CN116609946A - 一种基于液晶透镜的头戴式显示装置 - Google Patents

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CN116609946A CN202310592382.0A CN202310592382A CN116609946A CN 116609946 A CN116609946 A CN 116609946A CN 202310592382 A CN202310592382 A CN 202310592382A CN 116609946 A CN116609946 A CN 116609946A
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Abstract

本发明涉及一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，包括显示单元、控制单元、眼动追踪单元、防眩晕液晶透镜单元和/或屈光调节液晶透镜单元。其优点在于，通过在显示单元的前侧和/或后侧设置防眩晕液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以改变显示单元显示的画面深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现防眩晕液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感；利用屈光调节液晶透镜单元矫正近视用户的视力，从而在不需要额外佩戴近视眼镜的情况下正常使用头戴显示装置。

Description

一种基于液晶透镜的头戴式显示装置
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种基于液晶透镜的头戴式显示装置、防眩晕方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
背景技术
头戴式显示设备一般分为增强显示设备和虚拟显示设备。常见的头戴式显示设备为AR眼镜和VR眼镜。以AR眼镜为例，其可以通过内置的环境传感器感知用户所处物理环境，生成能融合真实环境画面的虚拟图像，该虚拟图像通过其内置微型显示器模组将虚拟图像画面叠加到真实环境的画面中给用户带来虚实融合的全新计算机交互体验而广泛被关注。
常见的AR眼镜的光学模组一般是由半透明、半反射的光学镜片组成，一部分用于透射用户眼前真实环境的画面，另一部分用来反射传递来内置自显示器的虚拟画面。这2类画面通过光学模组的入瞳窗口进入用户眼睛，让用户看到虚拟真实融合的画面。
然而，上述结构大都存在以下问题：
1)左右眼3D立体显示结构会引起辐轴眩晕；
2)对于近视或远视用户不太友好，需要在原有的近视眼镜或远视眼镜的基础上佩戴AR眼镜，导致整体重量较重、体积臃肿。
对于问题1)，现有的解决方案是使用多套波导组合来实现双层平面尝试解决眩晕问题，每套波导分为三层(RGB三色各一层)，分别显示不同焦距深度上的图像。该方案最大的问题也就是由此引入，2套波导组成的光学模组相对厚重，而且有波导层间干扰，成像质量不太好。
此外，还可以通过将多片小孔径液晶透镜拼接成一个大的透镜来实现某个特定焦距的大孔径透镜，小透镜之间引入的画面畸变则通过软件预处理来纠正，这总方案在实现大视野(FOV)的同时降低了制备大孔径单片液晶透镜的工艺难度，极大得推动了电控液晶在大FOVVR应用场景的发展。然而该拼接+软件预处理的方案由于需要对穿过光学透镜模组的图像元进行拼接畸变校正，使得该方案仅能适用于VR场景，因为AR除了包含虚拟图像，还包含AR半透半反的光学模组导入的真实世界图像，而真实图像是来自于真实环境而不是微型显示器，也因此不能通过软件预处理的。
对于问题2)，常见的解决方案是在光学模组上预留一个可以增加可拆卸替换的屈光镜片的支架，然后让用户去定制屈光镜片。该方案会增加用户的使用成本，需要用户额外配制屈光镜片。由于不同用户的屈光度不同，导致屈光镜片无法和AR眼镜一同批量生产。
此外，还可以通过调节虚拟图像源跟BB镜片之间的距离以实现近视屈光度的调节。用户通过屈光度机械调制组件调节图像源与透镜之间的相对位置将屈光度调节到所需要度数后可以不佩戴眼镜看清楚虚拟图像的画面。然而，真实画面的光路直接透过BB镜片损失部分强后直接进入了近视用户的眼睛，由于此真实画面的光路并未经过屈光透镜，近视用户看到的是模糊的画面。因此这方案的增强显示实际上是不完整的，因为仅能跟虚拟显示一样看到清晰的虚拟画面。此外，该方案应为需要引入额外的机械屈光调节部件，也会增加整个光学模组的体积跟重量。
目前针对相关技术中存在的无法同时解决辐轴眩晕和屈光度调节、用户使用成本高、头戴式显示装置体积大、重量轻、显示画面不完整等问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示装置、防眩晕方法、计算机设备及计算机可读存储介质，以解决相关技术中存在的无法同时解决辐轴眩晕和屈光度调节、用户使用成本高、头戴式显示装置体积大、重量轻、显示画面不完整等问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
第一方面，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，包括显示单元和控制单元，所述头戴式显示装置还包括：
眼动追踪单元，所述眼动追踪单元设置于所述显示单元的后侧，并与所述控制单元连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；
防眩晕液晶透镜单元，所述防眩晕液晶透镜单元设置于所述显示单元的前侧和/或后侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
