[發明專利]頭戴顯示設備成像方法及頭戴顯示設備

有效

• 申請號: 202011086094.0
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112213859B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 王朋杰;鹿麗華;劉小建;姜濱;遲小羽
• 申請（專利權）人: 歌爾科技有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 邵新華

本發明公開了一種頭戴顯示設備成像方法及頭戴顯示設備，包括：檢測頭戴顯示設備通過其光學系統出射的光束波前；獲取人眼的視軸位置；計算人眼的視軸與光學系統的光軸之間的偏差；根據所述偏差調整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前與視軸之間的對應關系同光學系統出射的光束波前與光軸之間的對應關系一致。本發明的頭戴顯示設備通過比對人眼的視軸與光學系統的光軸之間的偏差來進行像差補償，解決了因光軸與視軸不重合所導致的非對稱像差變得更加明顯的問題，繼而改善了因非對稱像差造成的圖像不清晰缺陷，最終達到了一種與視軸和光軸重合情況下一致的成像效果，實現了成像質量以及用戶體驗的明顯提升。

技術領域

本發明屬于頭戴顯示設備技術領域，具體地說，是涉及一種用于頭戴顯示設備的成像方法。

背景技術

頭戴顯示設備是一種通過光學系統（主要是精密光學透鏡）放大超微顯示屏上的圖像，并將影像投射于視網膜上,進而呈現于觀看者眼中大屏幕圖像的視頻播放設備，可以實現虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）等不同顯示效果。

頭戴顯示設備的光學技術對于用戶體驗的提升具有非常重要的作用。但是，目前的頭戴顯示設備在光學系統設計過程中，往往不考慮人眼視軸S與光學系統的光軸G之間的差異，且在頭戴顯示設備實際使用過程中，人眼的注視點會發生一定程度的變化，導致人眼視軸S與光軸G的差異更為明顯，如圖1所示。這種差異會使得原本并非理想成像的光學系統出現更加明顯的非對稱像差，如彗差等，繼而影響了成像的清晰度，降低了使用體驗。

在過去的眼底顯微成像技術中，像差測量過程非常復雜，從點光源到面光源，從第一光束到第二光束，需要利用七塊透鏡經過各種探測才能得到像差，導致檢測系統十分復雜并且不利于產品結構的小型化。而現階段，波前像差檢測只需要使用一個夏克哈曼特傳感器就能做到，并且系統結構相對簡單，有利于產品的小型化設計。在校正方法方面，現在的技術都是采用位置標定輔助光路去標定人眼瞳孔，然后利用校正器件調整光束方向，使得瞳孔與光束一致。這里其實存在一個問題：所謂瞳孔與光束一致，是指瞳孔的光軸與光束的光軸一致，而瞳孔的光軸與人眼的視軸是不重合的，所以看到的影像依然存在較大的波前像差，繼而影響了成像質量。

本背景技術所公開的上述信息僅僅用于增加對本申請背景技術的理解，因此，其可能包括不構成本領域普通技術人員已知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種頭戴顯示設備成像方法，通過解決因人眼的視軸與光學系統的光軸不重合所導致的非對稱像差變得更加明顯的問題，以改善成像質量，提升用戶體驗。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

在一個方面，本發明提出了一種頭戴顯示設備成像方法，包括：檢測頭戴顯示設備通過其光學系統出射的光束波前；獲取人眼的視軸位置；計算人眼的視軸與光學系統的光軸之間的偏差；根據所述偏差調整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前與視軸之間的對應關系同光學系統出射的光束波前與光軸之間的對應關系一致。

在本申請的一些實施例中，所述獲取人眼的視軸位置的過程包括：利用眼球追蹤技術獲取人眼在頭戴顯示設備的顯示屏上的注視點；獲取人眼的瞳孔位置；將注視點與瞳孔中心的連線作為人眼的視軸位置。

在本申請的一些實施例中，所述計算人眼的視軸與光學系統的光軸之間的偏差的過程包括：以光學系統的光軸與顯示屏的交點作為原點A（0,0）進行十字標定，建立直角坐標系；獲取人眼在顯示屏上的注視點B的坐標（x，y）;計算A、B兩點的距離ρ以及A、B兩點的連線與Y軸的夾角θ。

在本申請的一些實施例中，所述根據所述偏差調整入射到人眼的波前的過程包括：根據所述ρ和θ，利用澤尼克多項式計算人眼在注視所述注視點B時的波前數據W2；根據波前數據W2以及光學系統出射的光束波前數據W1計算出波前像差的相對變化量△W；根據相對變化量△W調整入射到人眼的波前，實現波前校正。