CN108681070A - 光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学设备。该设备包括透镜、光线调节装置和安装位，所述安装位被配置为用于安装功能模块，所述光线调节装置被配置为用于阻挡外界光线穿过所述透镜并照射到所述功能模块上，或者降低穿过所述透镜并照射到所述功能模块上的光的强度。通过设置光线调节装置，能够有效地阻挡或者减弱穿过透镜照射到功能模块上的光，避免能量聚集，并烧毁或损伤功能模块。

Description

光学设备

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种光学设备。

背景技术

在现有的VR显示设备中，显示器被分为左、右两个部分，分别显示左、右眼看到的图像。由于左、右眼分别看到的图像有差异，所以在大脑中呈现3D效果。光学镜片为凸透镜，将显示的图像放大。由于通过光学***，人眼看到的景象的视角比较大，例如，可以达到100°，所以能够极大的增强用户体验到的临场感。同时，姿态检测***会将头部的姿态传给电脑，电脑会根据头部的姿态调整看到的视场角，从而使人仿佛在现实中观看一样，通常把这种体验称为沉浸式体验。

然而，现有的光学透镜是一个放大镜。在外部强光的照射下，透镜将光线聚焦。焦点落在屏幕上，在焦点上形成高温，从而烧毁屏幕。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光学设备的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种光学设备。该设备包括透镜、光线调节装置和安装位，所述安装位被配置为用于安装功能模块，所述光线调节装置被配置为用于阻挡外界光线穿过所述透镜并照射到所述功能模块上，或者降低穿过所述透镜并照射到所述功能模块上的光的强度。

可选地,还包括感测装置，所述感测装置被配置为用于感测所述光学设备的位置，在所述感测装置感测到所述光学设备从用户头部取下的条件下，所述光线调节装置开启，以阻挡外界光线穿过所述透镜并照射到所述功能模块上，或者降低穿过所述透镜并照射到所述功能模块上的光的强度。

可选地,所述光线调节装置位于所述透镜和所述安装位之间，或者所述透镜位于所述光线调节装置和所述安装位之间。

可选地,所述光线调节装置包括液晶光阀组件，所述液晶光阀组件包括第一液晶模组以及分别位于所述第一液晶模组的沿光路方向的两侧的第一偏光片和第二偏光片,所述第二偏光片位于所述第一液晶模组和所述功能模块之间。

可选地,所述第一偏光片和所述第二偏光片的偏振方向相同或者垂直。

可选地,所述第一液晶模组被配置为在施加设定电压的条件下，使入射的光线旋转90度。

可选地,所述第一液晶模组为TN型液晶。

可选地,所述功能模块为LCD液晶屏幕；或者

所述功能模块为OLED液晶屏幕，还包括设置在所述第二偏光片和所述功能模块之间的四分之一波片，所述第一偏光片和所述第二偏光片的偏振方向与所述四分之一波片的0光轴呈45°夹角。

可选地,所述透镜、所述光线调节装置以及所述功能模块为共轴设置，并且三者的主体方向相互平行。

可选地,所述光线调节装置为快门。

可选地,所述功能模块为显示屏幕，还包括设置在所述第二偏光片和所述显示屏幕之间的第二液晶模组，所述第一偏光片和所述第二偏光片的偏振方向相同。

可选地,所述第一液晶模组的液晶的长轴方向和第二液晶模组的液晶的长轴方向与所述第一偏光片的偏振方向呈45°夹角。

可选地,所述透镜为菲涅尔镜片。

可选地,所述透镜的材质为塑料、玻璃或者树脂。

根据本公开的一个实施例，通过设置光线调节装置，能够有效地阻挡或者减弱穿过透镜照射到功能模块上的光，避免能量聚集，并烧毁或损伤功能模块。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的一个实施例的光学设备的结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的另一种光学设备的结构示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的又一种光学设备的结构示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的快门的结构示意图。

附图标记说明：

11：菲涅尔镜片；12：第一液晶模组；13：第一偏光片；14：第二偏光片；15：第二液晶模组；16：LCD液晶屏幕；17：四分之一波片；18：OLED液晶屏幕；19：叶片；20：支架。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

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。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本发明的一个实施例,提供了一种光学设备。如图1-2所示，该光学设备可以是但不局限于VR设备、AR设备等。下面以VR设备为例进行说明。

该光学设备包括透镜、光线调节装置和安装位。安装位被配置为用于安装功能模块。例如，功能模块为显示屏幕、电路板、处理器等。在该例子中，功能模块为显示屏幕，例如液晶屏幕。光线调节装置被配置为用于阻挡外界光线穿过透镜并照射到功能模块上，或者降低穿过透镜并照射到功能模块上的光的强度。

