一种虚拟现实头显设备制造技术

本实用新型专利技术提出了一种虚拟现实头显设备，包括用于显示虚拟现实画面的屏幕(IMA)以及分别与双眼对应的两个镜头模组；镜头模组用于设置在人眼瞳孔(STO)和屏幕(IMA)之间；镜头模组包括沿人眼瞳孔(STO)到屏幕(IMA)的方向上依次设置的新月透镜(L1)以及由双凸透镜(L2)和双凹透镜(L3)组成的透镜群；新月透镜(L1)的凹面朝向人眼瞳孔(STO)；新月透镜(L1)的光焦度为正，双凸透镜(L2)的光焦度为正，双凹透镜(L3)的光焦度为负；新月透镜(L1)和双凹透镜(L3)均为非球面镜。本实用新型专利技术的虚拟现实头显设备设计巧妙，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟现实头显设备
本技术涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种虚拟现实头显设备。
技术介绍
VR技术是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。综合利用了计算机图形学、仿真技术学、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化的虚拟环境，使人能够沉浸在虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。虽然VR技术目前还没有非常成熟，但已经可以对VR初期的产品进行体验，视场角、分辨率、延迟等参数对体验效果有直接的影响。从最初入门级的GoogleCardboard到三星Gear、HTCVIVE，VR产品的性能不断提升，功能越来越强大，最新一代正式版OculusRift的分辨率为2160×1200像素(两个屏幕)，视场角110°，刷新率90Hz，新发布的3glasses蓝珀s1分辨率2880*1440(两个屏幕)，视场角110°，最高刷新率120Hz，以上是产品的物理参数。可以发现，目前VR产品的视场角一般介于90°-110°，并且由于VR眼镜在光学结构上采用单片式镜片比较多，能够用来优化的参数极其有限，大视场像差未能得到有效矫正，导致成像性能表现欠佳，一般中心成像清晰，周边不良甚至模糊，直接影响体验效果；此外当下虚拟现实头显设备的体积也较大，使用户体验不好。
技术实现思路
本技术针对现有VR眼镜在光学结构上采用单片式镜片比较多，能够用来优化的参数极其有限，大视场像差未能得到有效矫正，导致成像性能表现欠佳，一般中心成像清晰，周边不良甚至模糊，直接影响体验效果的问题，提出了一种虚拟现实头显设备。本技术就该技术问题而提出的技术方案如下：本技术提出了一种虚拟现实头显设备，包括用于显示虚拟现实画面的屏幕以及分别与双眼对应的两个镜头模组；镜头模组用于设置在人眼瞳孔和屏幕之间；镜头模组包括沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次设置的新月透镜以及由双凸透镜和双凹透镜组成的透镜群；新月透镜的凹面朝向人眼瞳孔；新月透镜的光焦度为正，双凸透镜的光焦度为正，双凹透镜的光焦度为负；新月透镜和双凹透镜均为非球面镜。本技术上述的虚拟现实头显设备中，包括用于分别显示第一画面和第二画面的两块屏幕；镜头模组与屏幕一一对应；镜头模组用于设置在对应人眼瞳孔和对应屏幕之间。本技术上述的虚拟现实头显设备中，两个镜头模组之间设置有遮光板。本技术上述的虚拟现实头显设备中，还包括分别与两块屏幕电性连接，用于控制两块屏幕分别显示第一画面和第二画面的处理器。本技术上述的虚拟现实头显设备中，双凸透镜和双凹透镜沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次设置，或者沿屏幕到人眼瞳孔的方向上依次设置。本技术上述的虚拟现实头显设备中，新月透镜和双凹透镜满足下列关系式：-1.69<f1/f3<-1.15，其中，f1为新月透镜的焦距，f3为双凹透镜的焦距。本技术上述的虚拟现实头显设备中，双凸透镜与双凹透镜满足关系式：-2.90<f2/f3<-1.92，其中，f2为双凸透镜的焦距，f3为双凹透镜的焦距。本技术上述的虚拟现实头显设备中，新月透镜和双凹透镜分别满足以下非球面公式：其中，r为光学表面上一点到光轴的距离；Z为该点沿光轴方向的矢高；c为该光学表面的曲率；c＝1/r；k为该光学表面的二次曲线常数，A、B、C、D、E、F分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶高阶非球面系数。本技术上述的虚拟现实头显设备中，非球面镜由树脂材料或玻璃材料制成。本技术上述的虚拟现实头显设备中，显示屏幕为曲面。本技术所提出的虚拟现实头显设备通过采用光焦度为正的新月透镜可以在扩大镜头视场角度的同时有效控制畸变大小，降低图像的变形和失真，能够矫正球差与系统畸变，同时，采用由双凸透镜L2和双凹透镜L3组成的透镜群能够矫正系统球差和像散，提高边缘视场的成像性能。本技术的虚拟现实头显设备设计巧妙，实用性强。