CN117706790A - 一种虚拟现实设备及周边视网膜离焦调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚拟现实设备及周边视网膜离焦调节方法，虚拟现实设备包括主透镜以及VR显示装置，VR显示装置分别呈现近景图像和远景图像，近景图像经过主透镜的折射后于人体眼球的视网膜形成对焦状态的第一放大图像；远景图像经过主透镜的折射后于人体眼球的视网膜前方形成离焦状态的第二放大图像，通过离焦量确定第二放大图像在人体眼球视网膜前方的成像位置与人体眼球视网膜之间的距离。本发明用以解决现有技术中难以满足不同使用者对不同的离焦量的需求，同时存在成像范围难以覆盖人体眼球的视野范围，导致设备周边的景物光线进入人眼对离焦效果造成不利影响的问题。

Description

一种虚拟现实设备及周边视网膜离焦调节方法

技术领域

本发明涉及视光学技术领域，尤其涉及一种虚拟现实设备及周边视网膜离焦调节方法。

背景技术

近视是屈光不正的一种，指在睫状肌放松状态下平行光进入眼内聚焦于视网膜之前导致视网膜无法清晰成像的症状，近年来近视发病呈低龄化趋势。通过对近视发生发展机制的研究发现，周边视网膜离焦是影响近视发展的重要因素，使用正透镜将周边成像移到视网膜前方，即近视性离焦状态能够一定程度上抑制眼轴生长，从而抑制近视的发展。

实现周边视网膜近视性离焦的方案通常包括离焦眼镜和离焦训练设备两大类，其中，离焦眼镜存在传统框架眼镜所存在例如头部代偿、位置不固定导致镜片与眼睛之间距离变化而影响离焦效果等问题。离焦训练设备以现有公开号为CN217587749U的中国专利为例，公开了一种光学系统，包括主图像源，呈现第一图像；离焦图像源，呈现第二图像；光路系统，包括至少一个光学成像器件；通过针对性的分别调节两个以上图像的成像距离，使其对观察者产生离焦刺激抑制眼轴伸长。

上述现有技术的离焦量固定，当主图像源和离焦图像源的屏幕固定后，主图像和离焦图像的距离随之恒定，由于不同的使用者的近视情况并不一致，所需要的离焦量也存在差异，现有技术中主图像与离焦图像距离恒定的同时离焦量随之恒定，难以满足不同使用者对不同的离焦量的需求，同时，上述现有技术中通过凹面镜反射实现主图像和离焦图像的成像，成像范围难以覆盖人体眼球的视野范围，设备周边的景物光线进入人眼会对离焦效果造成不利影响。

有鉴于此，有必要对现有技术中的离焦训练设备予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种虚拟现实设备及周边视网膜离焦调节方法，用以解决现有技术难以满足不同使用者对不同的离焦量的需求，同时存在成像范围难以覆盖人体眼球的视野范围，导致设备周边的景物光线进入人眼对离焦效果造成不利影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟现实设备，包括主透镜以及VR显示装置，所述VR显示装置分别呈现近景图像和远景图像，所述近景图像经过所述主透镜的折射后于人体眼球的视网膜形成对焦状态的第一放大图像，所述第一放大图像覆盖人体眼球的中心视野；

所述远景图像经过所述主透镜的折射后于人体眼球的视网膜前方形成离焦状态的第二放大图像，所述第二放大图像覆盖人体眼球中心视野以外的周边视野，通过离焦量确定所述第二放大图像在人体眼球视网膜前方的成像位置与人体眼球视网膜之间的距离。

作为本发明的进一步改进，所述第一放大图像、第二放大图像以及主透镜均与人体眼球的晶状体沿同一中心光轴分布，所述第二放大图像在人体眼球前方的成像位置与人体眼球之间的距离计算公式为，其中，u₂为第二放大图像与人体眼球之间的距离，u₁为第一放大图像与人体眼球之间的距离，s为人体眼球的眼轴长度，n为第二放大图像在人体眼球中的离焦量。

作为本发明的进一步改进，所述VR显示装置设有眼动追踪装置，通过所述眼动追踪装置保持所述第一放大图像对焦成像于人体眼球视网膜处。

作为本发明的进一步改进，所述VR显示装置为VR显示屏，所述VR显示屏显示虚拟现实图像，所述VR显示屏与主透镜沿同一中心光轴设置，所述虚拟现实图像被区分为近景图像和远景图像，通过控制所述VR显示屏中远景图像与人体眼球的距离以改变所述第二放大图像在人体眼球中的离焦量。

