一種可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置，包括透鏡單元、顯示單元、攝像單元、處理單元和運(yùn)動單元，其中，所述攝像單元和所述運(yùn)動單元分別與所述處理單元電性連接，所述顯示單元、所述攝像單元和所述處理單元固定在所述近眼顯示裝置中，所述運(yùn)動單元可以驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置使用更加方便。將攝像裝置設(shè)置在顯示屏的邊緣較好地利用了反向畸變帶來的顯示盲區(qū)，使攝像裝置有更大的角度和焦距空間來拍攝使用者的眼球圖像。紅外補(bǔ)光裝置的設(shè)置可以保證攝像裝置拍攝到足夠清晰的眼球圖像，更增加了自動調(diào)焦的精準(zhǔn)度。
【專利說明】
一種可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及近眼顯示裝置領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近眼顯示裝置包括可將圖像直接投射到觀察者眼中的頭戴顯示器(HMD)，這種近眼顯示裝置是目前虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)領(lǐng)域常用的裝置。一般情況下，近眼顯示裝置的顯示屏距離使用者的眼球不到十厘米，通過特殊的光學(xué)處理，近眼顯示裝置可以將圖像清晰地投射在人的視網(wǎng)膜上，在用戶眼前呈現(xiàn)出虛擬大幅面圖像，由此用于虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。
[0003]近眼顯示裝置在使用前必須經(jīng)過調(diào)焦。當(dāng)使用者的眼球位置或屈光系統(tǒng)與近眼顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)不能很好配合時，需要調(diào)整近眼顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)，使用戶可以在眼中看到清晰的圖像?，F(xiàn)有技術(shù)多通過手動調(diào)整光學(xué)鏡片的方法來調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)，這種方法調(diào)整的光學(xué)系統(tǒng)精度較差，而且不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決當(dāng)前近眼顯示裝置調(diào)焦精度較差而且不方便的缺陷，本發(fā)明提供一種精度較高而且使用方便的可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置及方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置，包括透鏡單元、顯示單元、攝像單元、處理單元和運(yùn)動單元，其中，所述攝像單元和所述運(yùn)動單元分別與所述處理單元電性連接，所述顯示單元、所述攝像單元和所述處理單元固定在所述近眼顯示裝置中，所述運(yùn)動單元可以驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動，
[0006]優(yōu)選地，所述攝像單元包括至少兩個攝像裝置，所述顯示單元包括顯示屏，所述攝像裝置設(shè)置在所述顯示屏的邊緣，所述攝像裝置可以拍攝使用者眼球的成像信息，并將使用者眼球成像信息傳輸至所述處理單元。
[0007 ]優(yōu)選地，所述攝像裝置為固定焦距和朝向的攝像裝置。
[0008]優(yōu)選地，所述攝像單元進(jìn)一步包括紅外補(bǔ)光裝置，所述紅外補(bǔ)光裝置設(shè)置在所述顯示屏的邊緣，所述紅外補(bǔ)光裝置在所述攝像裝置拍攝使用者眼球成像信息時可以對使用者眼球位置進(jìn)行補(bǔ)光。
[0009]優(yōu)選地，在所述透鏡單元與所述顯示單元之間設(shè)置有一密閉空間，所述攝像單元置于該密閉空間中。
[0010]優(yōu)選地，所述運(yùn)動單元包括至少一步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)根據(jù)所述處理單元發(fā)出的電信號驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動。
[0011]優(yōu)選地，所述近眼顯示裝置為虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔。
[0012]提供一種近眼顯示裝置自動調(diào)焦的方法，所述近眼顯示裝置包括透鏡單元、顯示單元、攝像單元、處理單元和運(yùn)動單元，所述攝像單元拍攝使用者眼球的成像信息，并將該信息實(shí)時傳輸至所述處理單元，所述處理單元對接收到的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果傳輸命令至所述運(yùn)動單元，所述運(yùn)動單元驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動，當(dāng)所述處理單元判定接收到的圖像足夠清晰時，關(guān)閉所述攝像單元和所述運(yùn)動單元。
