CN105511095A - 头戴式立体显示设备 - Google Patents

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CN105511095A CN201610015658.9A CN201610015658A CN105511095A CN 105511095 A CN105511095 A CN 105511095A CN 201610015658 A CN201610015658 A CN 201610015658A CN 105511095 A CN105511095 A CN 105511095A
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Abstract

本发明提供一种头戴式立体显示设备。所述头戴式立体显示设备包括显示器和引导所述显示器发出的光束的导光系统，所述显示器包括的一显示屏，所述显示屏包括用于输出第一子画面的第一子显示屏和用于输出第二子画面的第二子显示屏，所述导光系统包括相对于所述第一子显示屏设置的第一引导模块和相对于所述第二子显示屏设置的第二引导模块，所述第一引导模块独立引导所述第一子画面至所述头戴式立体显示设备的右眼观察处，所述第二引导模块独立引导所述第二子画面至所述头戴式立体显示设备的左眼观察处。本发明提供的头戴式立体显示设备能够避免影像的3D串扰现象，提高用户的立体体验效果，且使用户接收到的立体画面具有正常的尺寸比例。

Description

头戴式立体显示设备
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，具体地，涉及一种头戴式立体显示设备。
背景技术
头戴式显示器是现代显示技术中的一种全新技术，在增强显示、虚拟现实和立体显示等方面有非常重要的应用。而且，在头戴式显示器中引入立体显示功能可以为用户的立体观影、玩游戏等提供全新的沉浸式的视觉体验。
早期的头戴式显示器(3DHMD)通常采用两个显示屏来分别播放左眼和右眼的画面，从而实现立体显示的功能。但是，这种方案由于使用两个显示屏分别播放左眼和右眼的画面，因此其成本比较高。作为进一步地改进，有人提出了使用一个显示屏的头戴式显示器，其通过所述显示屏的左半屏和右半屏分别播放左画面和右画面从而实现立体显示功能。虽然，使用一个显示屏的头戴式显示器可以很好地降低成本，但是，却会造成影像的长宽比异常，影响用户的视觉体验。
为了解决使用一个显示屏的头戴式显示器输出影像长宽比异常的技术问题，专利号为201320630596.4的中国专利公开了一种头戴式显示器，具体结构如图1所示。所述头戴式显示器通过显示器1前的光学压缩镜片2将所述显示器1左半屏输出的左画面和所述显示器右半屏输出的右画面分别纵向压缩，使单眼看到的画面接近正常比例，从而使所述头戴式显示器解决所述左半屏和所述右半屏的立体画面的尺寸比例兼容问题，进而解决影像长宽比异常的问题。
然而，图1所示的头戴式显示器依然存在如下技术问题：在人眼接收所述显示器1提供的画面时，所述显示器1左半屏的画面内容会进入右眼中，所述显示器1右半屏的画面内容会进入左眼中，从而造成明显的3D串扰现象，不利于用户的立体视觉体验。
因此，有必要提出一种不仅可以输出具有正常长宽比影像，还可以避免3D串扰的头戴式立体显示装置。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提出一种不仅可以输出具有正常长宽比影像，还可以避免3D串扰的头戴式立体显示装置。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种头戴式立体显示设备，包括显示器和引导所述显示器发出的光束的导光系统，所述显示器输出左右格式的片源画面，并包括一显示屏，所述显示屏包括用于输出第一子画面的第一子显示屏和用于输出第二子画面的第二子显示屏，所述导光系统包括相对于所述第一子显示屏设置的第一引导模块和相对于所述第二子显示屏设置的第二引导模块，所述第一引导模块独立引导所述第一子画面至所述头戴式立体显示设备的右眼观察处，所述第二引导模块独立引导所述第二子画面至所述头戴式立体显示设备的左眼观察处。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述显示屏被其中心线划分为并列设置的所述第一子显示屏和所述第二子显示屏，且所述第一子显示屏和所述第二子显示屏的尺寸相同。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述显示屏输出所述片源的完整画面，且所述第二子画面和所述第一子画面组合构成所述完整画面。