CN109459860B - 一种虚拟现实头戴显示器 - Google Patents
一种虚拟现实头戴显示器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109459860B CN109459860B CN201910033501.2A CN201910033501A CN109459860B CN 109459860 B CN109459860 B CN 109459860B CN 201910033501 A CN201910033501 A CN 201910033501A CN 109459860 B CN109459860 B CN 109459860B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens group
- optical
- lens
- virtual reality
- display
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
本发明涉及显示设备技术领域，公开了一种虚拟现实头戴显示器，该虚拟现实头戴显示器，包括：成像结构，成像结构包括一个位于中间的第一透镜组，以及呈环形阵列拼接于第一透镜组周围、且光学数据与第一透镜组相同的多个第二透镜组，且每个第二透镜组的光轴与第一透镜组的光轴之间的夹角等于第一透镜组的视场角；显示屏组，显示屏组包括与第一透镜组的光轴垂直设置的第一显示屏，以及与第二透镜组的光轴一一对应垂直设置的多个第二显示屏。该虚拟现实头戴显示器中每个透镜组具有小视场角，能够提高成像结构的整体光路清晰度，实现光路视网膜效果；并且，使得每个透镜组的成像畸变和色散轻微，进而降低了成像结构整体的成像畸变和色散。
Description
技术领域
本发明涉及显示设备技术领域，特别涉及一种虚拟现实头戴显示器。
背景技术
近眼显示技术逐渐发展，虚拟现实VR头戴显示器逐步走进了人们的生活当中，但由于虚拟现实系统的放大倍率太大，普通显示屏PPI较低，经光路放大后，屏幕的像素点清晰可见，会有较为明显的沙窗效应和颗粒感，影响观感，降低沉浸感，而且成像边缘畸变严重，色散也很明显。因此，提高头戴式显示器HMD的清晰度、降低色散和畸变成为虚拟现实VR设计的重大课题。
发明内容
本发明提供了一种虚拟现实头戴显示器，上述虚拟现实头戴显示器提高了整体光路清晰度以及降低了成像畸变和色散。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种虚拟现实头戴显示器，包括：
成像结构，所述成像结构包括一个位于中间的第一透镜组，以及呈环形阵列拼接于所述第一透镜组周围、且光学数据与所述第一透镜组相同的多个第二透镜组，且每个所述第二透镜组的光轴与所述第一透镜组的光轴之间的夹角等于所述第一透镜组的视场角；
显示屏组，所述显示屏组包括与所述第一透镜组的光轴垂直设置的第一显示屏，以及与所述第二透镜组的光轴一一对应垂直设置的多个第二显示屏。
上述虚拟现实头戴显示器，包括由多个透镜组拼接而成的成像结构以及与成像结构中的各个透镜组一一对应设置的显示屏组，其中，成像结构包括一个位于中间的第一透镜组，以及呈环形阵列拼接于第一透镜组周围、且光学数据与第一透镜组相同的多个第二透镜组，为了保证成像结构生成的图像连续拼接，每个第二透镜组的光轴与第一透镜组的光轴之间的夹角等于第一透镜组的视场角。上述虚拟现实头戴显示器中由于成像结构中第一透镜组与第二透镜组的光学数据相同，则成像结构中每个透镜组的视场角相同，即每个透镜组具有小视场角，使得每个透镜组的光路的放大倍率减小，提高每个透镜组的光路的清晰度，而成像结构是由一个第一透镜组以及多个第二透镜组环形阵列拼接组成，进而能够提高成像结构的整体光路清晰度，实现光路视网膜效果；并且，由于每个透镜组具有小视场角，使得每个透镜组的成像畸变和色散轻微，进而降低了成像结构整体的成像畸变和色散。
在一种可能的实现方式中，所述成像结构的视场角大于等于120度。
在一种可能的实现方式中，所述第一透镜组包括至少一片光学透镜，且当所述第一透镜组中包括至少两片光学透镜时，所述第一透镜组中所有光学透镜的光轴共轴。
在一种可能的实现方式中，所述第二透镜组包括与所述第一透镜组中光学透镜一一对应的光学透镜，且当所述第二透镜组中包括至少两片光学透镜时，所述第二透镜组中所有光学透镜的光轴共轴。
在一种可能的实现方式中，多个所述第二透镜组中的光学透镜一一对应呈环形阵列拼接于所述第一透镜组中的光学透镜上，且每两组相邻的所述第二透镜组中的光学透镜也一一对应拼接。
在一种可能的实现方式中，所述第一透镜组中的光学透镜位于所述第一显示屏上的正投影形状为正N边形，N为大于等于3的整数。
在一种可能的实现方式中，所述第一透镜组中的光学透镜位于所述第一显示屏上的正投影形状为正八边形。
在一种可能的实现方式中，所述第二透镜组中的光学透镜位于其对应的所述第二显示屏上的正投影的形状为等腰梯形。
在一种可能的实现方式中，包括与人体双眼对应的两组所述成像结构以及显示屏组。