在其中的一些实施例中，所述防眩晕液晶透镜单元包括：
若干第一液晶透镜元件，若干所述第一液晶透镜元件阵列设置于所述显示单元的后侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
在其中的一些实施例中，所述防眩晕液晶透镜单元还包括：
若干第二液晶透镜元件，若干所述第二液晶透镜元件阵列设置于所述显示单元的前侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
在其中的一些实施例中，还包括：
偏振单元，所述偏振单元设置于所述防眩晕液晶透镜单元的前侧。
在其中的一些实施例中，所述偏振单元包括：
偏振元件，所述偏振元件设置于所述防眩晕液晶透镜单元的前侧。
第二方面，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，包括显示单元和控制单元，所述头戴式显示装置还包括：
屈光调节液晶透镜单元，所述屈光调节液晶透镜单元设置于所述显示单元的后侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
在其中的一些实施例中，所述屈光调节液晶透镜单元包括：
若干第三液晶透镜元件，若干所述第三液晶透镜元件阵列设置于所述防眩晕液晶透镜单元的后侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
第三方面，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，包括显示单元和控制单元，所述头戴式显示装置还包括：
眼动追踪单元，所述眼动追踪单元设置于所述显示单元的后侧，并与所述控制单元连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；
防眩晕液晶透镜单元，所述防眩晕液晶透镜单元设置于所述显示单元的前侧和/或后侧，并与所述控制单元，用于在所述控制单元的作用下调节焦距；
屈光调节液晶透镜单元，所述屈光调节液晶透镜单元设置于所述显示单元的后侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
第四方面，提供一种防眩晕方法，应用于第一方面或第三方面所述的头戴式显示装置，包括：
获取用户眼球的实时注视深度；
根据所述实时注视深度生成防眩晕调节参数；
根据所述防眩晕调节参数调节显示画面深度。
第五方面，提供一种防眩晕方法，应用于第一方面或第三方面所述的头戴式显示装置，包括：
眼动追踪单元获取用户眼球的实时注视深度；
控制单元根据所述实时注视深度生成防眩晕调节参数；
控制单元根据所述防眩晕调节参数调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以调节显示单元的显示画面深度。
第六方面，提供一种屈光调节方法，应用于第二方面或第三方面的头戴式显示装置，包括：
获取屈光调节参数；
根据所述屈光调节参数调节焦距。
第七方面，提供一种屈光调节方法，应用于第二方面或第三方面的头戴式显示装置，包括：
控制单元获取屈光调节参数；
控制单元根据所述屈光调节参数调节屈光调节液晶透镜的焦距。
第八方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第四方面或第五方面所述的防眩晕方法和/或如第六方面或第七方面所述的屈光调节方法。
第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第四方面或第五方面所述的防眩晕方法和/或如第六方面或第七方面所述的屈光调节方法。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，通过在显示单元的前侧和/或后侧设置防眩晕液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以改变显示单元显示的画面深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现防眩晕液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感；利用屈光调节液晶透镜单元矫正近视用户的视力，从而在不需要额外佩戴近视眼镜的情况下正常使用头戴显示装置。
附图说明
图1是根据本发明实施例的头戴式显示装置的示意图(一)；
图2是根据本发明实施例的头戴式显示装置的框架图(一)；
图3是根据本发明实施例的显示单元的示意图；
图4是根据本发明实施例的防眩晕液晶透镜单元的示意图(一)；
图5是根据本发明实施例的偏振单元的示意图；
图6是根据本发明实施例的头戴式显示装置的示意图(二)；
图7是根据本发明实施例的防眩晕液晶透镜单元的示意图(二)；
图8是根据本发明实施例的头戴式显示装置的示意图(三)；
图9是根据本发明实施例的头戴式显示装置的框架图(三)；
图10是根据本发明实施例的屈光调节液晶透镜单元的示意图；
图11是根据本发明实施例的头戴式显示装置的示意图(四)；
图12是根据本发明实施例的头戴式显示装置的框架图(四)；
图13是根据本发明实施例的头戴式显示装置的示意图(五)
图14是根据本发明实施例的防眩晕方法的流程图(一)；
图15是根据本发明实施例的防眩晕方法的流程图(二)；
图16是根据本发明实施例的屈光调节方法的流程图(一)；
图17是根据本发明实施例的屈光调节方法的流程图(二)；
图18是根据本发明实施例的头戴式显示装置的一个具体实施方式的示意图。
