CN205563008U - 基于可控液晶透镜的虚拟现实装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于可控液晶透镜的虚拟现实装置，涉及立体显示技术领域。所述虚拟现实装置包括：显示屏和设置在显示屏上的可控液晶透镜，所述可控液晶透镜包括多个电极，其中，所述多个电极包括至少两个呈环状且设置在所述可控液晶透镜中的环形电极。本实用新型由于采用同心环状的电极作为控制电极，且各个电极是分别供电的，因此可随时调整焦距，且可调范围更大，能够提供更为清晰的显示图像。针对本实用新型所述的虚拟现实装置的进行调节，能够使得本实用新型适用于不同视力的人群，满足各种视力的用户的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及立体显示技术领域，特别是涉及一种基于可控液晶透镜的虚拟现实装置。
背景技术
目前虚拟现实技术是让用户佩戴上VR(Virtual Reality，虚拟现实)设备时，人的左眼看到左视点图像，右眼看到右视点图像，经过大脑的融合，从而看到3D显示效果，由于佩戴了头盔式设备，人的双眼只看到了头盔内部显示屏上的画面，从而有一种侵入感和身临其境的感觉。
但是，虚拟现实系统潜在一定的副作用，在虚拟现实时，人的身体和大脑不协调会产生不适的感觉。长时间处于不协调状态，可能对人体的手眼协调、平衡和多任务处理能力产生负面影响。同时，人眼长时间观看3D效果，会有眼部疲劳、眼胀等不适的感觉，使得用户不能长时间使用VR设备，这成为VR设备的一个局限点。
同时，不同视力的用户，佩戴VR设备时，看到的画面会有所差异。同一个画面，视力正常的用户观看时非常清晰，而近视或远视的用户观看时会比较模糊，而且不同程度近视或远视的用户看到的画面效果也会有一定的差异，这会使得用户在观看过程中，无法找到合适的观看点或者有眩晕的感觉，从而影响到整体体验，这是VR设备实现大众化的另一个难点。
除此之外，VR设备中显示的虚拟场景需要接近真实的3D界面，用户在体验过程中，视觉场景的变化时，可能出现显示尺寸比例的多样化，最终观看到的物体相对实际偏大或偏小，影响到用户的侵入感和体验效果。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是要提供一种基于可控液晶透镜的虚拟现实装置，其能够实现2D画面与3D画面间的切换，能够适用于不同视力的使用者，使得用户获得清晰地视觉体验。
本实用新型一个进一步的目的是要提供一种基于可控液晶透镜的虚拟现 实装置的调节方法，要使得该虚拟现实装置适用于不同视力的用户，使得用户都能够获得清晰的视觉体验。
特别地，本实用新型提供了一种基于可控液晶透镜的虚拟现实装置，显示屏和设置在显示屏前方的可控液晶透镜，所述可控液晶透镜设置在显示屏与人眼之间，所述可控液晶透镜包括多个电极，其中，所述多个电极包括至少两个呈环状且设置在所述可控液晶透镜中的环形电极。
进一步，所述可控液晶透镜包括两块玻璃基板，在两块玻璃基板内侧分别涂镀所述多个电极，在两块玻璃基板之间填有液晶，所述可控液晶透镜在电极通电后形成圆形水滴状的透镜镜面。
进一步地，所述多个电极还包括平面电极和直条形电极，所述平面电极涂镀在所述两块玻璃基板中的一块玻璃基板上，所述至少两个环形电极和直条形电极涂镀在另一块玻璃基板上。
进一步地，所述至少两个环形电极呈同心环状设置，所述直条形电极则设置在所述至少两个环形电极的圆心处，所述直条形电极向所述可控液晶透镜外延伸且不与所述至少两个环形电极相交。
进一步地，所述多个电极分别引出与之相对应的输入电极，每一个所述输入电极分别与一电源相连。
进一步地，所述电源为电压可调的独立电源。
进一步地，在涂镀电极后的所述两块玻璃基板的内侧、位于所述玻璃基板与所述液晶之间设有配向膜。
