[發(fā)明專利]雙目頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210199509.4
• 申請(qǐng)日: 2012-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN102692708A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藍(lán)景恒;向艷;陳國勝;楊新軍;田永明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中航華東光電有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01;G02B27/00
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務(wù)所 34116
• 代理人: 丁瑞瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及頭盔顯示器系統(tǒng)，特別是雙目頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整方法。

技術(shù)背景

頭盔顯示器（HMD，HeadMountedDisplay）分為半投型與全投型，是一種新興的機(jī)載顯示/瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。它能將小型二維顯示器所產(chǎn)生的圖像經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)，成虛像于人眼前方。具體而言，小型二維顯示器所發(fā)射的光線經(jīng)過透鏡組使影像因折射或衍射產(chǎn)生類似遠(yuǎn)方效果，利用此效果將近處物體放大至遠(yuǎn)處觀察或瞄準(zhǔn)而達(dá)到所謂的全像視覺。

1968年世界上第一個(gè)真正意義上的頭盔顯示器為軍用頭盔顯示器，即美國ARPA信息處理技術(shù)辦公室主任Ivan?Sutherland?開發(fā)的“達(dá)摩克里斯之劍”頭盔顯示器。原先主要為戰(zhàn)機(jī)和戰(zhàn)車駕駛員配備，而現(xiàn)在，無論是戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)還是單兵所戴的頭盔不單是保護(hù)裝置，飛速發(fā)展的科技技術(shù)將多種功能凝聚在頭盔里，使其成為幫助使用者操縱飛機(jī)、瞄準(zhǔn)、獲取地圖信息等設(shè)備的得力助手，是使用者與其武器、基地之間的重要紐帶。另外，民用頭盔顯示器在虛擬技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中的地位也十分重要。

雙目疊加作用是指各眼所獲取的信息相加而產(chǎn)生超越單眼的雙眼視覺功能。我們?nèi)粘５囊曈X，包括閱讀，無論涉及深徑與否，雙眼能增進(jìn)其功能。然而在頭盔顯示器中，雙目頭盔顯示器是更為復(fù)雜的一種。它要求雙目顯示器的圖像在人眼看來是一個(gè)整體畫面，所以對(duì)畸變校正及雙目顯示系統(tǒng)的相對(duì)關(guān)系上都有較高的要求。光學(xué)系統(tǒng)加工起來都是有誤差的，其虛像面不可能理想地位于無窮遠(yuǎn)處，且本身可能帶有較大的畸變，另外兩個(gè)顯示器也不可能完全對(duì)稱。因此，若有進(jìn)行一定的重疊度的安裝，則需要一定的光軸調(diào)整且進(jìn)行相應(yīng)的圖像變換，最終才得能使兩個(gè)眼睛所看到的圖像是融合在一起的。

目前，大多數(shù)專利及論文，如發(fā)表在《現(xiàn)代顯示》?2002年01期?，文章編號(hào)為：1006-6268（2002）01-0043-05的《頭盔顯示器視覺機(jī)理與處理初探》，都是針對(duì)理想的單目頭盔顯示系統(tǒng)來研究雙目系統(tǒng)的裝配與校正。然而，實(shí)際目視光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想光學(xué)系統(tǒng)的效果，特別是在特殊結(jié)構(gòu)情況下，光路需要大量折轉(zhuǎn)時(shí)，其主光線與光軸夾角、虛像面位置、視場角、畸變等因素往往是不能很好地控制的。按理想光學(xué)系統(tǒng)的方法來裝配與校正雙目系統(tǒng)后，人眼觀察時(shí)會(huì)產(chǎn)生拮抗、疲勞、惡心，甚至無法融像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于在于針對(duì)現(xiàn)有方法與技術(shù)的不足提出一種裝配與校正雙目頭盔顯示器的方法。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：一種雙目頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整方法，包括以下步驟：

步驟1：使用完成畸變校正的左、右目光學(xué)系統(tǒng)，首先進(jìn)行虛像面的位置以及重疊度的估算，即通過光學(xué)系統(tǒng)的裝配關(guān)系，顯示特定的圖像，再用人眼在特定的位置上進(jìn)行觀測(cè)，讀出雙目融合重疊度及計(jì)算出虛像面的位置；

步驟2：計(jì)算光軸的折轉(zhuǎn)角度后折轉(zhuǎn)左、右光學(xué)系統(tǒng)的光軸，提高圖像重疊度；

步驟3：圖像校正。

本發(fā)明進(jìn)一步具體為：單目虛像面的位置與雙目圖像的重疊度有直接的關(guān)系，因此第一步要先估算一個(gè)單目虛像面的位置，即到人眼的距離，以及雙目系統(tǒng)光軸平行時(shí)的重疊度。首先使用兩個(gè)標(biāo)尺，標(biāo)尺上有對(duì)應(yīng)左、右的記號(hào)，記號(hào)間距均與實(shí)驗(yàn)人員瞳孔距PL相同。左、右顯示屏分別使用帶標(biāo)記的圖像，標(biāo)記圖像能反映出顯示屏上一些固定參考點(diǎn)的位置。把兩個(gè)標(biāo)尺固定于與人眼不同距離上，同時(shí)保持標(biāo)尺中心線平行且處于同一水平面。實(shí)驗(yàn)人員移動(dòng)頭部，使雙眼能同時(shí)看到相應(yīng)記號(hào)重合。然后，實(shí)驗(yàn)人員的頭部以記號(hào)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)保持不動(dòng)。分別調(diào)節(jié)左、右單目顯示系統(tǒng)，使左眼在看到全屏清晰像時(shí)，其圖像中心點(diǎn)標(biāo)尺上相應(yīng)的左記號(hào)完全重合，同樣地要求以調(diào)節(jié)右單目顯示系統(tǒng)。然后，同時(shí)睜開雙眼，通過圖像20上的標(biāo)尺讀出雙目的重疊度k。則：

ρ=α(1-k);L0=PL2tanρ]]>