CN110401831B - 一种vr设备及其显示控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VR设备及其显示控制方法，该VR设备包括壳体、设置于壳体内部的显示屏以及可相对壳体移动的透镜组件；还包括：固定在透镜组件的镜筒外侧壁上的导光结构以及位于所述导光结构内部的感光模块，所述导光结构上设置透光窗，感光模块用于采集来自所述显示屏的不同预定区域并穿透所述透光窗的光信号；控制模块，用于根据所述光信号确定所述透镜组件移动的距离和方向，并根据所述透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏显示画面的中心。本VR设备可调节单显示屏的显示画面中心、透镜以及瞳孔位于同一直线上，且通过光学检测原理进行调节，调节精度高。

Description

一种VR设备及其显示控制方法

技术领域

本发明属于智能穿戴设备技术领域，更具体地说，涉及一种VR设备及其显示控制方法。

背景技术

VR系统中，只有在LCD屏幕左右显示图像的中心点、透镜（Lens）的焦距中心点以及人眼瞳孔在一条视线上（三点一线）时，眼睛观察的画面才是最佳的；如果三点不在一条直线上，人眼观察视野中的画面就会模糊，使VR的沉浸式体验变差。瞳孔间距 (IPD) 是指双眼瞳孔中心之间的距离，对于人眼而言，瞳孔间距因人而异，因此需要通过调节VR设备的IPD，使两个透镜之间的距离与用户的瞳孔间距保持一致，达到最佳的画面观看效果。

目前市面上带有IPD调节的VR，一般是通过采用手动滑动电阻式调节液晶屏及透镜之间的距离实现IPD调节，由于滑动电阻器的精度为10Kohm±30%，导致采样精度差，进而导致IPD调节精度差。此外，该类型的VR系统需要采用双屏及双透镜结构，以保证屏幕与透镜能够同步移动实现调节，不适用于低成本的单屏VR设备。

发明内容

本发明针对现有VR设备中IPD调节采用滑动电阻器、调节精度低的技术问题，提出了一种VR设备及其显示控制方法，可以解决上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种VR设备，包括壳体、设置于所述壳体内部的显示屏以及可相对所述壳体移动的透镜组件；还包括：

控制模块、及固定在所述透镜组件的镜筒外侧壁上的导光结构以及位于所述导光结构内部的感光模块；

所述感光模块，用于在第一时刻采集来自所述显示屏的第一预定区域并穿透所述透光窗的第一光信号，并用于在第二时刻采集来自所述显示屏的第二预定区域并穿透所述透光窗的第二光信号，其中所述第二预定区域与所述第一预定区域的物理尺寸相同；

所述控制模块，用于根据所述第一光信号和第二光信号以及所述第一时刻和所述第二时刻确定所述透镜组件移动的距离和方向，并根据所述透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏显示画面的中心。

进一步的，所述显示屏包括透镜组件对应区和非透镜组件对应区，所述第一预定区域和所述第二预定区域位于所述非透镜组件对应区。

进一步的，所述感光模块设置于所述镜筒靠近所述显示屏中心位置处，所述第一预定区域和所述第二预定区域位于所述显示屏中心侧；或者，所述感光模块设置于所述镜筒靠近所述VR设备边缘处，所述第一预定区域和所述第二预定区域位于所述显示屏边缘处。

进一步的，所述第一预定区域对应第一预定像素块、所述第二预定区域对应第二预定像素块，所述第一预定像素块和所述第二预定像素块均包括若干像素单元、且像素单元数量相同。

进一步的，所述透光窗的宽度不大于0.2mm。

进一步的，所述显示屏为单个显示屏，所述单个显示屏用于展示左眼图像信息和右眼图像信息。

进一步的，所述感光模块为两个，设置在两所述镜筒的相对位置处。

本发明同时提出了一种VR设备的显示控制方法，

所述VR设备包括前面任一条所述的结构，所述显示控制方法包括：

在第一时刻，感光模块采集来自所述显示屏的第一预定区域并穿透所述透光窗的第一光信号；

透镜组件移动之后，在第二时刻，所述感光模块采集来自所述显示屏的第二预定区域并穿透所述透光窗的第二光信号；

控制模块根据所述第一光信号和所述第二光信号以及所述第一时刻和所述第二时刻，确定所述透镜组件移动的距离和方向；

所述控制模块根据所述透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏的显示画面中心以使所述显示画面中心与所述透镜组件中心以及用户的瞳孔中心对应。

