CN108761786B - 一种光学组件及vr设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学组件及VR设备。组件包括:光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置;光线传播装置用于分别接收左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线,并将左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线分别传播至光线汇聚装置;光线汇聚装置用于将左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线汇聚至光线反射装置,左眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第一显示画面的尺寸小于左眼显示画面的尺寸,右眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第二显示画面的尺寸小于右眼显示画面的尺寸;光线反射装置用于将第一显示画面的光线反射至用户的左眼,并将第二显示画面的光线反射至用户的右眼。本发明的光学组件及VR设备能够显示小尺寸、高清晰度的VR画面。
Description
技术领域
本发明涉及VR领域,特别是指一种光学组件及VR设备。
背景技术
随着VR(虚拟现实)技术的发展,VR设备逐渐在市场上得到了普及。目前最常见的VR产品是可穿戴设备(如VR眼镜、VR头盔),可穿戴的VR设备普遍具有较小的画面播放尺寸。
现阶段,在较小的画面播放尺寸上显示出高分辨率的VR画面存在较高的技术难度,这限制了VR产品的实用性,是当前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学组件及VR设备,能够显示出小尺寸、高分辨率的VR画面。
为实现上述目的,一方面,本发明的实施例提供一种光学组件,包括:
光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置;
所述光线传播装置用于分别接收左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线,并将所述左眼显示画面和所述右眼显示画面发出的光线分别传播至所述光线汇聚装置;
所述光线汇聚装置用于将所述左眼显示画面和所述右眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置,其中,左眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第一显示画面的尺寸小于所述左眼显示画面的尺寸,右眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第二显示画面的尺寸小于所述右眼显示画面的尺寸;
所述光线反射装置用于将所述第一显示画面的光线反射至用户的左眼,以及将所述第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
其中,所述光学传播装置为光学棱镜。
其中,所述光线汇聚装置包括:
用于将左眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置的左眼透镜,以及用于将右眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置的右眼透镜。
其中,所述左眼透镜和所述右眼透镜均为凸透镜。
其中,所述光线反射装置包括:光屏,所述光屏位于所述光线汇聚装置出射光线的路径上,所述光屏用于显示所述第一显示画面和所述第二显示画面,并将所述第一显示画面的光线以及所述第二显示画面的光线进行反射。
其中,所述光线反射装置还包括:平面镜;所述平面镜位于所述光屏反射光线的路径上,用于将所述光屏反射的第一显示画面的光线反射至用户的左眼,以及将所述光屏反射的第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
其中,所述光学棱镜、左眼透镜、右眼透镜以及光屏的几何中心位于同一平面。
所述光学棱镜、左眼透镜、右眼透镜以及光屏的几何中心所处的平面平行于三维坐标系的XOY平面;所述光屏的法线在所述光屏的反射方向上与Z轴之间形成的夹角互补于所述平面镜的法线在所述平面镜的反射方向上与Z轴之间形成的夹角。
所述左眼显示画面发出的光线至所述左眼透镜的路径距离大于所述左眼透镜的焦距,所述右眼显示画面发出的光线至所述右眼透镜的路径距离大于所述右眼透镜的焦距。
另一方面,本发明的实施例还提供一种VR设备,包括本发明上述实施例所提供的光学组件。
其中,所述VR设备还包括:
左眼显示屏,用于显示左眼显示画面;
右眼显示屏,用于显示右眼显示画面。
本发明的上述方案具有如下有益效果:
在本发明的方案中,左眼显示画面和右眼显示画面可以是适用于大尺寸屏幕所显示的高分辨率画面。光学组件将左眼显示画面和右眼显示画面的光线进行汇聚,从而使其所能呈现的视图适用于较小的画面播放尺寸,由于汇聚不会对分辨率产生影响,因此光学组件最终给用户呈现的VR画面具有极高的清晰度。显然本实施例的方案仅基于简单的光学结构就能够在小的画面播放尺寸上显示出高分辨率的VR画面,可提高用户对VR设备的体验,因此具有较高的实用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光学组件的逻辑结构示意图;
