。第二分透镜41为正对人眼设置的透镜，其屈光度应为能够矫正用户视力的度数。第二分透镜42相对第二分透镜41与人眼的距离较近，第一透镜3相对第二分透镜41与人眼的距离较远，为达到对用户视力进行矫正使用户能够获取到完整且清晰的显示效果的目的，第二分透镜42的屈光度、第二分透镜41的屈光度以及第二分透镜42的屈光度由大至小依次排列，以达到矫正视力从而清晰显示的目的。

上述第一透镜3，第二分透镜41和第二分透镜42可分别截取来自三个不同屈光度的透镜的不同部分，能够达到使用户获取到清晰的显示效果即可，本公开对此不做具体限定。例如第一透镜3截取自低屈光度的镜片的底部，第二分透镜41截取自中屈光度镜片的中部，第二分透镜42截取自高屈光度镜片的顶部。可选的，上述中屈光度为适配用户的屈光度，低屈光度小于中屈光度，高屈光度高于中屈光度。

当然，三个透镜的实施例也可以理解为第一透镜包括两个分透镜，第二透镜为单个透镜，两个第一分透镜和第二透镜按照上述实施例的布置成阶梯状。

结合图4所示，示出了五个透镜的实施例，可以理解为，第一透镜3包括四个分透镜，分别为四个第一分透镜31、32、32和34，第二透镜4为单个透镜。上述五个透镜呈阶梯布置，且阶梯沿一个方向延伸。该示例中，四个第一分透镜31、32、32和34以及一个第二透镜4沿第一方向的上游至下游依次布设，且四个第一分透镜31、32、32和34以及一个第二透镜4也沿第二方向依次布置，以形成阶梯。五个透镜分别具有不同的屈光度。继续结合图4，四个第一分透镜31、32、32和34以及一个第二透镜4均竖向布设，位于中间的第一透镜33为正对人眼设置的透镜，第一透镜33的三屈光度应为能够矫正用户视力的度数，由于四个第一分透镜31、32、32和34以及一个第二透镜4相对人眼的距离由远至近排布，为达到对用户视力进行矫正使用户能够获取到完整且清晰的显示效果的目的，上述四个第一分透镜31、32、32和34以及一个第二透镜4的屈光度由小至大依次排列，以达到矫正视力从而清晰显示的目的。上述四个第一分透镜31、32、32和34以及一个第二透镜4可分别截取来自五个不同屈光度的透镜的不同部分，能够达到使用户获取到清晰的显示效果即可，本公开对此不做具体限定。

当然，五个透镜的实施例也可以理解为第一透镜包括两个第一分透镜，第二透镜包括三个第二分透镜，或是第一透镜包括三个第一分透镜，第二透镜包括两个第二分透镜，或是第一透镜为单个透镜，第二透镜包括四个分透镜等布置，只要能呈上述阶梯布置，且沿朝向人眼的方向，各个透镜的屈光度依次递增，正对人眼的镜片的屈光度能够矫正用户视力的度数即可。

上述以镜体包括两个透镜、三个透镜和五个透镜为例分别进行说明，但本公开并不限于此，上述镜体可以包括除一个外的任意数量的透镜，通过至少两个透镜之间的相对位置关系以及屈光度的配置，能够减小镜片组件与ar眼镜的平片之间的距离，使用户获得较大的可视范围，且能够改善用户使用时的舒适度。即本申请对第一透镜3包含的分透镜和第二透镜4包含的分透镜的数量不做具体限定，由下至上依次排布的多个透镜按照相对人眼由远至近以及屈光度由小至大的规律设置即可。

本申请通过包括至少第一透镜3和第二透镜4的镜体2，第二透镜4沿第一方向设置在第一透镜3的下游，且第一透镜3和第二透镜4沿第二方向依次布置，第一透镜3的第一屈光度小于第二透镜4的第二屈光度，镜体2用于矫正用户的视力，上述结构能够使镜体2与用户的距离相靠近，能够提供较大的视场，以解决眼睛屈光不正的用户难以获得较大视场的问题，且采用上述结构能够避免镜片组件的下方的杂散光反射入人眼，起到了消除部分杂散光的作用。另外，镜片组件能够提高用户佩戴时的舒适度，优化用户使用体验。

