CN101404738A - 一种支持移动电视接收功能的立体眼镜电视装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持移动电视接收功能的眼镜电视装置，由视频处理电路、光学放大系统、OLED微显示屏组成，具备立体显示功能。可直接接收PAL/NTSC模拟电视信号或移动数字电视信号，也可以连接具备CVBS输出的手机、MP4、PDA、便携式DVD等设备，同时支持立体CVBS输入和计算机VGA接口的模拟RGB输入，支持大部分3D游戏的立体显示。OLED微显示屏显示的视频图像，通过光学棱镜放大以后，在人眼前呈现一个尺寸为40英寸大小的虚拟放大图像，达到大屏幕显示的效果。

Description

一种支持移动电视接收功能的立体眼镜电视装置

技术领域

本发明涉及大视场立体眼镜显示器，特别涉及一种支持移动电视接收功能的便携式大视场立体眼镜电视装置。

背景技术

头戴式显示装置作为便携式移动的大屏幕显示器，可同计算机、MP4、手机、DVD机等相连，具有体积小、大视场显示、低功耗、私密性佳、携带方便的特点。在娱乐型消费电子、虚拟现实、医疗器械、远程教育以及国防装备等领域具有广阔的应用前景。由于头戴式显示器有两个相同的显示模块分别用于左右眼显示，所以在立体显示设备中具有无可比拟的优势。目前头戴式显示装置的显示芯片常见的有三种材料：TFT液晶材料的微显示屏，LCOS材料的微显示屏和OLED材料的微显示屏。液晶材料的微屏比较常见的是美国高平公司的产品，其分辨率为QVGA和VGA。LCOS材料的微显示屏常见的是我国台湾立景光电的产品，其分辨率为QVGA、VGA和SVGA。OLED材料的微显示屏主要有美国EMagin公司分辨率为SVGA的OLED微屏和英国MED公司分辨率分别为QVGA、VGA的OLED微屏。

由于液晶材料的微显示屏通过背光使器件产生投射光，所以其视场角度比较窄，视域比较小，而且由于是透射式发光器件，其光源的利用率比较低，功耗比较高。LCOS又称为硅上液晶，就是把液晶封装到硅片上，故液晶的一些缺点LCOS同样无法避免，由于像素是在硅片上制作的，虽然比较容易实现较高的分辨率，但由于硅片是不透光的，不能采用透射式照明，只能采用反射式照明，其光学系统复杂，体积较大，限制了它在头戴式眼镜电视领域的应用。

OLED材料的微显示屏，其结构简单，视场宽广，分辨率较高，其功耗只有同规格的液晶微显示屏的一半，应用于头戴式显示器时具有非常出色的省电特性，结构紧凑、重量轻、自发光(无需背光)，并且具有很宽的操作温度范围(可满足军事领域的应用)。所以OLED材料的微显示屏将是头戴式显示装置显示屏发展的主流。

目前的立体显示技术的种类非常多，大部分还在实验室中，目前投入应用比较多的是分色、分光、分时和光栅4种技术，头戴式立体显示技术一般应用了分时显示技术，分时技术是将两套画面在不同的时间播放，显示器在第一次刷新时播放左眼画面，同时用专用的眼镜遮住观看者的右眼，下一次刷新时播放右眼画面，并遮住观看者的左眼。按照上述方法将两套画面以极快的速度切换，在人眼视觉暂留特性的作用下就合成了连续的画面，头戴式显示装置的两个微显示屏正好可以充当人的左右眼，将左右眼需要看到的画面分别送到左右两个微显示屏即可实现立体显示。

对于移动电视功能的集成，发明专利03113727.X中也曾提到了，但该发明所实现的电路系统结构过于复杂、功耗太大，基本上是把普通电视接收的电路模块搬到了眼镜电视上，使眼镜电视的便携性、移动性、功耗大打折扣。本发明所实现的视频处理电路结构能支持模拟电视和移动数字电视接收。由于目前我国移动数字电视的覆盖面还不是很广，其市场需求还比较小，本发明在具体实施方案中以接收模拟电视信号实现模拟电视接收功能为例。