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述第一引导模块包括依次引导所述第一子画面的第一反射镜、第二反射镜和第一透镜；所述第二引导模块包括依次引导所述第二子画面的第三反射镜、第四反射镜和第二透镜。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述第一反射镜与所述第一子显示屏呈45°夹角设置，所述第三反射镜与所述第二子显示屏呈45°夹角设置。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述第一反射镜和所述第三反射镜之间垂直设置。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜均是平凸透镜，所述平凸透镜包括相对设置的曲面和平面，其中所述曲面沿平行于所述平面的方向延伸，并朝远离所述平面的方向凸出。
一种头戴式立体显示设备，包括显示器和引导所述显示器发出的光束的导光系统，所述显示器输出左右格式的片源画面，并包括用于输出第一子画面的第一显示屏和用于输出第二子画面的第二显示屏，所述导光系统包括相对于所述第一显示屏设置的第一引导模块和相对于所述第二显示屏设置的第二引导模块，所述第一引导模块独立引导所述第一子画面至所述头戴式立体显示设备的右眼观察处，所述第二引导模块独立引导所述第二子画面至所述头戴式立体显示设备的左眼观察处。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述第一子画面和所述第二子画面的尺寸相同，且二者的尺寸比例与所述片源画面的尺寸比例相同。
在本发明提供的头戴式立体显示设备一较佳实施例中，所述第一引导模块包括依次引导所述第一子画面的第一反射镜和第二反射镜；所述第二引导模块包括依次引导所述第二子画面的第三反射镜和第四反射镜。
本发明提供的头戴式立体显示设备中，所述显示器可以分别输出第一子画面和第二子画面，且通过所述第一引导模块和所述第二引导模块分别独立地引导所述第一子画面和所述第二子画面，从而避免影像的3D串扰现象，提高用户的立体体验效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是一种现有技术的头戴式显示器的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的头戴式立体显示设备的平面结构示意图；
图3是图2所示头戴式立体显示设备中显示屏、第一反射镜和第三反射镜的平面组装示意图；
图4是图2所示头戴式立体显示设备中第一透镜和第二透镜所使用的平凸透镜的结构示意图；
图5是图2所示头戴式立体显示设备的第一引导模块的平面示意图；
图6是本发明实施例二提供的头戴式立体显示设备的平面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请同时参阅图2和图3，本发明实施例一提供的头戴式立体显示设备100包括显示器10和引导所述显示器10发出的光束的导光系统20。其中，所述显示器10输出左右格式的片源画面，所述导光系统20将所述显示器10提供的画面分别引导至所述头戴式立体显示设备100的左眼观察处和右眼观察处，其中在使用者佩戴所述头戴式立体显示设备100之后，所述左眼观察处和所述右眼观察处分别位于使用者的左眼和右眼所在位置。
所述显示器10包括一显示屏11。所述显示屏11被其中心线划分为并列设置的第一子显示屏111和第二子显示屏113。在本实施例中，所述第一子显示屏111和所述第二子显示屏113尺寸相同。其中，所述显示屏11输出所述片源的完整画面，而所述第一子显示屏111输出所述片源的第一子画面，所述第二子显示屏113输出所述片源的第二子画面。在本实施例中，所述第二子画面和所述第一子画面组合构成所述片源的完整画面。
所述导光系统20包括相对于所述第一子显示屏111设置的第一引导模块21和相对于所述第二子显示屏113设置的第二引导模块23，而且所述第一引导模块21和所述第二引导模块23之间相互独立设置。具体地，所述第一引导模块21引导所述第一子显示屏111输出的第一子画面至所述头戴式立体显示设备100的右眼观察处，所述第二引导模块23引导所述第二子显示屏113输出的第二子画面至所述头戴式立体显示设备100的左眼观察处。
