光学系统及调节屈光度的方法与流程

本发明涉及光学系统领域，尤其涉及一种光学系统及调节屈光度的方法。

背景技术：

目前，市场上的虚拟现实(virtualreality，vr)眼镜的屈光度调节主要采用机械的方法。如旋钮结构，通过转动旋钮来改变显示屏与目镜镜头之间的间隔来适应不同视力的用户。如嗨镜，royole-x，royole-moon等，均属于机械调焦的方式来调节屈光度。通过手动调节屈光度，完全凭用户主观感觉，调节的精度很难准确衡量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光学系统及调节屈光度的方法，以精确的调节屈光度。

第一方面，本发明实施例提供一种光学系统，包括：

目镜、半透半反透镜、显示屏、与所述显示屏连接的第一步进电机、图像传感器、以及图像分析系统，所述图像分析系统与所述显示屏、所述第一步进电机、所述图像传感器连接；

所述目镜、所述半透半反透镜和所述显示屏沿第一光轴依次配置，所述半透半反透镜和所述图像传感器沿第二光轴依次配置，所述第一步进电机能够控制所述显示屏沿所述第一光轴前后移动；

所述显示屏发出的光经所述半透半反透镜以及所述目镜进入眼睛，眼睛反射出来的光经所述目镜以及所述半透半反透镜进入所述图像传感器，所述图像传感器将光信号转换为眼底图像，以及将所述眼底图像提供至所述图像分析系统，所述图像分析系统根据所述眼底图像控制所述第一步进电机调节所述显示屏到所述半透半反透镜的距离。

第二方面，本发明实施例提供一种调节屈光度的方法，适用于第一方面所述的光学系统，包括：

控制图像传感器采集眼底图像；

根据所述眼底图像控制第一步进电机调节显示屏到半透半反透镜的距离。

第三方面，本发明实施例提供一种头戴显示设备，包括第一方面所述的光学系统。

本发明提供的方案是根据图像传感器获取到的眼底图像来调节显示屏到半透半反透镜的距离，来到达调节屈光度的目的。可见本方案无需用户手动调节屈光度，操作方便且调节的屈光度更精确。

本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种光学系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种光学系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种调节屈光度的实现方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种包含白色环形图案的图片示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

请参见图1，图1为本发明一实施例提供的一种光学系统的结构示意图。该光学系统包括目镜10、半透半反透镜20、显示屏30、与显示屏30连接的第一步进电机40、图像传感器50、以及图像分析系统60，图像分析系统60与显示屏30、第一步进电机40、图像传感器50连接。目镜10、半透半反透镜20和显示屏30沿第一光轴70依次配置，半透半反透镜20和图像传感器50沿第二光轴80依次配置，第一步进电机40能够控制显示屏30沿第一光轴70前后移动。显示屏30发出的光经半透半反透镜20以及目镜10进入眼睛，眼睛反射出来的光经目镜10以及半透半反透镜20进入图像传感器50，图像传感器将光信号转换为眼底图像，以及将眼底图像提供至图像分析系统60，图像分析系统60根据眼底图像控制第一步进电机40调节显示屏30到半透半反透镜20的距离，以到达调节屈光度的目的。可见，本发明提供的方案是根据图像传感器获取到的眼底图像来调节显示屏到半透半反透镜的距离，来达到调节屈光度的目的，无需用户手动调节屈光度，操作方便且调节的屈光度更精确。

其中，屈光现象是光线在光密度不同的物质中传播时产生偏折的现象，表示屈光现象大小的单位就是我们通常说的“屈光度”。

在一实施例中，该光学系统还包括与图像传感器50连接的第二步进电机90、图像分析系统60与第二步进电机90连接，第二步进电机90能够控制图像传感器50沿第二光轴80前后移动，图像传感器50沿第二光轴80前后移动是指朝靠近或远离半透半反透镜20方向移动。

在一实施例中，半透半反透镜30包括分光板或分光棱镜。其中，分光棱镜如图1所示，分光棱镜是通过在两个直角棱镜的斜面镀制多层光学薄膜结构，然后将这两个直角棱镜胶合成一个立方体结构。分光板如图2所示。

在一实施例中，第一光轴70和第二光轴80垂直。

下面结合图1和图2所示的光学系统对本发明实施例提供的调节屈光度的实现方法进行详细说明。

请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种调节屈光度的实现方法的流程示意图，执行主体以图像分析系统60为例进行说明，包括以下步骤：

s301、控制图像传感器50采集眼底图像。

在一实施例中，以上步骤s301通过图像传感器50采集眼底图像的具体实施方式为：控制第二步进电机90将图像传感器50先后处于n个位置，以及控制图像传感器50在每个位置处分别采集一张眼底图像，以得到n张眼底图像，所述n个位置对应所述图像传感器50距离所述半透半反透镜20的n个距离，所述n为不小于1的整数，第1个距离较第n个距离离所述半透半反镜20近。