光学放大系统是由一片或多片光学镜片组成的。目前针对眼镜电视的光学系统已经有不少专利，主要为欧美、日本厂家所申请。其中有一种结构简单、放大效果比较理想的非自由曲面棱镜(也成为马蹄形棱镜)，该专利由日本公司所拥有，国内由于不具备该形状的加工制作设备而无法实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种支持移动电视接收功能的便携式大视场立体眼镜电视装置，本发明能够实现大屏幕立体显示，显示图像清晰。

本发明的技术方案是这样实现的：

电视接收芯片通过天线接受来自空中的无线电信号，输出的信号送到视频控制输出模块；视频解码芯片接收来自外部的CVBS信号，输出的信号送到视频控制输出模块；ADC模块接收外部的模拟RGB信号，输出的信号送到视频控制输出模块；外部的音频信号和来自电视接收芯片的音频信号，送到音频输出模块，音频输出模块与音频播放设备相连，视频控制输出模块输出的视频信号送到双目OLED微显示屏，来自OLED微显示屏的图光线通过光学放大系统进行放大，微处理器通过IIC总线与电视接收芯片、视频解码芯片、视频控制输出模块、双目OLED微显示屏连接。

视频控制输出模块由FPGA芯片构成，具有多路输入和两路输出的功能，多路输入同时支持ADC模块、视频解码芯片及电视信号接收模块的输入，两路输出把立体信号的左右眼画面分别送到左右微显示屏。

能支持多种分辨率的双目OLED微显示屏指QVGA、VGA、SVGA或XGA。

其光学放大系统由一个双胶合透镜和一个单透镜组成，透镜的材料由塑料构成。

视频解码芯片接收来自外部设备的CVBS信号是普通CVBS复合视频就能信号或者是立体CVBS信号。

微处理器由低功耗的单片机组成，该芯片通过运行IIC总线程序实现对各个芯片的初始化和控制。

电源及充电模块的外部电源为5V直流电源，采用了DC-DC和LDO的转换芯片。

本发明集成了电视接收芯片，可以实现移动电视接收同时通过视频控制输出模块，可以实现双目立体显示功能，能观看大视场，高清晰的影像视频，可以实现逼真的立体画面显示。本发明可直接观看电视节目，也可同DVD，PDA，MP4，计算机等直接相连，实现大视场立体显示。

附图说明

图1是整个系统结构图；

图2立体显示的换页扫描格式及同步指示信号；

图3是本发明采用的光学系统原理图；

图4是MCU电路图；

图5是视频解码器电路图；

图6是电视接收部分电路图；

图7是电源和充电电路；

图8是电压转换电路部分图；

图9是电压转换电路另一部分图；

图10是OLED微显示屏接口电路和PWM亮度调节电路。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1所示，包括模拟电视信号或数字电视信号接收模块U3、视频解码芯片U12、微处理器U8、视频控制输出模块U1、ADC模块U4、电源及充电模块U5、音频输出模块U7、双目OLED微显示屏U2、光学放大系统U3。对移动电视接收功能的支持是通过电视接收芯片U3通过天线接受来自空中的无线电信号，输出的数字视频信号送到视频控制输出模块U1，通过视频的切换控制后直接送到双目OLED微显示屏U2，电视接受模块U3输出的音频信号通过音频输出模块U6后送到音频播放设备(耳机，音箱等)，同时电视接收模块U3通过IIC总线接受微处理器U8的控制。通过更换模拟电视接收模块和简单的软件修改即可实现移动数字电视接收功能。计算机输出的模拟RGB信号和地址信号送到ADC模块U4，得到数字RGB信号，再送到送到视频控制输出模块U1，经过转换后的视频信号和地址信号一起送到OLED微显示屏。视频解码芯片U12接收来自外部设备的CVBS信号及立体CVBS信号，通过解码后送到视频控制输出模块U1，输出的视频信号直接送到OLED微显示屏，同时视频解码信号通过IIC总线接受微处理器U8的控制。

