[發(fā)明專(zhuān)利]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的立體頭盔顯示器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910145090.2
• 申請(qǐng)日: 2009-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101661163A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高偉清;呂國(guó)強(qiáng);周仕娥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B27/01
• 分類(lèi)號(hào): G02B27/01;G02B27/26
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 何梅生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及立體頭盔顯示器，更確切地說(shuō)是通過(guò)調(diào)節(jié)圖像源和外界光的亮度，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)環(huán)境最佳融合的光學(xué)透視式立體頭盔顯示器。

背景技術(shù)

頭盔顯示器(Head-Mounted?Display，HMD)是安裝在使用者頭盔上的一種顯示器，其活動(dòng)視域可寬達(dá)360度，且具有大畫(huà)面、便攜以及高臨場(chǎng)感等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、模擬訓(xùn)練、娛樂(lè)、醫(yī)療和工程等領(lǐng)域。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented?Reality，AR)要求將虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境融為一體，使用戶(hù)能同時(shí)獲取虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的信息，需要虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的光亮度能獲得最佳匹配。透視式頭盔顯示器既能觀看虛擬環(huán)境信息，又能觀看外界環(huán)境，利用視差原理在雙目結(jié)構(gòu)中可實(shí)現(xiàn)立體顯示，作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)接口具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便以及立體效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。

透視式立體頭盔顯示器主要有視頻透視式和光學(xué)透視式兩種，視頻透視式立體頭盔顯示器利用攝像頭將外界環(huán)境拍攝下來(lái)后，再與虛擬環(huán)境圖像融合在一起顯示給用戶(hù)，這會(huì)造成用戶(hù)觀看外界環(huán)境時(shí)的延時(shí)，產(chǎn)生不適感和疲勞感。光學(xué)透視式立體頭盔顯示器利用組合鏡將虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的信息合成后顯示給用戶(hù)，用戶(hù)通過(guò)組合鏡直接觀看到外界環(huán)境，無(wú)延時(shí)，更加舒適，適于長(zhǎng)時(shí)間工作。因此在增強(qiáng)顯示系統(tǒng)中采用光學(xué)透視式立體頭盔顯示器。但是，已有技術(shù)中的光學(xué)透視式立體頭盔顯示器存在如下技術(shù)問(wèn)題：

1、當(dāng)處于外界強(qiáng)光情況下，頭盔顯示器的圖像亮度及對(duì)比度低，圖像被外界環(huán)境掩蓋，以至于人眼在強(qiáng)光下只能看到外界環(huán)境，看不清頭盔顯示器的顯示信息；

2、當(dāng)處于外界暗光情況下，頭盔顯示器的圖像亮度過(guò)高，外界環(huán)境被圖像源信息遮擋，以至于人眼看不到外界信息。

3、在雙目部分重疊中，由于雙目觀察的圖像差異導(dǎo)致雙目競(jìng)爭(zhēng)，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致圖像分裂，產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，加重使用者的工作負(fù)擔(dān)。

中國(guó)專(zhuān)利200710108422.0公開(kāi)了一種可調(diào)整環(huán)境光強(qiáng)度的頭戴式顯示器，將兩個(gè)偏振片疊置在一起，其中一個(gè)偏振片為固定的，通過(guò)調(diào)節(jié)另一個(gè)偏振片的方位角調(diào)節(jié)外界光亮度，該專(zhuān)利無(wú)法對(duì)虛擬環(huán)境的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此在外界暗光情況下，用戶(hù)不能看清外界環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的立體頭盔顯示器，利用光學(xué)方法有效調(diào)節(jié)圖像源和外界環(huán)境的亮度，解決在外界強(qiáng)光和暗光兩種情況下虛實(shí)場(chǎng)景的對(duì)比度問(wèn)題，使虛實(shí)環(huán)境有效地融為一體；通過(guò)使雙目所成虛像在空間位置上完全重疊，增加立體顯示區(qū)域的視場(chǎng)角，并且消除雙目競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的立體頭盔顯示器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用光學(xué)透視式結(jié)構(gòu)，以使用者的鼻梁部位為中心線呈左右對(duì)稱(chēng)，沿光軸方向自外側(cè)到人眼中心，依次設(shè)置圖像源、方位角可以調(diào)節(jié)的偏振方位調(diào)節(jié)鏡、光學(xué)成像系統(tǒng)和偏振組合鏡，所述偏振組合鏡將圖像源的光線方向反射偏轉(zhuǎn)90度后進(jìn)入人眼；外界光與圖像源光線成90度角，經(jīng)方位角可以調(diào)節(jié)的偏振鏡后，從偏振組合鏡透射進(jìn)入人眼；

輸入信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路為圖像源提供顯示信息；構(gòu)成立體圖像對(duì)的兩幅圖像分別傳送在左右兩側(cè)的圖像源中；以所述偏振方位調(diào)節(jié)鏡和偏振組合鏡構(gòu)成圖像源亮度調(diào)節(jié)單元，以所述偏振鏡和偏振組合鏡構(gòu)成外界光亮度調(diào)節(jié)單元。

所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的立體頭盔顯示器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

所述圖像源為彩色LCD屏，所述偏振方位調(diào)節(jié)鏡為快軸方位可調(diào)的半波片，所述偏振組合鏡采用偏振分光鏡。

所述圖像源或?yàn)椴噬玂LED屏，所述偏振方位調(diào)節(jié)鏡為偏振方位可調(diào)的偏振鏡，所述偏振組合鏡采用偏振分光鏡。

本發(fā)明增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的立體頭盔顯示器的另一形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：采用光學(xué)透視式結(jié)構(gòu)，以使用者的鼻梁部位為中心線呈左右對(duì)稱(chēng)，沿光軸方向自外側(cè)到人眼中心依次設(shè)置圖像源、方位角可以調(diào)節(jié)的偏振方位調(diào)節(jié)鏡、光學(xué)成像系統(tǒng)和非偏振組合鏡，所述非偏振組合鏡將圖像源的光線方向反射偏轉(zhuǎn)90度后進(jìn)入人眼；外界光與圖像源光線成90度角，依次經(jīng)過(guò)外偏振鏡和內(nèi)偏振鏡，從非偏振組合鏡透射進(jìn)入人眼；所述內(nèi)偏振鏡和外偏振鏡的偏振方位角均可以調(diào)節(jié)；

輸入信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路為圖像源提供顯示信息，構(gòu)成立體圖像對(duì)的兩幅圖像分別傳送在左右兩側(cè)的圖像源中；以所述偏振方位調(diào)節(jié)鏡和圖像源構(gòu)成圖像源亮度調(diào)節(jié)單元，以所述內(nèi)偏振鏡和外偏振鏡構(gòu)成外界光亮度調(diào)節(jié)單元。