[0013]優(yōu)選地，所述攝像單元包括至少兩個固定焦距和朝向的攝像裝置，所述顯示單元包括顯示屏，所述攝像裝置設(shè)置在所述顯示屏的邊緣。
[0014]優(yōu)選地，顯示屏播放圖像調(diào)動使用者視線方向，使使用者視線的方向朝向攝像單元對應(yīng)的方向，同時對應(yīng)方向的攝像單元拍攝使用者眼球的圖像。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用自動調(diào)焦的方法使近眼顯示系統(tǒng)的使用更加方便。將攝像裝置設(shè)置在顯示屏的邊緣較好地利用了反向畸變帶來的顯示盲區(qū)，使攝像裝置有更大的角度和焦距空間來拍攝使用者的眼球圖像。采用固定焦距和朝向的攝像裝置，防止了整體圖像像素最高而眼球成像被虛化的情況，進(jìn)而防止處理單元產(chǎn)生誤判。步進(jìn)電機(jī)和MCU的使用使控制更加精確。在透鏡單元與顯示單元之間設(shè)置有一密閉空間容納攝像單元，避免灰塵等進(jìn)入該空間對攝像裝置的內(nèi)外表面和透鏡單元的內(nèi)表面造成污染，影響對眼球圖像的判斷。通過攝像單元拍攝使用者眼球的成像信息，并通過處理單元判定接收到的圖像足夠清晰的方法來判斷圖像在使用者眼中成像是否清晰的方法，結(jié)合運(yùn)動單元控制顯示單元的方法較好地實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)焦。紅外補(bǔ)光裝置的設(shè)置可以保證攝像裝置拍攝到足夠清晰的眼球圖像，更增加了自動調(diào)焦的精準(zhǔn)度。
【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0017]圖1是近眼顯示裝置成像原理示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明近眼顯示裝置第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明近眼顯示裝置模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明近眼顯示裝置第二實(shí)施例攝像裝置具體位置示意圖；
[0021 ]圖5是本發(fā)明近眼顯示裝置第二實(shí)施例具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明近眼顯示裝置第二實(shí)施例攝像裝置拍攝圖像示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了解決當(dāng)前近眼顯示裝置調(diào)焦精度較差而且不方便的缺陷，本發(fā)明提供一種精度較高而且使用方便的可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置及方法。
[0024]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0025]圖1是近眼顯示裝置成像原理示意圖。顯示單元13發(fā)出平行光線，光線經(jīng)透鏡單元12的光學(xué)處理，射入使用者眼球中，經(jīng)晶狀體折射后在視網(wǎng)膜上成像。若成像清晰，使用者可以看到清晰的場景，其眼球中反射的圖像也是清晰的。因此，通過監(jiān)測使用者眼球反射圖像的清晰程度即可知道使用者是否可以清晰觀看顯示單元13發(fā)出的圖像。顯示單元13包括至少一顯示屏23。顯示屏23可以為0LED(0rganic Light-Emitting D1de;有機(jī)電激光顯示)屏或LCD(Liquid Crystal Display;液晶顯示器)屏。
[0026]請參閱圖2—圖3，本發(fā)明第一實(shí)施例包括近眼顯示系統(tǒng)10，近眼顯示系統(tǒng)10可以是虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔。近眼顯示系統(tǒng)10包括透鏡單元12、顯示單元13、攝像單元14、處理單元15和運(yùn)動單元16，攝像單元14可以拍攝使用者眼球的成像信息。在近眼顯示系統(tǒng)10中，攝像單元14和運(yùn)動單元16分別與處理單元15電性連接，運(yùn)動單元16根據(jù)處理單元15發(fā)出的電信號驅(qū)動透鏡單元12運(yùn)動。處理單元15包括MQJ(Micro Controller Unit，微控制單元)，MCU可以控制攝像單元14和運(yùn)動單元16的工作狀態(tài)。