参照图2所示，由DVD机输出的立体显示信号或计算机显卡输出的立体信号输出左右图像，并输出一个可以指示左右眼图像的同步信号，如VGA输出接口的12引脚。眼镜电视装置的视频处理电路系统和驱动电路根据立体信号发出的同步信号，由视频控制输出模块U1将左右眼图像经处理后，分别送给左右显示模块，达到分离显示左右眼图像的目的。这样，从眼镜电视装置中看到的图像就会变成立体的图像。

图3是本发明的眼镜电视光学放大系统原理图。

图4-图10是实现模拟电视接收功能和支持普通CVBS信号接收功能的具体电路图，通过增加ADC模块U4和视频控制输出模块U1即可实现计算机的模拟RGB接收和立体显示功能。

参照图4所示，Y1是22.1184MHZ的晶振，C28和C29是20pF的电容，这些单元和MCU内部的振荡电路产生MCU工作所需的时钟，J2是MCU的程序下载接口，支持在线调试功能(ISP)，SW2是MCU的复位开关，SW3，SW4和SW5分别是亮度调节，对比度调节和图像翻转按键，SDATA和SCLK是IIC的数据和时钟线，R34和R35是其上拉电阻。

参照图5所示，CON1是CVBS连接接口，通过电感L8，电阻R67，R68，和电容C45-C48与解码芯片TVP5150的信号输入接口相连；Y2是14.31818MHZ的晶振，和电阻R69，电容C50，C51及解码器内部的振荡电路为解码器提供工作所需的时钟信号；D0-D7是8位串行YUV视频信号的输出接口，与OLED的视频输入口相连；MCLK是像素时钟，SDATA和SCLK是IIC的数据和时钟信号线，D7是LED指示灯，用来指示解码器的工作状态。

参照图6所示，E1是天线通过一个反接的二极管D2与地相连，C4、C5、C11、C12、C19、C20是电源的滤波电容；D0-D7是该模块的YUV视频信号输出端口，与OLED微显视屏的视频输入端口相连，MCLK是像素时钟，HSYNC和VSYNC分别是行场指示信号，这几种信号一起可以支持ITU-RBT.601/656两种视频标准；I2S_ASCK和I2S_AMCK分别是音频输出的两个声道；SDATA和SCLK是IIC总线的数据和时钟信号线；TV_RST是此模块的复位按键。

参照图7所示，MAX1736是充电管理芯片，POWER是外接电源接口，CELL是电池电源接口，POWER一方面为充电芯片供电，另一方面通VIN为电压转换芯片供电，CELL一方面与充电芯片输出端相连实现充电，另一方面通过一个MOS管Q2与VIN相连为电压转换芯片供电，当POWER端没有外接电源时，MOS管Q2是导通的，此时系统使用电池电源，当POWER端有外接电源时，MOS管Q2是断开的，切断了电池与VIN的连接，此时外接电源即为系统提供电源，又能同时为电池充电。

参照图8、图9所示，SW1是系统电源开关按键，通过两个或非门U4和U5及单片机发出的POWER_OFF信号实现了单键开关系统的功能；U10和U11是DC-DC电压转换芯片，为系统提供3.3V和2.5V的电压，这种电压转换芯片在电压变化比较大的情况下转换效率比较高，U9，U1，U2是LDO电压转换芯片，为系统提供1.8V，1.2V和2.8V的电压；L1-L4，L7是电感，PSU_ON是各个电压转换芯片的使能信号，为了实现节能。