所述第一引导模块21包括依次引导所述第一子画面的第一反射镜211、第二反射镜213和第一透镜215。具体地，所述第一反射镜211设于所述第一子显示屏111的出光侧，且与所述第一子显示屏111呈设定夹角设置；所述第二反射镜213与所述第一反射镜211的反射面相向平行设置，所述第一透镜215设于所述显示屏11所在平面和所述头戴式立体显示设备100的眼睛观察处所在平面之间。优选地，所述第一反射镜211与所述第一子显示屏111呈45°夹角设置，且所述第一反射镜211和所述第二反射镜213均是平面镜。
在所述第一引导模块21中，首先，所述第一反射镜211将所述第一子显示屏111输出的第一子画面反射至所述第二反射镜213的表面，然后，所述第二反射镜213再将所述第一子画面反射至所述第一透镜215，最后，所述第一透镜215将所述第一子画面汇聚至所述头戴式立体显示设备100的右眼观察处；由此完成所述第一引导模块21对所述第一子显示屏111输出的第一子画面的引导。
所述第二引导模块23包括依次引导所述第二子画面的第三反射镜231、第四反射镜233和第二透镜235。具体地，所述第三反射镜231设于所述第二子显示屏113的出光侧，且与所述第二子显示屏113呈设定夹角设置；所述第四反射镜233与所述第三反射镜231的反射面相向平行设置，所述第二透镜235设于所述显示屏11所在平面和所述头戴式立体显示设备100的眼睛观察处所在平面之间。优选地，所述第三反射镜231与所述第二子显示屏113呈45°夹角设置，且所述第三反射镜231和所述第四反射镜233均是平面镜。
在所述第二引导模块23中，首先，所述第三反射镜231将所述第二子显示屏113输出的第二子画面反射至所述第四反射镜233的表面，然后，所述第四反射镜233再将所述第二子画面反射至所述第二透镜235，最后，所述第二透镜235将所述第二子画面汇聚至所述头戴式立体显示设备100的左眼观察处；由此完成所述第二引导模块23对所述第二子显示屏113输出的第二子画面的引导。
在本实施例中，所述导光系统20的第一引导模块21和第二引导模块23相对于所述显示屏11的中心线镜面对称设置。由于所述第一引导模块21独立地引导所述第一子画面至所述右眼观察处，所述第二引导模块23独立地引导所述第二子画面至所述左眼观察处，因此，所述头戴式立体显示设备100可以避免影像的3D串扰现象，提高用户的立体体验效果。
而且，所述第一反射镜211和所述第三反射镜231之间呈直角相接设置，且二者的相接侧边分别与所述显示屏11的中心线紧贴设置。在本实施例中，所述第一反射镜211和所述第三反射镜231的直角相接设置可以保证所述第一子画面和所述第二子画面分别经过所述第一引导模块21和所述第二引导模块23的多次反射和放大后在人眼内可以完全重合在一起，从而使用户获得完整3D图像。
请参阅图4，优选地，所述第一透镜215和所述第二透镜235均可以采用如图4所示的平凸透镜200。所述平凸透镜200包括相对设置的曲面201和平面203，其中，所述平面203是均匀的透光平面。而且，以图4所示的相互垂直的x轴、y轴和z轴作为参考坐标，所述平面203位于x轴和y轴定义的平面，而所述曲面201沿y轴方向设置，并沿x轴方向直线延伸，且向z轴方向凸出；即所述曲面201沿平行于所述平面203的方向延伸，并朝远离所述平面203的方向凸出。如果具有设定尺寸的光从所述平面203垂直进入所述平凸透镜200后，则所述光束在所述x轴方向的尺寸不会变化，而沿所述y轴方向的尺寸会被压缩。优选地，所述平凸透镜200可以将所述光束沿所述y轴方向的尺寸压缩一半。
请再结合参阅图2，在本实施例中，所述x轴方向垂直于所述显示屏11中心线的方向，所述y轴方向平行于所述显示屏11中心线的方向，所述Z轴方向垂直于所述显示屏11所在平面。在所述导光系统20中，所述第一透镜215的平面203和所述第二透镜235的平面203均与所述显示屏11平行设置，所述第一透镜215的曲面201和所述第二透镜235的曲面201均沿平行于所述显示屏11中心线的方向设置，并沿垂直于所述显示屏11中心线方向直线延伸，且朝向远离所述显示屏11方向凸起。
其中，如果设定所述显示屏11的长宽尺寸比为m/n，则所述第一子显示屏111和所述第二子显示屏113的长宽尺寸比均为(m/2)/n。如果设定垂直于所述显示屏11中心线的方向(即，所述X轴方向)为所述完整画面的横向方向，平行于所述显示屏11中心线的方向(即，所述Y轴方向)为所述完整画面的纵向方向，则所述第一子显示屏111输出的第一子画面和所述第二子显示屏113输出的第二子画面相对于所述显示屏11输出的完整画面，在纵向方向上尺寸相同，而在横向方向上尺寸减半。在本实施例中，所述完整画面的尺寸比例与所述片源画面的尺寸相同，都是常规的视频播放比例，例如4:3、16:9或16:10。
