CN106873163B - 一种vr头戴显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VR头戴显示器，包括本体以及安装在本体内部的红外镜头、红外传感器、红外干扰抑制模块以及红外发射装置；本体的前端面上开有装配口，红外传感器设置在装配口的口部，用于接收红外光并将接收到的红外光转换成电信号并发送；红外干扰抑制模块用于接收红外传感器发送的电信号并对接收的电信号进行滤波处理，获取敏感波段的红外光对应的电信号；并根据该波段的红外光对应的电信号产生驱动信号驱动红外发射装置发射红外光；红外镜头用于接收红外发射装置发射的红外光。本发明的VR头戴显示器，通过将CCD红外镜头内置，有效抑制了反射红外光及外部空间中无用红外的干扰，使得镜头的寿命更长，可以有效提高定位精度。

Description

一种VR头戴显示器

技术领域

本发明涉及一种VR头戴显示器，具体地说，是涉及一种具有抑制红外串扰功能的VR头戴显示器。

背景技术

目前VR（虚拟现实）头戴显示器为实现6 Dof（自由度）、真实环境的三维实时建模及手柄的昼夜空间定位大都采用红外摄像头与IMU（惯性测量单元）及手柄（手柄上的红外灯发出红外后使VR头戴显示器上的红外摄像头可以捕获手柄上的红外灯发出红外光）配合，实现VR游戏系统中的6dof动作和手柄在游戏空间的定位。此外，VR系统可以通过TOF（time of flight）模块发射红外光并接收来自空间中物体反射的红外光从而计算得到空间该物体的景深来实现真实环境的三维实时建模。一般情况下，红外摄像头对单一载波频率的红外光感应较好，但是VR系统所在的环境中，有时至少存在手柄上的红外灯发出的红外光、TOF模块发射并被空间中物体反射的红外光以及空间本身存在的环境中的红外光等多种红外光。这样，多路叠加的红外光进入VR头戴显示器上红外传感器后，就无法捕捉到手柄上的待拍摄结构（如光球）的精确图像，导致手柄的定位精度出现问题。

发明内容

本发明为了解决现有具有红外摄像头的头戴显示器容易受到外部红外光线的干扰，导致手柄的定位精度差的问题，提出了一种VR头戴显示器。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种VR头戴显示器，包括本体以及安装在所述本体内部的红外镜头，所述VR头戴显示器还包括红外传感器、红外干扰抑制模块以及红外发射装置；

所述本体的前端面上开有装配口，所述红外传感器设置在所述装配口的口部，且所述红外传感器的感光面朝向装配口的外部，用于接收红外光并将接收到的红外光转换成电信号并发送；

所述红外干扰抑制模块用于接收所述红外传感器发送的电信号并对接收的电信号进行滤波处理，获取敏感波段的红外光对应的电信号；并根据该波段的红外光对应的电信号产生驱动信号驱动所述红外发射装置发射红外光；

所述红外镜头用于接收所述红外发射装置发射的红外光。

进一步的，所述红外镜头为CCD镜头或者CMOS镜头。

进一步的，所述红外干扰抑制模块包括放大电路、滤波电路、整形电路，所述放大电路、滤波电路以及整形电路设置在电路板上，所述红外传感器与所述放大电路连接，所述放大电路将所述红外传感器的检测信号进行放大，并发送至所述滤波电路，用于滤除掉除所述红外镜头敏感波段之外的红外光对应的电信号，并经过所述整形电路的整形后产生驱动信号，驱动所述红外发射装置发射所述红外镜头敏感波段的红外光。

