開放式頭戴顯示裝置及其顯示方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種開放式頭戴顯示裝置及其顯示方法，屬于頭戴顯示技術(shù)領(lǐng)域，其可解決現(xiàn)有的開放式頭戴顯示裝置操作麻煩、顯示效果不好的問題。本發(fā)明專利技術(shù)的開放式頭戴顯示裝置包括：用于產(chǎn)生顯示圖像的顯示單元；調(diào)焦透鏡單元，用于調(diào)整顯示圖像相對用戶眼睛的物距；圖像采集單元，用于采集用戶雙眼的圖像；焦距分析單元，用于根據(jù)用戶雙眼的圖像得到用戶眼睛的焦距；透鏡調(diào)整單元，用于根據(jù)分析單元的控制命令調(diào)整調(diào)焦透鏡單元在顯示圖像的光線傳播方向上的位置，使顯示圖像的物距等于用戶眼睛的焦距。本發(fā)明專利技術(shù)的開放式頭戴顯示裝置的顯示方法包括：采集用戶雙眼圖像；根據(jù)用戶雙眼圖像計算得到用戶眼睛的焦距；根據(jù)上述焦距調(diào)整調(diào)焦透鏡單元的位置。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于頭戴顯示
，具體涉及一種。
技術(shù)介紹
頭戴顯示裝置(HMD，Head Mount Display)又稱眼鏡顯示裝置、視頻眼鏡、隨身影院等，是以類似頭盔或眼鏡的形式直接戴在用戶眼前的顯示設(shè)備。如圖I所示，頭戴顯示裝置包括用于產(chǎn)生顯示圖像的顯示單元I (如液晶顯示器)；顯示單元I優(yōu)選有兩個，分別為用戶的左眼8、右眼8提供不同顯示圖像，以便實現(xiàn)3D顯示；當(dāng)然，如只有一個顯示單元I為用戶的一只眼睛8或雙眼提供顯示圖像也是可行的。顯示單元I優(yōu)選位于裝置兩側(cè)(如“眼鏡腿”中)，它們發(fā)出的顯示圖像需經(jīng)反射單元(由一系列反射鏡片21、22組成)反射后才能到達(dá)用戶眼睛8，這主要是為了節(jié)約裝置空間；當(dāng)然，如果沒有反射單元，而將顯示單元I 直接設(shè)在用戶眼睛8前方也是可行的。由于頭戴顯示裝置體積的限制，其顯示圖像只能從距人眼很近的地方發(fā)出，顯示圖像的物距(物體與人眼的距離)很小。而人眼要看清物體應(yīng)滿足l/u+l/v=l/f ;其中，u為物距，f為人眼焦距(可在一定范圍內(nèi)調(diào)整)，V為像距(當(dāng)其等于晶狀體到視網(wǎng)膜的距離時才能看清物體)。因此，物距很小時人眼焦距也要很小才能看清物體，但這會使眼睛疲勞，觀看體驗不好且損害視力。為此，頭戴顯示裝置中還應(yīng)具有調(diào)焦透鏡(Focusing Lens)單元，其用于改變由顯示單元I發(fā)出的光(即顯示圖像的光)的發(fā)散程度，從而將顯示圖像“模擬”成從較遠(yuǎn)處發(fā)出的“虛擬顯示圖像(虛像)”(即改變顯示圖像的物距)。調(diào)焦透鏡單元3設(shè)在顯示圖像的光的傳播路徑中，每個調(diào)焦透鏡單元3包括一個或多個調(diào)焦透鏡，其除調(diào)整顯示圖像物距外，還可有放大顯示圖像、翻轉(zhuǎn)顯示圖像等效果。當(dāng)然，以上的顯示單元I、反射單元、調(diào)焦透鏡單元3等均有多種不同的已知形式，在此不再詳細(xì)描述。頭戴顯示裝置可分為封閉式和開放式兩種。封閉式頭戴顯示裝置如圖2所示，其用戶眼睛8前方的部分封閉，用戶只能看到顯示圖像而看不到外界物體。開放式頭戴顯示裝置如圖3所示，其用戶眼睛8前方的區(qū)域至少部分透光(若該處有反射鏡片22，則優(yōu)選為半反半透鏡片)，從而用戶可同時看到外界物體91和顯示圖像92 (如有關(guān)外界物體信息)，其顯示效果如圖4所示。