作为本发明的进一步改进，所述VR显示装置包括主显示屏和第二显示组件，所述第二显示组件包括分光镜和第二显示屏，所述主显示屏显示近景图像，所述主显示屏与主透镜沿同一中心光轴设置；

所述第二显示屏显示远景图像，所述第二显示屏发出的光线经过分光镜反射后再经过主透镜的折射形成第二放大图像，通过控制所述第二显示屏与分光镜的相对位置以改变所述第二放大图像在人体眼球中的离焦量。

作为本发明的进一步改进，所述分光镜与主透镜沿同一中心光轴分布，所述第二显示屏所显示的远景图像于所述分光镜朝向主透镜一侧形成与主透镜同中心光轴的反射虚像，通过调节所述分光镜的位置以改变所述反射虚像与主透镜之间的距离从而改变所述第二放大图像与人体眼球之间的距离。

作为本发明的进一步改进，所述第二显示屏设置为环绕主透镜的环形非屈光区域的环形显示屏，所述第二显示屏所显示的远景图像为环形图像，所述远景图像经过所述主透镜的折射后形成的第二放大图像为环形的放大图像。

作为本发明的进一步改进，所述分光镜与中心光轴形成锐角，所述第二显示屏所显示的远景图像于所述分光镜朝向主透镜一侧形成与主透镜同中心光轴的反射虚像，通过调节所述第二显示屏的位置以改变所述反射虚像与主透镜之间的距离从而改变所述第二放大图像与人体眼球之间的距离。

本发明还揭示了一种周边视网膜离焦调节方法，基于上述虚拟现实设备实现，所述周边视网膜离焦调节方法包括：

通过所述VR显示屏显示虚拟现实图像，所述虚拟现实图像被区分为近景图像和远景图像；

调节所述近景图像与人体眼球之间的距离以使所述第一放大图像在人体眼球视网膜处形成对焦图像；

根据离焦量调节所述远景图像与人体眼球之间的距离以调节所述第二放大图像在人体眼球的视网膜前方的成像位置。

本发明揭示了另一种周边视网膜离焦调节方法，技术上述虚拟现实设备实现，所述周边视网膜离焦调节方法包括：

通过所述主显示屏显示近景图像，通过所述第二显示屏显示远景图像，所述远景图像于分光镜形成反射虚像；

调节所述主显示屏中近景图像与人体眼球之间的距离以调节所述第一放大图像在人体眼球视网膜处形成对焦图像；

根据离焦量调节所述反射虚像与主透镜之间的距离以调节所述第二放图像在人体眼球的视网膜前方的成像位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：首先，通过由主透镜和VR显示装置构成的虚拟现实设备，通过VR显示装置分别呈现近景图像和远景图像，其中，近景图像经过主透镜的折射后于人体眼球的视网膜形成对焦状态的第一放大图像，远景图像经过主透镜的折射后于人体眼球的视网膜前方形成离焦状态的第二放大图像，通过离焦量确定第二放大图像在人体眼球前方的成像位置与人体眼球视网膜之间的距离，从而对VR显示装置中所呈现的远景图像与近景图像之间的距离进行调节，由于第一放大图像需要在人体眼球视网膜上形成清晰的对焦图像，因此近景图像的位置保持不变，通过改变远景图像与人体眼球之间的距离以改变第二放大图像在人体眼球视网膜前方的成像位置，从而满足不同使用者对不同离焦量的需求，并且，通过主透镜和VR显示装置可以达到覆盖使用者视野范围的目的，有效避免外界光线进入使用者视野的问题，从而提高离焦训练效果。

其次，当VR显示装置为VR显示屏时，通过VR显示屏分别显示近景图像和远景图像，在VR显示屏中将近景图像和远景图像分别渲染为两个图层，通过软件分别调节近景图像和远景图像与人体眼球之间的距离，从而达到实现近景图像所成第一放大图像于人体眼球视网膜上形成清晰的对焦图像的目的，以及远景图像所成第二放大图像于人体眼球视网膜前方形成相对模糊的离焦图像的目的，并且通过软件调节远景图像与近景图像之间的距离改变第二放大图像于人体眼球视网膜前方的成像位置，以达到根据不同使用者需要的离焦量进行针对性训练的目的。

最后，当VR显示装置包括主显示屏和第二显示组件时，通过构成第二显示组件的第二显示屏显示远景图像，通过主显示屏显示近景图像，通过软件调节主显示屏中近景图像与人体眼球之间的距离，通过改变第二显示屏与分光镜的相对位置以改变第二放大图像在人体眼球中的离焦量，以达到根据不同使用者需要的离焦量进行针对性离焦训练的目的。