对上述的基于可控液晶透镜的虚拟现实装置的调节，在环形电极未供电时，所述可控液晶透镜中液晶的排列保持原始状态，不改变光线的传播方向；当给各环形电极分别提供电压时，所述可控液晶透镜中液晶分子的排列方式改变，不同的电压使液晶分子旋转角度不同，呈现出不同的折射率，改变光线经过液晶分子后的传播方向。
所述虚拟现实装置可选择地显示2D图像或3D图像，2D图像显示时用户缩放2D图像以适应用户焦距，然后在3D图像显示时自动调用之前2D图像显示时调焦得到的光学参数，控制液晶透镜处每个电极的供电电压做出相应的变化，改变液晶的旋转角度使得出射光线方向偏转，分别将左视图、右视图的图像画面折射到用户处，让用户看到效果最佳的3D显示画面。
所述虚拟现实装置中设有左右两块所述显示屏，在所述两块显示屏上分别设置有可控液晶透镜，在2D图像显示时分别对用户的左眼、右眼进行调焦， 将左眼、右眼调焦的参数分别存储，在开启3D显示画面时，根据左眼的对焦参数调整左边的可控液晶透镜上输入电极对应的电压，使左视点图像折射的位置刚好适合于左眼观看，根据右眼的对焦参数调整右边的可控液晶透镜上输入电极对应的电压，使右视点图像折射的位置刚好适合于右眼观看，让用户看到效果最佳的3D显示画面。
所述虚拟现实装置中设有一块所述显示屏，所述显示屏中部设有挡板，所述挡板将所述显示屏分隔为两块独立的显示区域，在所述两块显示区域上分别设置有可控液晶透镜。
本实用新型的基于可控液晶透镜的虚拟现实装置，由于采用同心环状的电极作为控制电极，且各个电极是分别供电的，因此可随时调整焦距，且可调范围更大，能够提供更为清晰的显示图像。
进一步地，本实用新型中可控液晶透镜能够形成圆形水滴状的透镜镜面效果，更为清晰，而且能够进行点阵式透镜的布置，区别于现有的整体式透镜，克服透镜调节区域不可控的缺陷。
进一步地，针对本实用新型所述的虚拟现实装置能够使得本实用新型适用于不同视力的人群，满足各种视力的用户的需求。
根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本实用新型一个实施例的虚拟现实装置的显示部分的组成结构示意图；
图2是根据本实用新型一个实施例中的可控液晶透镜的示意性截面图；
图3是图2所述可控液晶透镜中的环形电极的分布示意图；
图4是本实用新型一个实施例中的可控液晶透镜在环形电极不供电时的液晶的分子排布示意图；
图5是本实用新型一个实施例中的可控液晶透镜在环形电极供电时的液晶的分子排布示意图；
图6是本实用新型一个实施例中，针对视力正常用户与近似用户的可控液 晶透镜的工作原理对比示意图；
图7是本实用新型一个实施例中虚拟现实装置的工作原理框图。
具体实施方式
图1是根据本实用新型一个实施例的虚拟现实装置的显示部分的组成结构示意图；本实施例所描述的基于可控液晶透镜的虚拟现实装置，一般性地可包括显示屏1和设置在显示屏1前方的可控液晶透镜2，所谓前方指的是显示屏1正对用户的前侧，也就是说所述可控液晶透镜2设置在显示屏1与人眼之间。所述可控液晶透镜2包括多个电极，其中，所述多个电极包括至少两个呈环状且设置在所述可控液晶透镜中的环形电极。
该基于可控液晶透镜2的虚拟现实装置由于在可控液晶透镜2中采用了环形电极作为控制电极，使得通电后的所述可控液晶透镜2呈现出圆形水滴状的透镜镜面，用户在观看显示屏1时，能够从更广泛的角度进行观看，也更容易被用户所捕捉，图像更为清晰，因此所得到的用户感受也更好。
图2是根据本实用新型一个实施例中的可控液晶透镜2的示意性截面图，而图3是图2所述可控液晶透镜2中的环形电极4的分布示意图。参照图2、图3对本实施例中可控液晶透镜2的结构做详细阐述。