由于人眼同一時刻焦距一定，故開放式頭戴顯示裝置的顯示圖像物距(即“虛擬顯示圖像”到用戶眼睛8間的距離)和外界物體的物距應(yīng)相同；否則，當(dāng)用戶眼睛焦距與顯示圖像物距匹配時，顯示效果不好，如圖5所示，顯示圖像92清晰而與顯示圖像相應(yīng)的外界物體91模糊不清；當(dāng)用戶眼睛焦距與外界物體的物距匹配時，則外界物體清晰而顯示圖像模糊。由于外界物體的物距不可改變，故只能使顯示圖像的物距與外界物體的物距相適應(yīng)。顯示圖像物距的調(diào)整通過調(diào)整調(diào)焦透鏡單元3在顯示圖像的光線傳播方向(圖I中箭頭方向)中的位置實現(xiàn)，其可為整體調(diào)整調(diào)焦透鏡單元3的位置，也可為調(diào)整其中部分調(diào)焦透鏡的位置。通過調(diào)整調(diào)焦透鏡的位置改變顯示圖像物距有多種已知的方式，故在此不再詳細(xì)描述。目前，調(diào)焦透鏡位置是由人工方式調(diào)整的，用戶通過旋轉(zhuǎn)旋鈕等方式自行調(diào)整調(diào)焦透鏡單元3的位置。專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題在使用開放式頭戴顯示裝置時，用戶所看的外界物體隨時變化，其物距也隨時變 化，這就要求用戶不斷對顯示圖像物距進行調(diào)整，故操作麻煩；且人工調(diào)整很難及時進行，因此仍會出現(xiàn)圖像模糊不清的現(xiàn)象，顯示效果不好。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題包括，針對現(xiàn)有技術(shù)中開放式頭戴顯示裝置操作麻煩、顯示效果不好的問題，提供一種操作簡單、顯示效果好的開放式頭戴顯示裝置。解決本專利技術(shù)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種開放式頭戴顯示裝置，包括用于產(chǎn)生顯示圖像的顯示單元；調(diào)焦透鏡單元，用于調(diào)整所述顯示圖像相對用戶眼睛的物距；圖像采集單元，用于采集用戶雙眼的圖像；焦距分析單元，用于根據(jù)所述用戶雙眼的圖像計算得到用戶眼睛的焦距；透鏡調(diào)整單元，用于調(diào)整調(diào)焦透鏡單元在顯示圖像的光線傳播方向上的位置，使所述顯示圖像相對用戶眼睛的物距等于用戶眼睛的焦距。其中，“開放式頭戴顯示裝置”中用戶眼睛前方的區(qū)域至少部分透明(如半反半透)，從而用戶既可看到由頭戴顯示裝置產(chǎn)生的圖像，又可看到真實的外界物體。“顯示圖像”是指由頭戴顯示裝置產(chǎn)生并提供給用戶的圖像。“調(diào)整顯示圖像相對用戶眼睛的物距”是指改變顯示圖像的光線的發(fā)散程度，從而將其“模擬”成從較遠(yuǎn)處發(fā)出的“虛擬顯示圖像”，“顯示圖像相對用戶眼睛的物距”是指該“虛擬顯示圖像”到用戶眼睛間的距離。“用戶眼睛的焦距”是指當(dāng)前用戶眼睛的焦點到用戶眼睛間的距離，也就是用戶正在看的位置與用戶眼睛間的距離。“根據(jù)用戶雙眼的圖像計算得到用戶眼睛的焦距”是已知的技術(shù)，其通過分析用戶眼睛的位置、形態(tài)等計算眼睛的焦距；例如，現(xiàn)有的視線控制系統(tǒng)(又稱眼控系統(tǒng)、無影手等)中就是通過攝像頭采集用戶雙眼的圖像，并根據(jù)該圖像分析出用戶眼睛焦距和焦點的變化，再根據(jù)該焦距和焦點控制鼠標(biāo)等；由于根據(jù)雙眼圖像計算眼睛焦距的技術(shù)是已知的，故在此不再詳細(xì)描述。