附图说明

图1为本发明中用于体现第一放大图像和第二放大图像在人体眼球内成像位置光路示意图；

图2为本发明中用于体现VR显示装置为VR显示屏时第一放大图像为对焦状态，第二放大图像为离焦状态光路示意图；

图3为本发明中用于体现第一放大图像覆盖眼球的中心视野区域，第二放大图像覆盖眼球的周边视野区域光路示意图；

图4为本发明中用于体现VR显示装置包括主显示屏和第二显示组件时，分光镜与主透镜沿同一中心光轴分布时第一放大图像为对焦状态，第二放大图像为离焦状态光路示意图；

图5为本发明中分光镜与中心光轴之间呈锐角时第一放大图像为对焦状态，第二放大图像为离焦状态光路示意图；

图6为本发明中一种周边视网膜离焦调节方法的流程框图；

图7为本发明中另一种周边视网膜离焦调节方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参照图1至图3揭示的本发明中虚拟现实设备的一种具体实施方式，其相对于现有离焦训练设备而言，本实施例所揭示的虚拟现实设备包括主透镜1和VR显示装置2，通过VR显示装置2分别呈现近景图像21a和远景22a，近景图像21a和远景图像22a经过主透镜1的折射形成第一放大图像3a和第二放大图像4a，其中，第一放大图像3a在人体眼球内能够在视网膜7所在焦平面j上形成对焦状态的清晰图像，而第二放大图像4a在人体眼球内于视网膜7前方焦平面i形成离焦状态的模糊图像。以图1所示焦平面i和焦平面j为例，焦平面i与焦平面j之间的距离为离焦量，图1中第二放大图像4的成像位置根据离焦量确定，从而进一步地确定图2中远景图像22a的位置，通过对远景图像22a位置的调节以使远景图像22a发出的光线经过主透镜1的折射能够在确定的距离处呈现图2所示第二放大图像4a。通过上述技术方案，当使用者对离焦训练的离焦量需要发生改变时，通过确定的离焦量确定第二放大图像4a的成像位置，进而改变远景图像22a的位置即可，从而达到对不同使用者的不同离焦量需要进行针对性训练的目的，以达到更佳的离焦训练效果，同时，双眼分别通过一主透镜1呈现放大图像能够覆盖使用者的视野范围，从而有效避免由于外界光线进入而对离焦训练效果造成影响。

参图1和图2所示，在本实施方式中，虚拟现实设备包括主透镜1以及VR显示装置2，其中，主透镜1与人体眼球的晶状体6沿同一中心光轴3分布，VR显示装置2分别呈现近景图像21a和远景图像22a，近景图像经过主透镜1的折射后于人体眼球的视网膜7形成对焦状态的第一放大图像3a，第一放大图像3a覆盖人体眼球的中心视野S（参图3所示）；远景图像22a经过主透镜1的折射后于人体眼球的视网膜7前方形成离焦状态的第二放大图像4a，第二放大图像4a覆盖人体眼球中心视野以外的周边视野T（参图3所示），第二放大图像4a于人体眼球视网膜7前方形成的位置与人体眼球视网膜7之间的距离为离焦量n；根据离焦量n确定第二放大图像4a在人体眼球前方的成像位置与人体眼球之间的距离以调节远景图像22a与人体眼球之间的距离。需要说明的是，图1为省略VR显示装置2的人体眼球内第一放大图像3和第二放大图像4的成像光路图，图1中第一放大图像3等同于图2中第一放大图像3a，图1中第二放大图像4等同于图2中第二放大图像4a。

结合图1和图2所示，第一放大图像3、第二放大图像4均与人体眼球的晶状体6沿同一中心光轴z分布，第二放大图像4在人体眼球前方的成像位置与人体眼球之间的距离计算公式为，需要说明的是，以晶状体6为凸透镜所成第一放大图像3及第二放大图像4的像距u₁及u₂应为第一放大图像3和第二放大图像4与晶状体6的光心o之间的距离，但该由于数值难以准确获取，因此以下u₁及u₂均近似地取值为第一放大图像3和第二放大图像4与人体眼球的角膜（未标注）距离，下文中各种像距和物距均取值为像或物与眼球角膜之间的距离，因此不再做赘述。其中，u₂为第二放大图像4与人体眼球的之间的距离，u₁为第一放大图像3与人体眼球之间的距离，s为人体眼球的眼轴长度，n为第二放大图像4在人体眼球中的离焦量。在人体眼球中晶状体6相当于凸透镜，因此人体眼球的成像规律可以依据高斯成像公式计算，即1/u+1/v=1/f，其中f为晶状体6的焦距，当人体眼球注视第一放大图像3时，晶状体6的焦距f调节至第一放大图像3能够对焦于视网膜7所在焦平面j，u为第一放大图像3与晶状体6的光心o之间的距离，记作u₁，由于第一放大图像3成像于视网膜7上，训练者在进行离焦训练时佩戴眼镜，即双眼为正常屈光状态，因此此时像距v近似的取值为屈光正常的眼轴长度，即24mm。由上述可知，此时晶状体6的焦距计算公式为f=u₁s/(u₁₊s)，以第一放大图像3的距离u₁为0.5m为例，此时晶状体6的焦距为22.9mm。