参照图10所示，由两个完全相同的接口模块，为了实现MCU对每个OLED卫星显示屏的控制通过对其IIC地址选择信号拉高或拉低实现，左面接口模块的SA管脚通过电阻R40与2.5V电源相连，右面接口模块的SA管脚通过电阻R41与地相连；SDATA和SCLK是IIC控制总线的数据和时钟信号，D0-D7是八位串行YUV视频信号的输入接口，13管脚通过电阻R57、R58分别与2.5V电源和HSYNC相连，17管脚通过电阻R45、R46也分别与2.5V电源和VSYNC相连，当它们都与2.5V电源相连时，实现支持ITU-RBT.601的视频标准；当它们与HSYNC和VSYNC相连时，实现支持ITU-RBT.656的视频标准，右侧接口模块同理；L5、L9是10uH电感，D5、D8是快速开关二极管，C41、C52是33uF电容，R65、R71是47K电阻，Q3是NMOS管，Q5是PMOS管，它们和OLED微显示屏内部的电路一起组成了PWM控制电路，通过IIC总线对其内部寄存器值的读写即可实现亮度的多级控制功能，右侧模块同理。

本发明实现了一种移动电视接收功能与头戴式显示功能结合的大视场立体眼镜电视装置，该装置支持多种视频格式输入，包括CVBS复合视频信号、计算机VGA接口的模拟RGB信号等，主要由视频处理电路系统、光学放大系统及微显示屏组成。视频处理电路系统支持多种分辨率的微型显示屏，包括QVGA、VGA、SVGA、XGA。具体实施方案中以QVGA的OLED分辨率为例，该显示屏具有0.24英寸的可视面积，电压为2.5V，功耗为50mW。

本发明实现了一种支持移动电视接收功能的便携式大视场眼镜电视装置，该装置由视频处理电路、光学放大系统、两块OLED微显示屏组成，具备立体显示功能。视频处理电路具备接收无线模拟电视信号，通过接收芯片U3的调谐、解调和音视频解码输出数字信号，或通过视频解码器芯片U12对复合视频信号CVBS(便携式设备PDA、手机、MP4等输出)解码后输出数字信号，这两路数字信号通过视频控制输出模块U1后直接输出到OLED微显示屏的信号输入端，对于立体的CVBS信号，通过视频切换与控制芯片的处理，将左右眼的立体视频分别送到左右两个OLED微显示屏，人眼即可看到立体图像，计算机输出的模拟RGB信号和地址信号送到ADC模块U4，得到数字RGB信号，再送到送到视频控制输出模块U1，经过转换后的视频信号和地址信号一起送到OLED微显示屏。

所有芯片的初始化及控制由微处理器U8通过IIC总线实现，OLED微显示屏上发出的图像光线经光学放大系统的放大后投射到人眼，人眼就能看到一个虚拟放大后的电视图像。

本发明所述的眼镜电视中，微显示屏由两块相同的OLED微显示屏组成，支持QVGA、VGA分辨率，配合两个相同的光学放大棱镜组，构成眼镜电视的显示部分，供双目观看。所述的两个微显示屏内部集成了驱动模块和SCALER缩放功能，支持ITU-R BT.601/656标准的输入信号和串行RGB输入，具有图像翻转功能，帧刷新频率50-120赫兹，且支持PWM亮度调节，通过外围电路可以实现多级亮度调节，两个微显示屏通过柔性连接线连接到电路板上，视频处理电路中的微处理器MCU U8通过IIC总线对微显示屏进行控制。模拟电视接收芯片U3支持NTSC和PAL双制式(48-800MHZ)，支持FM收音机(76-108MHZ)，在8*8mm的芯片上集成了RF调谐器、解调器、视频解码器和音视频处理模块，支持ITU-R BT.601/656标准的输出信号，同时可以通过视频缩放模块得到其他分辨率的输出信号，微处理器MCUU8通过IIC总线控制该芯片。本发明中对各种具有CVBS信号输出设备的支持是通过视频解码器芯片U12实现的，该解码器支持ITU-R BT.601/656标准的输出信号，具有对比度调节功能，由微处理MCU U8通过IIC总线控制该芯片。本发明中对整个系统的控制是通过价格低廉的微处理MCU U8模拟IIC总线协议实现的，该MCU U8具有ISP功能。本发明中眼镜电视的电源及充电模块U5是由锂离子电池、电压转换电路和充电电路组成，电源输入电压为5V，支持USB电源输入和USB接口充电，电压转换芯片使用LDO和DC-DC两种芯片，锂离子电池为手机上最常用的锂电池。光学放大棱镜组由一个双胶合透镜和一个但透镜组成，出瞳距离为25mm，出瞳直径为10mm，能在人眼产生2米远处40英寸大屏幕的效果，并且没有明显的场曲和畸变，满足眼镜电视对光学系统的要求。