在一些实施例中，如图1和图2所示，至少一个镜体2包括间隔设置的第一镜体21和第二镜体22，支架1用于承托第一镜体21和/或第二镜体22。上述结构能够使镜片适配安装在ar眼镜、vr眼镜等头戴显示设备上，对用户的两只眼睛的视力进行矫正，获取到更好的显示效果。

例如，上述第一镜体21和第二镜体22分别与用户的两只眼睛对应，以对两只眼睛的视力进行分别矫正。需要说明的是，第一镜体21所包含的透镜的屈光度是与其中一只眼睛的视力相适配，第二镜体22所包含的透镜的屈光度与另外一只眼睛的视力相适配。

在一些实施例中，如图5所示，镜片组件还包括用于封装至少一个镜体2的封装平镜23，封装平镜23配合于至少一个镜体2的内外两侧，支架1用于承托封装后的至少一个镜体2。上述封装平镜23用于将至少一个镜体2封装在其内，对镜体2起到保护的作用。

例如，上述封装平镜23可形成有用于容置镜体2的安装腔，该安装腔上端敞口，镜体2可由安装腔的敞口端嵌入其内，安装腔的腔壁与镜体2的相对两个镜面对应设置。

在一些实施例中，第一透镜3和第二透镜4为一体件。

例如，第一透镜3和第二透镜4可采用胶粘结的方式粘结为一体件，或第一透镜3和第二透镜4采用一体制造成型的方式形成一体，以在保证第一透镜3和第二透镜4之间的相对位置关系的同时，还利于用户操作使用和替换镜体2。

在一些实施例中，如图1和图2所示，支架1上设有阶梯部11，第一透镜3和/或第二透镜4设于阶梯部11上。

例如，第一透镜3和第二透镜4与人眼的距离并不相同，在支架1上设置阶梯部11能够使第一透镜3和第二透镜4保持稳定的相对位置，阶梯部11上可设置能够对透镜沿第一方向的位移进行限定的限位部，以使透镜稳定装设。

例如，阶梯部11上设有与多个透镜一一对应的阶梯位，本申请对上述阶梯位的数量不做具体限定，以图1和图2中示出的三个透镜为例，阶梯部11形成有与三个透镜分别对应的阶梯位。

例如，如图1所示，支架1上设有装配部9，装配部9用于与头戴显示设备连接，第二透镜4相对于第一透镜3靠近装配部9，并且第一屈光度小于第二屈光度。镜片组件可通过上述装配部9以可拆卸的方式装设于头戴显示设备上，如装配部9构造为卡接结构，其能够卡接于头戴显示设备上，或为磁吸结构，能够可吸附在头戴显示设备上。例如，本申请的装配部为支架1的横梁部分，自横梁部分向下延伸为阶梯部11。

在一些实施例中，第一透镜3和第二透镜4均呈竖向布设。竖向布设的第一透镜3和第二透镜4能够避免镜片组件下方的杂散光入射到人眼，即起到消除部分杂散光的作用。

在一些实施例中，第一透镜3和第二透镜4均采用菲涅尔透镜。上述菲涅尔透镜更为轻薄，可以减轻镜片组件的自重，改善用户使用体验。

本申请实施例还提供了一种头戴显示设备，如图6和图7所示，头戴显示设备包括光学成像系统5、外壳6以及上述镜片组件。光学成像系统5包括构成头戴显示设备的外观的光学组件和提供通过光学组件的图像光线的像源组件51。外壳6用于支撑光学组件，镜片组件与外壳6连接并与光学组件配合。例如，镜片组件可以沿第一方向布置在光学组件的下游。

例如，上述头戴显示设备可为ar眼镜、vr眼镜等头戴显示设备。像源组件51用于显示投射到人眼中的图像，像源组件51的形状可以为平面型或凹面型、凸面型、球面型、非球面型等各种自由曲面型，图6示出了像源组件51为平面型的结构图。

