CN109752852A - 一种用于头戴式设备的显示系统及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于头戴式设备的显示系统及其设计方法，所述方法包括：将屏幕划分为至少两个视场区域，其中，在设计光学系统时，使距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小。根据本发明的方案，距离屏幕中心越近的视场区域的PPD越大，距离屏幕中心越远的视场区域的PPD越小，从而能够将不同视场区域的分辨率按照人眼特性做差异化，使得显示系统的显示结果能够符合人眼分辨率特性。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种用于头戴式设备的显示系统及其设计方法。
背景技术
近年来，头戴式设备一直是热门话题，市场上也推出了很多应用产品，如VR(Virtual Reality，虚拟现实)头戴式设备、AR(Augmented Reality，增强现实)头戴式设备、MR(Mixed Reality，混合现实)头戴式设备。现有技术中，头戴式设备的显示系统通常是按照传统的光学设计方法，即等比例的将显示屏幕放大，因此显示屏幕上所有区域对应的放大率是相同的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于头戴式设备的显示系统及其设计方法。
根据本发明的一个方面，提供一种用于头戴式设备的显示系统设计方法，其中，该方法包括：将屏幕划分为至少两个视场区域，其中，在设计光学系统时，使距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小。
根据本发明的另一个方面，提供一种根据本发明所述的方法制作而成的用于头戴式设备的显示系统。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小，则距离屏幕中心越近的视场区域的PPD越大，距离屏幕中心越远的视场区域的PPD越小，从而能够将不同视场区域的分辨率按照人眼特性做差异化，使得显示系统的显示结果能够符合人眼分辨率特性；并且，可以提升人眼中心观察区域的分辨率，缓解纱窗效应，提升显示系统的清晰度，且与现有技术中等比例的放大显示屏幕的方案相比，在同样的屏幕尺寸下，本发明能够在提升中心观察区域PPD的同时保证较大的FOV。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为人眼分辨率示意图；
图2为本发明一个示例的视场区域FOV所利用屏幕的尺寸的示意图；
图3为本发明一个示例的划分屏幕所得到的多个视场区域的示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明提供一种用于头戴式设备的显示系统设计方法，其中，该方法包括：将屏幕划分为至少两个视场区域，其中，在设计光学系统时，使距离屏幕中心越近的视场区域FOV(Field Of View，视场角)利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小。
优选地，所述视场区域的形状为圆形。
具体地，在设计光学系统时，在同样的FOV下，使距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸(也即长度)越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小。需要说明的是，屏幕的像素密度是线性的，PPI(Pixels Per Inch)是固定的，则在同样的FOV下，由于距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，则距离屏幕中心越近的视场区域的PPD(Pixels Per Degree)越大。优选地，可根据要实现的FOV和/或人眼分辨率特性来确定各个视场区域利用的屏幕尺寸。
其中，可采用多种实现方式将屏幕划分为至少两个视场区域。
例如，根据预定的视场区域数量以及各个视场区域所占屏幕的比例信息，将屏幕划分为多个视场区域。
又例如，可结合人眼分辨率特性，将屏幕划分为至少两个视场区域。具体地，可通过人眼分辨率的变化程度，来确定待划分的视场区域的数量，之后基于所确定的数量来将屏幕划分为相应的多个视场区域；如基于图1所示的人眼分辨率示意图可知(其中，Fovea表示中央凹，Blind Sport表示盲点)，人眼中心(即0°)的分辨率最高(为1.0)，而越往边缘分辨率越低，且人眼分辨率随视角从0°至10°而急速地下降，随视角从10°至40°而较缓慢地下降，随视角从40°到60°而极为缓慢地下降，则可基于上述人眼分辨率的变化程度确定将屏幕划分为三个视场区域，之后确定该三个区域分别占屏幕的比例，并执行划分操作。
作为一种具体实施方式，将屏幕划分为中心视场区域和边缘视场区域，所述中心视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于边缘视场区域FOV利用屏幕的尺寸。
图2为本发明一个示例的视场区域FOV所利用屏幕的尺寸的示意图，假设中心视场区域和边缘视场区域各要实现θ的FOV，则设计光学系统时，使中心视场区域θ利用屏幕尺寸为H2，边缘视场区域θ为H1，H2>H1。该实现方式中，由于所述中心视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于边缘视场区域FOV利用屏幕的尺寸，使得所述中心视场区域的PPD大于所述边缘视场区域的PPD。
优选地，所述中心视场区域为所述屏幕的0-70％的视场区域，所述边缘视场区域为所述屏幕的70％-100％的视场区域(其中，0表示屏幕中心，100％表示屏幕最边缘)。