具体地，在调节屈光度之前，图像分析系统60先控制第二步进电机90将图像传感器50处于初始位置，以及控制第一步进电机40将显示屏30处于初始位置。如图1所示，初始位置为显示屏30距离半透半反镜20右表面距离d的位置，以及图像传感器50距离半透半反镜20上表面距离d的位置。这个距离d在设计该光学系统时已经确定，应当等于该光学系统的后焦距。显示屏30处于初始位置时视度为0d时，d为1屈光度单位，1d＝100近视度数。以n表示采集眼底图像的序号数：第一张眼底图像对应n＝1，图像传感器50处于第一位置，第一位置对应的图像传感器50距离半透半反透镜20的第一距离s1＝dmm；第二张眼底图像对应n＝2，图像传感器50处于第二位置，第二位置对应的图像传感器50距离半透半反透镜20的第二距离s2＝d+f*f/2000mm；第三张眼底图像对应n＝3，图像传感器50处于第三位置，第三位置对应的图像传感器50距离半透半反透镜20的第三距离s3＝d+2*f*f/2000mm；……；第n张眼底图像对应的图像传感器50距离半透半反透镜20的第一距离sn＝d+(n-1)*f*f/2000mm。需要说明的是，规定初始位置往半透半反镜20方向为负方向，初始位置远离半透半反镜20方向为正方向。其中，第二步进电机90与第一步进电机40同步工作，从而使图像传感器50与半透半反镜20的距离及显示屏30与半透半反镜20的距离相等。

s302、根据所述眼底图像控制第一步进电机40调节显示屏30到半透半反透镜20的距离。

在一实施例中，以上步骤s302根据所述眼底图像控制第一步进电机调节所述显示屏到所述半透半反透镜的距离的具体实施方式为：解析所述n张眼底图像，以得到所述n张眼底图像的清晰度；从所述n张眼底图像中获得清晰度最高的眼底图像，并将所述清晰度最高的眼底图像定义为目标眼底图像；获取采集到所述目标眼底图像时所述图像传感器50距离半透半反透镜20目标距离；将显示屏30与半透半反透镜20之间的距离调整至所述目标距离。

具体地，一束光线投射到被测眼眼底，当被测眼屈光状态不同时，眼底像经其屈光系统后聚焦点位置亦不同。当显示屏30到目镜10的距离不变时，图像传感器50在不同位置采集到的眼底图像的清晰度是不同的，可通过眼底图像的清晰度确定符合用户的屈光度。比如，假设n＝3，这3张眼底图像有第一图像、第二图像和第三图像，第一图像是图像传感器距离所述半透半反透镜第一距离时采集到的，第二图像是图像传感器距离所述半透半反透镜第二距离时采集到的，第三图像是图像传感器距离所述半透半反透镜第三距离时采集到的。第一图像的清晰度高于第二图像，第二图像的清晰度高于第三图像。可见图像传感器30在距离所述半透半反透镜第一距离的位置时，最符合用户的屈光度，那么将显示屏30与半透半反透镜20之间的距离调整至第一距离时用户眼睛通过目镜观看到显示屏30上显示的内容最清晰。也就是说所述图像分析系统60根据所获得的清晰度最高的眼底图像控制所述第一步进电机调节所述显示屏30到所述半透半反透镜20的距离。

在一实施例中，所述n个距离中的任意两个相邻的距离相差f*f/2000mm，所述f为所述光学系统的焦距。

在一实施例中，所述通过图像传感器采集眼底图像之前，所述方法还包括：

在所述显示屏30上显示用于调节屈光度的图片，所述用于调节屈光度的图片包含白色环形图案。

由于人眼角膜的反射率相对于其他部分反射要高很多，在采集眼底图像会产生较大杂光，进而影响眼底图像质量。将显示屏30在作为光源使用时，为了避免上述问题，本发明在采集眼底图像之前，在显示屏30上显示一个包含白色环形图案的图片，如图4所示，其目的是形成环形光源。另外，该图4所示的图片除了白色环形图案之外的颜色为黑色，白色环形图案位于该图片的中间位置。

在一实施例中，由于人眼免散瞳状态下的调节范围是4mm-7mm，因此所述白色环形图案的内径为3mm-5mm，所述白色环形图案的外径大于或等于7mm。

本发明实施例还提供一种头戴显示设备，其中，该头戴显示设备包括上述光学系统实施例中记载的任何一种光学系统的部分或全部结构。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的任何一种调节屈光度的实现方法的部分或全部步骤。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。