CN102109677A - 头戴式立体视觉观片器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头戴式立体视觉观片器，属于虚拟现实领域，包括2块垂直放置的液晶显示屏、半反半透玻璃、2块放大透镜和偏振片。其中半反半透玻璃位于2块液晶显示屏中间，其一边靠近2块液晶显示屏的交接处，且与2块液晶显示屏的夹角相等，放大透镜位于半反半透玻璃及偏振片中间。本发明的优点在于克服了传统观片器孔径光阑对视场角的限制，增大了视场；半反半透玻璃的设计简洁轻便，像差减少，高质量的实现了立体视觉的功能；重量小、成像效果好、有很大的市场潜力。

Description

头戴式立体视觉观片器

技术领域

本发明涉及一种头戴式立体视觉观片器，尤其是一种采用光学结构的头戴式立体视觉观片器，属于虚拟现实领域。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

观片器(slide viewer)俗称看片器。传统的观片器是一种能够简便地观看放大后的幻灯片的辅助设备。头戴式显示器(Head-Mounted Display，HMD)又称近眼式显示器，是一种被广泛应用于各个领域的大画面便携式高沉浸感立体图像显示设备。

随着3D显示技术的蓬勃发展，拥有立体视觉功能的头戴式显示器已经被广泛的应用和普及。3D立体显示技术正在革命性地影响和改变着人们的沟通、工作和生活方式。2010年，以3D电视及3D影视为代表的全球产业环境日益成熟，立体显示器与传统显示器相比，其最大的特点在于立体显示器能够让人真实的体验到立体视觉带来的巨大冲击和极致震撼，因而立体感强与否是衡量立体显示产品的一项重要指标。立体显示应用科技技术手段还原了人类真实的三维世界，将引领未来视像科技的发展趋势。

然而传统的观片器为保证立体显示的质量，在放大透镜后设置孔径光阑，极大地限制了用户的视场，这种立体显示方式已经不能满足用户对于分辨率、视场角以及便携性等诸多方面的要求。多功能的小型化电子显示设备虽然能为用户带来方便，但“便携式”“小型化”同时也限制了显示屏的尺寸，而较小的显示屏又容易造成用户的眼部疲劳。因此，如何令单一设备兼具“小型化”与“大显示”的特性，便成为亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，设计出一种兼具“小型化”与“大显示”的特性的头戴式立体视觉观片器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

头戴式立体视觉观片器包括用于将整个观片器固定于头部的头盔支架，以及位于人眼前方并安装在头盔支架上的视觉系统，其特征在于，所述视觉系统包括2块液晶显示屏、半反半透玻璃、2块放大透镜和偏振片；所述偏振片并排置于人的两眼前方，并且这2个偏振片的偏振方向互相垂直；在偏振片远离人眼的一方，分别设置有2个与偏振片同轴的并排放置的放大透镜，放大透镜位于半反半透玻璃及偏振片中间；所述2块液晶显示屏以彼此垂直方式放置，并且其中1块液晶显示屏与放大透镜平行，另一块液晶显示屏置于放大透镜之上，并与放大透镜的光轴平行；半反半透玻璃位于两块液晶显示屏中间，并且其一边靠近2块液晶显示屏的交接处，且与2块液晶显示屏的夹角相等。

所述液晶屏之间有一定的交叠部分，以达到扩大视场角的目的，交叠面积的大小根据实际需要确定。

所述头盔支架根据佩戴者头部的大小可调节松紧程度。

所述视觉系统还包括一个用不透光材料制成的外壳，该外壳朝向人眼的一面上开有两个孔，并以偏振片分别遮挡这两个孔。

所述外壳固定于头盔支架上，使用时使偏振片正对人的双眼。

所述外壳上还带有遮光密封套，使用时使遮光密封套使整个视觉系统处于暗室环境。

所述半反半透玻璃是矩形的。

所述视觉系统采用数据线连接至具有播放功能的电子装置，获取待显示的信息；

所述视觉系统采用电池或连接至外部电子装置的电源线进行供电。

对比现有技术，本发明所述头戴式立体视觉观片器的有益效果体现在：

1、视场角大，视域广，分辨率高，消除使用者因长时间观察近处物体而造成的视觉疲劳；

2、传统观片器为防止使用者看到多余图像影响立体效果，在放大透镜后设置了孔径光阑，而本发明则通过液晶屏的垂直摆放，扩大了视场角，增加了立体区域，消除了双目竞争现象；