优选地，透镜为菲涅尔镜片11。菲涅尔镜片11为具有正光焦度的透镜，具有放大效果优良的特点。其包含两个有效面型：面向人眼方向的非球面和面向功能模块方向的菲涅尔面。两个面同光面中心点共轴。菲涅尔镜片11的材质可以是塑料、玻璃或者树脂。上述材料的菲涅尔镜片11的透光效果良好。当然，透镜为本领域的公知常识，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

可选地，菲涅尔镜片11的非球面的半径为45mm-150mm，圆锥系数为-10-0。在该例子中，非球面的半径为＝50mm，圆锥系数为-3。

可选地，菲涅尔镜片11的菲涅尔面的半径为-15mm-35mm，圆锥系数为-10-0。在该例子中，菲涅尔面的半径为-29.7mm，圆锥系数为-1。

可选地，菲涅尔镜片11口径为30mm-60mm，厚度为3mm-10mm。菲涅尔镜片11的有效通光孔为圆形，半径为24mm。

在本发明实施例中，通过设置光线调节装置，能够有效地阻挡或者减弱穿过透镜照射到功能模块上的光，避免能量聚集，并烧毁或损伤功能模块。

可选地，光线调节装置位于透镜和安装位之间，或者透镜位于光线调节装置和安装位之间，只要能阻挡或者减弱穿过透镜照射到功能模块上的光即可。其中，当位于透镜和安装位之间时，光线调节装置不会增大光学设备的空间，并且光学设备的外观良好。

在一个例子中，光学设备还包括感测装置。感测装置被配置为用于感测光学设备的位置。在感测装置感测到光学设备从用户头部取下的条件下，光线调节装置开启，以阻挡外界光线穿过透镜并照射到功能模块上，或者降低穿过透镜并照射到功能模块上的光的强度。

例如，感测装置包括红外传感器。红外传感器能准确第探测人体的位置，从而确定光学设备的位置。

在感测装置感测到光学设备佩戴到用户头部的条件下，此时光学设备正常使用，光线调节装置打开，从而使用户能够正常看到显示屏幕的图像。

感测设备能够有效地提高光学设备的自动化程度，实现对功能模块的保护的自动控制。

当然，感测装置还可以是其他设备，例如压力传感器等，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在其他示例中，光学设备还包括手动开关。在用户将光学设备从头部取下时，手动开关被关闭，以关闭光线调节装置，以阻挡或者减弱光线。在用户将光学设备佩戴到头部时，手动开关被开启，以打开光线调节装置，用户可以正常使用光学设备。

在其他示例中，光学设备还包括微动开关。在用户将在用户将光学设备从头部取下时，微动开关自动弹起，以关闭光线调节装置，以阻挡或者减弱光线。在用户将光学设备佩戴到头部时，微动开关被按下，以打开光线调节装置，用户可以正常使用光学设备。

微动开关和手动开关为物理开关，虽然需要触碰或者按压，但其耐用性和可靠性高。

在一个例子中，光线调节装置包括液晶光阀组件。液晶光阀组件包括第一液晶模组12以及分别位于第一液晶模组12的沿光路方向的两侧的第一偏光片13和第二偏光片14。第二偏光片14位于第一液晶模组12和功能模块之间。通过第一给液晶模组施加电压或者断电来控制液晶的极化，从而使入射的光线偏转或者直接通过。外界光线依次穿过第一偏光片13、第一液晶模组12和第二偏光片14，从而被有效地减弱或者阻挡。优选地，第一液晶模组12为TN型液晶。该种类型的液晶来源广泛，成本低。

优选地，第一液晶模组12、第一偏光片13和第二偏光片14的有效孔为圆形。通过这种方式，液晶光阀组件能够对来自各个角度的外界光线形成阻挡或者减弱。例如，有效孔的半径为27mm。

优选地,第一偏光片13和第二偏光片14的偏振方向相同或者垂直。在该例子中，显示屏幕为LCD液晶屏幕16。LCD液晶屏幕16能够发出线偏振光。

第一液晶模组12的液晶的光轴方向和与第一偏光片13成45度。在第一偏光片13和第二偏光片14的偏振方向条件下，在VR设备关闭或者休眠状态时，不对第一液晶模组12施加电压，液晶不极化。当外界光线射入时，在第一偏光片13变成线偏振光，然后经过第一液晶模组12。第一液晶模组12的液晶具有旋光效应，能使入射光线发生偏转，进而减弱穿过第二偏光片14的光。优选地，第一液晶模组12被配置为在施加设定电压的条件下，使入射的光线旋转90度，从而使得入射光线能够被第二偏光片14截止。这样，液晶光阀组件处于关闭状态，能够有效地阻挡外界光线射入。