进一步的，所述第二预定区域与所述第一预定区域的物理尺寸相同。

进一步的，所述第一预定区域和透光窗的相对位置关系与所述第二预定区域和所述透光窗的相对位置关系相同。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：首先，通过调节透镜组件相对壳体移动，进而可以调节透镜的中心与瞳孔对准。其次，通过调节显示屏显示画面的中心，使其与透镜的中心对准，进而画面的中心和瞳孔对准，实现眼睛观察的画面处于最佳状态。再次，通过设置感光模块采集来自显示屏的不同预定区域在不同时刻穿透透光窗的光信号，上述区域中只有与导光结构的透光窗相对准的像素单元点亮时，才能被感光模块检测到，据此可以根据不同时刻所采集到的光信号，确定透镜组件移动的距离和方向，进而实现根据透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏显示画面的中心，达到显示画面中心始终与透镜的中心在同一条直线上的目的。此外，本方案中通过检测像素单元点亮状态确定移动位置，调节精度可以精确到一个像素块的宽度（4K屏幕一个像素块的宽度为0.2mm），远高于滑动电阻调节精度。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，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中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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 是本发明提出的VR设备的一种实施例的结构示意图；

图2是图1的侧面结构示意图；

图3a是感光模块在第一时刻对准状态示意图；

图3b是感光模块在第二时刻对准状态示意图；

图4是本发明VR设备的调节原理示意图；

图5是本发明提出的VR设备中显示屏划分示意图；

图6本发明提出的VR设备的一种实施例的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一，本实施例提出了一种VR设备，如图1、图2所示，该VR设备包括壳体11、设置于壳体11内部的显示屏12、可相对壳体11移动的透镜组件13以及控制模块（角度原因图中未示出），透镜组件13至少包括镜筒131和透镜132；本VR设备还包括固定在镜筒131外侧壁上的导光结构14以及位于导光结构14内部的感光模块15，导光结构14上设置透光窗141，感光模块15用于采集来自显示屏的预定区域并穿透透光窗141的光信号，具体的，感光模块15用于在第一时刻采集来自显示屏12的第一预定区域并穿透透光窗141的第一光信号，并用于在第二时刻采集来自显示屏12的第二预定区域并穿透透光窗141的第二光信号，其中第二预定区域与第一预定区域的物理尺寸相同；

控制模块用于根据第一光信号和第二光信号以及第一时刻和第二时刻确定透镜组件13移动的距离和方向，并根据透镜组件13移动的距离和方向调整显示屏12显示画面的中心。控制模块是VR设备的数据处理、控制中心，通常为VR平台的CPU。

本实施例的VR设备尤其适合显示屏不能移动的VR设备的调节对准。对于采用单个显示屏的VR设备，因为显示屏无法移动，因此不能通过移动显示屏的方式实现屏幕中心、透镜与瞳孔对准，达到最好的观看效果。

本方案中，一方面通过调节透镜组件相对壳体移动，进而调节透镜的中心与瞳孔对准；另一方面，透镜组件相对壳体移动过程中，感光模块采集透镜组件移动前的第一光信号以及透镜组件移动后的第二光信号，根据第一光信号和第二光信号以及对应的时间差获得透镜移动的距离和方向，然后通过控制模块调节显示屏显示画面的中心，使其与透镜的中心对准，进而实现画面的中心、透镜中心以及瞳孔三者对准，能够实现眼睛观察的画面处于最佳状态。

本方案中感光模块15可以采集来自显示屏12上不同预定区域并穿透透光窗141的光信号，具体的，第一预定区域和第二预定区域中只有与导光结构的透光窗相对准的像素块点亮时，才能被感光模块检测到，据此可以确定透镜组件移动的距离和方向，进而根据透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏显示画面的中心，达到显示画面中心始终与透镜的中心对准的目的。此外，本方案中通过检测像素块点亮状态确定移动位置，调节精度可以精确到一个像素块的宽度（4K屏幕一个像素块的宽度为0.2mm），远高于滑动电阻调节精度。

