CN106646891B - 一种虚拟现实设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种虚拟现实设备。该虚拟现实设备包括：包括单眼显示装置，所述单眼显示装置包括：至少两个第一显示屏和第一透镜；其中，所述第一透镜包括出射面和至少两个第一入射面，所述第一入射面与第一显示屏对应设置，用于接收所述第一显示屏发射的虚拟影像光线，所述出射面用于与人眼对应设置；所述第一透镜用于调整射入的至少两路虚拟影像光线的光路，以使从所述出射面射出的至少两路虚拟影像光线，在人眼成像面叠加形成虚拟影像。本发明实施例解决了现有虚拟现实设备纱窗感强的问题，实现了提高虚拟现实设备分辨率，减小了纱窗感。

Description

一种虚拟现实设备

技术领域

本发明实施例涉及光学技术，尤其涉及一种虚拟现实设备。

背景技术

随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟现实设备被越来越受用户接受。

目前的虚拟现实设备多采用双眼共用一块显示屏或者单眼对应一个显示屏的设计方案。目前常用的发光显示屏有LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示屏)和OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管显示屏)，其中LCD屏分辨率高(可达到4K分辨率)，但响应速度慢，存在相当大的延时，应用于虚拟现实设备会给用户带来明显的眩晕感；OLED屏响应快，但是由于成本与工艺的限制，难以实现较高的分辨率，导致单像素点对应的角分辨率远远大于人眼的角分辨率，给用户带来纱窗感。

针对上述问题，一般是采用降低虚拟现实设备的视场角的方法，来提高虚拟现实设备的角分辨率，但是降低视场角会降低人眼的沉浸感，用户体验度降低。

发明内容

本发明提供一种虚拟现实设备，以实现降低单像素点对应的角分辨率。

第一方面，本发明实施例提供了一种虚拟现实设备，该虚拟现实设备包括单眼显示装置，所述单眼显示装置包括：至少两个第一显示屏和第一透镜；其中，所述第一透镜包括出射面和至少两个第一入射面，所述第一入射面与第一显示屏对应设置，用于接收所述第一显示屏发射的虚拟影像光线，所述出射面用于与人眼对应设置；所述第一透镜用于调整射入的至少两路虚拟影像光线的光路，以使从所述出射面射出的至少两路虚拟影像光线，在人眼成像面叠加形成虚拟影像。

进一步的，各所述第一显示屏相同或不同。

进一步的，相同的各所述第一显示屏对应的各所述第一入射面以人眼平视时眼睛光轴所在水平面对称设置。

进一步的，各所述第一入射面相对于人眼入射轴线倾斜设置。

进一步的，所述第一入射面的数量为两个，分别上下对应设置。

进一步的，所述第一透镜的出射面为光线折射面，且还包括至少一个光线反射面，用于将至少两路虚拟影像光线经至少一次反射后，折射出所述出射面。

进一步的，所述光线反射面的数量为两个。

进一步的，所述第一透镜的形状包括：平面、球面、非球面或者自由曲面。

进一步的，所述第一显示屏为微显示屏。

进一步的，所述单眼显示装置还包括：至少一个第二显示屏和至少一个第二透镜；其中：

所述第二显示屏用于发射虚拟影像光线；

所述第一透镜还包括第二入射面，与所述第一入射面间隔设置；

所述第二透镜位于所述第一透镜的第二入射面与所述第二显示屏之间；

所述第二透镜和第一透镜用于调整射入的所述第二显示屏的虚拟影像光线的光路，以使从所述出射面射出的虚拟影像光线在人眼成像面形成虚拟影像。

进一步的，各所述第一入射面以人眼为中心分布设置，所述第二入射面与所述出射面正对设置。

本发明实施例通过至少两个第一显示屏和第一透镜组成的单眼显示装置组成虚拟现实设备，替代了现有技术中双眼共用一块显示屏或者单眼对应一块显示屏，导致单像素点对应的角分辨率远远大于人眼的角分辨率，纱窗感强的情况，解决了现有的虚拟现实设备纱窗感强的问题，实现了提高虚拟现实设备分辨率，减小了纱窗感。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种虚拟现实设备的单眼显示装置的示意图；

图2是本发明实施例二中的一种虚拟现实设备的单眼显示装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种虚拟现实设备的单眼显示装置的示意图，该虚拟现实设备包括单眼显示装置，单眼显示装置包括：至少两个第一显示屏110和第一透镜120。

其中，第一透镜120包括出射面121和至少两个第一入射面122，第一入射面122与第一显示屏110对应设置，用于接收第一显示屏110发射的虚拟影像光线，出射面121用于与人眼对应设置；第一透镜120用于调整射入的至少两路虚拟影像光线的光路，以使从出射面121射出的至少两路虚拟影像光线，在人眼成像面叠加形成虚拟影像。

其中，显示屏指的是一种将电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具，可发射虚拟影像光线。第一透镜120指的是具有折射和/或反射功能的透镜，第一入射面122指的是第一显示屏110发射的虚拟影像光线进入第一透镜120的表面，出射面121指的是第一显示屏110发射的虚拟影像光线经过第一透镜120折射和/或反射后射出第一透镜120的表面，其中各第一显示屏110与各第一入射面122对应设置，示例性的，各第一显示屏与各第一入射面可以是平行对应设置，可以是成预设角度的对应设置，预设角度可以是根据实际需求设置。

本实施例中，至少两个第一显示屏共同显示同一个画面。示例性的，参见图1，若该第一显示屏为两个，则两个第一显示屏可以是分别同步显示同一画面的上半部分和下半部分，两个第一显示屏同步射出的两路虚拟影像光线，经过第一透镜进入人眼，形成一个完整的虚拟影像。

其中，人眼的角分辨率是一分，即人眼一度角的范围内对应60个像素点。目前的虚拟现实设备中，双眼共用一块显示屏或者单眼对应一块显示屏，人眼一度角的范围内仅对应约20个像素点，导致单像素点对应的角分辨率远远大于人眼的角分辨率，给用户带来纱窗感。

本实施例中，用至少两个第一显示屏共同显示同一个画面，在同样的视场角情况下，相比于单块显示屏，人眼每一度范围内看到的像素点增多，减小了纱窗感。示例性的，通过两个或者三个第一显示屏可实现人眼一度角范围对应60个像素点，提高人眼一度角范围对应的像素点数量，提高虚拟影像的清晰度，减小了纱窗感。

可选的，各第一显示屏110相同或不同。

本实施例中，至少两个第一显示屏110可以是相同或不同，其中不同的各第一显示屏可以是如下至少一个方面不同：尺寸、材质或者与第一入射面的对应角度等。需要说明的是，各第一显示屏无论相同或不同，能够同步发射虚拟影像光线，且经过第一透镜在人眼处形成一个完整的虚拟影像即可。示例性的，若各第一显示屏不同，则各对应的第一入射面不同，且第一透镜形状不对称。

可选的，相同的各第一显示屏110对应的各第一入射面122以人眼平视时眼睛光轴所在水平面对称设置。

示例性的，若各第一显示屏相同，则各第一入射面122以人眼平视时眼睛光轴所在水平面对称设置。可选的，若第一显示屏110为两个且相同，则第一入射面122的数量为两个，分别上下对应设置。可选的，各第一入射面122相对于人眼入射轴线倾斜设置。

参见图1，示例性的，各第一入射面122相对于人眼入射轴线上下对称倾斜设置，将各第一显示屏110发射虚拟影像光线进行反射和/或折射，形成对称光路，在人眼成像处形成完整的虚拟影像。

可选的，第一透镜120的出射面121为光线折射面，且还包括至少一个光线反射面，用于将至少两路虚拟影像光线经至少一次反射后，折射出出射面121。

参见图1，各第一显示屏110发射虚拟影像光线进入第一入射面122后，在第一透镜120的光线反射面进行全反射，在出射面121折射出第一透镜120。其中，全反射指的是光由光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质内的现象。本实施例中光线反射面的数量为两个。

本实施例中，光线在第一透镜中传输时进行全反射，减少了光线在传输时的损耗，提高了人眼出虚拟影像的清晰度。

可选的，第一透镜的光线反射面可以是部分透射部分反射的透镜表面，可用于增强现实效果。

可选的，第一透镜120的形状包括：平面、球面、非球面或者自由曲面。

其中，球面透镜是指透镜的内外两面都为球面的，或一面是球面，另一半是平面。非球面透镜是由多项高次方程决定面形上各点的半径均不相同的透镜。自由曲面透镜指表面形状不能被连续加工的，具有传统加工成型的任意性特点的曲面透镜。

本实施例中，第一透镜的各表面根据不同功能需求确定不同面型组合方式，提高了光学透镜的多样性。

可选的，第一显示屏110为微显示屏。

其中，微显示屏指的是像素点、屏幕尺寸以及体积均小于普通显示屏的一种显示屏。本实施例中，通过在虚拟现实设备中配置微显示屏，减小了虚拟现实设备的重量，实现了虚拟现实设备的小型化。

