CN106444058B - 虚拟现实显示头戴设备及光学组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种虚拟现实显示头戴设备和光学组件，该虚拟现实显示头戴设备包括显示屏、棱镜光栅和透镜；所述棱镜光栅、所述透镜依次设置于所述显示屏的显示面一侧；其中，所述显示屏包括多个像素，所述多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列；所述棱镜光栅改变所述显示屏上的相邻的显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过所述透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过所述透镜后进入右眼。通过上述方式，本发明能够实现宽视角的3D显示，可以给用户带来更好的沉浸感和更加舒服的体验。

Description

虚拟现实显示头戴设备及光学组件
技术领域
本发明涉及虚拟现实3D领域，特别是涉及一种虚拟现实显示头戴设备及光学组件。
背景技术
目前常用的虚拟现实显示头戴设备的实现原理是，首先将显示屏幕分成左右两个显示区域分别显示，再通过透镜的聚焦，使得眼睛可以在更近的距离看到清晰地图像。如果左右两个视图是一致的，那么看到的效果将是一个平面图形，如果左右两个图形有视差，那么就可以看到类似3D的显示效果。
由于虚拟现实显示头戴设备中所采用的透镜一般都是圆形的，因此用户看到的都是一个具有一定视角的圆形区域。不过在现实世界中，由于左右眼视角的叠加，用户所看到的区域一般都是类似于长方形或者椭圆形的，也就是左右的视角大于上下的视角。因此，目前的虚拟现实显示头戴设备的实现方法没法达到很好的沉浸感。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种虚拟现实显示头戴设备及光学组件，能够实现宽视角的3D显示，给用户带来更好的沉浸感和更加舒服的体验。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种虚拟现实显示头戴设备，包括显示屏、棱镜光栅和透镜；所述棱镜光栅、所述透镜依次设置于所述显示屏的显示面一侧；其中，所述显示屏包括多个像素，所述多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列；所述棱镜光栅改变所述显示屏上的相邻的显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过所述透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过所述透镜后进入右眼；所述透镜在垂直于光轴上的水平方向尺寸大于上下方向尺寸，所述透镜数量为二，分别对应左眼和右眼，每个所述透镜非左右对称、且上下对称，每个所述透镜设置有透镜调节机构，用于调节所述透镜的偏转角度和/位置，所述透镜在水平方向的截面轮廓为纺锤形。
其中，所述透镜是一个或多个非球面或菲涅耳透镜组合而成。
其中，所述显示屏与所述棱镜光栅平行设置，所述显示屏的中心位置与所述棱镜光栅的中心位置对齐。
其中，所述显示屏为曲面柔性显示屏。
其中，所述显示屏是TFT(Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管)显示屏或者是OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)显示屏。
其中，包括透镜调节机构，用于调节所述透镜的偏转角度和/或位置。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光学组件，包括棱镜光栅和透镜；所述棱镜光栅、所述透镜依次设置于显示屏的显示面一侧；其中，所述显示屏包括多个像素，所述多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列；所述棱镜光栅改变所述显示屏上的相邻的显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过所述透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过所述透镜后进入右眼；所述透镜在垂直于光轴上的水平方向尺寸大于上下方向尺寸，所述透镜数量为二，分别对应左眼和右眼，每个所述透镜非左右对称、且上下对称，每个所述透镜设置有透镜调节机构，用于调节所述透镜的偏转角度和/位置，所述透镜在水平方向的截面轮廓为纺锤形。
以上方案，所述虚拟现实显示头戴设备包括显示屏、棱镜光栅和透镜；所述棱镜光栅、所述透镜依次设置于所述显示屏的显示面一侧；其中，所述显示屏包括多个像素，所述多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列；所述棱镜光栅改变所述显示屏上的相邻的显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过所述透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过所述透镜后进入右眼。
本发明头戴设备实施方式采用显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列的方式，不再是左眼显示器和右眼显示器完全分开的方式，因此能够方便实现宽视角的3D显示，给用户带来更好的沉浸感的同时，也给用户带来更加舒服的体验。
附图说明
图1是本发明虚拟现实显示头戴设备一实施方式的结构示意图；
图2是本发明虚拟现实显示头戴设备另一实施方式的结构示意图；
图3是本发明虚拟现实显示头戴设备的透镜组一实施方式的结构示意图；
图4是本发明虚拟现实显示头戴设备的透镜组另一实施方式的结构示意图；
图5是本发明光学组件一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。
请参阅图1，图1是本发明虚拟现实显示头戴设备第一实施方式的结构示意图。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
本实施方式中，该虚拟现实显示头戴设备包括显示屏10、棱镜光栅11以及透镜12和透镜13。棱镜光栅11、透镜12和13依次设置于显示屏10的显示面一侧。显示屏10包括在左右方向上周期性地交错排列的像素101和像素102，透镜12对应于左眼，透镜13对应于右眼。
其中，像素101所发出光线1和光线3的光路经过棱镜光栅11的折射后变成光线7和光线8，光线7和光线8的光路经过透镜13的折射汇聚于右眼131，虚像点132是光线7和光线8不经透镜13的折射所汇聚的像点。像素102所发出光线2和光线4的光路经过棱镜光栅11的折射后变成光线5和光线6，光线5和光线6的光路经过透镜12的折射汇聚于左眼121，虚像点122是光线5和光线6不经透镜12的折射所汇聚的像点。图2为所有的像素都发出光线的光路，经过棱镜光栅11和透镜12及13的折射后，汇聚于实像点和虚像点的结构示意图。
另外，显示屏10与棱镜光栅11平行设置，显示屏10的中心位置与1棱镜光栅11的中心位置对齐。
显示屏10为曲面柔性显示屏，可以是TFT显示屏，也可以是OLED显示屏。
以上方案，虚拟现实显示头戴设备包括显示屏、棱镜光栅和透镜；棱镜光栅、透镜依次设置于显示屏的显示面一侧；其中，显示屏包括多个像素，多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的像素和显示右眼图像的像素在左右方向上周期性地交错排列；棱镜光栅改变显示屏上的相邻的显示左眼图像的像素和显示右眼图像的像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过透镜后进入右眼，进而实现了宽视角的3D显示，给用户带来更好的沉浸感的同时，也给用户带来更加舒服的体验。
请参阅3，图3是本发明虚拟现实显示头戴设备的透镜组一实施方式的结构示意图，图中显示了其中一个透镜的三个不同视图。标号为31的视图是透镜在光轴方向的视图，也可称为正视图；标号为32的视图是垂直于透镜光轴且水平方向的截面图；标号为33的视图是垂直于透镜光轴且竖直方向的截面图。
标号为33的视图不是左右对称的，标号为32的视图是上下对称，标号为31的视图在垂直于光轴上的水平方向尺寸大于上下方向尺寸。
以透镜在光轴方向的视图来看，是类似长方形或者是长椭圆形，且在水平方向的截面轮廓为纺锤形。
此外，透镜是一个或多个非球面或菲涅耳透镜组合而成。
请参阅4，图4是本发明虚拟现实显示头戴设备的透镜组另一实施方式的结构示意图。本实施方式中，该虚拟现实显示头戴设备的透镜组包括两个透镜，分别对应左眼和右眼。其中，左眼透镜设置有左眼透镜调节机构41，右眼透镜设置有右眼透镜调节机构42。
左眼透镜调节机构41和右眼透镜调节机构42都用于调节透镜的偏转角度和/或位置。
在其中一个应用场景中，以椭圆形非球面透镜为例，由于在本发明中所采用的3D显示技术是不区分屏幕的左右区域，直接利用整个屏幕，只是使左右眼看到不同的像素单元。但是由于两个眼睛的之间的相对位置是固定的，一般距离在64mm左右，而显示屏幕一般放置在人眼的正前方，因此对单个眼睛而言，眼睛看到的显示屏幕的左右方向的视角角度α和θ的大小是不一样的，如图4中的角度α和θ。因此为了满足左右视角不同的差异，镜片不能设计成左右对称的方式，而是采用上下对称方式，如图3所示。
以上方案，虚拟现实显示头戴设备的透镜组包括两个透镜和相对应的透镜调节机构，每个透镜都是设计成左右不对称，而上下对称的，且类似长方形或者是长椭圆形的，这样可以满足眼睛左右视角不同的差异，实现了宽视角的3D显示，给用户带来更好的沉浸感的同时，也给用户带来更加舒服的体验。
请参阅图5，图5是本发明光学组件一实施方式的结构示意图。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
本实施方式中，该光学组件包括棱镜光栅51、透镜52和透镜53。棱镜光栅51、透镜52和53依次设置于显示屏50的显示面一侧。显示屏50包括在左右方向上周期性地交错排列的像素501和像素502，透镜52对应于左眼，透镜53对应于右眼。
其中，像素501所发出光线1和光线3的光路经过棱镜光栅51的折射后变成光线7和光线8，光线7和光线8的光路经过透镜53的折射汇聚于右眼531，虚像点532是光线7和光线8不经透镜53的折射所汇聚的像点。像素502所发出光线2和光线4的光路经过棱镜光栅51的折射后变成光线5和光线6，光线5和光线6的光路经过透镜52的折射汇聚于左眼521，虚像点522是光线5和光线6不经透镜52的折射所汇聚的像点。
以上方案，光学组件包括棱镜光栅和透镜；棱镜光栅、透镜依次设置于显示屏的显示面一侧；其中，显示屏包括多个像素，多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的像素和显示右眼图像的像素在左右方向上周期性地交错排列；棱镜光栅改变显示屏上的相邻的显示左眼图像的像素和显示右眼图像的像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过透镜后进入右眼，进而实现了宽视角的3D显示，给用户带来更好的沉浸感的同时，也给用户带来更加舒服的体验。
以上所述仅为本发明的实施方式，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他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种虚拟现实显示头戴设备，其特征在于
包括显示屏、棱镜光栅和透镜；
所述棱镜光栅、所述透镜依次设置于所述显示屏的显示面一侧；
其中，所述显示屏包括多个像素，所述多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列；
所述棱镜光栅改变所述显示屏上的相邻的显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过所述透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过所述透镜后进入右眼；
所述透镜在垂直于光轴上的水平方向尺寸大于上下方向尺寸，所述透镜数量为二，分别对应左眼和右眼，每个所述透镜非左右对称、且上下对称，每个所述透镜设置有透镜调节机构，用于调节所述透镜的偏转角度和/位置，所述透镜在水平方向的截面轮廓为纺锤形。
2.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于
所述透镜是一个或多个非球面或菲涅耳透镜组合而成。
3.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于，
所述显示屏与所述棱镜光栅平行设置，所述显示屏的中心位置与所述棱镜光栅的中心位置对齐。
4.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于，
所述显示屏为曲面柔性显示屏。
5.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于，
所述显示屏是TFT显示屏或者是OLED显示屏。
6.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于，
包括透镜调节机构，用于调节所述透镜的偏转角度和/或位置。
7.一种光学组件，其特征在于：
包括棱镜光栅和透镜；
所述棱镜光栅、所述透镜依次设置于显示屏的显示面一侧；
其中，所述显示屏包括多个像素，所述多个像素用于显示左右眼图像，且显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素在左右方向上周期性地交错排列；
所述棱镜光栅改变所述显示屏上的相邻的显示左眼图像的所述像素和显示右眼图像的所述像素所发出光线的光路，使得对应左眼图像的光线经过所述透镜后进入左眼，对应右眼图像的光线经过所述透镜后进入右眼；
所述透镜在垂直于光轴上的水平方向尺寸大于上下方向尺寸，所述透镜数量为二，分别对应左眼和右眼，每个所述透镜非左右对称、且上下对称，每个所述透镜设置有透镜调节机构，用于调节所述透镜的偏转角度和/位置，所述透镜在水平方向的截面轮廓为纺锤形。
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