其中的附图标记为：100、头戴式显示装置；110、显示单元；111、显示元件；112、图像源元件；120、控制单元；130、眼动追踪单元；140、防眩晕液晶透镜单元；141、第一液晶透镜元件；142、第二液晶透镜元件；150、偏振单元；151、偏振元件；160、屈光调节液晶透镜单元；161、第三液晶透镜元件。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或单元(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
实施例1
本实施例涉及本发明的基于液晶透镜的头戴式显示装置。
本发明的一个示意性实施例。如图1～图2所示，一种基于液晶透镜的头戴式显示装置100，包括显示单元110、控制单元120、眼动追踪单元130防眩晕液晶透镜单元140。其中，控制单元120与显示单元110连接；眼动追踪单元130设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；防眩晕液晶透镜单元140设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
在本实施例中，头戴式显示装置100为虚拟显示眼镜(VR眼镜)。
如图3所示，显示单元110包括显示元件111和图像源元件112。其中，显示元件111的前侧设置有防眩晕液晶透镜单元140，显示元件111的后侧设置有防眩晕液晶透镜单元140；图像源元件112设置于显示元件111的一侧，并与控制单元120连接，用于向显示元件111传输虚拟图像光线。
显示元件111包括但不限于透镜、棱镜、自由曲面、Birdbath、阵列光波导、衍射光波导等。
一般地，显示元件111可以竖直设置，也可以倾斜设置。
图像源元件112设置于显示元件111的上侧。一般地，图像源元件112位于显示元件111的正上方。
图像源元件112包括但不限于LCOS、DLP、MicroLED、LBS等。
控制单元120包括第一控制元件、第二控制元件、第三控制元件和电源元件。其中，第一控制元件与显示单元110连接；第二控制元件与眼动追踪单元130连接；第三控制元件与防眩晕液晶透镜单元140连接；电源元件分别与第一控制元件、第二控制元件、第三控制元件、第四控制元件连接。
具体地，第一控制元件与图像源元件112连接。
第一控制元件为第一控制模块，其与图像源元件112通过线缆连接。
第二控制元件为第二控制模块，其与眼动追踪单元130通过线缆连接。
第三控制元件为第三控制模块，其与防眩晕液晶透镜单元140通过线缆连接。
电源元件包括但不限于电源、电池等。其中，电源包括变压模组和供电模组。
控制单元120包括但不限于处理器、芯片等。
眼动追踪单元130包括至少一眼动追踪元件。其中，眼动追踪元件设置于显示单元110的后侧，并位于防眩晕液晶透镜单元140的上侧。
具体地，眼动追踪元件设置于图像源元件112的后侧，并与第二控制元件连接。
在其中的一些实施例中，眼动追踪元件为若干个。若干眼动追踪元件沿水平方向间隔设置。
在其中的一些实施例中，眼动追踪元件为眼动追踪传感器。
如图4所示，防眩晕液晶透镜单元140包括若干第一液晶透镜元件141。其中，若干第一液晶透镜元件141阵列设置于显示单元110的后侧，并分别与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
具体地，若干第一液晶透镜元件141阵列设置于显示元件111的后侧，并分别与第三控制元件连接。
一般地，第一液晶透镜元件141为正透镜组合。
若干第一液晶透镜元件141相互平行且间隔设置。一般地，若干第一液晶透镜元件141等间距设置。
一般地，若干第一液晶透镜元件141的规格相同，包括但不限于长度、宽度、高度、厚度等。
每一第一液晶透镜元件141均单独与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。具体地，控制单元120加载特定波形的电信号至第一液晶透镜元件141后，第一液晶透镜元件141的液晶分子排布发生变化，从而实现调节第一液晶透镜元件141的焦距。
对于每一第一液晶透镜元件141，均包括具有特定焦距状态和通透状态。
在防眩晕液晶透镜单元140中，若干第一液晶透镜元件141的焦距可以相同，也可以不同。
第一液晶透镜元件141的数量与显示单元110可以显示的画面深度相关。一般地，第一液晶透镜元件141的数量与显示单元110的画面深度呈正相关，即显示单元110的画面深度越深，第一液晶透镜元件141的数量越多。
在其中的有一些实施例中，第一液晶透镜元件141为第一液晶透镜。
进一步地，头戴式显示装置100还包括偏振单元150。其中，偏振单元150设置于防眩晕液晶透镜单元140的前侧和。
如图5所示，偏振单元150包括偏振元件151。其中，偏振元件151设置于防眩晕液晶透镜单元140的前侧。
具体地，偏振元件151设置于若干第一液晶透镜元件141的前侧。
更具体地，偏振元件151设置于显示元件111与若干第一液晶透镜元件141之间。
偏振元件151与若干第一液晶透镜元件141相互平行设置。一般地，偏振元件151紧贴位于最前侧的第一液晶透镜元件141设置。
偏振元件151的规格与第一液晶透镜元件141的规格相匹配。一般地，偏振元件151的规格不小于第一液晶透镜元件141的规格。
具体地，从垂直视角观察，第一液晶透镜元件141形成的投影面位于偏振元件151形成的投影面的内部。
在其中的一些实施例中，偏振元件151为偏振片膜。
本实施例的使用方法如下：
用户佩戴头戴式显示装置100；
眼动追踪单元130追踪用户眼球的实时注视深度；
控制单元120实时注视深度调节若干第一液晶透镜元件141的焦距，以调节显示单元110显示的画面深度。
本实施例的优点在于，通过在显示单元的后侧设置防眩晕液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以改变显示单元显示的画面深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现防眩晕液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感。