在VR设备开启时，第一液晶模组12被施加电压，此时第一液晶模组12极化。线偏振光线从显示屏幕发出，进入第二偏光片14。然后，线偏振光进入第一液晶模组12，由于被施加电压故第一液晶模组12极化，故不会产生旋光效应，因此入射光线的偏振方向不旋转，直接从第一偏光片13射出。用户能观察到显示屏幕的图像。

当第一偏光片13和第二偏光片14的偏振方向垂直的情况下，在第一液晶模组12被施加电压时，液晶光阀组件关闭，从而阻挡外界光线进入，第一液晶模组12未被施加电压时，液晶光阀组件开启，从而使用户能正常使用光学设备。

在另一个例子中，显示屏幕为OLED液晶屏幕18。OLED液晶屏幕18能够发出圆偏振光。例如，OLED液晶屏幕18的分辨率为2160*2160，有效显示区域尺寸为60mm*60mm。OLED液晶屏幕18的出射光的偏振方向和第一偏光片13的偏振方向平行。

在该例子中，光学设备还包括设置在第二偏光片14和功能模块之间的四分之一波片17。四分之一波片17用于将OLED液晶屏幕18发出的圆偏振光转换为线偏振光。第一偏光片13和第二偏光片14的偏振方向与四分之一波片17的0光轴呈45°夹角。

以第一偏光片13和第二偏光片14的偏振方向相同为例。在VR设备开启时，第一液晶模组12被施加电压，液晶极化。圆偏振光线从OLED液晶屏幕18发出，进入四分之一波片17，此时圆偏振光转化为线偏振光。线偏振光进入第二偏光片14，然后进入第一液晶模组12，由于第一液晶模组12被施加电压而发生极化，故不产生旋光效应，因此入射光线的偏振方向不旋转，直接从第一偏光片13射出，用户能够正常观察到显示屏幕的图像。在VR设备关闭时，液晶光阀组件关闭，从而阻挡外界光线入射。

在一个例子中，透镜、光线调节装置以及功能模块，例如显示屏幕为共轴设置，并且三者的主体方向相互平行。共轴设置是指三者的几何中心位于同一条线上。通过这种方式，光线调节装置对来自不同方向的外界光线都能形成有效地阻挡或者减弱。

当然，即使三者的相对位置存在安装误差，也能够阻挡或者减弱外界光线。

对于可更换显示屏幕的VR设备来说，不同液晶屏幕发出光线的偏振方向是不一致的。以液晶屏幕的短边为基准，有±45°，0°，90°等线偏振光、非线偏振光，例如全波段的圆偏振光以及不同波段存在偏振态差异的椭圆偏振光。不同偏振态的液晶屏幕发出的光经过液晶光阀组件之后，难以保证光线能够正常通过，从而使出光率降低，用户看到的图像的质量下降。

为了解决上述问题，在一个例子中，如图3所示，光学设备还包括设置在第二偏光片14和显示屏幕之间的第二液晶模组15。第一偏光片13和第二偏光片14的偏振方向相同。在该例子中，第一偏光片13和第一液晶模组12一起构成液晶截止片。第二偏光片14和第二液晶模组15一起构成液晶补偿片。第一液晶模组12的液晶的长轴方向和第二液晶模组15的液晶的长轴方向与第一偏光片13的偏振方向呈45°夹角。

在该例子中，VR设备开启时，线偏振光线从屏幕发出，进入液晶补偿片。根据液晶屏幕发出光线的偏振态，对液晶补偿片做出选择：在光线偏振态和第二偏光片14的偏振态平行的情况下，第二液晶模组15不施加电压，此时，第二液晶模组15的液晶分子不旋转。由于第二液晶模组15的液晶具有旋光性，故使得光线经过第二液晶模组15后偏振态发生旋转，光线通过第二偏光片14后射出；在光线的偏振态和第二偏光片14的偏振态平行的情况下，第二液晶模组15施加电压，此时第二液晶模组15的液晶失去旋光性。光线经过第二液晶模组15后不发生变化并从第二偏光片14射出。光线随后进入液晶截止片，此时，第一液晶模组12施加电压而发生旋转，从而不具有旋光性。通过第一液晶模组12后，光线偏振方向不变，并从第一偏光片13射出。通过这种方式，补偿片能够有效地提高出光效率，从而提高了图像的质量。

在VR设备开启时，偏振光线从屏幕发出，进入补偿片。根据液晶屏幕发出光线的偏振态，对液晶补偿片做出选择：在光线偏振态和第二偏光片14本身为圆偏振光，或者为线偏振光并和第二偏光片14的方向成45度角的情况下，液晶补偿片的液晶不施加电压，故液晶分子不旋转，此时液晶具有旋光性。光线通过第二液晶模组15后光线偏振态旋转，通过液晶补偿片后，光线损失50％能量。光线随后进入液晶截止片，第一液晶模组12施加电压，使液晶旋转，此时第一液晶模组12不具有旋光性，光线穿过第一液晶模组12后，偏振方向不变，并从第一偏光片13射出。