在一种可能的实现方式中，还包括用于固定所述成像结构以及显示屏组的镜筒外壳。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种成像结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单个透镜组的光路效果图；
图3为本发明实施例提供的一种成像结构的顶视图路效果图；
图4为本发明实施例提供的一种光学透镜的投影图；
图5为本发明实施例提供的另一种光学透镜的投影图；
图6为本发明实施例提供的第一显示屏显示区域形状示意图；
图7为本发明实施例提供的第二显示屏显示区域形状示意图；
图8为本发明实施例提供的一种光学透镜的拼接方案图；
图9为本发明实施例提供的一种虚拟现实头戴显示器。
图标：
1-成像结构；11-第一透镜组；12-第二透镜组；111、112、121、122-光学透镜；2-显示屏组；21-第一显示屏；22-第二显示屏；3-镜筒外壳。
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。
请参考图1，本发明提供一种虚拟现实头戴显示器，包括：
成像结构1，成像结构1包括一个位于中间的第一透镜组11，以及呈环形阵列拼接于第一透镜组11周围、且光学数据与第一透镜组11相同的多个第二透镜组12，且每个第二透镜组12的光轴与第一透镜组11的光轴之间的夹角等于第一透镜组11的视场角；
显示屏组2，显示屏组2包括与第一透镜组11的光轴垂直设置的第一显示屏21，以及与第二透镜组12的光轴一一对应垂直设置的多个第二显示屏22。
上述实施例中提供的虚拟现实头戴显示器，包括由多个透镜组拼接而成的成像结构1以及与成像结构1中的各个透镜组一一对应设置的显示屏组2，其中，成像结构1包括一个位于中间的第一透镜组11，以及呈环形阵列拼接于第一透镜组11周围、且光学数据与第一透镜组11相同的多个第二透镜组12，为了保证成像结构1生成的图像连续拼接，每个第二透镜组12的光轴与第一透镜组11的光轴之间的夹角等于第一透镜组11的视场角。上述虚拟现实头戴显示器中由于成像结构1中第一透镜组11与第二透镜组12的光学数据相同，则成像结构1中每个透镜组的视场角相同，即每个透镜组具有小视场角，使得每个透镜组的光路的放大倍率减小，提高每个透镜组的光路的清晰度，而成像结构1是由一个第一透镜组11以及多个第二透镜组12环形阵列拼接组成，进而能够提高成像结构1的整体光路清晰度，实现光路视网膜效果；并且，由于每个透镜组具有小视场角，使得每个透镜组的成像畸变和色散轻微，进而降低了成像结构1整体的成像畸变和色散。
上述第一透镜组11与第二透镜组12光学数据相同，具体地，光学数据包括视场角、折射率以及放大倍率等光学参数。
上述实施例中提供的虚拟现实头戴显示器，由于降低了整体光路的成像畸变以及色散，所以由第一透镜组11和第二透镜组12拼接而成的成像结构1的视场角可以扩大到120度及以上。而目前现有的虚拟现实头戴显示器的视场角大约在100度左右，本实施例中提供的虚拟现实头戴显示器的整机视场角相对现有技术得到了扩大。例如，图2所示为单个透镜组的光路效果图，如图3所示为成像结构1顶视图光路效果图，假如图2中单个透镜组的视场角为40度，则图3中第一透镜组11与多个第二透镜组12环形阵列拼接后得到的成像结构1的视场角可以在X轴和Y轴方向均为120，且全视野范围内无明显畸变。在实际应用中，单个透镜组的视场角不限于40度。
上述第一透镜组11，具体地可以如图1和图2所示，包括至少一片光学透镜，并且当第一透镜组11中包括至少两片光学透镜时，第一透镜组11中所有光学透镜的光轴共轴，确保成像结构1成像的精确性。例如，图1中第一透镜组11包括光学透镜111和光学透镜112。在实际应用中，第一透镜组11中包括光学透镜的个数可以为1片、2片或者3片及以上，在这里不做限制。
上述第二透镜组12，具体地可以如图1和图3所示，第二透镜组12包括与第一透镜组11中光学透镜一一对应的光学透镜，并且当第二透镜组12中包括至少两片光学透镜时，第二透镜组12中所有光学透镜的光轴共轴，确保成像结构1成像的精确性。例如，图1中第二透镜组12包括光学透镜121和光学透镜122。在实际应用中，第二透镜组12中包括光学透镜的个数与第一透镜组11中包括的光学透镜个数相同，可以为1片、2片或者3片及以上，在这里不做限制。
上述成像结构1，具体地，如图1所示，多个第二透镜组12中的光学透镜一一对应呈环形阵列拼接于第一透镜组11中的光学透镜上，且每两组相邻的第二透镜组12中的光学透镜也一一对应拼接。
具体地，第一透镜组11中的光学透镜位于第一显示屏21上的正投影形状可以为正N边形，N为大于等于3的整数。
优选地，第一透镜组11中的光学透镜位于第一显示屏21上的正投影形状为正八边形，如图4所示；而与第一透镜组11对应的第一显示屏21上的显示区域的形状优选与第一透镜组11中的光学透镜的投影形状相同，如图6所示。
具体地，第二透镜组12中的光学透镜位于其对应的第二显示屏22上的正投影的形状为等腰梯形或者近似等腰梯形的图案，如图5所示；而与第二透镜组12对应的第二显示屏22上的显示区域的形状优选与第二透镜组12中的光学透镜的投影形状相同，如图7所示。
