CN108287405A - 翻折式虚拟现实显示装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种翻折式虚拟现实显示装置，其包括头戴装置、显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元，所述电源与所述处理单元和所述显示单元电性连接，所述显示单元、所述处理单元、所述电源、所述反射镜和所述透镜单元设置在所述头戴装置上，所述反射镜与所述透镜单元活动连接，还包括一种翻折式虚拟现实显示方法，具有佩戴舒适的优点。

Description

翻折式虚拟现实显示装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置，尤其是一种翻折式虚拟现实显示装置及其方法。

背景技术

此前，专利号为201510148524.X，专利名称《一种基于封闭式的增强虚拟现实系统》的专利公开了一种基于封闭式的增强虚拟现实系统，该系统包括第一处理单元、融合单元、数据单元、显示单元、第一开关、第二开关以及实景摄像头，还公开了对应的方法。该专利公开的技术方案通过控制获取真实场景和虚拟场景，根据获取的情况，处理单元作相应的处理，从而实现增强现实和虚拟现实功能的整合，将获取到的真实场景融合到虚拟场景中，由于是封闭式的增强现实，外界干扰较少，并且可以全视角显示，信息量大，使得了解信息方便。专利申请号为201610474971.9，专利名称《一种自动调整光学系统的近眼显示装置》的专利，该专利公开了一种自动调整光学系统的近眼显示装置，近眼显示装置包括光学系统、摄像单元、处理单元和运动单元，摄像单元和所述运动单元分别于处理单元电性连接，光学系统包括透镜单元和显示单元，所述摄像单元包括固定焦距和朝向的摄像装置，摄像装置包括左摄像装置和右摄像装置。该发明申请采用单独测量和调整单侧瞳孔坐标位置的方法不仅可以测量使用者的瞳距，还可以测量使用者单侧瞳孔偏离中心位置的位移并根据测量结果单独调整对应侧光学系统，使测量和调整更加精确，保证了更好的显示效果，也避免了仅仅测量瞳距来调整可能产生的偏差。两件专利技术方案虽然能取得不错的虚拟现实效果，且后者能检测使用者的瞳距。但是纵观此两技术方案，其显示装置主要设置在人的头部的正前方，需要通过头戴设施进行固定，但显示装置的重心还是在分布在人头部的正前方，会对鼻梁产生很重的压迫感，并因为重心的偏执，让人的头部受力不均，从而产生佩戴上的不舒适感。不仅如此，当前市面的虚拟现实头戴式显示设备，其视角受到透镜、显示屏和总重控制的影响，为取得性能的均衡，在视角、重量、性能方面都有取舍和牺牲，因此，需要一种佩戴舒适，而且可以尽可能发挥头戴式显示设备性能的新型虚拟现实头戴式显示设备及其相应的方法。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种佩戴舒适，而且可以尽可能发挥头戴式显示设备性能的虚拟现实头显示装置及方法。

一种翻折式虚拟现实显示装置，其包括头戴装置、显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元，所述电源与所述处理单元和所述显示单元电性连接，所述显示单元、所述处理单元、所述电源、所述反射镜和所述透镜单元设置在所述头戴装置上，所述反射镜与所述透镜单元活动连接。