实施例2
本实施例涉及本发明的基于液晶透镜的头戴式显示装置。
本发明的一个示意性实施例。如图6所示，一种基于液晶透镜的头戴式显示装置100，包括显示单元110、控制单元120、眼动追踪单元130和防眩晕液晶透镜单元140。其中，控制单元120与显示单元110连接；眼动追踪单元130设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；防眩晕液晶透镜单元140设置于显示单元110的前侧和后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
在本实施例中，头戴式显示装置100为增强显示眼镜(AR眼镜)。
控制单元120还包括第四控制元件。其中，第四控制元件分别与防眩晕液晶透镜单元140、电源元件连接。
第四控制元件为第四控制模块，其与防眩晕液晶透镜单元140通过线缆连接。
如图7所示，防眩晕液晶透镜单元140还包括若干第二液晶透镜元件142。其中，若干第二液晶透镜元件142阵列设置于显示单元110的前侧，并分别与控制单元120连接。
具体地，若干第二液晶透镜元件142阵列设置于显示元件111的前侧，并分别与第四控制元件连接。
一般地，第二液晶透镜元件142为负透镜组合。
若干第二液晶透镜元件142相互平行且间隔设置。一般地，若干第二液晶透镜元件142等间距设置。
一般地，若干第二液晶透镜元件142的规格相同，包括但不限于长度、宽度、高度、厚度等。
一般地，第二液晶透镜元件142的规格与第一液晶透镜元件141的规格相同。
每一第二液晶透镜元件142均单独与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。具体地，控制单元120加载特定波形的电信号至第二液晶透镜元件142后，第二液晶透镜元件142的液晶分子排布发生变化，从而实现调节第二液晶透镜元件142的焦距。
对于每一第二液晶透镜元件142，均包括具有特定焦距状态和通透状态。
在防眩晕液晶透镜单元140中，若干第二液晶透镜元件142的焦距可以相同，也可以不同。
若干第二液晶透镜元件142的焦距和若干第一液晶透镜元件141的焦距可以相同，也可以不同。
第二液晶透镜元件142的数量与显示单元110可以显示的画面深度相关。一般地，第二液晶透镜元件142的数量与显示单元110的画面深度呈正相关，即显示单元110的画面深度越深，第二液晶透镜元件142的数量越多。
在其中的有一些实施例中，第二液晶透镜元件142为第二液晶透镜。
进一步地，偏振元件151还设置于若干第二液晶透镜元件142的前侧。
偏振元件151与若干第二液晶透镜元件142相互平行设置。一般地，偏振元件151紧贴位于最前侧的第二液晶透镜元件142设置。
偏振元件151的规格与第二液晶透镜元件142的规格相匹配。一般地，偏振元件151的规格不小于第二液晶透镜元件142的规格。
具体地，从垂直视角观察，第二液晶透镜元件142形成的投影面位于偏振元件151形成的投影面的内部。
本实施例的使用方法如下：
用户佩戴头戴式显示装置100；
眼动追踪单元130追踪用户眼球的实时注视深度；
控制单元120实时注视深度调节第一液晶透镜元件141的焦距和第二液晶透镜元件142的焦距，以调节显示单元110显示的画面深度。
本实施例的优点在于，通过在显示单元的前侧和后侧设置防眩晕液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以改变显示单元显示的画面深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现防眩晕液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感。
实施例3
本实施例涉及本发明的基于液晶透镜的头戴式显示装置。
本发明的一个示意性实施例，如图8～图9所示，一种基于液晶透镜的头戴式显示装置100，包括显示单元110、控制单元120和屈光调节液晶透镜单元160。其中，控制单元120与显示单元110连接；屈光调节液晶透镜单元160设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
在本实施例中，显示单元110的结构和连接关系同实施例1基本相同，在此不再赘述。
控制单元120还包括第五控制元件。其中，第五控制元件分别与屈光调节液晶透镜单元160、电源元件连接。
第五控制元件为第五控制模块，其与屈光调节液晶透镜单元160通过线缆连接。
如图10所示，屈光调节液晶透镜单元160包括若干第三液晶透镜元件161。其中，若干第三液晶透镜元件161阵列设置于显示单元110的后侧，并分别与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
具体地，若干第三液晶透镜元件161阵列设置于显示元件111的后侧。
若干第三液晶透镜元件161相互平行且间隔设置。一般地，若干第三液晶透镜元件161等间距设置。
一般地，若干第三液晶透镜元件161的规格相同，包括但不限于长度、宽度、高度、厚度等。
在其中的一些实施例中，第三液晶透镜元件161的规格与第二液晶透镜元件142的规格相同。
每一第三液晶透镜元件161均单独与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。具体地，控制单元120加载特定波形的电信号至第三液晶透镜元件161后，第三液晶透镜元件161的液晶分子排布发生变化，从而实现调节第三液晶透镜元件161的焦距。
对于每一第三液晶透镜元件161，均包括具有特定焦距状态和通透状态。
在防眩晕液晶透镜单元140中，若干第三液晶透镜元件161的焦距可以相同，也可以不同。
在其中的有一些实施例中，第三液晶透镜元件161为第三液晶透镜。
