一種頭戴式顯示器及其目鏡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種頭戴式顯示器目鏡系統(tǒng)，其中目鏡系統(tǒng)包括：快速電致變焦透鏡或透鏡組、顯示屏裝置、目鏡電致變焦控制裝置和處理器組成。目鏡由自顯示屏裝置側(cè)依次排列快速電致變焦透鏡或透鏡組到人眼觀察側(cè)。目鏡電致變焦控制裝置控制其在設定時間內(nèi)分時形成若干幅對應的不同距離景深畫面；所述處理器存儲或模擬生成景深畫面。本發(fā)明的目鏡電致變焦控制裝置控制目鏡時序顯示虛擬的景深圖像，令人眼觀察虛像時與觀察真實場景類似，主動進行對焦，感知圖像的場景深度。這樣的人眼對焦活動符合人眼觀測真實物體的生理特征，緩解人眼的疲勞感，從而改善觀察虛擬圖像易使人眼產(chǎn)生疲勞的狀況。
【專利說明】
一種頭戴式顯示器及其目鏡系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及光機電領域，特別是涉及一種頭戴式顯示器及其目鏡系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著增強現(xiàn)實逐漸成為技術熱門，各種虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實的可穿戴設備正如雨后春筍般涌現(xiàn)。在使用這些可穿戴設備的過程中，由于許多設備的顯示方式是基于視差原理的3D目鏡顯示，人眼觀看到的虛擬圖像景深處于被動聚焦狀態(tài)，容易導致人眼疲勞。因此，如何改善虛擬圖像易使人眼產(chǎn)生疲勞的狀況，是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種頭戴式顯示器及其目鏡系統(tǒng)，其中目鏡系統(tǒng)包括:快速電致變焦透鏡或透鏡組、顯示屏裝置、目鏡電致變焦控制裝置和處理器；
[0004]所述目鏡電致變焦控制裝置控制所述電致變焦透鏡或透鏡組在預設時間內(nèi)分時形成若干幅對應不同距離的景深畫面；
[0005]所述處理器存儲或模擬生成景深畫面。
[0006]優(yōu)選地，所述透鏡組包括:自所述顯示屏裝置至人眼側(cè)依次排列的平凸透鏡、第一平凹透鏡、第二平凹透鏡、四分之一薄膜波片、雙凸透鏡、反射偏振片、線偏振片和平凸變焦透鏡;其中所述第一平凹透鏡的凹面為半反半透面。
[0007]優(yōu)選地，所述預設時間內(nèi)分時形成若干幅對應不同距離的景深畫面具體為:41.666毫秒內(nèi)分時形成5幅對應不同距離的景深畫面。
[0008]優(yōu)選地，所述快速電致變焦透鏡或目鏡組包含塑料鏡片。
[0009]優(yōu)選地，所述顯示屏裝置為OLED(有機發(fā)光二極管)顯示屏。
[0010]優(yōu)選地，所述目鏡系統(tǒng)還包括:偏振半反半透鏡。
[0011]優(yōu)選地，所述偏振半反半透鏡，與主光軸呈45度。
[0012]—種頭戴式顯示器，包括上述內(nèi)容所述的目鏡系統(tǒng)。
[0013]因此，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0014]本發(fā)明的目鏡電致變焦控制裝置控制快速電致變焦透鏡或透鏡組時序顯示虛擬的景深圖像，令人眼注視時與真實場景類似，主動進行對焦，感知圖像的場景深度。這樣的人眼對焦活動符合人眼觀測真實物體的生理特征，不再需要被動對焦，自然緩解了人眼的疲勞感，從而改善虛擬圖像易使人眼產(chǎn)生疲勞的狀況。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)組成框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的原理不意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)實例中透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)實例的光路示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)實例的垂軸像差曲線圖；
[0021]圖6為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)實例的畸變曲線圖；
[0022]圖7為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)實例的倍率色差曲線圖；
[0023]圖8為本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)實例的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明的核心是提供一種頭戴式顯示器及其目鏡系統(tǒng)。
[0025]為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0026]在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0027]在本發(fā)明提供的一種目鏡系統(tǒng)中，參見圖1，包括以下內(nèi)容:
[0028]快速電致變焦透鏡或透鏡組1、顯示屏裝置2、目鏡電致變焦控制裝置3和處理器4。
[0029]具體的，參見圖2，tl時刻目鏡電致變焦控制裝置控制快速電致變焦透鏡或透鏡組11成清晰像面在SI近眼處;tl時刻與下一時刻t2時段之間，目鏡電致變焦控制裝置31控制快速電致變焦透鏡或透鏡組11分時形成若干幅對應不同距離的景深畫面;SI至S2像面距離在人眼50明視距離近眼處至無限遠。當然，在上述時段之間，景深畫面的幅數(shù)要滿足眼睛的視覺深度感知，相應的，顯示屏裝置21的刷新頻率也需要能達到流暢播放的要求。當然，顯示屏裝置的刷新頻率越高，電致變焦透鏡或透鏡組的形成景深畫面的速度越快，就可以在單位時間內(nèi)顯示更多的景深畫面。所述處理器41存儲或模擬生成景深畫面。具體的，所述處理器41可以存儲來自攝像頭拍攝的景深畫面，也可以生成模擬景深畫面，以適用不同的應用領域。具體的，當本發(fā)明中的目鏡系統(tǒng)應用于VR(虛擬現(xiàn)實技術)領域時，處理器生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。
[0030]在本發(fā)明中，處理器包含存儲器，用于存儲或模擬生成景深畫面。
[0031 ]本發(fā)明的目鏡電致變焦控制裝置控制快速電致變焦透鏡或透鏡組時序顯示虛擬的景深圖像，令人眼注視時與真實場景類似，主動進行對焦，感知圖像的場景深度。這樣的人眼對焦活動符合人眼觀測真實物體的生理特征，不再需要被動對焦，自然緩解了人眼的疲勞感，從而改善虛擬圖像易使人眼產(chǎn)生疲勞的狀況。
[0032]在本發(fā)明提供的一種目鏡系統(tǒng)中，具體包括以下內(nèi)容:
[0033]透鏡組、顯示屏裝置、目鏡電致變焦控制裝置和處理器。
[0034]如圖3所示所述透鏡組由自顯示屏裝置22側(cè)到人眼51觀察側(cè)依次排列的平凸透鏡111、第一平凹透鏡112、第二平凹透鏡113、四分之一薄膜波片114、雙凸透鏡115、反射偏振片116、線偏振片117和平凸變焦透鏡118，其中第一平凹透鏡112的凹面為半反半透面。
[0035]如圖4所示具體的透鏡組光路圖:以顯示屏裝置23像源作為光線追擊起點，若每個像點發(fā)出的一束右旋圓偏振光透過平凸透鏡121，再透過第一平凹透鏡122到其凹面的半反半透面。其中一半透射光透過半反半透面和第二平凹透鏡123，再透過四分之一薄膜波片124，此時圓偏光轉(zhuǎn)化成垂直線偏光繼續(xù)透過雙凸透鏡125到達反射偏振片126。反射偏振片126處于水平偏光反射狀態(tài)，所以透過雙凸透鏡125的垂直線偏光被反射偏振片126反射回來，第二次透過雙凸透鏡125，再透過四分之一薄膜波片124，轉(zhuǎn)化成左旋圓偏光透過第二平凹透鏡123到第一平凹透鏡122凹面的半反半透面時，再一半反射光反射回來，第三次透過第二平凹透鏡123和四分之一薄膜波片124后，轉(zhuǎn)化為水平線偏光，透過雙凸透鏡125，反射式偏振片126和線偏振片127以及平凸變焦透鏡128到人眼入瞳光闌53。
[0036]所述目鏡電致變焦控制裝置控制所述透鏡組在預設時間內(nèi)分時形成若干幅對應不同距離的景深畫面。具體的，所述透鏡組在41.666毫秒內(nèi)分時形成5幅對應不同距離的景深畫面。
[0037]在一個具體的使用場景下所述顯示屏裝置的刷新頻率為120Hz。
[0038]目鏡系統(tǒng)時序顯示景深的一個具體例子是:tl時刻，快速電致變焦透鏡成清晰像面在SI近眼點。t2時刻，快速電致變焦透鏡時序分段控制目鏡成清晰像面至S2無限遠點；SI至S2像面距離在人眼明視距離近眼處至無限遠，tl至t2時段對應SI至S2距離像面。如tl至t2之間分5個時序畫面，每個顯示停留如8.333毫秒，完成一幅景深顯示幀率為5個景深畫面/41.666毫秒。一般來說，5個景深畫面滿足眼睛的視覺深度感知。當然，快速電致變焦透鏡和顯示裝置的刷新速率越快就可以顯示更多更快的景深畫面。一般視頻畫面的流暢播放需達到24幀/秒，本系統(tǒng)視頻畫面播放幀率為1000毫秒/41.666毫秒=24，即可達到24幀/秒視頻畫面的流暢播放?？値蕿橐曨l畫面24*5景深畫面/秒即120幀畫面/秒，對應于刷新率為120Hz的顯示裝置。所述處理器存儲或模擬生成所述景深畫面。