如图2所示，所述可控液晶透镜包括两块玻璃基板6，在两块玻璃基板6内侧分别涂镀所述多个电极，在两块玻璃基板6之间填有液晶7，所述可控液晶透镜在电极通电后形成圆形水滴状的透镜镜面。本实施例中电极可采用现有的ITO电极，也可以采用其他不影响图像显示电极，这是可以理解的。进一步地，所述多个电极还包括平面电极8和直条形电极5，所述平面电极8涂镀在所述两块玻璃基板6中的一块上，所述至少两个环形电极4和直条形电极5涂镀在另一块玻璃基板上。其中，所述至少两个环形电极4呈同心环状设置，所述直条形电极5则设置在所述至少两个环形电极4的圆心处，所述直条形电极5向所述可控液晶透镜2外延伸且不与所述至少两个环形电极4相交。
在本实施例中，如图2所示，所述多个电极包括3个环形电极4、一个平面电极8以及一个直条形电极5。所述多个电极分别引出与之相对应的输入电极3，每一个所述输入电极3分别与一电源相连。
在通电后，3个环形电极4通电使得液晶排布呈现环状的梯度排布，通过调整各环形电极4的输入电压，使得所述可控液晶透镜中的液晶排布呈现由透镜边缘向透镜中心的折射率逐渐递减，构成水滴状的透镜镜面效果，所呈现处 的图像也更为清晰。
其中，上述电源为电压可调的独立电源。当然该电源也可以采用一具有多个可控输出电压的电源，每一路输出电压再与一输入电极3相连。简言之，只要保证每一输入电极3的输入电压可控且独立，即可。每一个输入电极3的电压可随时调节，也就能够随时调整所述可控液压头颈的焦距，且可调范围更大，能够提供更为清晰的显示图像，满足用户的需求。
另外，在涂镀电极后的所述两块玻璃基板6的内侧、位于所述玻璃基板6与所述液晶之间设有配向膜。本实施例中涂覆配向膜是为了使得液晶在电极作用下能够更好地呈规律性排列，以得到最佳的图像显示效果。
在环形电极4未供电时，如图4所示，图4是本实施例中的可控液晶透镜2在环形电极4不供电时的液晶的分子排布示意图，所述可控液晶透镜中液晶的排列保持原始状态，不改变光线的传播方向；当给各环形电极4分别提供电压时，则如图5所示，图5是本实施例中的可控液晶透镜2在环形电极4供电时的液晶的分子排布示意图，所述可控液晶透镜中液晶分子的排列方式改变，不同的电压使液晶分子旋转角度不同，呈现出不同的折射率，改变光线经过液晶分子后的传播方向。
针对本实施例所描述的基于可控液晶透镜的虚拟现实装置的调节方法，图7是本实施例中虚拟现实装置的工作原理框图，画面输入后首先参考现有场景比例或者经外部控制输入经系统整体控制图像场景缩放调整，再经显示屏驱动显示屏的工作；而需要3D显示时通过控制液晶透镜驱动电压(即送往各输入电极的输入电压)进而控制所述可控液晶透镜的折射。也就是说经初步处理后的画面经过显示屏驱动单元，转换成与显示屏匹配的信号，输入到显示屏上进行显示；同时，也可以根据外部的控制信号来控制液晶透镜的驱动电压部分，使其输出合适的电压，使得可控液晶透镜处于相应的状态。具体可实现的功能包括：2D/3D切换、动态调焦、场景缩放。
在可控液晶透镜中的环形电极未供电时，如图4所示，图4是本实施例中的可控液晶透镜在环形电极不供电时的液晶的分子排布示意图，所述可控液晶透镜中液晶的排列保持原始状态，不改变光线的传播方向；当给各环形电极分别提供电压时，则如图5所示，图5是本实施例中的可控液晶透镜在环形电极供电时的液晶的分子排布示意图，所述可控液晶透镜中液晶分子的排列方式改变，不同的电压使液晶分子旋转角度不同，呈现出不同的折射率，改变光线经过液晶分子后的传播方向。
所述虚拟现实装置可选择地显示2D图像或3D图像，2D图像显示时用户缩放2D图像以适应用户焦距，然后在3D图像显示时自动调用之前2D图像显示时调焦得到的光学参数，控制液晶透镜处每个电极的供电电压做出相应的变化，改变液晶的旋转角度使得出射光线方向偏转，分别将左视图、右视图的图像画面折射到用户处，让用户看到效果最佳的3D显示画面。