本实施例的使用方法如下：
用户根据自身的近视度数调节若干第三液晶透镜元件161的焦距；
用户佩戴头戴式显示装置100。
本实施例的优点在于，利用屈光调节液晶透镜单元矫正近视用户的视力，从而在不需要额外佩戴近视眼镜的情况下正常使用头戴显示装置。
实施例4
本实施例涉及本发明的基于液晶透镜的头戴式显示装置。本实施例为实施例1与实施例3的结合。
本发明的一个示意性实施例，如图11～图12所示，一种基于液晶透镜的头戴式显示装置100，包括显示单元110、控制单元120、眼动追踪单元130、防眩晕液晶透镜单元140和屈光调节液晶透镜单元160。其中，控制单元120与显示单元110连接；眼动追踪单元130设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；防眩晕液晶透镜单元140设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距；屈光调节液晶透镜单元160设置于防眩晕液晶透镜单元140的后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
在本实施例中，显示单元110、控制单元120、眼动追踪单元130、防眩晕液晶透镜单元140的结构、连接关系同实施例1基本相同，在此不再赘述；屈光调节液晶透镜单元160的结构、连接关系同实施例3基本相同，在此不再赘述。
本实施例的使用方法如下：
用户根据自身的近视度数调节若干第三液晶透镜元件161的焦距；
用户佩戴头戴式显示装置100；
眼动追踪单元130追踪用户眼球的实时注视深度；
控制单元120实时注视深度调节若干第一液晶透镜元件141的焦距，以调节显示单元110显示的画面深度。
本实施例的优点在于，通过在显示单元的后侧设置防眩晕液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以改变显示单元显示的画面深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现防眩晕液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感；利用屈光调节液晶透镜单元矫正近视用户的视力，从而在不需要额外佩戴近视眼镜的情况下正常使用头戴显示装置。
实施例5
本实施例涉及本发明的基于液晶透镜的头戴式显示装置。本实施例为实施例2与实施例3的结合。
本发明的一个示意性实施例，如图13所示，一种基于液晶透镜的头戴式显示装置100，包括显示单元110、控制单元120、眼动追踪单元130、防眩晕液晶透镜单元140和屈光调节液晶透镜单元160。其中，控制单元120与显示单元110连接；眼动追踪单元130设置于显示单元110的后侧，并与控制单元120连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；防眩晕液晶透镜单元140设置于显示单元110的前侧和后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距；屈光调节液晶透镜单元160设置于防眩晕液晶透镜单元140的后侧，并与控制单元120连接，用于在控制单元120的作用下调节焦距。
在本实施例中，显示单元110、控制单元120、眼动追踪单元130、防眩晕液晶透镜单元140的结构、连接关系同实施例2基本相同，在此不再赘述；屈光调节液晶透镜单元160的结构、连接关系同实施例3基本相同，在此不再赘述。
本实施例的使用方法如下：
用户根据自身的近视度数调节若干第三液晶透镜元件161的焦距；
用户佩戴头戴式显示装置100；
眼动追踪单元130追踪用户眼球的实时注视深度；
控制单元120实时注视深度调节若干第一液晶透镜元件141的焦距和若干第二液晶透镜元件142的焦距，以调节显示单元110显示的画面深度。
本实施例的优点在于，通过在显示单元的前侧和/或后侧设置防眩晕液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以改变显示单元显示的画面深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现防眩晕液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感；利用屈光调节液晶透镜单元矫正近视用户的视力，从而在不需要额外佩戴近视眼镜的情况下正常使用头戴显示装置。
实施例6
本实施例涉及本发明的防眩晕方法。
图14是根据本发明实施例的防眩晕方法的流程图(一)。如图12所示，一种防眩晕方法，应用于实施例1或实施例3所述的头戴式显示装置100，包括：
步骤S1402、获取用户眼球的实时注视深度；
步骤S1404、根据实时注视深度生成防眩晕调节参数；
步骤S1406、根据防眩晕调节参数调节显示画面深度。
在本实施例中，步骤S1402～步骤S1406的执行主体为头戴式显示装置100的控制单元120。
在步骤S1404中，防眩晕调节参数包括电流信号、电压信号。
在步骤S1406中，调节显示画面深度的方法为调节焦距。
图15是根据本发明实施例的防眩晕方法的流程图(二)。如图13所示，一种防眩晕方法，应用于实施例1或实施例3所述的头戴式显示装置100，包括：
步骤S1502、眼动追踪单元获取用户眼球的实时注视深度；
步骤S1504、控制单元根据实时注视深度生成防眩晕调节参数；
步骤S1506、控制单元根据防眩晕调节参数调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以调节显示单元的显示画面深度。
在步骤S1504中，防眩晕调节参数包括电流信号、电压信号。
在本实施例中，步骤S1502～步骤S1506的执行主体为头戴式显示装置100。