上述成像结构1中，第一透镜组11与第二透镜组12中光学透镜之间的拼接方案可以如图8所示。
上述虚拟现实头戴显示器中包括与人体双眼对应的两组成像结构1以及显示屏组2，如图9所示。
具体地，还包括用于固定上述两组成像结构1以及显示屏组2的镜筒外壳3，并且镜筒外壳3能够对整机光路进行遮光处理，如图9所示。
上述虚拟现实头戴显示器具体地设置时，显示屏组中可以选择为5000PPI的显示屏，透镜组的放大倍率为10-16倍，虚像距为300mm，透镜组通过拼接后能够实现虚像视网膜效果。上述设置数据只是一种举例，在应用中根据实际情况而定，不做限制。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种虚拟现实头戴显示器，其特征在于，包括：
成像结构，所述成像结构包括一个位于中间的第一透镜组，以及呈环形阵列拼接于所述第一透镜组周围、且光学数据与所述第一透镜组相同的多个第二透镜组，且每个所述第二透镜组的光轴与所述第一透镜组的光轴之间的夹角等于所述第一透镜组的视场角；
显示屏组，所述显示屏组包括与所述第一透镜组的光轴垂直设置的第一显示屏，以及与所述第二透镜组的光轴一一对应垂直设置的多个第二显示屏；
所述成像结构的视场角大于等于120度。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，所述第一透镜组包括至少一片光学透镜，且当所述第一透镜组中包括至少两片光学透镜时，所述第一透镜组中所有光学透镜的光轴共轴。
3.根据权利要求2所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，所述第二透镜组包括与所述第一透镜组中光学透镜一一对应的光学透镜，且当所述第二透镜组中包括至少两片光学透镜时，所述第二透镜组中所有光学透镜的光轴共轴。
4.根据权利要求3所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，多个所述第二透镜组中的光学透镜一一对应呈环形阵列拼接于所述第一透镜组中的光学透镜上，且每两组相邻的所述第二透镜组中的光学透镜也一一对应拼接。
5.根据权利要求4所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，所述第一透镜组中的光学透镜位于所述第一显示屏上的正投影形状为正N边形，N为大于等于3的整数。
6.根据权利要求5所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，所述第一透镜组中的光学透镜位于所述第一显示屏上的正投影形状为正八边形。
7.根据权利要求5或6所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，所述第二透镜组中的光学透镜位于其对应的所述第二显示屏上的正投影的形状为等腰梯形。
8.根据权利要求1所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，包括与人体双眼对应的两组所述成像结构以及显示屏组。
9.根据权利要求8所述的虚拟现实头戴显示器，其特征在于，还包括用于固定所述成像结构以及显示屏组的镜筒外壳。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910033501.2A CN109459860B (zh) | 2019-01-14 | 2019-01-14 | 一种虚拟现实头戴显示器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910033501.2A CN109459860B (zh) | 2019-01-14 | 2019-01-14 | 一种虚拟现实头戴显示器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109459860A CN109459860A (zh) | 2019-03-12 |
| CN109459860B true CN109459860B (zh) | 2021-09-17 |
Family
ID=65616458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910033501.2A Active CN109459860B (zh) | 2019-01-14 | 2019-01-14 | 一种虚拟现实头戴显示器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109459860B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110402412B (zh) * | 2019-05-30 | 2021-12-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 近眼显示面板和近眼显示装置 |
| TWI710801B (zh) * | 2019-12-31 | 2020-11-21 | 宏碁股份有限公司 | 頭戴式顯示器 |