[0027]在該實(shí)施例中，攝像單元14安裝在透鏡單元12的周圍，使用者眼球反射的光線直接入射攝像單元14。攝像單元14可以包括一個固定焦距和朝向的攝像裝置24，直接拍攝使用者眼睛的圖像，也可以包括多個固定焦距和朝向的攝像裝置24，通過不同角度和方位來拍攝使用者眼鏡圖像，對結(jié)果進(jìn)行綜合處理。在使用多個攝像裝置24的方案中，顯示屏23可以播放相關(guān)圖像調(diào)動使用者視線方向，使使用者視線的方向朝向攝像裝置24對應(yīng)的方向，同時對應(yīng)方向的攝像裝置24拍攝使用者眼球的圖像，這樣，對應(yīng)方向的攝像裝置24就可以拍攝到更加清晰的圖像。攝像裝置24可以拍攝使用者眼球的成像信息，并傳輸至處理單元15。在這里我們選用固定焦距和朝向的攝像裝置24，主要是考慮到帶自動調(diào)焦功能的攝像機(jī)在拍攝使用者眼球成像信息的過程中，可能會出現(xiàn)整體圖像像素最高而局部圖像(如眼球成像)被虛化的情況，這樣會使處理單元15產(chǎn)生誤判，導(dǎo)致調(diào)焦不成功。而改用固定焦距和朝向的攝像裝置24后，眼球部分成像的清晰度決定了整體圖像的像素，這樣就不會出現(xiàn)上述自動調(diào)焦攝像機(jī)可能出現(xiàn)的問題。
[0028]攝像單元14進(jìn)一步包括紅外補(bǔ)光裝置28。為了防止使用過程中漏光影響顯示效果，虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔多在透鏡單元12的周圍設(shè)置軟質(zhì)的密封材料，使在使用者佩戴好近眼顯示裝置后眼部僅能接收到顯示屏23發(fā)射的光線。這樣就使得眼部光線很暗，自動調(diào)焦過程中攝像裝置24工作時很難捕捉到眼球的圖像。我們可以通過提高顯示屏23亮度的方法來使使用者眼部被照亮，但這需要較高的光強(qiáng)，而較高的光強(qiáng)對使用者的視力會造成很大的損害。因此，我們在攝像裝置24的旁邊設(shè)置紅外補(bǔ)光裝置28，在攝像裝置24準(zhǔn)備開始工作時，紅外補(bǔ)光裝置28啟動，對使用者眼部進(jìn)行補(bǔ)光，這樣一方面保護(hù)了使用者的視力，另一方面使攝像裝置24可以拍攝到清晰的圖像。
[0029]在本發(fā)明第一實(shí)施例中，攝像裝置24的設(shè)置靠前，這樣的角度和距離拍攝眼球圖像需要對攝像裝置24本身有較高的參數(shù)要求，而且必須借助顯示屏23播放影像調(diào)動眼球轉(zhuǎn)向攝像裝置24。即使是這樣，由于距離太近，調(diào)焦和拍攝角度都受到了很大的局限。因此，如果可以讓攝像裝置24的位置靠后，則可以獲得更大的拍攝角度和調(diào)焦空間，方便拍攝使用者眼部圖像。
[0030]圖4一圖5示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。在近眼顯示裝置的成像中，由于透鏡單元12的影響，顯示屏23上的圖像會出現(xiàn)枕形畸變，消除這種畸變是近眼顯示領(lǐng)域必須解決的問題?，F(xiàn)在一般會通過更改顯示屏23顯示圖像的方式，對其進(jìn)行反向畸變。圖3中顯示屏23顯示的圖像即為反向畸變后的圖像，該圖像通過透鏡單元12后會還原成正常的圖像模式。在反向畸變的過程中，由于顯示圖像的變化，在顯示屏23的邊緣會出現(xiàn)一部分不顯示的區(qū)域，這部分區(qū)域始終不顯示圖像，是顯示盲區(qū)。我們將攝像裝置24和紅外補(bǔ)光裝置28設(shè)置在這部分顯示盲區(qū)中，這樣既沒有影響顯示屏23的顯示效果，又充分利用了顯示屏23的空間，更重要的是，這樣一個較遠(yuǎn)的距離和較大的拍攝角度使拍攝眼球的圖像變得更加容易，對攝像裝置24本身的參數(shù)要求也降低很多。
[0031]透鏡單元12與顯示單元13之間的空間為密閉空間，攝像單元14安裝在該密閉空間中。在透鏡單元12與顯示單元13之間設(shè)置密閉空間可以防止該空間與外界發(fā)生接觸，避免灰塵等進(jìn)入該空間對攝像單元14的內(nèi)外表面和透鏡單元12的內(nèi)表面造成污染，影響對眼球圖像的判斷。
[0032]請參閱圖6，由于攝像裝置24設(shè)置在透鏡單元12與顯示單元13之間的密閉空間中，其采集眼球的圖像信息必須通過透鏡單元12的光學(xué)處理，因此需要精確其朝向，使使用者眼球的圖像光線經(jīng)透鏡單元12處理后可以射入攝像裝置24。我們可以通過實(shí)驗(yàn)的方式確定其朝向信息，使攝像裝置24可以拍攝到使用者眼球的圖像，這個朝向?qū)τ诓煌氖褂谜呤窍嗤?。在透鏡單元12不運(yùn)動的情況下，根據(jù)光路可逆原理，攝像裝置24拍攝到圖像唯一確定。當(dāng)透鏡單元12運(yùn)動時，由于運(yùn)動幅度很小，攝像裝置24拍攝的圖像信息會發(fā)生小幅度的移動，但是仍然可以保證拍攝到使用者眼球的圖像。
[0033]當(dāng)使用者佩戴好近眼顯示系統(tǒng)10，自動調(diào)焦開始時，顯示屏23播放一個“十”字圖像，同時，紅外補(bǔ)光裝置28啟動，攝像裝置24采集使用者眼部圖像，并將圖像信息傳輸至處理單元15中。處理單元15對接收到的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果傳輸命令至運(yùn)動單元16，運(yùn)動單元16驅(qū)動透鏡單元12運(yùn)動，當(dāng)處理單元15判定接收到的“十”字圖像足夠清晰時，關(guān)閉攝像單元14和運(yùn)動單元15，自動調(diào)焦完成。判斷“十”字是否清晰可以借助橫線和豎線具體像素的分析等方式來判斷。