透镜及其制造方法、以及光学显示设备与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种透镜及其制造方法、以及光学显示设备。

背景技术：

在虚拟现实(VR,virtual reality)领域，通常采用凸透镜将显示屏呈现的画面成像到人眼前25～50cm处，由于人的左右眼分别看到不同的画面，经过大脑处理后，便会产生立体感，这正是双目立体视觉的原理。传统的凸透镜只有一个固定的焦距。当它们被用于VR设备时，只能将屏幕显示的画面成像在一个固定的距离处，用户在观看时只能一直聚焦在这个固定距离处的像面上，长时间观看则会导致用户视觉疲劳，从而产生晕眩感。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种透镜及其制造方法、以及光学显示设备，可以使人眼经所述透镜观看实景图像时，能够将实景图像成像于不同的预设景深处，该透镜应用于光学显示设备中时，不仅可以缓解用户的视觉疲劳，降低晕眩感，同时可以产生不同层次的深度感和立体感，增强用户体验。

本发明所提供的技术方案如下：

一种透镜，所述透镜包括至少两个透镜区域，所述至少两个透镜区域具有不同的焦距，以使人眼经所述至少两个透镜区域观看实景图像时，能够将实景图像成像于不同的预设景深处。

进一步的，所述透镜为菲涅尔透镜，其包括相对的第一表面和第二表面，所述第二表面上刻录有呈同心圆状设置的多圈齿纹，其中，不同透镜区域内的齿纹的结构参数不同，以使所述至少两个透镜区域具有不同的焦距。

进一步的，所述齿纹的结构参数包括：相邻两圈齿纹之间的间距、和/或齿纹的形状。

进一步的，所述透镜为一圆形透镜，至少两个透镜区域中的一个透镜区域为第一透镜区域，所述第一透镜区域为圆形区域，其位于所述菲涅尔透镜的中心部位；至少两个透镜区域中的其他透镜区域包括至少一个第二透镜区域，所述第二透镜区为环形区域，其环绕在所述第一透镜区域之外。

进一步的，所述第一透镜区域设有多圈第一齿纹，每一圈所述第一齿纹呈完整的环状；

所述第二透镜区域设有多圈第二齿纹，每一圈所述第二齿纹呈完整的环状，且多圈所述第二齿纹环绕在多圈所述第一齿纹之外，并与多圈所述第一齿纹呈同心圆状设置。

进一步的，所述透镜为一圆形透镜，所述至少两个透镜区域中每一透镜区域均为扇形区域，每一透镜区域内均设有呈圆弧状的齿纹，且各透镜区域内的呈圆弧状的齿纹相配合，形成呈同心圆状设置的多圈齿纹。

进一步的，至少两个透镜区域沿所述圆形透镜的周向均匀分布。

进一步的，所述至少两个透镜区域包括半圆形的第三透镜区域和半圆形的第四透镜区域，其中所述第三透镜区域包括多条第三齿纹，每一所述第三齿纹呈半圆弧状，多个第三齿纹呈同心圆弧状设置；所述第四透镜区域包括与多条第三齿纹一一对应的多条第四齿纹，每一所述第四齿纹呈半圆弧状，且多个第四齿纹呈同心圆弧状设置；每一所述第四齿纹和与其对应的第三齿纹对接而呈一完整的环状。

一种光学显示设备，包括：显示屏；及，设置于所述显示屏的显示面一侧的透镜组件；所述透镜组件包括如上所述的透镜。

进一步的，所述透镜组件包括左眼透镜和右眼透镜，所述左眼透镜和所述右眼透镜均采用如上所述的透镜；

所述显示屏包括与所述透镜的至少两个透镜区域一一对应的至少两个显示区，其中所述至少两个显示区的显示图像能够以预设显示尺寸比例进行显示，以使得人眼经所述至少两个透镜区域观看显示屏时，将显示屏的不同显示区的显示图像以预设比例放大并成像于不同的预设景深处。