显示屏12包括透镜组件对应区121和非透镜组件对应区122，第一预定区域和第二位于非透镜组件对应区122。VR设备的观看原理是显示屏12所显示的画面经透镜132汇聚至人眼，受透镜132与显示屏12的距离限制，并非显示屏上所有部位的发光都能经过透镜汇聚，因此，按照此特性将显示屏12划分为透镜组件对应区121和非透镜组件对应区122，透镜组件对应区121所显示的画面可以被人眼观察到，而非透镜组件对应区122所显示的画面不可以被人眼观察到。本方案中通过将第一预定区域和第二预定区域选定在非透镜组件对应区122，在检测透镜组件13移动的距离和方向时，通过对在非透镜组件对应区122进行扫描检测，可以保护人眼不被扫描亮点照射。需要说明的是，随着透镜组件13的移动，透镜组件对应区121和非透镜组件对应区122是变化的，只是变化后的透镜组件对应区121和变化前的透镜组件对应区121物理尺寸相同、变化后的透镜组件对应区122和变化前的透镜组件对应区122物理尺寸相同。

感光模块15需要采集来自显示屏12的第一预定区域和第二预定区域并透过透光窗141的光信号，因此，为了感光模块15能够采集到上述区域发出的光信号，感光模块15需要与显示屏12的上述区域相对设置，为了防止正常观看显示画面时感光模块15影响到透镜组件采光，干扰用户观看屏幕画面，感光模块15应设置于避开透镜132的位置，即不会对透镜132产生遮挡，因此，感光模块15可以设置于镜筒131靠近显示屏12中心位置处，相应第一预定区域和第二预定区域位于显示屏12中心侧；或者，感光模块15设置于镜筒靠近VR设备边缘处，相应第一预定区域和第二预定区域位于显示屏12边缘处，以上位置设置的感光模块15均不会对透镜造成遮挡。

如图1所示，透镜132具有两个，分别与人眼的左右眼相对应，镜筒131用于固定支撑透镜132，相应镜筒131也具有两个，透镜132固定在与其相对应的镜筒131中，镜筒131可相对于壳体11移动，带动透镜132相对于壳体11移动；镜筒131应至少能够沿与两个透镜的中心的连线相平行的直线上相对于壳体11移动。显示屏12固定在壳体11上，且发光面朝向透镜132；感光模块15与镜筒131固定，能够随镜筒131一起移动；感光模块15至少具有一个，设置在其中一个镜筒131上，也可以具有两个，分别设置在两个镜筒131上。导光结构14用于配合感光模块15设置，其数量与感光模块15的数量一致，导光结构14设置在感光模块15与显示屏12之间，如图3a所示，为感光模块在第一时刻对准状态示意图，导光结构14朝向显示屏12的一面上开设有透光窗141，通过开设透光窗141，第一预定区域对应第一预定像素块A，第一预定像素块A包括若干像素单元。通过调节透光窗141的宽度，使其接近显示屏12的一个像素块的宽度，来实现对像素块的高精度捕捉，在该第一时刻，第一预定像素块A中与透光窗141相对准的像素块点亮时，光线透过透光窗141被感光模块15采集，产生第一光信号；感光模块15将第一光信号发送至控制模块。当导光结构移动时，如图3b所示，为感光模块在第二时刻对准状态示意图，第二预定区域对应第二预定像素块B，第二预定像素块B包括若干像素单元。在该第二时刻，第二预定像素块B中与透光窗141相对准的像素块点亮时，光线透过透光窗141被感光模块15采集，产生第二光信号；感光模块15将第二光信号发送至控制模块。其中，第二预定区域与第一预定区域的物理尺寸相同。

为了减小计算量，方便控制，第一预定像素块A和第二预定像素块B所包含的像素单元数量相同。

作为一个优选的实施例，如图3a、图3b所示，导光结构14包括四周封闭的导光罩142，导光罩142朝向显示屏12的一面上开设透光窗141，感光模块15设置在导光罩142内，感光模块15的感光面朝向透光窗141，当与透光窗141相对准的像素块点亮时，光线透过透光窗141更好的被感光模块15捕捉到。感光模块15可以采用光敏二极管实现，导光罩142的材质为非透光材质。

透光窗141尽量靠近显示屏12来保证像素块光源垂直于透光窗141射入导光罩142内，透光窗的宽度不大于0.2mm， 0.2mm大约等于四个像素单元的大小，四个像素单元组成一个像素块，如图3a、图3b中所示的像素块A和像素块B，感光模块15输出端直接连接到控制模块上进行数据处理。