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用自動調(diào)焦的方法使近眼顯示系統(tǒng)10的使用更加方便。將攝像裝置24設(shè)置在顯示屏23的邊緣，較好地利用了反向畸變帶來的顯示盲區(qū)，使攝像裝置24有更大的角度和焦距空間來拍攝使用者的眼球圖像。采用固定焦距和朝向的攝像裝置24，防止了整體圖像像素最高而眼球成像被虛化的情況，進(jìn)而防止處理單元15產(chǎn)生誤判。步進(jìn)電機(jī)和MCU的使用使控制更加精確。在透鏡單元12與顯示單元13之間設(shè)置有一密閉空間容納攝像單元14，避免灰塵等進(jìn)入該空間對攝像裝置24的內(nèi)外表面和透鏡單元12的內(nèi)表面造成污染，影響對眼球圖像的判斷。通過攝像單元14拍攝使用者眼球的成像信息，并通過處理單元15判定接收到的圖像足夠清晰的方法來判斷圖像在使用者眼中成像是否清晰的方法，結(jié)合運(yùn)動單元16控制顯示單元13的方法較好地實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)焦。紅外補(bǔ)光裝置28的設(shè)置可以保證攝像裝置24拍攝到足夠清晰的眼球圖像，更增加了自動調(diào)焦的精準(zhǔn)度。
[0035]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可以自動調(diào)焦的近眼顯示裝置，其特征在于，包括透鏡單元、顯示單元、攝像單元、處理單元和運(yùn)動單元，其中，所述攝像單元和所述運(yùn)動單元分別與所述處理單元電性連接，所述顯示單元、所述攝像單元和所述處理單元固定在所述近眼顯示裝置中，所述運(yùn)動單元可以驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近眼顯示裝置，其特征在于，所述攝像單元包括至少兩個攝像裝置，所述顯示單元包括顯示屏，所述攝像裝置設(shè)置在所述顯示屏的邊緣，所述攝像裝置可以拍攝使用者眼球的成像信息，并將使用者眼球成像信息傳輸至所述處理單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近眼顯示裝置，其特征在于，所述攝像裝置為固定焦距和朝向的攝像裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近眼顯示裝置，其特征在于，所述攝像單元進(jìn)一步包括紅外補(bǔ)光裝置，所述紅外補(bǔ)光裝置設(shè)置在所述顯示屏的邊緣，所述紅外補(bǔ)光裝置在所述攝像裝置拍攝使用者眼球成像信息時可以對使用者眼球位置進(jìn)行補(bǔ)光。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近眼顯示裝置，其特征在于，在所述透鏡單元與所述顯示單元之間設(shè)置有一密閉空間，所述攝像單元置于該密閉空間中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近眼顯示裝置，其特征在于，所述運(yùn)動單元包括至少一步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)根據(jù)所述處理單元發(fā)出的電信號驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動。7.根據(jù)權(quán)利要求1一6任一項所述的近眼顯示裝置，其特征在于，所述近眼顯示裝置為虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔。8.—種近眼顯示裝置自動調(diào)焦的方法，其特征在于，所述近眼顯示裝置包括透鏡單元、顯示單元、攝像單元、處理單元和運(yùn)動單元，所述攝像單元拍攝使用者眼球的成像信息，并將該信息實(shí)時傳輸至所述處理單元，所述處理單元對接收到的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果傳輸命令至所述運(yùn)動單元，所述運(yùn)動單元驅(qū)動所述透鏡單元運(yùn)動，當(dāng)所述處理單元判定接收到的圖像足夠清晰時，關(guān)閉所述攝像單元和所述運(yùn)動單元。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的近眼顯示裝置自動調(diào)焦的方法，其特征在于，所述攝像單元包括至少兩個固定焦距和朝向的攝像裝置，所述顯示單元包括顯示屏，所述攝像裝置設(shè)置在所述顯示屏的邊緣。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的近眼顯示裝置自動調(diào)焦的方法，其特征在于，所述顯示屏播放圖像調(diào)動使用者視線方向，使使用者視線的方向朝向所述攝像單元對應(yīng)的方向，同時對應(yīng)方向的所述攝像單元拍攝使用者眼球的圖像。
【文檔編號】H04N5/232GK106019587SQ201610466292
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】黨少軍
【申請人】深圳市虛擬現(xiàn)實(shí)科技有限公司