一种如上所述的透镜的制造方法，所述方法包括：将聚烯烃材料通过注塑方式一体成型形成所述透镜。

本发明的有益效果如下：

本发明所提供的透镜包括具有不同焦距的不同透镜区域，为多焦点透镜，其可以使人眼经所述透镜观看实景图像时，将实景图像成像于不同的预设景深处，当该透镜用于虚拟现实设备等光学显示设备成像时，由于不同透镜区域的焦距不同，则人眼通过不同的透镜区域观看屏幕显示的画面时，所看到的虚像面具有不同远近的距离，长时间观看时通过观看不同远处的虚像面，可以缓解视觉疲劳，同时又可以体会到不同深度的场景图像，增强立体感。

附图说明

图1表示本发明实施例中提供的透镜的第一种实施例的结构示意图；

图2表示本发明实施例中提供的透镜的第二种实施例的结构示意图；

图3表示本发明实施例中提供的光学显示设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供了一种透镜，所述透镜包括至少两个透镜区域，所述至少两个透镜区域具有不同的焦距，以使人眼经所述至少两个透镜区域观看实景图像时，能够将实景图像成像于不同的预设景深处。

本发明所提供的透镜包括具有不同焦距的不同透镜区域，为多焦点透镜，其可以使人眼经所述透镜观看实景图像时，将实景图像成像于不同的预设景深处，当该透镜用于虚拟现实设备等光学显示设备成像时，由于不同透镜区域的焦距不同，则人眼通过不同的透镜区域观看显示屏的显示图像时，所看到的虚像面具有不同远近的距离，长时间观看时通过观看不同远处的虚像面，可以缓解视觉疲劳，同时又可以体会到不同深度的场景图像，增强立体感。

需要说明的是，本发明所提供的透镜可以并不仅仅局限于应用于虚拟现实设备中，其还可以应用于其他设备中，对于其应用领域并不限定。

在本发明所提供的优选实施例中，所述透镜为菲涅尔透镜。

采用上述方案，相比于传统的球面透镜和非球面透镜，菲涅尔透镜能够以较小的厚度和体积实现大视场FOV(视角)，因此，在本发明中，该透镜应用于虚拟现实设备中时，优选的，该透镜为菲涅尔透镜。当然可以理解的是，该透镜还可以是球面透镜或非球面透镜。

具有一个固定焦距的菲涅尔透镜将显示屏的显示图像成像在人眼前预定距离处，假设物距(即显示屏到菲涅尔透镜的距离)为L₁，菲涅尔透镜的焦距为f，像距(虚像面到菲涅尔透镜的距离)为L₂(由于是成虚像，则L₂是负值)，则满足以下成像公式：

当物距L₁固定时，若菲涅尔透镜焦距f发生改变，则像距L₂随之发生变化。多焦点菲涅尔透镜正是基于上述成像原理，具有不同焦距的至少两个透镜区域分别将显示屏的显示图像成像在不同距离上。

需要说明的是，传统的具有一个固定焦距的菲涅尔透镜，其一面为光滑平面，另一面有等距的齿纹，通过这些齿纹，它的齿纹纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。

在本发明所提供的优选实施例中，该透镜为菲涅尔透镜，其是将传统的菲涅尔透镜进行了改进，包括相对的第一表面和第二表面，所述第二表面上刻录有呈同心圆状设置的多圈齿纹，其中不同透镜区域内的齿纹的结构参数不同，以使所述至少两个透镜区域具有不同的焦距。

采用上述方案，通过将不同透镜区域的齿纹的结构参数根据需求来进行设计，来使得不同透镜区域的焦距不同，其中可以通过对以下齿纹的结构参数来进行设计，例如：相邻两圈齿纹之间的间距、齿纹的形状等。