而且，在本实施例中，经过所述第一引导模块21的第一透镜215汇聚后，所述第一子画面的纵向尺寸被所述第一透镜215压缩减半，而保持横向尺寸不变。如此，在进入所述右眼观察处之前，所述第一子画面的尺寸比例与所述完整画面相一致。
相对应地，经过所述第二引导模块23的第二透镜235汇聚后，所述第二子画面的纵向尺寸被所述第二透镜235压缩减半，而保持横向尺寸不变。如此，在进入所述左眼观察处之前，所述第二子画面的尺寸比例与所述完整画面相一致。
接下来以所述第一引导模块21的工作原理为例，对所述导光系统20的工作原理进行详细描述。
请参阅图5，是图2所示头戴式立体显示设备中第一引导模块的平面结构示意图。在所述第一引导模块21中，由于所述第一反射镜211与所述第一子显示屏111呈45°夹角设置，则所述第一子显示屏111输出的第一子画面相对于所述第一反射镜211的第一虚像301垂直于所述显示屏11；由于所述第二反射镜213与所述第一反射镜211的反射面相向平行设置，且与所述第一子显示屏111呈45°夹角设置，则所述第一虚像301相对于所述第二反射镜213的第二虚像302平行于所述显示屏11；由于所述第一透镜215是平凸透镜200，且所述平凸透镜200的平面203与所述显示屏11平行设置，所述平凸透镜200的曲面201沿平行于所述显示屏11中心线的方向设置，并沿垂直于所述显示屏11中心线方向直线延伸，且朝向远离所述显示屏11方向凸起，则所述第二虚像302可以被所述第一透镜215压缩纵向尺寸，而保持横向尺寸不变。
在本实施例中，所述第一透镜215将所述第一子画面的第二虚像302的纵向尺寸缩小二分之一，并且保持横向尺寸不变；因此，所述第二虚像302经过所述第一透镜215的尺寸压缩后，用户右眼所接收到的第一子画面的尺寸比例与所述完整画面的尺寸比例相同。
具体地，如果设定所述头戴式立体显示设备100的眼睛观察处与所述显示屏11之间的距离为第一间距h，所述眼睛观察处与所述第一透镜215之间的距离为第二间距l，则所述第二反射镜213的位置可以由所述第一间距h和所述第二间距l确定。在本实施例中，为了将所述头戴式立体显示设备100设计的更小巧和实用，优选地，所述第二间距l小于所述第二间距h，且所述第一间距h不大于15cm。
进一步地，如果设定所述第一透镜215的焦距为f，则所述第二间距l等于1.5f，且所述第二虚像302刚好位于所述第一透镜215的三倍焦距上。此外，由于所述透镜215位于所述显示屏11和所述人眼观察处之间，如此便可以保证所述第一子画面的第二虚像302的纵向尺寸被所述透镜215压缩一半后，所述第二虚像302刚好被投射至所述头戴式立体显示设备100的左眼观察处。
在本实施例中，由于所述第二引导模块23与所述第一引导模块21相对于所述显示屏11的中心线镜面对称设置，因此所述第二引导模块23的工作原理与所述第二引导模块21的工作原理基本相同，在此不作赘述。
实施例二
请参阅图6，本发明实施例二提供的头戴式立体显示设备300包括显示器310和引导所述显示器310发出的光束的导光系统320。
在所述头戴式立体显示设备300中，所述显示器310输出左右格式的片源画面，并包括用于输出所述第一子画面的第一显示屏311和用于输出所述第二子画面的第二显示屏313。所述第一显示屏311和所述第二显示屏313相接设置，且相对于二者之间的连接线对称设置。其中，所述第一子画面和所述第二子画面的尺寸相同，且二者的尺寸比例与所述片源画面的尺寸比例相同，且都是常规的视频播放比例，例如4:3、16:9或16:10。
所述导光系统320包括相对于所述第一显示屏311设置的第一引导模块321和相对于所述第二显示屏313设置的第二引导模块323，而且所述第一引导模块321和所述第二引导模块323之间相互独立设置。具体地，所述第一引导模块321引导所述第一显示屏311输出的第一子画面至所述头戴式立体显示设备300的右眼观察处，所述第二引导模块323引导所述第二显示屏313输出的第二子画面至所述头戴式立体显示设备300的左眼观察处。
所述第一引导模块321包括依次引导所述第一子画面的第一反射镜3211和第二反射镜3213。具体地，所述第一反射镜3211设于所述第一显示屏311的出光侧，且与所述第一显示屏311呈设定夹角设置；所述第二反射镜3213与所述第一份反射镜3211的反射面相向平行设置。优选地，所述第一反射镜3211与所述第一显示屏311呈45°夹角设置，且所述第一反射镜3211和所述第二反射镜3213均是平面镜。