另外，本申请实施例的防眩晕方法可以由计算机设备来实现。计算机设备的组件可以包括但不限于处理器以及存储有计算机程序指令的存储器。
在一些实施例中，处理器可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(ApplicationSpecific IntegratedCircuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
在一些实施例中，存储器可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器可包括硬盘驱动器(HardDiskDrive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidStateDrive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(UniversalSerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器包括只读存储器(Read-OnlyMemory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(ProgrammableRead-OnlyMemory，简称为PROM)、可擦除PROM(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(ElectricallyAlterableRead-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(StaticRandom-Access Memory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(FastPageModeDynamicRandomAccessMemory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(ExtendedDateOutDynamicRandomAccessMemory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(SynchronousDynamicRandom-AccessMemory，简称SDRAM)等。
存储器可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器所执行的可能的计算机程序指令。
处理器通过读取并执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种防眩晕方法。
在其中一些实施例中，计算机设备还可包括通信接口和总线。其中，处理器、存储器、通信接口通过总线连接并完成相互间的通信。
通信接口用于实现本申请实施例中各单元、装置、单元和/或设备之间的通信。通信接口还可以实现与其他部件例如：外接设备、图像/数据采集设备、数据库、外部存储以及图像/数据处理工作站等之间进行数据通信。
总线包括硬件、软件或两者，将计算机设备的部件彼此耦接在一起。总线包括但不限于以下至少之一：数据总线(DataBus)、地址总线(AddressBus)、控制总线(ControlBus)、扩展总线(ExpansionBus)、局部总线(LocalBus)。举例来说而非限制，总线可包括图形加速接口(Accelerated GraphicsPort，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(ExtendedIndustryStandard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(FrontSideBus，简称为FSB)、超传输(HyperTransport，简称为HT)互连、工业标准架构(IndustryStandardArchitecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(LowPinCount，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MicroChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(PeripheralComponentInterconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SerialAdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(VideoElectronicsStandardsAssociation LocalBus，简称为VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
该计算机设备可以执行本申请实施例中的防眩晕方法。
另外，结合上述实施例中的防眩晕方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种防眩晕方法。
实施例7
本实施例涉及本发明的屈光调节方法。
图16是根据本发明实施例的屈光调节方法的流程图(一)。如图14所示，一种屈光调节方法，应用于实施例2或实施例3所述的头戴式显示装置100，包括：
步骤S1602、获取屈光调节参数；
步骤S1604、根据屈光调节参数调节焦距。
在本实施例中，步骤S1602～步骤S1604的执行主体为头戴式显示装置100的控制单元120。
在步骤S1604中，屈光调节参数包括电流信号、电压信号。
图17是根据本发明实施例的屈光调节方法的流程图(二)。如图15所示，一种屈光调节方法，应用于实施例2或实施例3所述的头戴式显示装置100，包括：