需要说明的是，本发明所提供的透镜，其第一表面为一光滑面，可以是一光滑平面结构，还可以是一光滑曲面结构，例如球面或非球面。

以下说明本发明所提供的透镜的两种优选实施例。

实施例1

图1所示为本发明所提供的透镜的第一种实施例的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中，所述透镜为一圆形透镜，至少两个透镜区域中的一个透镜区域为第一透镜区域1，所述第一透镜区域1为圆形区域，其位于所述菲涅尔透镜的中心部位；至少两个透镜区域中的其他透镜区域包括至少一个第二透镜区域2，所述第二透镜区为环形区域，其环绕在所述第一透镜区域1之外。

采用上述方案，所述透镜可以为一圆形透镜结构，所述透镜分为由内而外设置的不同透镜区域，其中一个透镜区域(第一透镜区域1)位于该透镜的中心部位，而其他透镜区域由内而外依次环绕在第一透镜区域1的外围。

在本实施例中，优选的，所述透镜为菲涅尔透镜时，所述第一透镜区域1设有多圈第一齿纹10，每一圈所述第一齿纹10呈完整的环状；所述第二透镜区域2设有多圈第二齿纹20，每一圈所述第二齿纹20呈完整的环状，且多圈所述第二齿纹20环绕在多圈所述第一齿纹10之外，并与多圈所述第一齿纹10呈同心圆状设置。

采用上述方案，通过将每一透镜区域内的齿纹设计为环状齿纹，来形成菲涅尔透镜的同心圆状的齿纹纹理。

需要说明的是，在上述第一种实施例中，图1所示以第二透镜区域2仅有一个(即所述透镜具有两个不同的透镜区域)，在本发明的其他实施例中，所述第二透镜区域2还可以有多个，多个第二透镜区域2呈同心圆状，依次环设于第一透镜区域1之外，且每一第二透镜区域2上均设置多圈呈环状的第二齿纹20，而在所述透镜上由内而外形成具有不同焦距的多个透镜区域。

还需要说明的是，在上述第一种实施例中，可以将聚烯烃材料通过注塑方式一体成型形成所述透镜，当然可以理解的是，对于所述透镜的具体实现工艺并不进行局限。

实施例2

图2所示为本发明所提供的透镜的第二种实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述透镜为一圆形透镜，所述至少两个透镜区域中每一透镜区域均为扇形区域，每一透镜区域内均设有呈圆弧状的齿纹，且各透镜区域内的呈圆弧状的齿纹相配合，形成呈同心圆状设置的多圈齿纹。

采用上述方案，将所述透镜分为多个扇形区域，来形成不同的透镜区域，其中各扇形区域的各齿纹设计为圆弧状，并使得各扇形区域内的圆弧状的齿纹能够连接形成一完整的环状，来形成菲涅尔透镜的同心圆状的齿纹纹理。

在本实施例中，优选的，至少两个透镜区域沿所述圆形透镜的周向均匀分布。采用上述方案，可以将多个透镜区域沿圆形透镜的周向均匀分布，应当理解的是，在其他实施例中，多个透镜区域可以根据实际需求来进行划分，对此不进行限定。

以下以所述透镜分为两个不同的透镜区域为例来对本实施例进行说明。

在本实施例中，优选的，如图2所示，所述至少两个透镜区域包括半圆形的第三透镜区域3和半圆形的第四透镜区域4，其中所述第三透镜区域3包括多条第三齿纹30，每一所述第三齿纹30呈半圆弧状，多个第三齿纹30呈同心圆弧状设置；所述第四透镜区域4包括与多条第三齿纹30一一对应的多条第四齿纹40，每一所述第四齿纹40呈半圆弧状，且多个第四齿纹40呈同心圆弧状设置；

每一所述第四齿纹40和与其对应的第三齿纹30对接而呈一完整的环状。

上述方案，以所述透镜划分两个不同透镜区域为例，将所述透镜分为两个半圆形区域，来形成不同的透镜区域，其中各半圆形区域的各齿纹设计为半圆弧状，并使得各扇形区域内的半圆弧状的齿纹能够连接形成一完整的环状，来形成菲涅尔透镜的同心圆状的齿纹纹理。