[0039]在本發(fā)明提供的目鏡系統(tǒng)中，該實施例包括以下內(nèi)容:
[0040]快速電致變焦透鏡或透鏡組、OLED顯示屏、目鏡電致變焦控制裝置和處理器。即，在本實施例中，顯示裝置為OLED顯示屏。
[0041]在其他的實施例中，顯示屏裝置還可以是LCOS(液晶多晶硅)顯示屏。具體的，顯示屏裝置不限于OLED顯示屏或LCOS顯示屏，本發(fā)明在此并不做具體的顯示屏種類限制。
[0042]所述目鏡電致變焦控制裝置控制所述快速電致變焦透鏡或透鏡組在預設時間內(nèi)分時形成若干幅對應的不同距離景深畫面。OLED顯示屏的刷新頻率不小于120Hz，因此可以流暢播放景深畫面。
[0043]在實施例中，所述目鏡系統(tǒng)的材料包括塑料鏡片。
[0044]當目鏡系統(tǒng)采用了塑料鏡片時，其入瞳直徑7毫米，視場40度，垂軸像差曲線圖、畸變曲線圖、倍率色差曲線圖、MTF曲線圖分別如圖5-圖8所示。同時，采用塑料鏡片時可以實現(xiàn)1000度視度調(diào)節(jié)，并適于大批量復制以降低成本。
[0045]當然，目鏡系統(tǒng)還可以采用液晶透鏡，液體透鏡，聚合物透鏡或其他類似原理可快速調(diào)焦的透鏡，本發(fā)明在此并不做限制。
[0046]在實施例中，所述目鏡還包括增加一片偏振半反半透鏡。當然，在其他具體實施例中，也可以使用普通的半反半透鏡。在一個具體的場景下，所述偏振半反半透鏡與主光軸呈45度。當然，由于不同使用者的具體頭型特征不同，可以對偏振半反半透鏡進行微調(diào)。本發(fā)明提供的本實施例由于增加了偏振半反半透鏡，可應用于AR領域。
[0047]本實施例中提供的與主光軸呈45度的方案只是具體的舉例，實際使用時，可以調(diào)整合適角度。
[0048]本發(fā)明還提供一種頭戴式顯示器，包括上述所公開的目鏡系統(tǒng)，其具體原理說明參見上述具體實施例，此處不再贅述。
[0049]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。
[0050]以上對本發(fā)明所提供的頭戴式顯示器及其目鏡系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的原理及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種目鏡系統(tǒng)，其特征在于，包括:快速電致變焦透鏡或透鏡組、顯示屏裝置、目鏡電致變焦控制裝置和處理器； 所述目鏡電致變焦控制裝置控制所述快速電致變焦透鏡或透鏡組在預設時間內(nèi)分時形成若干幅對應不同距離的景深畫面； 所述處理器存儲或模擬生成景深畫面。2.根據(jù)權利要求1所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡組包括:自所述顯示屏裝置至人眼側(cè)依次排列的平凸透鏡、第一平凹透鏡、第二平凹透鏡、四分之一薄膜波片、雙凸透鏡、反射偏振片、線偏振片和平凸變焦透鏡;其中所述第一平凹透鏡的凹面為半反半透面。3.根據(jù)權利要求1所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述預設時間內(nèi)分時形成若干幅對應不同距離的景深畫面具體為:41.666毫秒內(nèi)分時形成5幅對應不同距離的景深畫面。4.根據(jù)權利要求2所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述快速電致變焦透鏡或透鏡組包含塑料鏡片。5.根據(jù)權利要求3所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示屏裝置為OLED(有機發(fā)光二極管)顯示屏。6.根據(jù)權利要求1所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述目鏡系統(tǒng)還包括:偏振半反半透Ho7.根據(jù)權利要求6所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振半反半透鏡，與主光軸呈45度。8.一種頭戴式顯示器，其特征在于，包括權利要求1至7任意一項所述的目鏡系統(tǒng)。
【文檔編號】G02B27/01GK105929537SQ201610218360
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】胡華忠, 史曉剛
【申請人】北京驍龍科技有限公司