在VR设备关闭时，液晶截止片的第一液晶模组12不施加电压，第一液晶模组12的液晶具有旋光性。当外界光线射入时，经过第一偏光片13，外界自的然光变成线偏振光。光线经过第一液晶模组12后，偏振方向旋转90度。然后，被第二偏光片14截止。由于液晶补偿片并不在透镜的焦面上，所以光线不汇聚，进而无法伤害补偿片。

优选地，第一偏光片13及第一液晶模组12的有效通光孔为圆形。有效孔径为30mm-70mm。第一液晶模组12的厚度为0.5mm-5mm。这样，用户观察到的图像更清晰，图像质量好。

优选地，第二偏光片14及第二液晶模组15的有效通光孔为圆形，有效孔径为30mm-70mm。第二液晶模组15的厚度为0.5mm-5mm。

在该实施例中，第二偏光片14的直径为55mm。第二液晶模组15的直径为55mm，厚度为＝1mm。第一偏光片13的直径为50mm。第一液晶模组12的直径为50mm，厚度为1mm。

优选地，菲涅尔镜片11的菲涅尔面与第一偏光片13距离为0.5mm-30mm。在该例子中，该距离为＝5mm。

优选地，第一液晶模组12的靠近显示屏幕的表面与第二偏光片14的距离为0.5mm-30mm。在该例子中，该距离为＝5mm。

优选地，第一液晶模组12的靠近显示屏幕的表面与显示屏幕的表面的距离为0.5mm-40mm。在该例子中，该距离为25mm。

在一个例子中，光线调节装置为快门。如图4所示，例如，快门包括支架20和叶片19。支架20的中部形成通孔。多个叶片19可转动地设置在支架20上，并且均匀地围绕通孔设置。多个叶片19绕各自的转轴发生转动，从而开启或者关闭通孔。当通孔被关闭时外界光线无法通过，从而不会对功能模块造成损伤；当通孔被开启时，用户能够正常使用VR设备。

当然，光线调节装置不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种光学设备,其特征在于,包括透镜、光线调节装置和安装位，所述安装位被配置为用于安装功能模块，所述光线调节装置被配置为用于阻挡外界光线穿过所述透镜并照射到所述功能模块上，或者降低穿过所述透镜并照射到所述功能模块上的光的强度。

2.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,还包括感测装置，所述感测装置被配置为用于感测所述光学设备的位置，在所述感测装置感测到所述光学设备从用户头部取下的条件下，所述光线调节装置开启，以阻挡外界光线穿过所述透镜并照射到所述功能模块上，或者降低穿过所述透镜并照射到所述功能模块上的光的强度。

3.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述光线调节装置位于所述透镜和所述安装位之间，或者所述透镜位于所述光线调节装置和所述安装位之间。

4.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述光线调节装置包括液晶光阀组件，所述液晶光阀组件包括第一液晶模组以及分别位于所述第一液晶模组的沿光路方向的两侧的第一偏光片和第二偏光片,所述第二偏光片位于所述第一液晶模组和所述功能模块之间。

5.根据权利要求4所述的光学设备,其特征在于,所述第一偏光片和所述第二偏光片的偏振方向相同或者垂直。

6.根据权利要求4所述的光学设备,其特征在于,所述第一液晶模组被配置为在施加设定电压的条件下，使入射的光线旋转90度。

7.根据权利要求6所述的光学设备,其特征在于,所述第一液晶模组为TN型液晶。

8.根据权利要求4所述的光学设备,其特征在于,所述功能模块为LCD液晶屏幕；或者

所述功能模块为OLED液晶屏幕，还包括设置在所述第二偏光片和所述功能模块之间的四分之一波片，所述第一偏光片和所述第二偏光片的偏振方向与所述四分之一波片的0光轴呈45°夹角。

9.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述透镜、所述光线调节装置以及所述功能模块为共轴设置，并且三者的主体方向相互平行。

10.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述光线调节装置为快门。

11.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述功能模块为显示屏幕，还包括设置在所述第二偏光片和所述显示屏幕之间的第二液晶模组，所述第一偏光片和所述第二偏光片的偏振方向相同。

12.根据权利要求11所述的光学设备,其特征在于,所述第一液晶模组的液晶的长轴方向和第二液晶模组的液晶的长轴方向与所述第一偏光片的偏振方向呈45°夹角。

13.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述透镜为菲涅尔镜片。

14.根据权利要求1所述的光学设备,其特征在于,所述透镜的材质为塑料、玻璃或者树脂。