在人体眼球中，眼轴s的长度对近视度数造成直接的影响，通常认为眼轴每增长1mm，近视离焦量n加深3D，即眼轴s每增长1mm会产生+3D的离焦量n，因此每产生+D的离焦量n，眼轴s增长n/3。当晶状体6的焦距调节为上述22.9mm且固定不变时，此时若需要实现一定的离焦量n，结合前述离焦量n与眼轴s长度之间的关系，可以推断，当眼轴s长度一定时，想要产生一定的离焦量n，此时第二放大图像4于人体眼球内所成像距v=s-n/3。将上述v=s-n/3和f=u₁s/(u₁₊s)带入高斯成像公式，此时u为第二放大图像4与人体眼球之间的距离，记作u₂，可得。仍然结合上述晶状体6的焦距为22.9mm举例，若需要实现+3D的离焦量时，第二放大图像4在人体眼球内的成像位置应为24mm-1mm=23mm，此时第二放大图像4的成像位置u₂为5307.69mm，即，当人体眼球注视0.5m位置处的第一放大图像3时，距离5.3m处的第二放大图像4能够在人体眼球内形成+3D的近视性离焦。

进一步地，将上述0.5m的u₁带入图2中第一放大图像3a，将上述5.3m处的u₂带入图2中的第二放大图像4a。需要说明的是，在进行VR场景生成时，会通过两个VR虚拟相机模拟双眼，再将虚拟相机拍摄到的场景渲染到VR显示屏上。使用者在进行VR体验时双眼通过透镜观察VR显示屏上渲染的场景图像，经过大脑处理后将VR虚拟相机所拍摄到的VR场景内容还原出来，因此使用VR设备时，使用者的双眼相当于VR测试时的VR虚拟相机，因此在本实施方式中u₁和u₂实际上是第一放大图像3a和第二放大图像4a与模拟双眼的VR虚拟相机之间的距离，即相当于第一放大图像和3a和第二放大图像4a与人体眼球之间的距离。

以主透镜1的焦距为4cm为例带入高斯成像公式，第一放大图像3a的像距为0.5m时，近景图像21a与主透镜1之间的距离v记作v₁，v₁=1/(1/4+1/50)=3.57cm。进一步地，第二放大图像4a的像距为5.3m时，远景图像22a与主透镜1之间的距离v记作v₂，v₂₌1/(1/4+1/530)=3.97cm。即，当近景图像21a与主透镜1之间的距离为3.57cm时，其发出的光线经过主透镜1的折射后所形成的第一放大图像3a能够在人体眼球的视网膜7上形成清晰的对焦图像，当远景图像22a与主透镜1之间的距离为3.97cm时，其发出的光线经过主透镜1的折射后所形成的第二放大图像4a能够在人体眼球的视网膜7前1mm处形成离焦量为+3D的第二放大图像4a，从而达到对离焦量需求为+3D的使用者进行针对性的离焦训练的目的。

需要说明的是，图2为本发明所揭示的虚拟现实设备的一种具体实施方式，其中，VR显示装置2为VR显示屏23，VR显示屏23显示虚拟现实图像，VR显示屏23与主透镜1沿同一中心光轴z设置，虚拟现实图像被区分为近景图像21a和远景图像22a，通过控制VR显示屏23中远景图像22a与人体眼球的距离以改变第二放大图像4a在人体眼球中的离焦量。以上述使用者注视0.5m处的第一放大图像3a、第二放大图像4a位于5.3m处能够在使用者的眼球中形成+3D的近视性离焦，且主透镜1的焦距为4cm为例，经过计算此时近景图像21a和远景图像22a分别位于3.57cm处和3.97cm处，此时近景图像21a和远景图像22a之间的距离，即于VR显示屏23中所形成的景深为0.4cm，再进一步通过软件控制VR显示屏23中近景图像21a和远景图像22a分别与主透镜1之间的距离为3.57cm和3.97cm。进一步的，根据上述成像距离计算公式可知，若近景图像21a的成像位置固定于0.5m处而需要改变不同的离焦量时，第二放大图像4a的成像距离u₂如表1所示：

