一種頭戴顯示裝置hmd的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種頭戴顯示裝置HMD，包括鏡架、顯示系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括微型圖像顯示器、曲面棱鏡、補償棱鏡和像素級視透率可調(diào)顯示屏，所述曲面棱鏡為具有三個光學(xué)表面的自由曲面棱鏡，從觀察者側(cè)看，補償棱鏡位于曲面棱鏡外側(cè)，且補償棱鏡與曲面棱鏡光學(xué)膠合；微型圖像顯示器用于顯示計算機生成圖像CGI圖像，像素級視透率可調(diào)顯示屏位于補償棱鏡外側(cè)，用于控制外界場景光線射入人眼的比例。本發(fā)明HMD獨特的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得出瞳直徑大，畸變小；且本發(fā)明視透率實現(xiàn)像素級調(diào)節(jié)，能最大程度的滿足用戶對HMD舒適度、清晰度等方面的需求，降低了HMD使用時對眼睛造成的疲勞感，極大的提高了HMD的可用性。
【專利說明】—種頭戴顯示裝置HMD
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可穿戴計算頭戴顯示設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種頭戴顯示裝置HMD。
【背景技術(shù)】
[0002]頭戴顯不器(HMD,Head mounted display)又稱抬頭顯不器(HUD, Head updisplay)，是一種至少包含一個微型顯示器件(像源系統(tǒng))、相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)、以及支持結(jié)構(gòu)(支持系統(tǒng))的近眼顯示裝置。視透式HMD具有其特殊的人機交互特性，能夠結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)，廣泛應(yīng)用于科研、軍事、工業(yè)、游戲、視頻、教育、仿真等各個領(lǐng)域。光學(xué)系統(tǒng)在HMD中起著關(guān)鍵性作用，如果光學(xué)系統(tǒng)不能很好的校正系統(tǒng)的相差和畸變，用戶看到的將會是扭曲和不清晰的圖像，現(xiàn)有技術(shù)中，畸變校正效果均一般。另外在不同的光照環(huán)境下，視透率是否合適也直接決定用戶對HMD的體驗度(視透率描述的是視透式HMD的視透效果)?，F(xiàn)有視透式HMD通常采用半透半反膜技術(shù)或液晶光閥來實現(xiàn)對透式率的控制，半透半反膜的光學(xué)參數(shù)是固定的，一經(jīng)完成，其對光的衰減程度也隨之確定，不能夠自動的加以調(diào)整。也就是說，我們無法使50/ 50的鍍膜，既實現(xiàn)透射率和反射率各50%，又實現(xiàn)60%的透射率和40%的反射率。而晶光閥的液晶層整體為一個大像素，因此液晶光閥對視透率的調(diào)節(jié)是以光閥的液晶面板為面積單位，無 法達(dá)到像素級視透率的調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種頭戴顯示裝置HMD，解決現(xiàn)有HMD光學(xué)系統(tǒng)及視透率調(diào)節(jié)問題上的缺陷，實現(xiàn)像素級視透率的調(diào)節(jié)。
[0004]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種頭戴顯示裝置HMD，包括鏡架、顯示系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括微型圖像顯示器、曲面棱鏡、補償棱鏡和像素級視透率可調(diào)顯示屏，所述曲面棱鏡為具有三個光學(xué)表面的自由曲面棱鏡，從觀察者側(cè)看，補償棱鏡位于曲面棱鏡外側(cè)，且補償棱鏡與曲面棱鏡光學(xué)膠合；像素級視透率可調(diào)顯示屏位于補償棱鏡外側(cè)；微型圖像顯示器用于顯示計算機生成圖像CGI圖像，像素級視透率可調(diào)顯示屏用于控制外界場景光線射入人眼的比例，微型圖像顯示器發(fā)出的光線先經(jīng)過曲面棱鏡的第一表面透射進(jìn)入曲面棱鏡，然后在第二表面的內(nèi)側(cè)發(fā)生全反射，再經(jīng)第三表面反射，最后再次經(jīng)過第二表面透射進(jìn)入人眼，所述曲面棱鏡的第三表面鍍有半反半透膜；外界場景光線首先經(jīng)過像素級視透率可調(diào)顯示屏透射，然后經(jīng)補償棱鏡第二表面透射進(jìn)入補償鏡，然后經(jīng)過補償棱鏡第一表面、曲面棱鏡的第三表面和第二表面進(jìn)入人眼。
[0005]優(yōu)選的，補償棱鏡的第一表面和第二表面的面型分別與曲面棱鏡的第二表面、第三表面的面型相同。