作为另一种具体实施方式，将屏幕划分为中心视场区域、中间视场区域和边缘视场区域，其中，所述中心视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于所述中间视场区域FOV利用屏幕的尺寸，所述中间视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于所述边缘视场区域FOV利用屏幕的尺寸。该实现方式中，由于“所述中心视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于所述中间视场区域FOV利用屏幕的尺寸，所述中间视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于所述边缘视场区域FOV利用屏幕的尺寸”，使得所述中心视场区域的PPD大于所述中间视场区域的PPD，所述中间视场区域的PPD大于所述边缘视场区域的PPD。
优选地，所述中心视场区域为所述屏幕的0-30％的视场区域，所述中间视场区域为所述屏幕的30％-70％的视场区域，所述边缘视场区域为所述屏幕的70％-100％的视场区域(其中，0表示屏幕中心，100％表示屏幕最边缘)。图3为本发明一个示例的划分屏幕所得到的多个视场区域的示意图，其中示出了与屏幕及划分得到的视场区域相关的尺寸，由图3可见，屏幕被划分为中心视场区域1、中间视场区域2和边缘视场区域3，中心视场区域1为屏幕的0-30％的视场区域，中间视场区域为屏幕的30％-70％的视场区域，边缘视场区域为屏幕的70％-100％的视场区域。
需要说明的是，优选地，也可先将屏幕划分为至少两个视场区域，之后，再对所述至少两个视场区域中的至少一个视场区域进行进一步划分，所述至少一个视场区域中的每个视场区域可对应不同的划分策略。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何将屏幕划分为至少两个视场区域，其中，在设计光学系统时，使距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
现有技术中，头戴式设备的光学显示方案通常是按照传统的光学设计方法，即等比例的将显示屏幕放大，因此显示屏幕上所有区域对应的放大率是相同的。
本发明发现，根据人眼特性，人眼中心视场区域分辨率较高，而边缘视场范围分辨率逐渐下降，如图1所示，人眼中心(即0°)的分辨率最高(为1.0)，而越往边缘分辨率越低；而现有技术中等比例的放大显示屏幕的方案，使得人眼看到的显示屏幕上不同区域的清晰度相同，这明显不符合人眼分辨率特性，且会造成人眼较敏感的中心视场区域显示清晰度较低；并且，由于受限于屏幕分辨率，现有技术的方案中存在较大的纱窗效应，影响头戴式设备的使用体验。
根据本发明的方案，距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小，则距离屏幕中心越近的视场区域的PPD越大，距离屏幕中心越远的视场区域的PPD越小，从而能够将不同视场区域的分辨率按照人眼特性做差异化，使得显示系统的显示结果能够符合人眼分辨率特性；并且，可以提升人眼中心观察区域的分辨率，缓解纱窗效应，提升显示系统的清晰度，且与现有技术中等比例的放大显示屏幕的方案相比，在同样的屏幕尺寸下，本发明能够在提升中心观察区域PPD的同时保证较大的FOV。
本发明还提供了一种用于头戴式设备的显示系统，所述显示系统是基于本发明所述的设计方法制作而成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (7)
1.一种用于头戴式设备的显示系统设计方法，其中，该方法包括：将屏幕划分为至少两个视场区域，其中，在设计光学系统时，使距离屏幕中心越近的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越大，距离屏幕中心越远的视场区域FOV利用的屏幕尺寸越小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将屏幕划分为至少两个视场区域的操作包括：
将屏幕划分为中心视场区域和边缘视场区域，所述中心视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于边缘视场区域FOV利用屏幕的尺寸。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述中心视场区域为所述屏幕的0-70％的视场区域，所述边缘视场区域为所述屏幕的70％-100％的视场区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将屏幕划分为至少两个视场区域的操作包括：
将屏幕划分为中心视场区域、中间视场区域和边缘视场区域，其中，所述中心视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于所述中间视场区域FOV利用屏幕的尺寸，所述中间视场区域FOV利用屏幕的尺寸大于所述边缘视场区域FOV利用屏幕的尺寸。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述中心视场区域为所述屏幕的0-30％的视场区域，所述中间视场区域为所述屏幕的30％-70％的视场区域，所述边缘视场区域为所述屏幕的70％-100％的视场区域。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述视场区域的形状为圆形。
7.一种用于头戴式设备的显示系统，其中，所述显示系统根据如权利要求1至6中任一项所述的方法制作而成。
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