本方案检测镜筒131的移动原理是：只有与导光结构的透光窗141相对准的像素块点亮时，感光模块15能够检测到，控制模块通过控制显示屏12扫描，在某一时刻哪一个像素块被点亮对于控制模块而言是已知的，感光模块15的位置发生变化时，与其对准的像素块位置发生变化，因此，通过判断与其对准的像素块的变化，可以确定感光模块移动前后的位置，由于感光模块15与镜筒131以及透镜132之间是固定关系，进而可以确定透镜132的中心移动方向和移动距离，根据此信息相应调节显示画面中心，达到显示画面中心始终与透镜的中心在同一条直线上，当调节镜筒131时，如图4所示，用户佩戴着该VR设备，可通过观察显示画面的清晰度，确定瞳孔是否与透镜132在同一条直线上，结合显示画面中心O1、O2的调节，最终实现瞳孔、透镜132以及显示画面中心位于同一直线上，达到最佳画面观看效果。

本实施例中的显示屏12可以为单个显示屏，单个显示屏用于展示左眼图像信息和右眼图像信息。

调节机构16用于带动镜筒131相对于壳体11移动；调节机构16可以是独立设置，也即为每一个镜筒131分别设置一个调节机构16，可以对两个镜筒131进行独立调节，由于人眼的双瞳呈轴对称，区别在于双瞳之间的距离因人而异，因此，也可以两个镜筒131共用同一个调节机构，实现对两个镜筒131相对于中心轴调节步数一致，调节方向相反，可避免分别进行调节的繁琐。控制模块用于接收感光模块15发送的采集光信号，判断透镜132随着镜筒131的移动距离和移动方向，并根据镜筒131的移动距离和移动方向相应的调节显示屏12显示画面的中心。

如图6所示，调节机构16包括：齿轮161和齿条162；其中，齿条162具有两个，该两个齿条分别与两个镜筒12固定，齿条162的设置方向平行于两个透镜13的中心连线，且分别与齿轮161相啮合。当齿轮161转动时，其同步带动两个齿条162沿齿条的长轴方向运动，由于两个齿条162分别与两个镜筒12固定，因此，带动两个镜筒12沿齿条的长轴方向运动，两个齿条162相互平行，分别与齿轮161的两端相啮合，且两个齿条的齿距相同，因此，当齿轮161转动时，带动两个齿条162的运动步长一致，方向相反。

壳体11上固定有导向杆111，镜筒131上形成有至少一个凸块163，凸块163上开设有导向孔（由于角度原因图中未示出），导向杆111穿过导向孔，导向杆111与齿条162平行，当齿条162在齿轮161的带动下运动时，导向杆111起到对齿条162的导向支撑作用。

齿轮161可以通过电机带动转动，也可以由用户直接手动拨动转动，或者，还可以设置与齿轮161同轴且与齿轮161固定的拨动轮，通过手动拨动该拨动轮，带动齿轮161转动。本实施例中采用直接手动拨动齿轮161转动的方案，拨动齿轮161就可以使镜筒131移动来实现调节。

理论上两个齿条162分别带动两个镜筒131同步运动，且运动方向相反，计算出其中一个镜筒131的移动距离和移动方向，除了能够用于调节该镜筒131的显示画面的中心之外，还可以用于调节另外一个镜筒131所对应的显示画面的中心（方向进行反向），为了防止两个镜筒131之间运动过程中存在误差，导致显示画面的中心调节不精准，优选感光模块15具有两个，与两个镜筒131一一对应固定设置，分别为每个镜筒131设置用于检测其运动的感光模块15，实现对各镜筒12的精准调节。

本实施例中感光模块15为两个，设置在两镜筒131的相对位置处。导光结构14用于配合感光模块15设置，其数量与感光模块15的数量一致。

实施例二，本实施例提出了一种VR设备的显示控制方法，该VR设备包括壳体11、设置于壳体11内部的显示屏12以及可相对壳体11移动的透镜组件13，透镜组件13至少包括镜筒131和透镜132；本VR设备还包括固定在镜筒131外侧壁上的导光结构14以及位于导光结构14内部的感光模块15，导光结构14上设置透光窗141，如图5所示，显示屏12包括透镜组件对应区121和非透镜组件对应区122，第一预定区域和第二预定区域位于非透镜组件对应区122；该VR设备的显示控制方法包括：