[0006]優(yōu)選的，曲面棱鏡的三個光學(xué)表面的面型滿足以下條件方程:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種頭戴顯示裝置HMD，包括鏡架、顯示系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示系統(tǒng)包括微型圖像顯示器、曲面棱鏡、補償棱鏡和像素級視透率可調(diào)顯示屏，所述曲面棱鏡為具有三個光學(xué)表面的自由曲面棱鏡，從觀察者側(cè)看，補償棱鏡位于曲面棱鏡外側(cè)，且補償棱鏡與曲面棱鏡光學(xué)膠合；像素級視透率可調(diào)顯示屏位于補償棱鏡外側(cè)；微型圖像顯示器用于顯示計算機生成圖像CGI圖像，像素級視透率可調(diào)顯示屏用于控制外界場景光線射入人眼的比例； 微型圖像顯示器發(fā)出的光線先經(jīng)過曲面棱鏡的第一表面透射進(jìn)入曲面棱鏡，然后在第二表面的內(nèi)側(cè)發(fā)生全反射，再經(jīng)第三表面反射，最后再次經(jīng)過第二表面透射進(jìn)入人眼，所述曲面棱鏡的第三表面鍍有半反半透膜； 外界場景光線首先經(jīng)過像素級視透率可調(diào)顯示屏透射，然后經(jīng)補償棱鏡第二表面透射進(jìn)入補償鏡，然后經(jīng)過補償棱鏡第一表面、曲面棱鏡的第三表面和第二表面進(jìn)入人眼。
2.如權(quán)利要求1所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，補償棱鏡的第一表面和第二表面的面型分別與曲面棱鏡的第二表面、第三表面的面型相同。
3.如權(quán)利要求2所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，曲面棱鏡的三個光學(xué)表面的面型滿足以下條件方程:
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括存儲模塊、控制處理器、顯示模塊電路和外圍電路，其中: 顯示模塊電路包括圖形處理器，圖形處理器輸出兩路視頻信號，一路為微型圖像顯示器提供CGI圖像，另一路為像素級視透率可調(diào)顯示屏提供用于控制視透率的圖像信號； 外圍電路包括外部通信接口，用于與頭戴顯示裝置進(jìn)行交互，所述外部通信接口包括W1-F1、藍(lán)牙、GPS、GPRS、USB中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求4所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，所述HMD還包括用于感知環(huán)境光強的感光裝置，感光裝置將光強信息經(jīng)控制處理器發(fā)送給圖形處理器，圖形處理器根據(jù)光強信息對像素級視透率可調(diào)顯示屏的整個區(qū)域進(jìn)行視透率調(diào)節(jié)，在所述控制系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置有光強與視透率的映射關(guān)系。
6.如權(quán)利要求4所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，圖形處理器根據(jù)檢測到的微型圖像顯示器的被點亮區(qū)域，調(diào)節(jié)像素級視透率可調(diào)顯示屏所對應(yīng)區(qū)域的視透率。
7.如權(quán)利要求4所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，圖形處理器根據(jù)從應(yīng)用程序里提取出的虛擬信息在微型圖像顯示器上的呈現(xiàn)區(qū)域信息，調(diào)節(jié)像素級視透率可調(diào)顯示屏所對應(yīng)區(qū)域的視透率。
8.如權(quán)利要求4所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，圖形處理器根據(jù)用戶語音、手勢、觸摸指令中的一種或多種，調(diào)節(jié)像素級視透率可調(diào)顯示屏所對應(yīng)區(qū)域的視透率。
9.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，所述像素級視透率可調(diào)顯示屏為透明單色I(xiàn)XD顯示屏或透明單色OLED顯示屏。
10.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的頭戴顯示裝置HMD，其特征在于，所述微型圖像顯示器為IXD顯示屏 、OLED顯示屏、LCoS顯示屏中的一種。
【文檔編號】G09G3/20GK103439793SQ201310315483
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】黃琴華, 劉桓宇, 宋海濤 申請人:成都理想境界科技有限公司