图2为本发明实施例提供的光学组件的一物理结构示意图;
图3为本发明实施例提供的光学组件的另一物理结构示意图;
图4为本发明实施例提供的VR设备为VR头盔的逻辑结构示意图;
图5为本发明实施例提供的VR设备为VR眼镜的逻辑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中,提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此,本领域技术人员应该清楚,可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外,为了清楚和简洁,省略了对已知功能和构造的描述。
应理解,说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外,这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中,应理解,下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明针对现有技术难以显示出小尺寸、高分辨率的VR画面的问题,提供一种解决方案。
一方面,本发明的实施例提供一种光学组件,如图1所示,包括:
光线传播装置11、光线汇聚装置12以及光线反射装置13;其中,
光线传播装置11用于分别接收左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线,并将左眼显示画面和所述右眼显示画面发出的光线分别传播至光线汇聚装置12;
光线汇聚装置12将左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线汇聚至光线反射装置13,其中,左眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第一显示画面的尺寸小于左眼显示画面的尺寸,右眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第二显示画面的尺寸小于右眼显示画面的尺寸;
光线反射装置13用于将第一显示画面的光线反射至用户的左眼,以及将第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
在实际应用中,上述左眼显示画面和右眼显示画面可以是适用于大尺寸屏幕所显示的高分辨率画面。光学组件将左眼显示画面和右眼显示画面的光线进行汇聚,从而使其所能呈现的视图适用于较小的画面播放尺寸,由于汇聚不会对分辨率产生影响,因此光学组件最终给用户呈现的VR画面具有极高的清晰度。显然本实施例的方案仅基于简单的光学结构就能够在小的画面播放尺寸上显示出高分辨率的VR画面,可提高用户对VR设备的体验,因此具有较高的实用价值。
需要说明的是,本实施例的光学组件中,上述光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置分别可以由不同的光学部件实现,下面具体结合可行的实现方式,对本实施例的光学组件进行示例性介绍。
如图2和图3所示,本实施例的光学组件具体包括:
作为上述光线传播装置的光学棱镜111;
作为上述光线汇聚装置的左眼透镜121和右眼透镜122,该左眼透镜121和右眼透镜122可以为具有汇聚功能的凸透镜;
作为上述光线反射装置的光屏131和平面镜132。
为实现较小的空间占用,光学棱镜111、左眼透镜121、右眼透镜122以及光屏131的几何中心位于同一平面。
作为示例性介绍,当光学棱镜111、左眼透镜121、右眼透镜122以及光屏131的几何中心位于三维坐标系的XOY平面内时,则光屏131的法线在所光屏131的反射方向上与Z轴之间的夹角α互补于平面镜132的法线在平面镜132的反射方向上与Z轴之间的夹角β。
即,光屏131的反射面与平面镜132的反射面互相垂直。例如:α为135°,则β为45°;或者α为45°,则β为135°。基于该结构设计,可以使左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线成功对应传播至用户的左右眼。
其中,当左眼显示画面和右眼显示画面在入射至光学棱镜111后,被光学棱镜111分别对应反射至左眼透镜121和右眼透镜122。
之后,左眼透镜121将左眼显示画面发出的光线汇聚至光屏131,得到第一显示画面;同理,右眼透镜122对应地将右眼显示画面发出的光线汇聚至光屏131得到第二显示画面;这里,当左眼显示画面发出的光线至左眼透镜121的路径距离大于左眼透镜121的焦距,且右眼显示画面发出的光线至所述右眼透镜122的路径距离大于右眼透镜122的焦距时,第一显示画面和第二显示画面在光屏131上为倒立缩小的实像。
该光屏131为本身具有亮度的屏幕,光屏131上实像的亮度会随光屏131的亮度而改变,以调节VR画面的亮度。
之后,汇聚后的第一显示画面的光线和汇聚后的第二显示画面的光线经光屏131反射至平面镜132。该平面镜132位于光屏131反射光线的路径上,最终由平面镜132沿X轴正向,用于将光屏131反射的第一显示画面的光线反射至用户的左眼,以及将光屏131反射的第二显示画面的光线反射至用户的右眼,以呈现VR画面。
基于上述结构可以看出,本实施例利用凸透镜的聚光性,将大尺寸屏幕的画面汇聚成小尺寸实像,再利用棱镜、光屏、平面镜等将路径反射以节省VR组件空间。当汇聚前的视图光源对应较高的分辨率时,汇聚后的图像可达到更高的分辨率。