采用上述镜片组件的头戴显示设备通过包括至少第一透镜3和第二透镜4的镜体2，第二透镜4沿第一方向设置在第一透镜3的下游，且第一透镜3和第二透镜4沿第二方向依次布置，第一透镜3的第一屈光度小于第二透镜4的第二屈光度，镜体2用于矫正用户的视力，上述结构能够使头戴显示设备与用户的距离相靠近，能够实现提供较大的可视范围，以解决眼睛屈光不正的用户难以获得较大可视范围的问题。且采用上述结构能够避免镜片组件的下方的杂散光反射入人眼，起到了消除部分杂散光的作用。并且提高了头戴显示设备的佩戴舒适度，以优化用户使用体验。

在一些实施例中，如图6所示，光学组件包括第一光学元件52和第二光学元件53。其中，第一光学元件52可为半透半反镜，第二光学元件53可理解为ar眼镜的平片。第二光学元件53具有靠近第一光学元件52的第一端和远离第一光学元件52的第二端，第一端与第二端相对设置，且第二光学元件53布置在头戴显示设备的内侧。例如第二光学元件53沿第一方向布置在第一光学元件52的下游。上述的“第一端”和“第二端”可以为沿着头戴显示设备左右方向分布的相对两端。例如头戴显示设备为眼镜形式，左右方向指的是两个镜腿之间的镜框延伸的方向。上述“内侧”指的是当用户佩戴头戴显示设备状态下，靠近用户眼部的一侧。当用户需要镜片组件时，镜片组件可以与第二光学元件53配合。如图6所示，第二光学元件53可为板状，可理解为佩戴状态下其第一端靠近人眼的上端，其第二端可理解为远离人眼的下端。

例如，图6中示出的箭头为光线的路径，头戴显示设备的工作原理如下：像源组件51的图像光线从上方向下射显示光路组件中。与此同时，环境光线从第一光学元件52的右侧向左侧(人眼方向)射入。图像光线的部分光线经过第二光学元件53的反射射向第一光学元件52，部分光线再经过第一光学元件52的反射射向第二光学元件53。与此同时，环境光线的部分光线依次穿过第一光学元件52和第二光学元件53抵达人眼，这样部分图像光线和部分环境光最终同时抵达人眼，使得用户能够看到外界真实环境的同时还可以看到叠加在真实环境中的像源组件51的图像。

例如，上述镜片组件的镜体2所包含的相对人眼距离最远的透镜的外表面与第二光学元件53的内表面相贴，以使头戴显示设备能够尽量的靠近人眼，避免镜片组件与第二光学元件53之间存在较大间隙，影响显示效果。

在一些实施例中，第一透镜3或第二透镜4的主光轴与通过第二光学元件53的中心的光路对齐。

例如，如图3所示，上述第二透镜4为正对人眼设置的透镜，其第二屈光度应为能够矫正用户视力的度数，且其主光轴与通过第二光学元件53的中心的光路对齐，以达到良好的显示效果。可理解的是，当上述第一透镜3为正对人眼设置的透镜时，其第一屈光度应为能够矫正用户视力的度数，且其主光轴与通过第二光学元件53的中心的光路对齐。本申请对第一透镜3的主光轴还是第二透镜4的主光轴与通过第二光学元件53的中心的光路对齐不做具体限定，二者之中与人眼正对的透镜与通过第二光学元件53的中心的光路对齐即可。

在一些实施例中，如图1和图7所示，镜片组件的支架1上设置有一个或多个用于装设镜片组件的第一磁性件7，外壳6上设有一个或多个能够与第一磁性件7吸附的第二磁性件(图中未示出)。例如第一磁性件7可以布置在支架1的装配部9。上述镜片组件采用磁性吸合的方式通过支架1使其能够稳定装设在头戴显示设备的外壳6上，且上述磁性吸合的方式便于替换和装设镜片组件。

例如，如图7所示，上述第一磁性件7为多个时，多个第一磁性件7可沿着一长度方向依次布设，以使通过多点定位使支架1装设到指定位置，防止每次拆装后支架1安装位置有偏移。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本申请的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。