所述头戴装置，用于承载所述显示单元、所述处理单元、所述反射镜和所述透镜单元；

所述显示单元包括显示屏，用于显示影像；

所述反射镜，用于所述显示屏显示的影像透过过所述凸透镜反射显示在人眼前；

所述透镜单元包括而不局限于凸透镜、平凸镜和菲涅尔透镜，用于变形透射所述显示单元显示的影像；

所述处理单元包括处理电路，用于将影像数据处理为所述显示单元的显示的影像经过透镜单元再经过反射镜反射到人眼并让人眼看到正常形态影像的变形影像数据。

电源，用于为所述处理单元和所述显示单元供电。

所述反射镜为单面反射镜。

所述反射镜与人眼水平直射的方向呈15～85°夹角。

所述显示单元与所述反射镜之间的中部空间设置所述透镜单元。

所述显示屏所在的平面与所述凸透镜所在的平面平行。

所述透镜单元还包括有附属装置，所述附属装置包括连接装置、活动装置。

所述活动装置包括而不局限于：转轴或可进行限位的齿轮、棘轮。

所述处理单元与所述显示单元固定设置在所述头戴装置外表面上。

所述反射镜或可连接透镜单元，所述反射镜通过连接装置连接透镜单元。

一种翻折式虚拟现实显示方法，其包括如下步骤：

S1、获取观察者的位置和方位信息，用于获取观察者的位置和方位信息；

S2、影像数据抓取，根据步骤S1获取的观察者位置和方位信息，抓取与步骤S1获取的观察者位置和方位信息对应的表示虚拟三维空间的计算机图形学数据；

S3、影像数据处理，根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，再进行镜像处理，然后输出经过逆向畸变和镜像处理的影像数据。

在步骤S3中，对影像数据进行镜像处理后，再根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，然后输出经过镜像处理和逆向畸变处理的影像数据。

本发明具有佩戴舒适，并且能缩短虚拟现实显示水平光路的特点。

附图说明

图1是本发明翻折式虚拟现实显示装置示意图。

图2是本发明翻折式虚拟现实显示装置反射镜向内侧翻折状态示意图。

图3是本发明翻折式虚拟现实显示装置反射镜向外侧翻折状态示意图。

图4是本发明翻折式虚拟现实显示装置显示单元、透镜单元和反射单元的放大示意图。

图5是本发明翻折式翻折式虚拟现实显示方法步骤示意图。

其中，头戴装置100、显示单元200、盒体210、处理单元300、反射单元400、透镜单元500、连接装置510、活动装置520和电源600。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一、请参见图1、图2、图3、图4和图5。

一种翻折式虚拟现实显示装置，其包括头戴装置、显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元，电源与处理单元和显示单元电性连接，显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元设置在头戴装置上，反射镜与透镜单元活动连接。

头戴装置，用于承载显示单元、处理单元、反射镜和透镜单元；

显示单元包括显示屏，用于显示影像；

反射镜，用于显示屏显示的影像透过过凸透镜反射显示在人眼前；

透镜单元包括而不局限于凸透镜、平凸镜和菲涅尔透镜，用于变形透射所述显示单元显示的影像；

处理单元包括处理电路，用于将影像数据处理为显示单元的显示的影像经过透镜单元再经过反射镜反射到人眼并让人眼看到正常形态影像的变形影像数据。

电源，用于为所述处理单元和所述显示单元供电。

反射镜为单面反射镜。

反射镜与人眼水平直射的方向呈15～85°夹角。

显示单元与所述反射镜的中部空间设置所述透镜单元。

显示屏所在的平面与凸透镜所在的平面平行。

透镜单元还包括有附属装置，所述附属装置包括连接装置、活动装置。

活动装置包括而不局限于：转轴或可进行限位的齿轮、棘轮。

处理单元与所述显示单元固定设置在所述头戴装置外表面上。

反射镜或可连接透镜单元，反射镜通过连接装置连接透镜单元。

一种翻折式虚拟现实显示方法，其包括如下步骤：

S1、获取观察者的位置和方位信息，用于获取观察者的位置和方位信息；

S2、影像数据抓取，根据步骤S1获取的观察者位置和方位信息，抓取与步骤S1获取的观察者位置和方位信息对应的表示虚拟三维空间的计算机图形学数据；

S3、影像数据处理，根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，再进行镜像处理，然后输出经过逆向畸变和镜像处理的影像数据。

在步骤S3中，对影像数据进行镜像处理后，再根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，然后输出经过镜像处理和逆向畸变处理的影像数据。

实施例二、请参见图1、图2和图3。

一种翻折式虚拟现实显示装置，其包括头戴装置、显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元，电源与处理单元和显示单元电性连接，显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元设置在头戴装置上，反射镜与透镜单元活动连接。

头戴装置，用于承载显示单元、处理单元、反射镜和透镜单元，头戴装置可以是头盔或包覆人头上部的刚性或柔性的头戴结构，本实施例中，采用两条刚性的半环条十字交叉固定，刚性半环条的端口以圆环固定连接，构成一个半网球腔体；

显示单元包括显示屏，用于显示影像，显示屏可采用OLED、TFT屏；

反射镜，用于显示屏显示的影像透过过凸透镜反射显示在人眼前，反射镜可采用树脂基材或玻璃基材制成的镜体。本实施例中，反射镜为单面反射镜，其厚度可设置在2mm以内，镜体的长宽尺寸分别设置为20cm、10cm；