由表1所示，第二放大图像4a位于2m处可产生+2.5D的离焦量，位于1.2m处可产生+2D的离焦量，位移0.9m处可产生+1.5D的离焦量，位于0.7m处可产生+1D的离焦量，再根据上述不同离焦量对应的第二放大图像4a的成像位置计算远景图像22a的位置，具体计算方法与上述第二放大图像4a成像于5.3m处一致，在此不做赘述。

需要说明的是，由于VR显示屏23是将一个完整的虚拟现实图像区分为近景图像21a和远景图像22a，即近景图像21a和远景图像22a为两个图层且能够拼合为一个完整图像的前景图像和背景图像，所成第一放大图像3a在人体眼球中呈现为清晰且放大的前景图像，第二放大图像4a在人体眼球中呈现为模糊且放大的背景图像，第一放大图像3a与第二放大图像4a能够在人体眼球中拼合呈现为具有清晰的前景图像和模糊的背景图像的完整的虚拟现实图像，在具备离焦训练的效果的同时，提高虚拟现实体验的真实感。

如图2所示，VR显示屏23设有眼动追踪装置5，通过眼动追踪装置5保持第一放大图像3a对焦成像于人体眼球视网膜7处。眼动追踪装置5设置为眼动追踪摄像头，在虚拟现实显示设备运行并展示VR场景的过程中，通过虚拟现实设备的处理器（未示出）可以获取眼动追踪装置5跟踪采集的眼球图像，并识别出使用者的眼球焦点位置确定当前第一放大图像3a的距离，进而可以计算出第二放大图像4a的成像距离，进而分别确定近景图像21a和远景图像22a的成像位置，从而达到保持第一放大图像3a对焦成像于人体眼球视网膜7的目的。进一步地，本实施方式中近景图像21a设计为能够与用户进行强互动的图像，起到引导用户双眼持续聚焦在第一放大图像3a处，此外，远景图像22a设计为形状、大小、颜色、位置等不停变化的运动图像，从而令第二放大图像4a能够对眼球达到更强的离焦刺激效果。

进一步地，参图3所示，第一放大图像3a覆盖用户中心视野S区域，而人体眼球的视觉锐利区域为10°，因此第一放大图像3a处于人体眼球中心视野10°范围内的图像为清晰的对焦状态，即为中心视野S的角度为10°，而用户视野中除10°以内的中心视野S以的周边视野T外均由第二放大图像4a覆盖，中心视野S内的第一放大图像3a能够在人体眼球中清晰呈现，并且设计为与用户强互动的形式。需要说明的是，当第一放大图像3a与人体眼球之间的距离确定后，与使用者强互动的近景图像21a能够保持使用者的视线聚焦于第一放大图像3a，通过眼动追踪装置5追踪捕捉眼球的实时转动角度，从而使近景图像21a能够追随用户的眼球转动，进而使第一放大图像3a能够始终保持呈现于用户眼球的正前方。

参图4所示，为本发明所揭示的虚拟现实设备的一种变形实施方式，与上述具体实施方式相比，区别在于：VR显示装置2包括主显示屏24和第二显示组件25，第二显示组件25包括分光镜251a和第二显示屏252a，主显示屏24显示近景图像21b，主显示屏24与主透镜1沿同一中心光轴z设置；第二显示屏252a显示远景图像22b，第二显示屏252a发出的光线经过分光镜251a反射后再经过主透镜1的折射形成第二放大图像4b，通过控制第二显示屏252a与分光镜251a的相对位置以改变第二放大图像4b在人体眼球中的离焦量。

结合图1和图4所示，分光镜251a与主透镜1沿同一中心光轴z分布，第二显示屏252a所显示的远景图像22b于分光镜251a朝向主透镜1一侧形成与主透镜1同中心光轴z的反射虚像253a，通过调节分光镜251a的位置以改变反射虚像253a与主透镜1之间的距离从而改变第二放大图像4b与人体眼球之间的距离。第二显示屏252a设置为环绕主透镜1的环形非屈光区域的环形显示屏，第二显示屏252a所显示的远景图像22b为环形图像，远景图像22b经过主透镜1的折射后形成的第二放大图像4b为环形的放大图像。