需要说明的是，在上述第二种实施例中，可以将聚烯烃材料通过注塑方式一体成型形成所述透镜，当然可以理解的是，对于所述透镜的具体实现工艺并不进行局限。

还需要说明的是，在实际应用中，对于所述透镜区域的数量及分布方式并不进行限定。

此外，本发明的实施例中还提供了一种光学显示设备，包括：显示屏100；及，设置于所述显示屏100的显示面一侧的透镜组件；所述透镜组件包括本发明实施例中提供的透镜200。

本发明所提供的光学显示设备，其可以为虚拟现实设备，也可以为其他光学显示设备，如图3所示，其透镜200上包括具有不同焦距的不同透镜区域，为多焦点透镜，由于不同透镜区域的焦距不同，则人眼通过不同的透镜区域观看显示屏的显示图像时，所看到的虚像面具有不同远的距离，长时间观看时通过观看不同远处的虚像面，可以缓解视觉疲劳，同时又可以体会到不同深度的场景图像，增强立体感。

优选的，在本实施例所提供的光学显示设备中，所述透镜200组件包括左眼透镜200和右眼透镜200，所述左眼透镜200和所述右眼透镜200均采用如上所述的透镜200。

在上述方案中，光学显示设备采用双目立体视觉的原理，人的左、右眼同时观看左、右眼透镜200中焦距相同的透镜区域，以将显示屏100呈现的画面成像到人眼前预定距离处，由于人的左、右眼分别看到不同的画面，经过大脑处理后，便会产生立体感。

由于不同透镜区域的焦距不同，那么，人眼经不同透镜区域观察到虚像的放大比例会不同，也就是说，用户切换不同透镜区域观看显示屏100的显示图像时，会存在图像尺寸差异，可以通过将不同透镜区域的焦距变化减小，来弱化这种差距。但是，当这种差异较大时，有可能会降低用户体验。

为了解决上述技术问题，在本发明所提供的实施例中，优选的，所述显示屏100包括与所述透镜200的至少两个透镜区域一一对应的至少两个显示区，其中所述至少两个显示区的显示图像能够以预设显示尺寸比例进行显示，以使得人眼经所述至少两个透镜区域观看显示屏100时，将显示屏100的不同显示区的显示图像以预设比例放大并成像于不同的预设景深处。

在上述方案中，通过将显示屏100划分与透镜200的不同透镜区域相对应的显示区，这种透镜区域与显示区的对应关系为一一对应的关系，并且能够使得人眼经每一透镜区域仅能观看到与其所对应的显示区内的显示图像。

不同显示区的显示图像尺寸不同(即以预定显示尺寸比例来进行显示)，例如：放大比例较大的透镜区域所对应的显示区的显示图像的显示尺寸较小，而放大比例较小的透镜区域所对应的显示区的显示图像的显示尺寸较大，如此，可以使人眼经透镜200的不同透镜区域观看显示屏100时，将显示屏100的不同显示区的显示图像以预设比例放大，所述预定比例可以是同等比例，也就是说，可以使得经不同透镜区域观看到显示屏100的显示图像虽然成像于不同的预设景深处，但是显示图像的显示图像尺寸却仍可以接近相同，由此，在切换不同透镜区域观看时，显示图像尺寸不会产生明显变化，进一步地提高用户体验。

当然可以理解的是，根据不同场合需求，所述预设比例也可以是其他比例，也就是说，经不同透镜区域观看到显示屏100的显示图像成像于不同的预设景深处，且显示图像的显示尺寸以预定比例放大。

此外，本发明实施例中还提供了一种如上所述的透镜200的制造方法，所述方法包括：将聚烯烃材料通过注塑方式一体成型形成所述透镜200。采用上述方案，所述透镜200的制造工艺简单。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。