本技术匹配以曲面显示屏幕，可以更好的贴近用户，更贴合人眼的视物习惯，并且屏幕两侧和屏幕中央位置基本属于同样的观赏角度，在视觉上有种融入环境中的效果，环绕式的观感从而营造了更深度的沉浸式体验。这样将两者的优势最大化的结合，既融合了曲面屏的纵深感，增大了视场角，营造了沉浸式的体验，另一方面又使体积小巧、轻便，克服了现有技术中的不足。同时这种结合方式必定是未来VR设备的发展趋势。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1示出了本技术实施例的虚拟现实头显设备的外观示意图；图2示出了图1所示的虚拟现实头显设备的内部结构示意图；图3示出了图1所示的虚拟现实头显设备的镜头模组的示意图；图4示出了本技术另一实施例的虚拟现实头显设备的内部结构示意图；图5是本技术实施例的视场角为120°的镜头模组的MTF曲线图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。参见图1和图2，图1示出了本技术实施例的虚拟现实头显设备的外观示意图；图2示出了图1所示的虚拟现实头显设备的内部结构示意图；图3示出了图1所示的虚拟现实头显设备的镜头模组的示意图。虚拟现实头显设备包括用于显示虚拟现实画面的屏幕IMA以及分别与双眼对应的两个镜头模组；镜头模组用于设置在人眼瞳孔STO和屏幕IMA之间；镜头模组包括沿人眼瞳孔STO到屏幕IMA的方向上依次设置的新月透镜L1以及由双凸透镜L2和双凹透镜L3组成的透镜群；新月透镜L1的凹面朝向人眼瞳孔STO；新月透镜L1的光焦度为正，双凸透镜L2的光焦度为正，双凹透镜L3的光焦度为负；新月透镜L1和双凹透镜L3均为非球面镜。在本技术方案中，人眼瞳孔STO相当于孔径光阑。在另一实施例中，如图4所示，虚拟现实头显设备包括用于分别显示第一画面和第二画面的两块屏幕IMA；镜头模组与屏幕IMA一一对应；镜头模组用于设置在对应人眼瞳孔STO和对应屏幕IMA之间。第一画面和第二画面分别经过对应的镜头模组，分别被双眼感应，并通过人脑合成，从而使使用者感受到具有三维立体效果的合成图像。同时，在该实施例中，两个镜头模组之间设置有遮光板V；通过遮光板V，可减小第一画面和第二画面之间的串扰。进一步地，虚拟现实头显设备还包括分别与两块屏幕IMA电性连接，用于控制两块屏幕IMA分别显示第一画面和第二画面的处理器C。在上述技术方案中，通过采用新月透镜L1的凹面朝向人眼瞳孔STO，以及新月透镜L1的光焦度为正的技术特征，可以在扩大镜头视场角度的同时有效控制畸变大小，降低图像的变形和失真，能够矫正球差与系统畸变。通过采用光焦度为正的双凸透镜L2以及光焦度为负的双凹透镜L3，能够矫正系统球差和像散，提高边缘视场的成像性能。进一步地，双凸透镜L2和双凹透镜L3可以沿人眼瞳孔STO到屏幕IMA的方向上依次设置，也可以沿屏幕IMA到人眼瞳孔STO的方向上依次设置。透镜群上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟现实头显设备，包括用于显示虚拟现实画面的屏幕以及分别与双眼对应的两个镜头模组；其特征在于，镜头模组用于设置在人眼瞳孔和屏幕之间；镜头模组包括沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次设置的新月透镜以及由双凸透镜和双凹透镜组成的透镜群；新月透镜的凹面朝向人眼瞳孔；新月透镜的光焦度为正，双凸透镜的光焦度为正，双凹透镜的光焦度为负；新月透镜和双凹透镜均为非球面镜。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实头显设备，包括用于显示虚拟现实画面的屏幕以及分别与双眼对应的两个镜头模组；其特征在于，镜头模组用于设置在人眼瞳孔和屏幕之间；镜头模组包括沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次设置的新月透镜以及由双凸透镜和双凹透镜组成的透镜群；新月透镜的凹面朝向人眼瞳孔；新月透镜的光焦度为正，双凸透镜的光焦度为正，双凹透镜的光焦度为负；新月透镜和双凹透镜均为非球面镜。2.根据权利要求1所述的虚拟现实头显设备，其特征在于，包括用于分别显示第一画面和第二画面的两块屏幕；镜头模组与屏幕一一对应；镜头模组用于设置在对应人眼瞳孔和对应屏幕之间。3.根据权利要求2所述的虚拟现实头显设备，其特征在于，两个镜头模组之间设置有遮光板。4.根据权利要求2所述的虚拟现实头显设备，其特征在于，还包括分别与两块屏幕电性连接，用于控制两块屏幕分别显示第一画面和第二画面的处理器。5.根据权利要求1所述的虚拟现实头显设备，其特征在于，双凸透镜和双凹透镜沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次设置，或者沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙其民，李方方，李炜，
申请(专利权)人：深圳市掌网科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44