本專利技術(shù)的開放式頭戴顯示裝置中，可通過圖像采集單元采集用戶雙眼的圖像，并由焦距分析單元對圖像進行分析得到用戶眼睛的焦距，之后通過透鏡調(diào)整單元調(diào)整顯示圖像的物距，使其與用戶眼睛的焦距匹配，從而保證用戶看到的顯示圖像和外界物體都是清晰的；由于上述調(diào)整是自動進行的，因此其不需用戶操作，使用簡單，同時可及時的對用戶眼睛焦距的變化做出反應(yīng)，時刻保持圖像清晰，顯示效果好。優(yōu)選的是，所述開放式頭戴顯示裝置還包括反射單元，用于將顯示單元產(chǎn)生的顯示圖像反射到用戶眼睛。進一步優(yōu)選的是，所述反射單元還包括圖像采集鏡片，所述圖像采集鏡片為半反半透鏡片；其中所述圖像采集單元采集由所述圖像采集鏡片反射的用戶眼睛的圖像，而所述顯示圖像透過所述圖像采集鏡片后傳到用戶眼睛；或所述圖像采集單元采集透過所述圖像采集鏡片的用戶眼睛的圖像，而所述顯示圖像經(jīng)所述圖像采集鏡片反射后傳到用戶眼睛。優(yōu)選的是，所述圖像采集單元設(shè)在用戶眼睛的前方，或所述圖像采集單元設(shè)在用戶眼睛的兩側(cè)。優(yōu)選的是，所述焦距分析單元根據(jù)用戶雙眼瞳孔間的距離計算用戶眼睛的焦距。優(yōu)選的是，所述圖像采集單元包括兩個圖像采集器，分別用于采集用戶左眼和右眼的圖像；或一個圖像采集器，用于采集用戶雙眼的圖像。 進一步優(yōu)選的是，所述圖像采集器為CXD照相頭或CXD攝像頭。優(yōu)選的是，所述顯示單元有兩個，分別用于產(chǎn)生射入用戶左眼和右眼的顯示圖像。本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題還包括，針對現(xiàn)有技術(shù)中開放式頭戴顯示裝置操作麻煩、顯示效果不好的問題，提供一種操作簡單、顯示效果好的開放式頭戴顯示裝置的顯示方法。解決本專利技術(shù)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種開放式頭戴顯示裝置的顯示方法，所述開放式頭戴顯示裝置中，顯示單元產(chǎn)生顯示圖像，顯示圖像相對用戶眼睛的物距由調(diào)焦透鏡單元調(diào)整；所述開放式頭戴顯示裝置的顯示方法包括圖像采集單元采集用戶雙眼的圖像；焦距分析單元根據(jù)所述用戶雙眼的圖像計算得到用戶眼睛的焦距；透鏡調(diào)整單元根據(jù)所述用戶眼睛的焦距調(diào)整調(diào)焦透鏡單元在顯示圖像的光線傳播方向上的位置，使所述顯示圖像相對用戶眼睛的物距等于用戶眼睛的焦距。本專利技術(shù)的開放式頭戴顯示裝置的顯示方法實際上是上述開放式頭戴顯示裝置的顯示方法，因此其操作簡單、顯示效果好。優(yōu)選的，所述焦距分析本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種開放式頭戴顯示裝置，其特征在于，包括：用于產(chǎn)生顯示圖像的顯示單元；調(diào)焦透鏡單元，用于調(diào)整所述顯示圖像相對用戶眼睛的物距；圖像采集單元，用于采集用戶雙眼的圖像；焦距分析單元，用于根據(jù)所述用戶雙眼的圖像計算得到用戶眼睛的焦距；透鏡調(diào)整單元，用于調(diào)整調(diào)焦透鏡單元在顯示圖像的光線傳播方向上的位置，使所述顯示圖像相對用戶眼睛的物距等于用戶眼睛的焦距。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金熙哲，宋泳錫，劉圣烈，崔承鎮(zhèn)，
申請(專利權(quán))人：京東方科技集團股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：