步骤S1702、控制单元获取屈光调节参数；
步骤S1704、控制单元根据屈光调节参数调节屈光调节液晶透镜的焦距。
在步骤S1702中，防眩晕调节参数包括电流信号、电压信号。
在本实施例中，步骤S1702～步骤S1704的执行主体为头戴式显示装置100。
另外，本申请实施例的屈光调节方法可以由计算机设备来实现。计算机设备的组件可以包括但不限于处理器以及存储有计算机程序指令的存储器。
在一些实施例中，处理器可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(ApplicationSpecific IntegratedCircuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
在一些实施例中，存储器可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器可包括硬盘驱动器(HardDiskDrive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidStateDrive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(UniversalSerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器包括只读存储器(Read-OnlyMemory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(ProgrammableRead-OnlyMemory，简称为PROM)、可擦除PROM(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(ElectricallyAlterableRead-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(StaticRandom-Access Memory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(FastPageModeDynamicRandomAccessMemory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(ExtendedDateOutDynamicRandomAccessMemory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(SynchronousDynamicRandom-AccessMemory，简称SDRAM)等。
存储器可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器所执行的可能的计算机程序指令。
处理器通过读取并执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种屈光调节方法。
在其中一些实施例中，计算机设备还可包括通信接口和总线。其中，处理器、存储器、通信接口通过总线连接并完成相互间的通信。
通信接口用于实现本申请实施例中各单元、装置、单元和/或设备之间的通信。通信接口还可以实现与其他部件例如：外接设备、图像/数据采集设备、数据库、外部存储以及图像/数据处理工作站等之间进行数据通信。
总线包括硬件、软件或两者，将计算机设备的部件彼此耦接在一起。总线包括但不限于以下至少之一：数据总线(DataBus)、地址总线(AddressBus)、控制总线(ControlBus)、扩展总线(ExpansionBus)、局部总线(LocalBus)。举例来说而非限制，总线可包括图形加速接口(Accelerated GraphicsPort，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(ExtendedIndustryStandard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(FrontSideBus，简称为FSB)、超传输(HyperTransport，简称为HT)互连、工业标准架构(IndustryStandardArchitecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(LowPinCount，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MicroChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(PeripheralComponentInterconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SerialAdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(VideoElectronicsStandardsAssociation LocalBus，简称为VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
该计算机设备可以执行本申请实施例中的屈光调节方法。
另外，结合上述实施例中的屈光调节方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种屈光调节方法。
实施例8
本实施例为本发明的一个具体实施方式。在本实施例中，以头戴式显示装置100为AR眼镜为例进行说明。