本实施例的技术方案，通过至少两个第一显示屏和第一透镜组成的单眼显示装置组成虚拟现实设备，替代了现有技术中双眼共用一块显示屏或者单眼对应一块显示屏，导致单像素点对应的角分辨率远远大于人眼的角分辨率，纱窗感强的情况，解决了现有虚拟现实设备纱窗感强的问题，实现了提高虚拟现实设备分辨率，减小了纱窗感。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种虚拟现实设备的单眼显示装置的示意图，在上述实施例的基础上，单眼显示装置100还包括：至少一个第二显示屏210和至少一个第二透镜220；其中：

第二显示屏210用于发射虚拟影像光线；

第一透镜120还包括第二入射面123，与第一入射面122间隔设置；

第二透镜220位于第一透镜120的第二入射面123与第二显示屏210之间；

第二透镜220和第一透镜120用于调整射入的第二显示屏210的虚拟影像光线的光路，以使从出射面121射出的虚拟影像光线在人眼成像面形成虚拟影像。

可选的，各第一入射面122以人眼为中心分布设置，第二入射面123与出射面121正对设置。

参见图2，虚拟现实设备还包括第二显示屏210和第二透镜220，其中第二显示屏210和第二透镜220分别可以是至少一个。示例性的，若第二显示屏是两个，则两个第二显示屏可以以一定的角度设置。

可选的，第二透镜的面型可以是平面、球面、非球面、自由曲面或者菲涅尔面型。其中，菲涅尔透镜一般是由聚烯烃材料注压而成的薄片，透镜表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。

本实施例中，第二显示屏210射出的虚拟影像光线通过第二透镜220，并由第二入射面123射入第一透镜120，再从出射面121射出，在人眼成像面叠加形成虚拟影像，其中第二入射面123与出射面121正对设置。

本实施例中，第一显示屏110与第二显示屏210交替工作。示例性的，若第一显示屏110发射虚拟影像光线，则第二显示屏210关闭；若第二显示屏210发射虚拟影像光线，则第一显示屏110关闭。

本实施例中，由至少两个第一显示屏110与第一透镜120组成的第一光学系统形成的虚拟影像具有清晰度高，分辨率高的特点；由至少一个第二显示屏210、至少一个第二透镜220和第一透镜120组成的第二光学系统形成的虚拟影像具有视场角大的特点。第一光学系统与第二光学系统根据用户需求进行切换，满足用户的不同需求，提高用户体验。

本实施例的技术方案，通过单眼显示装置中包含至少一个第二显示屏、至少一个第二透镜、第一透镜和至少两个第一显示屏，形成了两个光学系统，替代了现有的虚拟现实系统中只包含一个光学系统的情况，实现了两个光学系统在不同使用场景下的切换，满足用户在不同场景下的高分辨率与大视场角的不同需求，提高了用户体验。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种虚拟现实设备，包括单眼显示装置，其特征在于，所述单眼显示装置包括：至少两个第一显示屏和第一透镜；其中，

所述第一透镜包括出射面和至少两个第一入射面，所述第一入射面与第一显示屏对应设置，用于接收所述第一显示屏发射的虚拟影像光线，所述出射面用于与人眼对应设置；所述第一透镜用于调整射入的至少两路虚拟影像光线的光路，以使从所述出射面射出的至少两路虚拟影像光线，在人眼成像面叠加形成虚拟影像；

所述单眼显示装置还包括：至少一个第二显示屏和至少一个第二透镜；其中：

所述第二显示屏用于发射虚拟影像光线；

所述第一透镜还包括第二入射面，与所述第一入射面间隔设置；

所述第二透镜位于所述第一透镜的第二入射面与所述第二显示屏之间；

所述第二透镜和第一透镜用于调整射入的所述第二显示屏的虚拟影像光线的光路，以使从所述出射面射出的虚拟影像光线在人眼成像面形成虚拟影像。

2.根据权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，各所述第一显示屏相同或不同。

3.根据权利要求2所述的虚拟现实设备，其特征在于，相同的各所述第一显示屏对应的各所述第一入射面以人眼平视时眼睛光轴所在水平面对称设置。

4.根据权利要求2所述的虚拟现实设备，其特征在于，各所述第一入射面相对于人眼入射轴线倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述第一入射面的数量为两个，分别上下对应设置。

6.根据权利要求1-5任一所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述第一透镜的出射面为光线折射面，且还包括至少一个光线反射面，用于将至少两路虚拟影像光线经至少一次反射后，折射出所述出射面。

7.根据权利要求6所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述光线反射面的数量为两个。

8.根据权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述第一透镜的形状包括：平面、球面、非球面或者自由曲面。

9.根据权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述第一显示屏为微显示屏。

10.根据权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，各所述第一入射面以人眼为中心分布设置，所述第二入射面与所述出射面正对设置。