[發(fā)明專利]視角展寬的單目雙目可切換VR頭盔顯示器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610635654.0
• 申請(qǐng)日: 2016-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN107703627A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石慶俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 石慶俊
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種VR頭盔顯示器，更具體地講，涉及一種視角展寬，可切換單目、雙目立體視覺的VR頭盔顯示器，所述顯示器可用于2D/3D影視、360°全景、VR游戲等。

背景技術(shù)：

作為虛擬現(xiàn)實(shí)的顯示終端，VR頭盔顯示器是將小型二維顯示器所產(chǎn)生的影像藉由光學(xué)系統(tǒng)放大，小型顯示器所發(fā)射的光線經(jīng)過凸透鏡使影像因折射產(chǎn)生類似遠(yuǎn)方效果，利用此效果將近處物體放大至遠(yuǎn)處觀賞而達(dá)到所謂的全景視覺。VR頭盔顯示器簡(jiǎn)稱VR頭顯，主要分三類：VR眼鏡、VR頭盔和VR一體機(jī)。

VR眼鏡，是由眼鏡盒子配合手機(jī)的頭戴式設(shè)備(Mobile VR)，代表性的設(shè)備有Google Cardboard、Gear VR和暴風(fēng)魔鏡，雖然體驗(yàn)沒有VR頭盔好，但由于其成本低廉、便攜式和方便操作，隨著智能手機(jī)性能的快速提升，在目前技術(shù)條件下正在成為VR頭盔顯示的主流。

VR頭盔，必須接上電腦的沉浸頭戴式設(shè)備(HMD)，其代表就是Oculus Rift，Sony的PlayStation VR，和HTC/Valve的VIVE)，VR頭盔現(xiàn)階段主打的是游戲市場(chǎng)。

VR一體機(jī)，其設(shè)計(jì)兼顧了輕便與性能，讓用戶擺脫了外部設(shè)備的束縛，內(nèi)置的處理器、內(nèi)存、顯示屏能滿足多數(shù)游戲和視頻對(duì)硬件的需求，成本較高。

眾所周知，決定VR效果的首要因素就是設(shè)備的顯示性能。現(xiàn)有的VR頭顯，無論是智能手機(jī)的單屏分隔，還是VR一體機(jī)的雙屏結(jié)構(gòu)，單眼對(duì)應(yīng)的顯示區(qū)域?qū)挾纫话悴怀^70mm，獲得寬廣的視野需要比較大的光學(xué)放大倍率，導(dǎo)致像素晶格清晰可見，通常的思路是采用更高清的4K乃至8K屏來消除像素晶格，但超高清屏在提高顯示幀頻和滿足圖像傳輸帶寬，以及硬件成本方面又帶來了新的壓力。利用現(xiàn)有的軟硬件資源，在保持顯示幀頻和傳輸帶寬不變的條件下，不增加額外負(fù)擔(dān)來提高圖像清晰度、減輕或消除像素晶格現(xiàn)象是本發(fā)明的目的之一。

無論影視、圖像，還是VR全景拍攝，2D內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于3D內(nèi)容，而目前的VR頭盔顯示器還沒有單目立體視覺這一概念，全景視頻被VR雙目顯示抑制了本身的立體感。本發(fā)明目的之二是將單目立體視覺應(yīng)用在VR頭顯中，提升2D內(nèi)容的立體感和沉浸感。

現(xiàn)有的VR頭顯在顯示2D/3D電影和視頻時(shí)，單屏圖像的顯示高度是屏幕的二分之一，即3840*2160的4K視頻節(jié)目，在4K屏智能手機(jī)上單目顯示分辨率為1920*1080，顯示分辨率、VR視場(chǎng)均沒有得到有效的利用。本發(fā)明目的之三是應(yīng)用視角展寬技術(shù)提高顯示清晰度、擴(kuò)大顯示視場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明公開了一種視角展寬的單目雙目可切換VR頭盔顯示器的原理和方法。目的在于通過圖像展寬，充分利用顯示屏幕的分辨率和有效視場(chǎng)，提高2D/3D顯示的清晰度，擴(kuò)大顯示視場(chǎng)；通過單目雙目切換實(shí)現(xiàn)2D視頻的單目立體顯示，提高VR的立體感和沉浸感。

現(xiàn)有VR頭顯的結(jié)構(gòu)如圖1所示，一對(duì)目鏡(5)將VR頭顯的左屏右屏圖像投射放大到遠(yuǎn)處。限于顯示區(qū)域?qū)挾炔灰顺^瞳距太多，只能依靠提高目鏡放大倍率來獲得大視場(chǎng)，這會(huì)帶來3點(diǎn)不足：

a.像素晶格十分明顯；

b.通過視野遮罩后獲得的圓形視場(chǎng)與人眼的橢圓形寬視場(chǎng)不相符；

c.播放影視節(jié)目時(shí)，顯示區(qū)域的利用率不足50％，因此影視區(qū)域視野不夠?qū)拸V，清晰度不夠高。

本發(fā)明公開的VR頭顯結(jié)構(gòu)如圖2所示，由顯示屏、展寬鏡、光路開關(guān)、目鏡、分隔擋板組成。顯示屏可以是雙屏，也可以是單屏左右分區(qū)顯示；光路開關(guān)優(yōu)先采用液晶光閥快門，也可采用機(jī)械快門。

在目鏡與屏幕之間增加展寬鏡是為了將左右屏圖像展寬，在滿屏顯示的條件下獲得寬視野圖像。同樣為了達(dá)到110°的水平視野，增加展寬鏡后，目鏡的放大率可以降低到原來的50～60％，像素晶格明顯得到了改善，在視野遮罩下獲得的橢圓形視場(chǎng)更符合人眼視野，觀看影視節(jié)目時(shí)清晰度高，視野更大。展寬鏡(3)的位置在顯示屏和目鏡(5)之間，展寬鏡(3)和目鏡(5)均可前后調(diào)節(jié)，展寬鏡靠近屏幕，展寬效果減弱，展寬鏡靠近目鏡，圖像清晰度降低，因此需要調(diào)節(jié)展寬鏡到合適的位置并固定下來。目鏡、展寬鏡組成的放大光路的光軸(8)可左右調(diào)節(jié)，讓雙眼看得更舒適。