本发明所述的眼镜电视中立体显示的实现方式是采用换页扫描格式，即将左右图像交替地送到眼镜电视装置实现立体显示功能。由DVD机输出的立体显示信号或计算机显卡输出的立体信号输出左右图像，并输出一个可以指示左右眼图像的同步信号，如VGA输出接口的12引脚。眼镜电视装置的视频处理电路系统和驱动电路根据立体信号发出的同步信号，由视频控制输出模块U1将左右眼图像经处理后，分别送给左右显示模块，达到分离显示左右眼图像的目的。这样，从眼镜电视装置中看到的图像就会变成立体的图像。控制视频输出模块U1具有多路输入和两路输出的功能，多路输入可以同时支持ADC模块U4、视频解码芯片U12及电视信号接收模块U3的输入，两路输出可以把立体信号的左右眼画面分别送到左右微显示屏，对于不支持信号有效功能的OLED屏同样能实现立体显示功能，同时U3具备信号有效(根据地址信号产正，)输出，对于支持信号有效功能的OLED微显示屏，可用一路输出同时送到左右两个微显示屏，通过信号有效控制两个微显示屏的开关，使左右微显示屏只播放各自的换面，实现立体显示。

Claims (6)

1、一种支持移动电视接收功能的立体眼镜电视装置，包括电视接收芯片(U3)，其特征在于，电视接收芯片(U3)通过天线接受来自空中的无线电信号，输出的信号送到视频控制输出模块(U1)；视频解码芯片(U12)接收来自外部的CVBS信号，输出的信号送到视频控制输出模块(U1)；ADC模块(U4)接收外部的模拟RGB信号，输出的信号送到视频控制输出模块(U1)；外部的音频信号和来自电视接收芯片(U3)的音频信号，送到音频输出模块(U7)，音频输出模块(U7)与音频播放设备相连，视频控制输出模块(U1)输出的视频信号送到双目OLED微显示屏(U2)，来自OLED微显示屏(U2)的图光线通过光学放大系统(U6)进行放大，微处理器(U8)通过IIC总线与电视接收芯片(U3)、视频解码芯片(U12)、视频控制输出模块(U1)、双目OLED微显示屏(U2)连接。

2、根据权利要求1所述的眼镜电视装置，其特征在于，视频控制输出模块(U1)由FPGA芯片构成，具有多路输入和两路输出的功能，多路输入同时支持ADC模块(U4)、视频解码芯片(U12)及电视信号接收模块(U3)的输入，两路输出把立体信号的左右眼画面分别送到左右微显示屏。

3、根据权利要求1所述的眼镜电视装置，其特征在于，能支持多种分辨率的双目OLED微显示屏(U2)指QVGA、VGA、SVGA或XGA。

4、根据权利要求1所述的眼镜电视装置，其特征在于，其光学放大系统(U6)由一个双胶合透镜和一个单透镜组成，透镜的材料由塑料构成。

5、根据权利要求1所述的眼镜电视装置，其特征在于，视频解码芯片(U12)接收来自外部设备的CVBS信号是普通CVBS复合视频就能信号或者是立体CVBS信号。

6、根据权利要求1所述的眼镜电视装置，其特征在于，微处理器(U8)由低功耗的单片机组成，该芯片通过运行IIC总线程序实现对各个芯片的初始化和控制。

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