根据平面镜反射原理：像和物体到平面镜的距离相等，在本实施方式中相当于反射虚像253a与分光镜251a之间的距离与第二显示屏252a与分光镜251a之间的距离相等，进而可以理解为分布于主透镜1的非屈光环形区域的第二显示屏252a经过分光镜251a反射的光线（即远景图像22b）经主透镜1折射可以相当于反射虚像253a发出的光线经主透镜1折射。仍然以前述实施方式中使用者注视0.5m处的第一放大图像3b、第二放大图像4b位于5.3m处能够在使用者的眼球中形成+3D的近视性离焦，且主透镜1的焦距为4cm为例，经过计算此时近景图像21b和远景图像22a分别位于3.57cm处和3.97cm处，可知由主显示屏24所显示的近景图像21b位于距离主透镜3.57cm的位置，而在该实施方式中计算出的远景图像22a与主透镜1的距离等同于反射虚像253a与主透镜1之间的距离，即图3中所述反射虚像253a与主透镜1光心（未示出）的距离为3.97cm，进而可以算出分光镜251a此时所处位置为距离主透镜1的光心（未示出）3.97cm/2≈1.99cm处。参考上文表1，若需要调节离焦量为+2.5D、第二放大图像4b成像于2m处，带入高斯成像公式计算可得反射虚像253a与主透镜1的光心（未示出）之间的距离为3.92cm，进而可以算出此时分光镜251a所处位置为距离主透镜1的光心（未示出）3.92cm/2=1.96cm，即离焦量+2.5D相对于离焦量+3D而言，需要令分光镜251a朝向主透镜1沿中心光轴z平移0.3mm。

需要说明的是，由于本实施方式中采用调节分光镜251a的位置从而调节反射虚像323与主透镜1之间的距离，进而调节主透镜1所成第二放大图像33在人体眼球中的对焦位置，因此可采用音圈电机等直线驱动机构（未示出）以驱动分光镜251a沿中心光轴z平移，以音圈电机（未示出）为例，常规音圈电机主要由永磁体、线圈和动子三部分构成，若将音圈电机应用于本实施方式中对分光镜251a的位置调节，可以将环状的永磁体固接于虚拟现实设备的镜筒8内壁，分光镜251a固接于环形动子内壁，永磁体通电后环形动子即可带动分光镜251a在镜筒8内沿中心光轴z的方向平移。上述分光镜251a朝向主透镜1沿中心光轴z平移0.3mm由于调节量非常小，因此常用于相机调焦的音圈电机适用于对分光镜251a的平移调节。

需要说明的是，对人类的视觉范围而言，10°以内的中心视野是锐利的视觉区域，对图像的颜色和细节非常敏感，可以正确识别20°有效视野内的图形和其他信息。从20°~30°，虽然视力和颜色辨别能力开始下降，但对活动信息更加敏感，在30°以上的视力明显下降。而周边视网膜的离焦状态对近视发生发展的影响更为明显，同时对视觉质量影响较小，因此本实施方式中将第二显示屏252a设计为环形显示屏，并且将第二显示屏252a固接于主透镜1的非屈光环形区域处，首先对主透镜1的非屈光区域加以有效利用，使得虚拟现实装置的结构更为紧凑合理，由于虚拟现实装置为头戴式设备，因此结构的紧凑度带来的重量下降能够有效提升虚拟现实设备佩戴的舒适度，易于携带和使用。其次，环形设置的第二显示屏252a形成的第二放大图像4b为放大的环形图像，且第二放大图像4b离焦状态下，第二放大图像4b与主显示屏24所显示的近景图像21b形成的第一放大图像3b叠加，形成中心清楚的主显示屏24的近景图像21b周围围绕环形的远景图像22b的叠加态图像，本实施方式中主显示屏24所呈现的近景图像21b为包括前景图像和背景图像的完整的图像，在不点亮第二显示屏252a时可以机型非离焦训练的VR体验。进一步地，根据不同的离焦量确定第二放大图像4b的成像位置，从而确定反射虚像253a的形成位置，进而确定半透半反透镜32a的位移量，可根据不同的使用者需要改变第二放大图像33在使用者的眼球中的成像位置，即改变第二放大图像4b在眼球中的成像位置焦平面i与视网膜所在焦平面j之间的距离，计算和调节方式简便易于操作，进一步降低使用成本。本实施方式中，眼动追踪装置5连接于主显示屏24上，第二显示屏252a可以是环形的LED屏幕，也可以是由若干LED灯珠构成的环形LED灯。