所述第二引导模块323包括依次引导所述第二子画面的第三反射镜3231和第四反射镜3233。具体地，所述第三反射镜3231设于所述第二显示屏313的出光侧，且与所述第二显示屏313呈设定夹角设置；所述第四反射镜3233与所述第三反射镜3231的反射面相向平行设置。优选地，所述第三反射镜3231与所述第二显示屏313呈45°夹角设置，且所述第三反射镜3231和所述第四反射镜3233均是平面镜。
在本实施例中，所述导光系统320的第一引导模块321和第二引导模块323相对于所述显示器310的中心线镜面对称设置。由于所述第一引导模块321独立地引导所述第一子画面至所述右眼观察处，所述第二引导模块323独立地引导所述第二子画面至所述左眼观察处。
而且，所述第一反射镜3211和所述第三反射镜3231之间呈直角相接设置。在本实施例中，所述第一反射镜3211和所述第三反射镜3231的直角相接设置可以保证所述第一子画面和所述第二子画面分别经过所述第一引导模块321和所述第二引导模块323的多次反射后在人眼内可以完全重合在一起，从而使用户获得完整3D图像。
相较于现有技术，本发明提供的头戴式立体显示设备中，所述显示器可以分别输出第一子画面和第二子画面，且通过所述第一引导模块和所述第二引导模块分别独立地引导所述第一子画面和所述第二子画面，从而避免影像的3D串扰现象，提高用户的立体体验效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种头戴式立体显示设备，其特征在于，包括显示器和引导所述显示器发出的光束的导光系统，所述显示器输出左右格式的片源画面，并包括一显示屏，所述显示屏包括用于输出第一子画面的第一子显示屏和用于输出第二子画面的第二子显示屏，所述导光系统包括相对于所述第一子显示屏设置的第一引导模块和相对于所述第二子显示屏设置的第二引导模块，所述第一引导模块独立引导所述第一子画面至所述头戴式立体显示设备的右眼观察处，所述第二引导模块独立引导所述第二子画面至所述头戴式立体显示设备的左眼观察处。
2.根据权利要求1所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述显示屏被其中心线划分为并列设置的所述第一子显示屏和所述第二子显示屏，且所述第一子显示屏和所述第二子显示屏的尺寸相同。
3.根据权利要求2所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述显示屏输出所述片源的完整画面，且所述第一子画面和所述第二子画面组合构成所述完整画面。
4.根据权利要求1所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述第一引导模块包括依次引导所述第一子画面的第一反射镜、第二反射镜和第一透镜；所述第二引导模块包括依次引导所述第二子画面的第三反射镜、第四反射镜和第二透镜。
5.根据权利要求4所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述第一反射镜与所述第一子显示屏呈45°夹角设置，所述第三反射镜与所述第二子显示屏呈45°夹角设置。
6.根据权利要求5所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述第一反射镜和所述第三反射镜之间垂直设置。
7.根据权利要求4所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜均是平凸透镜，所述平凸透镜包括相对设置的曲面和平面，其中所述曲面沿平行于所述平面的方向延伸，并朝远离所述平面的方向凸出。
8.一种头戴式立体显示设备，其特征在于，包括显示器和引导所述显示器发出的光束的导光系统，所述显示器输出左右格式的片源画面，并包括用于输出第一子画面的第一显示屏和用于输出第二子画面的第二显示屏，所述导光系统包括相对于所述第一显示屏设置的第一引导模块和相对于所述第二显示屏设置的第二引导模块，所述第一引导模块独立引导所述第一子画面至所述头戴式立体显示设备的右眼观察处，所述第二引导模块独立引导所述第二子画面至所述头戴式立体显示设备的左眼观察处。
9.根据权利要求8所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述第一子画面和所述第二子画面的尺寸相同，且二者的尺寸比例与所述片源画面的尺寸比例相同。
10.根据权利要求9所述的头戴式立体显示设备，其特征在于，所述第一引导模块包括依次引导所述第一子画面的第一反射镜和第二反射镜；所述第二引导模块包括依次引导所述第二子画面的第三反射镜和第四反射镜。
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