这样能够实现针对正常视力、近似或远视用户间的焦距自动化调整。参照图6，图6是针对视力正常用户与近似用户的可控液晶透镜的工作原理对比示意图；其中，左侧视图为针对视力正常用户的可控液晶透镜的工作原理示意图，右侧视图为针对近视用户的可控液晶透镜的工作原理示意图。
如图6所示，假设视力正常的用户观看3D显示画面时，采用第一电压组给液晶透镜的各电极供电，光线经过液晶透镜后折射，其焦点与人眼的距离为L1，此时用户可以看到清晰且效果最佳的显示效果。对于近视用户，采用第二电压组给液晶透镜的各电极供电，光线经过液晶透镜后，其焦点与人眼的距离为L2(L2<L1)，相当于将显示画面拉近，近视用户在不用佩戴眼镜的情况下，所看得的3D显示画面更为清晰，且不会有眩晕等不适的感觉。
而对于双眼近视程度不同的用户，采用两片相同的可控液晶透镜。具体说来，所述虚拟现实装置中设有左右两块显示屏，在所述两块显示屏上分别设置有可控液晶透镜，在2D图像显示时分别对用户的左眼、右眼进行调焦，将左眼、右眼调焦的参数分别存储，在开启3D显示画面时，根据左眼的对焦参数调整左边的可控液晶透镜上输入电极对应的电压，使左视点图像折射的位置刚好适合于左眼观看，根据右眼的对焦参数调整右边的可控液晶透镜上输入电极对应的电压，使右视点图像折射的位置刚好适合于右眼观看，让用户看到效果最佳的3D显示画面。其实，针对这一方案，本实施例中也可以采用一块显示屏，但是在这一显示屏的中部设置挡板，然后左右两块分隔开的显示区域上再分别设置可控液晶透镜，同样能够达到上述实用新型目的。
针对本实用新型所述的虚拟现实装置的调节方法，能够使得本实用新型适用于不同视力的人群，满足各种视力的用户的需求。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (7)
1.一种基于可控液晶透镜的虚拟现实装置，其特征在于，包括：显示屏和设置在显示屏前方的可控液晶透镜，所述可控液晶透镜包括多个电极，其中，所述多个电极包括至少两个呈环状且设置在所述可控液晶透镜中的环形电极。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述可控液晶透镜包括两块玻璃基板，在两块玻璃基板内侧分别涂镀所述多个电极，在两块玻璃基板之间填有液晶，所述可控液晶透镜在电极通电后形成圆形水滴状的透镜镜面。
3.根据权利要求2所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述多个电极还包括平面电极和直条形电极，所述平面电极涂镀在所述两块玻璃基板中的一块玻璃基板上，所述至少两个环形电极和直条形电极涂镀在所述两块玻璃基板中的另一块玻璃基板上。
4.根据权利要求3所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述至少两个环形电极呈同心环状设置，所述直条形电极则设置在所述至少两个环形电极的圆心处，所述直条形电极向所述可控液晶透镜外延伸且不与所述至少两个环形电极相交。
5.根据权利要求1所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述多个电极分别引出与之相对应的输入电极，每一个所述输入电极分别与一电源相连。
6.根据权利要求5所述的虚拟现实装置，其特征在于，所述电源为电压可调的独立电源。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的虚拟现实装置，其特征在于，在涂镀电极后的所述两块玻璃基板的内侧、位于所述玻璃基板与所述液晶之间设有配向膜。
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