透镜单元包括而不局限于凸透镜、平凸镜和菲涅尔透镜，用于变形透射所述显示单元显示的影像，本实施例中采用两块凸透镜，通过反射镜反射的光路，分别对应人的左右眼。透镜单元还包括有附属装置，附属装置为与盒体固定连接的连接装置及与连接装置连接的活动装置，连接装置可以是连接杆，活动装置可以是转轴或者是可以限位的齿轮或棘轮。

处理单元包括处理电路，用于将影像数据处理为显示单元的显示的影像经过透镜单元再经过反射镜反射到人眼并让人眼看到正常形态影像的变形影像数据，处理单元的处理电路为一个微型处理器，包括存储电路模组、空间位置信息传感模组和运算模组，无需连接个人计算机。

反射镜与透镜通过连接杆连接，连接杆一端固定连接在盒体的下部，连接杆另一端设置有转轴，连接杆的另一端通过转轴与反射镜活动连接反射镜可绕轴旋转。当观察者使用翻折式虚拟现实显示装置时，将反射镜绕转轴旋转到可以正常观察的角度，进行观察；当不使用翻折式虚拟现实显示装置时，可将反射镜绕转轴旋转到面向人脸的内侧或外侧，即可很方便的观察外部世界，不用将翻折式虚拟现实显示装置从头上取下，且又可以很便捷的将反射镜绕转轴旋转到使用的角度，方便、快捷，极大的改善了观察者的使用体验。

当活动装置为可以限位的齿轮或棘轮时，可以快速的将反射镜绕转轴旋转到使用的角度，无需进行调试，使用更加便利。

显示单元与所述反射镜之间的中部空间设置所述透镜单元。

显示屏与透镜相对设置，显示屏所在的平面与凸透镜所在的平面平行，且由一个开有两个口的盒体固定设置为一个整体，盒体的开口刚好容纳两块凸透镜，盒体内的上部固定设置显示屏，盒体设置有凸透镜的一面朝下，反射镜位于凸透镜的下方，且凸透镜与反射镜相对。盒体整体设置在头戴装置上，位于人头的上前部，人眼的上前方，显示屏、凸透镜、反射镜整体呈竖向布置。显示屏显示的图像经过凸透镜变形后投射到反射镜上，再反射入人眼。竖向布置的显示屏、凸透镜和反射镜使得原本水平方向的光路部分转移到竖直方向，节省了空间。处理单元与所述显示单元固定设置在所述头戴装置外表面上。因头戴装置为刚性装置，故此处理单元可以灵活的固定在头戴装置的上部，使头部的受力更均匀，而且使得翻折式虚拟现实显示装置的力矩变小，对头部、鼻梁的压力随之变小，使得佩戴翻折式虚拟现实显示装置时更加舒适。

在本实施例中，反射镜的镜背面与人眼水平直射的方向呈42°夹角，显示屏显示的图像经过凸透镜变形后投射到反射镜上，再反射入人眼。

反射镜位于凸透镜下方，可通过连接杆或连接片直接固定连接凸透所在的盒体外壁上，从而稳固显示屏到凸透镜到反射镜的光路，保证显示效果。

实施例三、请参见图1、图2、图3和图5。

一种翻折式虚拟现实显示方法，其包括如下步骤：

S1、获取观察者的位置和方位信息，用于获取观察者的位置和方位信息；

S2、影像数据抓取，根据步骤S1获取的观察者位置和方位信息，抓取与步骤S1获取的观察者位置和方位信息对应的表示虚拟三维空间的计算机图形学数据；

S3、影像数据处理，根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，再进行镜像处理，然后输出经过逆向畸变和镜像处理的影像数据。

对影像数据进行处理时，先获取随机选取的正常图像的点及畸变图像的对应点的笛卡尔坐标：通过球形模型将所述笛卡尔坐标转换为极坐标：根据极坐标中的矢径的畸变前后的值获得该球形模型的由率半径，从而计算出画面扭曲规律，然后进行反向畸变，因为还需要通过反射镜反射，故此，反向畸变后，再镜像处理，即进行逆向镜像，从而使显示屏显示的图像，经过透镜变形后投射到反射镜上，再反射入人眼的为正常图像。

在步骤S3中，图像逆向畸变和图像镜像处理的步骤可以互换。即对影像数据进行镜像处理后，再根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，然后输出经过镜像处理和逆向畸变处理的影像数据。

实施例四、请参见图4。

在本实施例中，透镜单元采用两块平凸镜，两块平凸镜分别对应人的左右眼。反射镜的镜背面与人眼水平直射的方向呈25°夹角，显示屏发出的光线，经过平凸镜变形后投射到反射镜上，再反射入人眼。当反射镜的镜背面与人眼水平直射的方向呈25°夹角时，平凸镜与反射镜的间距可以缩的更短，缩小显示屏到平凸镜到反射镜的竖向尺寸。

实施例五、请参见图4。

在本实施例中，透镜单元采用两块菲涅尔透镜，两块平凸镜分别对应人的左右眼。反射镜的镜背面与人眼水平直射的方向呈60°夹角，显示屏发出的光线，经过菲涅尔透镜变形后投射到反射镜上，再反射入人眼。当反射镜的镜背面与人眼水平直射的方向呈60°夹角时，菲涅尔透镜与反射镜的间距增大，显示屏到菲涅尔透镜到反射镜的竖向尺寸增大，但可更有效的缩短整个虚拟现实显示装置的水平方向的尺寸，且显示屏、菲涅尔透镜和反射镜重心更加贴近人头，使得虚拟现实显示装置的力矩变小，对头部、鼻梁的压力随之变小，提高佩戴虚拟现实显示装置时的舒适度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：其包括头戴装置、显示单元、处理单元、电源、反射镜和透镜单元，所述电源与所述处理单元和所述显示单元电性连接，所述显示单元、所述处理单元、所述电源、所述反射镜和所述透镜单元设置在所述头戴装置上，所述反射镜与所述透镜单元活动连接。

2.如权利要求1所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：

所述头戴装置，用于承载所述显示单元、所述处理单元、所述反射镜和所述透镜单元；

所述显示单元包括显示屏，用于显示影像；

所述反射镜，用于所述显示屏显示的影像透过过所述凸透镜反射显示在人眼前；

所述透镜单元包括而不局限于凸透镜、平凸镜和菲涅尔透镜，用于变形透射所述显示单元显示的影像；

所述处理单元包括处理电路，用于将影像数据处理为所述显示单元的显示的影像经过透镜单元再经过反射镜反射到人眼并让人眼看到正常形态影像的变形影像数据；

所述电源，用于为所述处理单元和所述显示单元供电。

3.如权利要求2所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述反射镜为单面反射镜。

4.如权利要求2所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述反射镜与人眼水平直射的方向呈15～85°夹角。

5.如权利要求2所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述显示单元与所述反射镜之间的中部空间设置所述透镜单元。

6.如权利要求2所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述显示屏所在的平面与所述凸透镜所在的平面平行。

7.如权利要求2所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述透镜单元还包括有附属装置，所述附属装置包括连接装置、活动装置。

8.如权利要求7所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述活动装置包括而不局限于：转轴或可进行限位的齿轮、棘轮。

9.如权利要求1所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述处理单元与所述显示单元固定设置在所述头戴装置外表面上。

10.如权利要求1所述的翻折式虚拟现实显示装置，其特征在于：所述反射镜或可连接透镜单元，所述反射镜通过连接装置连接透镜单元。

11.一种翻折式虚拟现实显示方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、获取观察者的位置和方位信息，用于获取观察者的位置和方位信息；

S2、影像数据抓取，根据步骤S1获取的观察者位置和方位信息，抓取与步骤S1获取的观察者位置和方位信息对应的表示虚拟三维空间的计算机图形学数据；

S3、影像数据处理，根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，再进行镜像处理，然后输出经过逆向畸变和镜像处理的影像数据。

12.如权利要求11所述的翻折式虚拟现实显示方法，其特征在于：在步骤S3中，对影像数据进行镜像处理后，再根据所述透镜单元具有的包括而不局限于的曲率、焦距、直径参数，对影像数据进行逆向畸变处理，然后输出经过镜像处理和逆向畸变处理的影像数据。