参图5所示，为本发明所揭示的虚拟现实设备的另一种变形实施方式，与前述具体实施方式相比，区别在于：第二显示组件25包括分光镜251b和第二显示屏252b，分光镜251b与中心光轴z形成锐角，第二显示屏252b所显示的远景图像22c于分光镜251b朝向主透镜1一侧形成与主透镜1同中心光轴的反射虚像253b，通过调节第二显示屏252b的位置以改变反射虚像253b与主透镜1之间的距离从而改变第二放大图像4c与人体眼球之间的距离。

需要说明的是，虚拟现实设备的镜筒（未标注）形成容纳位（未标注），第二显示屏252b连接于容纳位（未标注），容纳位（未标注）倾斜设置，目的在于令第二显示屏252b在分光镜251b内形成的反射虚像253b处于沿中心光轴z分布的状态，第二显示屏252b通过线性电机或音圈电机（未标注）等直线驱动机构驱使在容纳位（未标注）内沿容纳位（未标注）的倾斜方向平移。在本实施方式中，若希望令第二放大图像4c由前述实施方式中5.3m远的位置移动至2m远的位置，即令反射虚像253b由与主透镜1之间距离3.99cm移动至3.92cm的位置，令第二显示屏252b朝向靠近分光镜251b移动0.3mm即可达到该调节目的。本实施方式中第二显示屏252b仍然设置为环形图像，其形成离焦状态的第二放大图像4c叠加第一放大图像3c仍然形成中心清晰的近景图像21c叠加第二显示屏252b所显示的远景图像22c的图像。

本实施方式与前述实施方式的区别还在于，前述实施方式中第二显示屏252a为围绕主透镜1的非屈光环形区域设置的环形显示屏，而主显示屏24显示的近景图像21b为完整的前景背景图像。本实施方式中，第二显示屏252b可以是朝向分光镜251b设置的环形显示屏用以显示环形的远景图像22c，也可以是显示远景图像22c为背景图像的正常显示屏，相应的，本实施方式中的主显示屏24所显示的近景图像21c可以是完整的前景背景图像，也可以是前景图像，其所成第一放大图像3c与第二显示屏252b的远景图像22c所显示的背景图像所成第二放大图像4c叠加形成完整的虚拟现实图像，可以根据实际的需要对第二显示屏252b的显示形式进行选择。本实施方式中，眼动追踪装置5连接于主显示屏24上。

本发明还揭示了一种周边视网膜离焦调节方法，基于前述实施方式中VR显示设备为VR显示屏的虚拟现实设备实现，参图6所示，周边视网膜离焦调节方法包括步骤S1~步骤S3：

S1、通过VR显示屏显示虚拟现实图像，虚拟现实图像被区分为近景图像和远景图像。

S2、调节近景图像与人体眼球之间的距离以使第一放大图像在人体眼球视网膜处形成对焦图像。

S3、根据离焦量调节远景图像与人体眼球之间的距离以调节第二放大图像在人体眼球的视网膜前方的成像位置。

需要说明是的，步骤S2中，通过安装于VR显示屏的眼动追踪装置实时跟踪采集眼球图像，并识别出使用者的眼球焦点位置以确定当前第一放大图像的距离，通过软件调节近景图像与人体眼球之间的距离从而保证第一放大图像在眼球的视网膜处能够呈现清晰的对焦图像。此时，由于第一放大图像的像距确定，根据离焦量计算出第二放大图像的像距，从而计算出远景图像的位置，进而通过软件调节远景图像与人体眼球之间的距离，进而达到根据不同离焦量进行针对性的离焦训练的目的。

本发明揭示了另一种周边视网膜离焦调节方法，基于前述实施方式中VR显示设备包括主显示屏和第二显示组件的虚拟现实设备实现，参图7所示，周边视网膜离焦调节方法包括S1’~S3’：

S1’、通过主显示屏显示近景图像，通过第二显示屏显示远景图像，远景图像于分光镜形成反射虚像；

S2’、调节主显示屏中近景图像与人体眼球之间的距离以调节第一放大图像在人体眼球视网膜处形成对焦图像；

S3’、根据离焦量调节反射虚像与主透镜之间的距离以调节第二放图像在人体眼球的视网膜前方的成像位置。

需要说明的是，本实施方式的步骤S2中通过安装于VR显示屏的眼动追踪装置实时跟踪采集眼球图像，并识别出使用者的眼球焦点位置以确定当前第一放大图像的距离，通过软件调节近景图像与人体眼球之间的距离从而保证第一放大图像在眼球的视网膜处能够呈现清晰的对焦图像。此时，由于第一放大图像的像距确定，根据离焦量计算出第二放大图像的像距，从而计算出反射虚像的位置，进而通过音圈电机等直线驱动机构对分光镜或第二显示屏的位置进行调节以改变反射虚像的成像位置，进而达到根据不同离焦量进行针对性的离焦训练的目的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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囊括在本发明内。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，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种虚拟现实设备，其特征在于，包括主透镜以及VR显示装置，所述VR显示装置分别呈现近景图像和远景图像，所述近景图像经过所述主透镜的折射后于人体眼球的视网膜形成对焦状态的第一放大图像，所述第一放大图像覆盖人体眼球的中心视野；

