[發明專利]一種3D頭戴顯示器

有效

• 申請號: 201310067014.0
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103149690A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 王小鋒;陳日清;朱日宏;王雪;崔艷軍;黃亞;張英聰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;陳日清
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/22;H04N5/232;H04N13/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于工程光學領域，具體涉及一種3D頭戴顯示器，具體為可以播放3D立體視頻的頭戴式顯示器。

背景技術

現在的顯示技術已經日趨成熟，微顯示器可以做得很小，大顯示器可以做得很輕，裸眼3D技術也越來越成熟。然而欲集中這幾種優點于一身卻很難，即要求用便攜的顯示設備，感受大屏幕的3D效果。目前市場上已經有部分頭戴顯示器出售，但是存在很多技術上的不足。目前市場上的頭戴顯示器不夠大，虛擬顯示屏幕很小，虛擬顯示效果存在色差、畸變等像質問題，系統不方便針對不同人眼調整屈光度和瞳距，3D立體顯示效果不逼真等，這些也都是現有技術的難點，要將這些技術組合在一起更是難上加難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D頭戴顯示器，將兩幅經過特殊處理的圖片通過圖像顯示組件和光學成像組件顯示在人眼前，使得人兩眼看到的兩幅圖像融合后，在大腦中形成一幅立體圖像。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種3D頭戴顯示器，包括圖像顯示組件、光學成像系統、光學調節組件、音頻傳輸組件、攝像頭模塊、控制模塊、眼鏡式外殼。

圖像顯示組件與光學成像系統的位置間隔通過嚴格的光學調校使得相對位置固定，圖像顯示組件與光學成像系統位于眼鏡式外殼內部，光學成像系統朝向佩戴者的眼睛，光學調節組件位于靠近鼻梁的鏡架上；攝像頭模塊安裝在眼鏡式外殼的前面板中心處；音頻傳輸組件從眼鏡式外殼中通過有線連接接出，線的長度足夠使得戴上眼鏡后雙通道立體聲耳機可以塞入人耳。控制模塊外置于眼鏡式外殼。

控制模塊分別與圖像顯示系統、音頻傳輸組件、攝像頭模塊連接，連接方式為有線或者無線；圖像信號由控制模塊發出，通過有線或者無線傳輸至圖像顯示組件，圖像顯示組件顯示的圖像通過光學成像系統成像，最終成像光線從眼鏡式外殼射出；光學調節組件與光學成像系統相連接，可以通過調節光學調節組件來調節光學成像系統的光學鏡片的相對位置；攝像頭模塊通過有線連接與圖像顯示組件相連。

開啟控制模塊，圖像信號由控制模塊傳送至圖像顯示組件，音頻信號傳送至音頻傳輸組件；圖像顯示組件顯示的圖像通過光學成像系統成像，成像光線從眼鏡式外殼射出，調節光學調節組件，使得圖像清晰的呈現在使用者的視網膜上，使用者接受到的音頻信號與圖像信號同步，獲得完整的視頻信號；或者開啟控制模塊，圖像信號由攝像頭模塊傳送至圖像顯示組件，音頻信號傳送至音頻傳輸組件；圖像顯示組件顯示的圖像通過光學成像系統成像，成像光線從眼鏡式外殼射出，調節光學調節組件，使得圖像清晰的呈現在使用者的視網膜上，使用者接受到的音頻信號與圖像信號同步，使用者可以獲得完整的攝像頭實時攝像信號。

所述的圖像顯示組件由液晶顯示器和輔助照明LED組成，液晶顯示器可為LCD、OLED、LCOS等微顯示器，其中液晶顯示器的對角線長度為1英寸以下。輔助照明LED的形狀為導光板型，大小與顯示器相當或略大于顯示器。輔助照明LED采用光強度可以調節的導光板，輔助照明LED可發出由紅、綠、藍標準三基色匹配組合而成的白光，也可以通過控制輔助照明LED，使得其可調節三種基色的成分多少，發出不同顏色的光。

光學成像系統包含兩個光學成像組件，分別對左眼和右眼觀看的顯示器成像。光學成像系統的光軸不能是平行的，兩光軸有一角度a，角度a的大小設定時要滿足人眼觀看顯示器時，左眼和右眼獲取的虛擬放大屏幕可以完全重合，以此最大量度的較少人腦被動融合兩眼接收圖像所帶來的疲憊感和眩暈感，此角度a必須經過完美調教和檢測，最終角度a的大小控制在0.55度～0.60度。

所述光學成像組件為兩片式的透鏡組，第一片為在非球面上刻蝕二元光學面的透鏡，第二片為非球面透鏡。透鏡組的光軸的主光線是從圖像顯示組件的面中心垂直射出的光線。光學成像組件的出瞳大小為8mm,視場角為45度。為減輕系統質量，本發明材料為PMMA，作為替代設計，可以達到此目的的方法還可以有用單片的自由曲面棱鏡代替透鏡組。

刻蝕二元光學面透鏡的二元光學面衍射參數如下，歸一化半徑為1，旋轉對稱衍射面的的相位分布函數采用前四項：

其中r為歸一化的半徑，A為二元光學面系數，A₁決定衍射面的光焦度，能夠校正系統的色差，后面的非球面項校正系統的高級像差。刻蝕臺階數為8時，衍射效率高于95%。

2πk＝A₁r²+A₂r⁴+A₃r⁶+A₄r⁸????(2)