需要说明的是,以上实现方式仅用于对本实施例的光学组件进行示例性介绍,上述光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置也可由其他光学部件实现,例如:光线传播装置可以具体采用透镜来代替棱镜,以实现传播功能;再例如:光线反射装置也可以仅包括平面镜,汇聚后的左眼显示画面以及右眼显示画面的光线可以直接经过平面镜反射至用户的左右眼;再例如:光线反射装置也可以仅包括光屏,汇聚后的左眼显示画面以及右眼显示画面的光线可以直接经过光屏反射至用户的左右眼。因此,但凡是通过汇聚作用实现小尺寸、高分别率的VR画面都应属于本发明的保护范围。本文不再进行举例赘述。
另一方面,本发明的另一实施例还提供一种VR设备,包括:
本发明上述实施例所提供的光学组件。
基于该光学组件,本实施例的VR设备以用较小的空间实现了超高分辨率的VR显示效果,因此特别适合应用于可穿戴设备。
在实际应用中,可穿戴设备可以是VR眼镜或者是VR头盔等,这类产品都具有较小的画面播放尺寸,目前难以显示高分辨率的VR画面。基于本实施例的VR设备则可以有效提高产品的画面清晰度,从而提高了可穿戴VR设备的实用性,对这类产品推广起到积极的影响,因此具有很高的使用价值。
下面结合不同实际方式,对本实施例的VR设备进行详细介绍。
示例性地,本实施例的VR设备可以是VR头盔,如图4所示,该VR头盔包括:
光学组件41;
左眼显示屏42,用于显示左眼显示画面;
右眼显示屏43,用于显示右眼显示画面。
在实际应用中,上述左眼显示屏42和右眼显示屏43为大尺寸高分辨率的屏幕,可将其左眼显示画面和右眼显示画面的光线发射至光学组件41的光线传播装置中,从而由该光学组件41进行汇聚,得到小尺寸、高分辨率的VR画面。
或者,本实施例的VR设备还可以是VR眼镜,如图5所示,该VR眼镜包括:
光学组件51;
接收器5,用于接收左眼显示画面信息和右眼显示画面信息;
发射器53,用于根据左眼显示画面信息和右眼显示画面信息,向光线反射装置发射左眼显示画面和右眼显示画面。
在实际应用中,左眼显示画面信息和右眼显示画面信息为原本播放在大尺寸、高分辨率的播放设备的画面信息。接收器52可以是通信装置,如蓝牙、WIFI等部件,可通过无线方式接收该画面信息(例如与大尺寸、高分辨率的播放设备建立交互,接收其画面信息),该画面信息的光线最终由发射器53发射至光学组件51,由该光学组件51进行汇聚,得到小尺寸、高分辨率的VR画面。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。
Claims (9)
1.一种光学组件,其特征在于,包括:
光线传播装置、光线汇聚装置以及光线反射装置;
所述光线传播装置用于分别接收左眼显示画面和右眼显示画面发出的光线,并将所述左眼显示画面和所述右眼显示画面发出的光线分别传播至所述光线汇聚装置;
所述光线汇聚装置用于将所述左眼显示画面和所述右眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置,其中,左眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第一显示画面的尺寸小于所述左眼显示画面的尺寸,右眼显示画面发出的光线经汇聚后所成第二显示画面的尺寸小于所述右眼显示画面的尺寸;
所述光线反射装置用于将所述第一显示画面的光线反射至用户的左眼,以及将所述第二显示画面的光线反射至用户的右眼;
所述光线反射装置包括:光屏,所述光屏位于所述光线汇聚装置出射光线的路径上,所述光屏用于显示所述第一显示画面和所述第二显示画面,并将所述第一显示画面的光线以及所述第二显示画面的光线进行反射,光屏为本身具有亮度的屏幕,光屏上实像的亮度会随光屏的亮度而改变。
2.根据权利要求1所述的光学组件,其特征在于,
所述光学传播装置为光学棱镜。
3.根据权利要求2所述的光学组件,其特征在于,
所述光线汇聚装置包括:
用于将左眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置的左眼透镜,以及用于将右眼显示画面发出的光线汇聚至所述光线反射装置的右眼透镜。
4.根据权利要求3所述的光学组件,其特征在于,
所述左眼透镜和所述右眼透镜均为凸透镜。
5.根据权利要求4所述的光学组件,其特征在于,
所述光线反射装置还包括:平面镜;所述平面镜位于所述光屏反射光线的路径上,用于将所述光屏反射的第一显示画面的光线反射至用户的左眼,以及将所述光屏反射的第二显示画面的光线反射至用户的右眼。
6.根据权利要求5所述的光学组件,其特征在于,
所述光学棱镜、左眼透镜、右眼透镜以及光屏的几何中心位于同一平面。
7.根据权利要求6所述的光学组件,其特征在于,
所述光学棱镜、左眼透镜、右眼透镜以及光屏的几何中心所处的平面平行于三维坐标系的XOY平面;所述光屏的法线在所述光屏的反射方向上与Z轴之间形成的夹角互补于所述平面镜的法线在所述平面镜的反射方向上与Z轴之间形成的夹角;所述左眼显示画面发出的光线至所述左眼透镜的路径距离大于所述左眼透镜的焦距,所述右眼显示画面发出的光线至所述右眼透镜的路径距离大于所述右眼透镜的焦距。
8.一种VR设备,其特征在于,包括如权利要求1-7任一项所述的光学组件。
9.根据权利要求8所述的VR设备,其特征在于,还包括:
左眼显示屏,用于显示左眼显示画面;
右眼显示屏,用于显示右眼显示画面。
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