所述远景图像经过所述主透镜的折射后于人体眼球的视网膜前方形成离焦状态的第二放大图像，所述第二放大图像覆盖人体眼球中心视野以外的周边视野，通过离焦量确定所述第二放大图像在人体眼球视网膜前方的成像位置与人体眼球视网膜之间的距离。

2.根据权利要求1所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述第一放大图像、第二放大图像以及主透镜均与人体眼球的晶状体沿同一中心光轴分布，所述第二放大图像在人体眼球前方的成像位置与人体眼球之间的距离计算公式为，其中，u₂为第二放大图像与人体眼球之间的距离，u₁为第一放大图像与人体眼球之间的距离，s为人体眼球的眼轴长度，n为第二放大图像在人体眼球中的离焦量。

3.根据权利要求2所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述VR显示装置设有眼动追踪装置，通过所述眼动追踪装置保持所述第一放大图像对焦成像于人体眼球视网膜处。

4.根据权利要求3所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述VR显示装置为VR显示屏，所述VR显示屏显示虚拟现实图像，所述VR显示屏与主透镜沿同一中心光轴设置，所述虚拟现实图像被区分为近景图像和远景图像，通过控制所述VR显示屏中远景图像与人体眼球的距离以改变所述第二放大图像在人体眼球中的离焦量。

5.根据权利要求3所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述VR显示装置包括主显示屏和第二显示组件，所述第二显示组件包括分光镜和第二显示屏，所述主显示屏显示近景图像，所述主显示屏与主透镜沿同一中心光轴设置；

所述第二显示屏显示远景图像，所述第二显示屏发出的光线经过分光镜反射后再经过主透镜的折射形成第二放大图像，通过控制所述第二显示屏与分光镜的相对位置以改变所述第二放大图像在人体眼球中的离焦量。

6.根据权利要求5所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述分光镜与主透镜沿同一中心光轴分布，所述第二显示屏所显示的远景图像于所述分光镜朝向主透镜一侧形成与主透镜同中心光轴的反射虚像，通过调节所述分光镜的位置以改变所述反射虚像与主透镜之间的距离从而改变所述第二放大图像与人体眼球之间的距离。

7.根据权利要求6所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述第二显示屏设置为环绕主透镜的环形非屈光区域的环形显示屏，所述第二显示屏所显示的远景图像为环形图像，所述远景图像经过所述主透镜的折射后形成的第二放大图像为环形的放大图像。

8.根据权利要求5所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述分光镜与中心光轴形成锐角，所述第二显示屏所显示的远景图像于所述分光镜朝向主透镜一侧形成与主透镜同中心光轴的反射虚像，通过调节所述第二显示屏的位置以改变所述反射虚像与主透镜之间的距离从而改变所述第二放大图像与人体眼球之间的距离。

9.一种周边视网膜离焦调节方法，其特征在于，基于权利要求4所述虚拟现实设备实现，所述周边视网膜离焦调节方法包括：

通过所述VR显示屏显示虚拟现实图像，所述虚拟现实图像被区分为近景图像和远景图像；

调节所述近景图像与人体眼球之间的距离以使所述第一放大图像在人体眼球视网膜处形成对焦图像；

根据离焦量调节所述远景图像与人体眼球之间的距离以调节所述第二放大图像在人体眼球的视网膜前方的成像位置。

10.一种周边视网膜离焦调节方法，其特征在于，基于权利要求5至8任一项所述的虚拟现实设备实现，所述周边视网膜离焦调节方法包括：

通过所述主显示屏显示近景图像，通过所述第二显示屏显示远景图像，所述远景图像于分光镜形成反射虚像；

调节所述主显示屏中近景图像与人体眼球之间的距离以调节所述第一放大图像在人体眼球视网膜处形成对焦图像；

根据离焦量调节所述反射虚像与主透镜之间的距离以调节所述第二放图像在人体眼球的视网膜前方的成像位置。