| CN111323921A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-23 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种镜筒组件及头戴式显示装置 |
| CN114967215B (zh) * | 2022-05-31 | 2023-11-10 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示装置和虚拟现实装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101373321A (zh) * | 2008-10-20 | 2009-02-25 | 浙江大学 | 360°悬浮式准三维显示装置 |
| CN104932105A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-23 | 北京理工大学 | 一种拼接式头盔显示装置 |
-
2019
- 2019-01-14 CN CN201910033501.2A patent/CN109459860B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101373321A (zh) * | 2008-10-20 | 2009-02-25 | 浙江大学 | 360°悬浮式准三维显示装置 |
| CN104932105A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-23 | 北京理工大学 | 一种拼接式头盔显示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109459860A (zh) | 2019-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109459860B (zh) | 一种虚拟现实头戴显示器 | |
| US9316834B2 (en) | Head-mounted display device with foveated pixels | |
| CN109791290B (zh) | 用于头戴式显示系统的光学系统 | |
| US10429613B2 (en) | Ocular optical system | |
| US10095022B2 (en) | Ocular optical system | |
| US20210373318A1 (en) | Ocular optical system | |
| US10890696B2 (en) | Ocular optical system | |
| WO2019062480A1 (zh) | 近眼光学成像系统、近眼显示装置及头戴式显示装置 | |
| US11366314B2 (en) | Ocular optical system | |
| US10025066B1 (en) | Ocular optical system | |
| TW201734538A (zh) | 目鏡光學系統 | |
| US10139592B2 (en) | Ocular optical system | |
| US11409108B2 (en) | Near-eye display panel and near-eye display device | |
| CN206321875U (zh) | 双元素凸凹镜片的vr/mr光学系统及vr/mr设备 | |
| JP7194470B2 (ja) | 広視野角・高画質接眼レンズ光学システム及び設備 | |
| GB2274727A (en) | Optical display system | |
| US11150471B2 (en) | Diffusers for head up displays | |
| US11582439B2 (en) | Ocular optical system | |
| JP4583625B2 (ja) | 画像表示装置 | |
| WO2019044501A1 (ja) | ヘッドマウントディスプレイ | |
| US20180038996A1 (en) | Mitigation of screen door effect in head-mounted displays | |
| CN118259453A (zh) | 光学系统设计方法、光学系统和头戴显示设备 | |
| Lyu | Perceptual Driven Approach to the Design of Statically Foveated Head-Mounted Displays | |
| CN117192777A (zh) | 光学系统和头戴显示设备 | |
| JPH06300977A (ja) | ６群構成の広角接眼レンズ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |