CN102122072A - 头戴式微投影立体视觉显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种头戴式微投影立体视觉显示器，属于虚拟现实领域，包括支撑单元，图像显示单元以及光学系统单元三个部分。本发明通过微投影器四投影双屏幕拼接技术，增大了视场角，提高了图像质量，使得显示屏分辨率高达1600×800。通过微投影器及用户眼前的光学系统中添加的不同偏振方向的起偏和检偏设备，实现了立体图景显示的功能；通过光学系统中添加的透镜组实现了缓解用户使用疲劳的功能，有很大的市场潜力。

Description

头戴式微投影立体视觉显示器
技术领域
本发明涉及一种头戴式微投影立体视觉显示器，尤其是一种采用光学结构的头戴式微投影立体视觉显示器，属于虚拟现实领域。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
头戴式显示器(HMD)又称近眼式显示器，由德国弗劳恩霍弗光学微系统研究所研制，是一种被广泛应用于各个领域的便携式高沉浸感立体图像显示设备。它形如眼镜，却通过感应人们眼部活动，接受指令，呈现图像。所有玄机就在显示器内部的芯片上，让你直接在眼镜上读取各种数据。
随着3D显示技术的蓬勃发展，拥有立体视觉功能的头戴式显示器已经被广泛的应用和普及。传统的观看方式已经不能满足用户对于分辨率、视场角以及便携性等诸多方面的要求。多功能的小型化电子显示设备虽然能为用户带来方便，但“便携式”“小型化”同时也限制了显示屏的尺寸，而较小的显示屏又容易造成用户的眼部疲劳。因此，如何令单一设备兼具“小型化”与“大显示”的特性，便成为亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，设计出一种兼具“小型化”与“大显示”的特性的头戴式微投影立体视觉显示器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
头戴式微投影立体视觉显示器包括支撑单元，图像显示单元以及光学系统单元三个部分，其特征在于，所述支撑单元包括位于佩戴者头顶的支架1以及位于佩戴者头部四周的支架2；所述图像显示单元包括4个微投影器以及金属幕两部分，4个微投影器中有2个位于头戴式微投影立体视觉显示器的左侧，2个位于头戴式微投影立体视觉显示器的右侧；所述光学系统单元包括4个起偏器，2个检偏器以及2个透镜，所述4个起偏器共分两组，分别位于两组微投影器前方，且每组中的2个起偏器偏振方向相互垂直，所述2个检偏器位于2个透镜与金属幕之间，且2个检偏器的偏振方向相互垂直，所述2个透镜分别位于2个检偏器与佩戴者的双眼之间。
所述支撑单元还包括一个位于支架1与支架2交汇处的紧固螺栓，用于支架的固定以及头盔大小的调节。
所述金属幕是由两块分辨率为600×800的金属幕拼接而成，两块金属幕之间没有缝隙。
所述支撑系统外侧还包括一个用不透光材料制成的外壳。
所述外壳上还带有遮光密封套。
所述图像显示单元采用数据线连接至具有播放功能的电子装置，获取待显示的信息。
所述图像显示单元采用电池或连接至外部电子装置的电源线进行供电。
对比现有技术，本发明所述头戴式微投影立体视觉显示器的有益效果体现在：
1、本发明采用微投影器产生显示图像以提高图像质量，增加显示屏分辨率。
2、本发明采用四投影双屏幕拼接的显示方式将视场角扩大为传统方法的两倍，同时实现1600×800的高分辨率。
3、通过微投影器及用户眼前的光学系统中添加的不同偏振方向的起偏和检偏设备，实现了立体图景显示的功能；通过光学系统中添加的透镜组实现了缓解用户使用疲劳的功能。
附图说明
图1是本发明的头戴式显示器内部结构示意图
图2是本发明的头戴式显示器外形结构示意图
图3是本发明的头戴式显示器外部通讯结构示意图
图中各标号表示：
1、用户  2、用户的右眼  3、用户的左眼  4、微投影器  5、微投影器  6、微投影器  7、微投影器  8、偏振方向水平起偏器  9、偏振方向竖直起偏器  10、偏振方向竖直起偏器  11、偏振方向水平起偏器  12、偏振方向水平检偏器  13、偏振方向竖直检偏器  14、透镜  15、透镜  16、金属幕  17、支架1  18、支架2  19、紧固螺栓  20、信号电源连接线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参考图1及图2所示，头戴式微投影立体视觉显示器，包括支撑单元，图像显示单元以及光学系统单元三个部分。
所述支撑单元包括位于佩戴者头顶的支架1以及位于佩戴者头部四周的支架2。支架1与支架2交汇处还有一个紧固螺栓，用于支架的固定以及头盔大小的调节。支架可以采用类似头部按摩仪的结构，在传统眼部按摩器的位置放置有由透镜及检偏器组成的光学系统，正对用户的眼睛。使用者佩戴时先松开紧固螺栓，将支架套在头上然后拧紧紧固螺栓以固定支架。
如图1所示，所述图像显示单元包括4个微投影器以及金属幕两部分，4个微投影器中有2个位于佩戴者头部的左侧，2个位于佩戴者头部的右侧；每组微投影器前均放置两个偏振方向垂直的起偏器。投射右眼图像信息的微投影器位于远离佩戴者头部的一侧，偏振方向水平。投射左眼图像信息的微投影器位于靠近佩戴者头部的一侧，偏振方向竖直。金属幕分为左右两部分，分别承接左右两组微投影器投射的图像，其光路设计如图1所示。两块金属幕通过拼接的方式，使显示系统分辨率高达1600×800，视场角较传统方式增加了一倍。
所述光学系统单元包括4个起偏器，2个检偏器以及2个透镜。偏振方向水平起偏器及偏振方向竖直起偏器分别放置于两组微投影器前。所述2个检偏器的偏振方向相互垂直，用于检测不同投影仪投射出的图像，实现立体视觉功能。所述透镜组实现增加物距的效果，减少了用户长时间近距离观察所带来的疲劳和不适，解决了便携式的小型化和屏幕尺寸不能过大之间的矛盾
考虑到便携式的需要，本发明的头戴式装置自身不携带电源，采用数据线连接至具有播放功能的电子装置，获取待显示的信息。如果允许该头戴式显示装置具有稍大的体积，也可以设置电池仓，由电池为头戴式显示装置供电。
本发明的优点在于引入微投影器及双屏幕拼接技术，使得系统在保证两倍于传统显示方式的大视场角的前提下，实现了立体视觉的功能，整体设计简洁、成本低、质量轻、市场应用前景广。
在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种头戴式微投影立体视觉显示器，包括支撑单元，图像显示单元以及光学系统单元三个部分，其特征在于，所述支撑单元包括位于佩戴者头顶的支架1(17)以及位于佩戴者头部四周的支架2(18)；所述图像显示单元包括4个微投影器(4，5，6，7)以及金属幕(16)两部分，4个微投影器中有2个位于佩戴者头部的左侧，2个位于佩戴者头部的右侧；所述光学系统单元包括4个起偏器(8，9，10，11)，2个检偏器(12，13)以及2个透镜(14，15)，所述4个起偏器共分两组，分别位于两组微投影器前方，且每组中的2个起偏器偏振方向相互垂直，所述2个检偏器位于2个透镜与金属幕之间，且2个检偏器的偏振方向相互垂直，所述2个透镜分别位于2个检偏器与佩戴者的双眼之间。
2.如权利要求1所述的头戴式微投影立体视觉显示器，其特征在于，所述支撑单元还包括一个位于支架1与支架2交汇处的紧固螺栓(19)，用于支架的固定以及头盔大小的调节。
3.如权利要求1所述的头戴式微投影立体视觉显示器，其特征在于，所述金属幕是由两块分辨率为600×800的金属幕拼接而成，两块金属幕之间没有缝隙。
4.如权利要求1所述的头戴式微投影立体视觉显示器，其特征在于，所述支撑系统外侧还包括一个用不透光材料制成的外壳。
5.如权利要求4所述的头戴式微投影立体视觉显示器，其特征在于，所述外壳上还带有遮光密封套。
6.如权利要求1所述的头戴式微投影立体视觉显示器，其特征在于，所述图像显示单元采用数据线(20)连接至具有播放功能的电子装置，获取待显示的信息。
7.如权利要求1所述的头戴式微投影立体视觉显示器，其特征在于，所述图像显示单元采用电池或连接至外部电子装置的电源线进行供电。
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