在第一时刻，感光模块15采集来自显示屏12的第一预定区域并穿透透光窗141的第一光信号；

透镜组件13移动之后，在第二时刻，感光模块15采集来自显示屏12的第二预定区域并穿透透光窗141的第二光信号；

控制模块根据第一光信号和第二光信号以及第一时刻和第二时刻，确定透镜组件13移动的距离和方向；

控制模块根据透镜组件13移动的距离和方向调整显示屏12的显示画面中心以使显示画面中心与透镜组件中心以及用户的瞳孔中心对应。

本实施例的VR设备的显示控制方法，首先，通过调节透镜组件相对壳体移动，进而可以调节透镜的中心与瞳孔对准。其次，通过调节显示屏显示画面的中心，使其与透镜的中心对准，进而画面的中心和瞳孔对准，实现眼睛观察的画面处于最佳状态。再次，通过设置感光模块采集来自显示屏的不同预定区域在不同时刻并穿透透光窗的光信号，预定上述区域中只有与导光结构的透光窗相对准的像素块点亮时，才能被感光模块检测到，据此可以根据不同时刻所采集到的光信号，确定透镜组件移动的距离和方向，进而实现根据透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏显示画面的中心，达到显示画面中心始终与透镜的中心在同一条直线上的目的。

VR设备的其他结构可参见实施例一所记载，在此不做赘述，需要说明的是，透镜组件13中心是指透镜132的中心。

第一预定区域和透光窗141的相对位置关系与第二预定区域和透光窗141的相对位置关系相同。

确定透镜组件13移动的距离和方向的方法为：逐行扫描非透镜组件对应区122中的像素单元（由于显示屏呈横向放置，因此本实施例中所说的逐行扫描对应着图中的每一列），该区域中的各行像素单元被循环点亮，四个像素单元组成一个像素块；

当检测到第一光信号时，记录与透光窗141相对准的像素单元的位置，为第一位置；

当检测到第二光信号时，记录与透光窗141相对准的像素单元的位置，为第二位置；

第二位置相对于第一位置方向和距离，即透镜组件13移动的距离和方向。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种VR设备，包括壳体、设置于所述壳体内部的显示屏以及可相对所述壳体移动的透镜组件；其特征在于，还包括：

固定在所述透镜组件的镜筒外侧壁上的导光结构以及位于所述导光结构内部的感光模块，所述导光结构上设置透光窗，所述感光模块用于采集来自所述显示屏的预定区域并穿透所述透光窗的光信号, 预定区域中与所述导光结构的透光窗相对准的像素单元点亮时，才能被感光模块检测到；

控制模块，用于根据所述光信号确定所述透镜组件移动的距离和方向，并根据所述透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏显示画面的中心。

2.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述显示屏包括透镜组件对应区和非透镜组件对应区，所述预定区域位于所述非透镜组件对应区。

3.根据权利要求2所述的VR设备，其特征在于，所述感光模块设置于所述镜筒靠近所述显示屏中心位置处，所述预定区域位于所述显示屏中心侧；或者，所述感光模块设置于所述镜筒靠近所述VR设备边缘处，所述预定区域位于所述显示屏边缘处。

4.根据权利要求3所述的VR设备，其特征在于，所述预定区域对应预定像素块，所述预定像素块包括若干像素单元。

5.根据权利要求4所述的VR设备，其特征在于，所述透光窗的宽度不大于0.2mm。

6.根据权利要求1所述的VR设备，其特征在于，所述显示屏为单个显示屏，所述单个显示屏用于展示左眼图像信息和右眼图像信息。

7.根据权利要求1-6任一项所述的VR设备，其特征在于，所述感光模块为两个，设置在两所述镜筒的相对位置处。

8.一种VR设备的显示方法，其特征在于，所述VR设备具有权利要求1-7任一项所述的结构，所述显示屏包括透镜组件对应区和非透镜组件对应区；所述显示方法包括：

感光模块采集来自所述显示屏的第一预定区域并穿透所述透光窗的第一光信号；

透镜组件移动之后，感光模块采集来自所述显示屏的第二预定区域并穿透所述透光窗的第二光信号；

控制模块根据所述第一光信号和所述第二光信号，确定所述透镜组件移动的距离和方向；

控制模块根据所述透镜组件移动的距离和方向调整所述显示屏的显示画面中心以使所述显示画面中心与所述透镜组件中心以及用户的瞳孔中心对应。

9.根据权利要求8所述的显示方法，其特征在于，所述第一预定区域和透光窗的相对位置关系与所述第二预定区域和所述透光窗的相对位置关系相同。

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