进一步的，所述电路板嵌入设置在所述装配口内，且所述电路板的面积不小于所述装配口的面积，用于将所述装配口封堵。

进一步的，所述电路板为PCB板。

进一步的，所述红外传感器具有多个，所述红外干扰抑制模块及所述红外发射装置均为一个。

进一步的，当具有多个红外传感器时，该多个红外传感器均匀布设在所述装配口的周围。

进一步的，所述放大电路包括一PNP三极管和一NPN三极管，所述PNP三极管的基极与所述红外传感器连接，发射极与直流电源连接，集电极与所述NPN三极管的基极连接，所述NPN三极管的集电极与直流电源连接，发射极连接地端。

进一步的，所述整形电路为施密特触发器。

进一步的，所述滤波电路为一高通滤波电路和一低通滤波电路组成的带通滤波电路。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的VR头戴显示器，通过把红外镜头设置在VR头戴显示器的本体内部，阻断了外部空间光线进入，可以避免空间内其他红外光对红外镜头的影响，本发明的VR头戴显示器的原理是：首先采用红外传感器检测外部空间全波段的红外光并进行光-电转换，得到全波段的红外光对应的电信号，将全波段的红外光对应的电信号经红外干扰抑制模块进行信号滤波后，只保留红外镜头敏感波段的红外光对应的电信号，并且将滤波后的电信号生成驱动信号，驱动红外发射装置产生红外镜头敏感波段的红外光，实现了电-光转换，所产生的红外光被红外镜头接收，由于干扰抑制模块可以滤除掉除红外镜头敏感波段之外的红外光的电信号，有效抑制了反射红外光及空间无用红外的干扰，滤波后的电信号为红外镜头敏感波段的红外光对应的电信号，其强度反应了用于定位红外光的强度，通过将该滤波信号进行电-光转换，只发射红外镜头敏感波段的红外光，大大提高了定位红外光的纯净性，有效提高了定位精度，此外，通过将红外镜头内置，可以起到保护红外镜头的作用，同时保证了红外镜头感光面的洁净，使得镜头的寿命更长，有效增强了产品的竞争力。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。

图1是本发明所提出的VR头戴显示器的一种实施例结构示意图；

图2是本发明所提出的VR头戴显示器实施例中局部结构示意图；

图3是本发明所提出的VR头戴显示器一种实施例电路结构原理图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

实施例一

对于具有红外镜头的VR头戴显示器，其工作原理是：VR外设（例如游戏手柄）上设置有多颗红外灯，其能够发出红外镜头敏感波段的红外光，设置在VR头戴显示器的红外镜头通过捕获红外灯发射的红外光，通过所捕获的红外光对VR外设进行定位，进而能够捕获VR外设的形状、动作等，红外镜头敏感波段的红外光也即定位红外光，现有的VR头戴显示器，由红外镜头直接接收外部环境中所有频段的红外光信号，虽然红外镜头仅对其敏感波段的红外光感应较好，由于VR系统还具有能够发射红外光的TOF模块以及自然界中存在的红外光等，进而多路叠加的红外光进入红外镜头后，同样会对红外镜头造成干扰，因此会使捕捉VR外设的形状出现模糊，导致手柄的定位精度出现问题，基于此，本实施例提出了一种VR头戴显示器，如图1所示，包括本体11和红外镜头12，VR头戴显示器还包括红外传感器13、红外干扰抑制模块14以及红外发射装置16；本体11的前端面上开有装配口110，红外镜头12装配在装配口110内，理想状态下，红外镜头15与外部光线隔绝，红外传感器13设置在装配口110的口部，且红外传感器13的感光面朝向装配口110的外部，用于接收红外光并将接收到的红外光转换成电信号并发送；红外干扰抑制模块14用于接收红外传感器13发送的电信号并对接收的电信号进行滤波处理，获取红外镜头敏感波段的红外光对应的电信号；并根据该波段的红外光对应的电信号产生驱动信号驱动红外发射装置16发射红外光，红外镜头12用于接收红外发射装置16发射的红外光。优选红外发射装置16的发光面朝向红外镜头12的感光面，因此，红外发射装置16所发射的红外光能够被红外镜头12更好的采集。本实施例的VR头戴显示器，通过将红外镜头内置，阻断了外部空间光线进入，避免其直接接收外部环境光，有效抑制了反射红外光及外部空间中无用红外的干扰，至于对有用红外光的采集，本实施例中通过设置红外传感器、红外干扰抑制模块以及红外发射装置，其中，红外传感器检测外部空间全波段的红外光并进行光-电转换，得到全波段的红外光对应的电信号，将全波段的红外光对应的电信号经红外干扰抑制模块进行信号滤波后，只保留红外镜头敏感波段的红外光对应的电信号，并且将滤波后的电信号生成驱动信号，驱动红外发射装置产生红外镜头敏感波段的红外光，实现了电-光转换，最终所产生的红外光被红外镜头接收，由于干扰抑制模块可以滤除掉除红外镜头敏感波段之外的红外光的电信号，有效抑制了反射红外光及空间无用红外的干扰，滤波后的电信号为红外镜头敏感波段的红外光对应的电信号，其强度反应了定位红外光的强度，通过将该滤波信号进行电-光转换，只发射红外镜头敏感波段的红外光，大大提高了定位红外光的纯净性，有效提高了定位精度，此外，通过将红外镜头内置，可以起到保护红外镜头的作用，同时保证了红外镜头感光面的洁净，使得镜头的寿命更长，有效增强了产品的竞争力。