如图18所示，一种AR眼镜，包括AR光学模组、眼动追踪传感器、防眩晕变焦面液晶透镜阵列、近视屈光调节液晶透镜阵列和主控器。其中，AR光学模组包括微型显示器和三色光波导；防眩晕变焦面液晶透镜阵列分布设置于三色光波导的前侧和后侧；眼动追踪传感器设置于出瞳侧；近视屈光调节液晶透镜阵列设置于出瞳侧的防眩晕变焦面液晶透镜阵列的后侧；主控器分别与AR光学模组、防眩晕变焦面液晶透镜阵列、近视屈光调节液晶透镜阵列、眼动追踪传感器连接。
眼动追踪传感器捕获用户眼球的实时注视深度，并将实时注视深度传输至主控器。
设置于前侧的防眩晕变焦面液晶透镜阵列为正透镜组合，设置于后侧的防眩晕变焦面液晶透镜阵列为负透镜组合。负透镜组合用于调节通过该透镜组合的所有画面显示深度。主控器根据眼动追踪传感器捕获的实时注视深度将透过负透镜组合的画面调节至对应深度，可以模拟用户观感真实三维环境时的眼球行为，从而达到防眩晕目的。正透镜组合用于抵消负透镜组合对真实环境画面的变焦调节，使得用户观察到通过正透镜组合和负透镜组合的来自真实世界的画面不被调节。
近视屈光调节液晶透镜阵列用于同时调节最终进入用户眼睛的虚实融合画面的聚焦位置，从而达到矫正用户视力的目的。与防眩晕变焦面液晶透镜阵列不同，近视屈光调节液晶透镜阵列可由用户根据自身近视的程度来自行调节屈光度数，而且一般而言由于近视用户的度数基本是不变的，每个用户只需要设置一次屈光度，设置好后主控器会存储该设置，每次开机后可直接自动加载该设置将AR眼镜的屈光度调节至该度数。
在本实施例中，正透镜组合设置有3层液晶透镜，负透镜组合设置有3层液晶透镜，近视屈光调节液晶透镜阵列设置有2层液晶透镜。防眩晕变焦面液晶透镜阵列的透镜层数和近视屈光调节液晶透镜阵列的透镜层数可根据产品的实际需求变化来配置。一般而言所需实现的深度变化范围内需要支持的深度越多需要的透镜层数就越多，类似的需要覆盖的近视度数值越多，所需的透镜层数也就越多。
本发明的技术效果如下：
1)液晶透镜口径范围较大，可以适配不同AR产品的FOV，无需通过拼接多个小孔径的方式实现超大FOV；
2)由于无透镜拼接引起的图像畸变，可以无需设置图像处理算法对图像进行反畸变变换；
3)防眩晕液晶透镜组合以屈光调节液晶透镜组合的静态屈光度作为基准焦距，在后续进行动态变焦的情况下，在该基准焦距的基础上进行变焦；
4)支持近视屈光调节和远视屈光调节，且通过电信号进行屈光度调节，无需设置机械控制部件，从而减少头戴式显示装置的重量，并大大降低生产装配难度；
5)无须用户单独配备配合头戴式显示装置的屈光调节镜片(即近视眼镜或远视眼镜)，大大减少了用户的使用成本。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，包括显示单元和控制单元，其特征在于，还包括：
眼动追踪单元，所述眼动追踪单元设置于所述显示单元的后侧，并与所述控制单元连接，用于获取用户眼球的实时注视深度；
防眩晕液晶透镜单元，所述防眩晕液晶透镜单元设置于所述显示单元的前侧和/或后侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距；和/或
屈光调节液晶透镜单元，所述屈光调节液晶透镜单元设置于所述显示单元的后侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述防眩晕液晶透镜单元包括：
若干第一液晶透镜元件，若干所述第一液晶透镜元件阵列设置于所述显示单元的后侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
3.根据权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述防眩晕液晶透镜单元还包括：
若干第二液晶透镜元件，若干所述第二液晶透镜元件阵列设置于所述显示单元的前侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
4.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述屈光调节液晶透镜单元包括：
若干第三液晶透镜元件，若干所述第三液晶透镜元件阵列设置于所述防眩晕液晶透镜单元的后侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节焦距。
5.根据权利要求1～4任一所述的头戴式显示装置，其特征在于，还包括：
偏振单元，所述偏振单元设置于所述防眩晕液晶透镜单元的前侧。
6.根据权利要求5所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述偏振单元包括：
偏振元件，所述偏振元件设置于所述防眩晕液晶透镜单元的前侧。
7.一种防眩晕方法，应用于如权利要求1～6任一所述的头戴式显示装置，其特征在于，包括：
获取用户眼球的实时注视深度；
根据所述实时注视深度生成防眩晕调节参数；
根据所述防眩晕调节参数调节显示画面深度；或
眼动追踪单元获取用户眼球的实时注视深度；
控制单元根据所述实时注视深度生成防眩晕调节参数；
控制单元根据所述防眩晕调节参数调节防眩晕液晶透镜单元的焦距，以调节显示单元的显示画面深度。
8.一种屈光调节方法，应用于如权利要求1～6任一所述的头戴式显示装置，其特征在于，包括：
获取屈光调节参数；
根据所述屈光调节参数调节焦距；或
控制单元获取屈光调节参数；
控制单元根据所述屈光调节参数调节屈光调节液晶透镜的焦距。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7所述的防眩晕方法和/或权利要求8所述的屈光调节方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求7所述的防眩晕方法和/或权利要求8所述的屈光调节方法。
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