3、结构简洁、设计轻巧，便于产业化生产、成本低。

附图说明

图1是本发明的内部结构俯视图；

图2是本发明的内部结构侧视图；

图3是本发明的外观及其通讯结构示意图。

图中各标号表示：

1、用户 2、用户的右眼 3、用户的左眼 4、偏振方向竖直的检偏器 5、偏振方向水平的检偏器 6、右侧放大透镜 7、左侧放大透镜 8、水平放置的液晶屏 9、竖直放置的液晶屏 10、半反半透玻璃 11、信号电源连接线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，头戴式立体视觉观片器以使用者的鼻梁部位为中心线呈左右对称分布，包括2块液晶显示屏，半反半透玻璃，2块放大透镜以及偏振片。

所述2块液晶显示屏，分别显示左右眼图像信息，水平放置的液晶屏8用于显示右眼图像，竖直放置的液晶屏9用于显示左眼图像，提高了图像的分辨率；双液晶屏采用垂直放置的方式解决了传统观片器为保证立体效果而设置的孔径光阑对于视场角的约束，增大了可视范围。

如图1所示，液晶屏8、9之间有一定的交叠部分，以达到扩大视场角的目的。交叠面积的大小根据实际需要确定，对立体成像效果没有影响。

所述半反半透玻璃，位于2块液晶屏之间，其一边靠近2块液晶显示屏的交接处且与二者的夹角相等。由菲涅尔公式可知电矢量E在界面上传播时p光和s光在反射和折射中的方向改变。液晶屏9辐射出的光线经半反半透膜折射后经过放大透镜，而液晶屏8的光线则反射经过放大透镜，故两束光线的偏振方向形成90°的夹角。

所述放大透镜，用于放大图像，本光学系统中只含有一组放大透镜，减少图像因光学系统产生的相差，使图像更为真实清晰。

所述偏振片，用于形成立体视觉，用户眼前的光学系统添加了不同偏振方向的偏振片，两眼图像信号通过半反半透玻璃形成相位差，通过光学系统的放大和偏振片的调制最终投射于使用者的视网膜形成立体影像。

考虑到便携式的需要，本发明的头戴式装置自身不携带电源，采用数据线连接至具有播放功能的电子装置，获取待显示的信息。如果允许该头戴式显示装置具有稍大的体积，也可以设置电池仓，由电池为头戴式显示装置供电。

本发明的优点在于克服了传统观片器孔径光阑对视场角的限制，增大了视场；半反半透玻璃的设计简洁轻便，像差减少，高质量的实现了立体视觉的功能；重量小、成像效果好、有很大的市场潜力。

在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种头戴式立体视觉观片器，包括用于将整个观片器固定于头部的头盔支架，以及位于人眼前方并安装在头盔支架上的视觉系统，其特征在于，所述视觉系统包括2块液晶显示屏(8，9)、半反半透玻璃(10)、2块放大透镜(6，7)和偏振片(4，5)；所述偏振片(4，5)并排置于人的两眼前方，并且这2个偏振片的偏振方向互相垂直；在偏振片(4，5)远离人眼的一方，分别设置有2个与偏振片(4，5)同轴的并排放置的放大透镜(6，7)；放大透镜(6，7)位于半反半透玻璃(10)及偏振片(4，5)中间；所述2块液晶显示屏(8，9)以彼此垂直方式放置，并且其中1块液晶显示屏(9)与放大透镜(6，7)平行，另一块液晶显示屏(8)置于放大透镜(6，7)之上，并与放大透镜(6，7)的光轴平行；半反半透玻璃(10)位于两块液晶显示屏(8，9)中间，并且其一边靠近2块液晶显示屏(8，9)的交接处；且与2块液晶显示屏(8，9)的夹角相等。

2.如权利要求1所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述液晶屏(8、9)之间有一定的交叠部分，以达到扩大视场角的目的；交叠面积的大小根据实际需要确定。

3.如权利要求1所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述头盔支架根据佩戴者头部的大小可调节松紧程度。

4.如权利要求1或2所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述视觉系统还包括一个用不透光材料制成的外壳，该外壳朝向人眼的一面上开有两个孔，并以偏振片(4，5)分别遮挡这两个孔。

5.如权利要求4所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于：所述外壳固定于头盔支架上，使用时使偏振片(4，5)正对人的双眼。

6.如权利要求4所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述外壳上还带有遮光密封套，使用时使遮光密封套使整个视觉系统处于暗室环境。

7.如权利要求1-3所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述半反半透玻璃(10)是矩形的。

8.如权利要求1-3所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述视觉系统采用数据线(11)连接至具有播放功能的电子装置，获取待显示的信息；

9.如权利要求1-3所述的头戴式立体视觉观片器，其特征在于，所述视觉系统采用电池或连接至外部电子装置的电源线进行供电。

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