由于红外镜头12是红外感光原理，所以在本体内是否有可见光对其并无影响，因此，密闭的环境使其能够采集的红外光更加纯净。

其中，红外镜头12可以为仅对红外光敏感的CCD镜头或者CMOS镜头。

作为一个优选的实施例，本实施例中红外干扰抑制模块包括放大电路、滤波电路、整形电路，放大电路、滤波电路以及整形电路设置在电路板17上，红外传感器与放大电路连接，放大电路将红外传感器的检测信号进行放大，并发送至滤波电路，用于滤除掉除红外镜头12敏感波段之外的红外光所对应的电信号，并经过所述整形电路的整形后产生驱动信号，驱动红外发射装置发射红外镜头敏感波段的红外光。

电路板17嵌入设置在装配口110内，优选电路板17的面积不小于装配口110的面积，用于将装配口110封堵，进而可以使得CCD 红外镜头12与外部光线隔绝，为红外镜头12提供理想的感光环境，当然，本发明中不限于使用电路板17将装配口封堵，还可以采用其他结构的封堵方式，均属于本发明的保护范围之内。

为了方便电路板17封堵装配口110，电路板17优选采用PCB板，其为硬质材料制作，具有一定的强度和抗压性能。

红外传感器13优选具有多个，红外干扰抑制模块及红外发射装置均为一个。

由于无法提前预知游戏手柄的位置，当具有多个红外传感器13时，优选该多个红外传感器13均匀布设在装配口110的周围，可以均匀接收外部空间中的红外光。为了保护红外传感器13，优选在装配口110的口部位于红外传感器13外侧设置保护罩，该保护罩应该能够透射红外光。

如图2所示，本实施例中举例出一种具体的实现电路原理图，放大电路包括一PNP三极管Q1和一NPN三极管Q2，PNP三极管Q1的基极与红外传感器OPT连接，发射极与直流电源VCC连接，集电极与NPN三极管Q2的基极连接，NPN三极管Q2的集电极与直流电源VCC连接，发射极连接地端。放大电路中还连接有限流电阻R3、R4、R5，该放大电路用于将红外传感器OPT采集的信号进行放大处理。

当具有多个红外传感器时，该多个红外传感器并联连接在电路中。

滤波电路为一高通滤波电路和一低通滤波电路组成的带通滤波电路。如图2所示，主要由高通滤波电路电容C2及电阻R6和低通滤波器电路R7及C3组成。整形电路优选采用施密特触发器实现。

红外发射装置16红外发光二极管实现，优选的，其可以采用与游戏手柄上设置的红外灯一致的二极管，如图3所示，红外发射装置16为红外发光二极管D1均可以发射红外镜头12敏感频段的红外光。

本实施例中以红外镜头12为对38KHZ的红外载波敏感为例进行说明，如附图3所示电路工作流程如下：

VR系统工作时，空间中分别有VR外设（例如游戏手柄）发出的38KHZ的红外载波、TOF发射模块发出经过反射而来的60KHZ红外载波及空间无用红外光组合后进入红外传感器，由红外传感器进行光-电转换，高频红外杂波转成的电信号经过旁路电容C1滤除，其他组合红外光的电信号经过放大电路后进入根据所需红外光带宽设置的38KHZ带通（多阶）滤波器后，60KHZ及空间无用红外光被滤除，然后38KHZ红外载波经过施密特触发器U1进行波形整形，然后U1驱动NMOS管Q3导通（无有用信号时U1无动作），红外发射管D1工作发出纯净的38KHZ的红外光，VR本体内的CCD 红外镜头接收该纯净的38KHZ的红外光，从而实现对VR外设的精确动作捕获定位。

另外，红外传感器通过设置为多个阵列模式并联摆放在VR本体11的前端面上从而更有利于接收到多个方向传来的红外光，同样，本体内部的红外发光二极管D1根据红外传感器的数量也应设置为多个阵列并列模块（如组成圆圈围绕在内部camera 镜头上面）从而使感光红外sensor接收红外的角度更广及接收多路红外光。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种VR头戴显示器，其特征在于，包括本体以及安装在所述本体内部的红外镜头，所述VR头戴显示器还包括红外传感器、红外干扰抑制模块以及红外发射装置；

所述本体的前端面上开有装配口，所述红外传感器设置在所述装配口的口部，且所述红外传感器的感光面朝向装配口的外部，用于接收红外光并将接收到的红外光转换成电信号并发送；

所述红外干扰抑制模块用于接收所述红外传感器发送的电信号并对接收的电信号进行滤波处理，获取敏感波段的红外光对应的电信号；并根据该波段的红外光对应的电信号产生驱动信号驱动所述红外发射装置发射红外光；

所述红外镜头用于接收所述红外发射装置发射的红外光。

2.根据权利要求1所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述红外镜头为CCD镜头或者CMOS镜头。

3.根据权利要求1所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述红外干扰抑制模块包括放大电路、滤波电路、整形电路，所述放大电路、滤波电路以及整形电路设置在电路板上，所述红外传感器与所述放大电路连接，所述放大电路将所述红外传感器的检测信号进行放大，并发送至所述滤波电路，所述滤波电路用于滤除掉除所述敏感波段之外的红外光对应的电信号，并经过所述整形电路的整形后产生驱动信号，驱动所述红外发射装置发射所述敏感波段的红外光。

4.根据权利要求3所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述电路板嵌入设置在所述装配口内，且所述电路板的面积不小于所述装配口的面积，用于将所述装配口封堵。

5.根据权利要求4所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述电路板为PCB板。

6.根据权利要求1-5任一项所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述红外传感器具有多个，所述红外干扰抑制模块及所述红外发射装置均为一个。

7.根据权利要求6所述的VR头戴显示器，其特征在于，当具有多个红外传感器时，该多个红外传感器均匀布设在所述装配口的周围。

8.根据权利要求3-5任一项所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述放大电路包括一PNP三极管和一NPN三极管，所述PNP三极管的基极与所述红外传感器连接，发射极与直流电源连接，集电极与所述NPN三极管的基极连接，所述NPN三极管的集电极与直流电源连接，发射极连接地端。

9.根据权利要求8所述的VR头戴显示器，其特征在于，所述整形电路为施密特触发器。

10.根据权利要求9所述的VR头戴显示器，其特征在于， 所述滤波电路为一高通滤波电路和一低通滤波电路组成的带通滤波电路。

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