可调头戴显示光学系统及其调节方法技术方案

本发明专利技术公开了一种头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统、光学组合器及至少一组微调机构，所述微调机构用于调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。本发明专利技术还公开了对应的头戴显示装置及在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法，由于头戴显示光学系统虚像距人眼的距离可根据用户的需求做调整，能最大限度的保证用户在使用这些图像显示器时用眼的舒适度；且在增强现实应用中，当景深变化时，可通过调节虚像距人眼的距离，使虚像与实际环境贴合，能达到真正的增强显示效果，可极大增强用户体验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统、光学组合器及至少一组微调机构，所述微调机构用于调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。本专利技术还公开了对应的头戴显示装置及在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法，由于头戴显示光学系统虚像距人眼的距离可根据用户的需求做调整，能最大限度的保证用户在使用这些图像显示器时用眼的舒适度；且在增强现实应用中，当景深变化时，可通过调节虚像距人眼的距离，使虚像与实际环境贴合，能达到真正的增强显示效果，可极大增强用户体验。【专利说明】
本专利技术涉及可穿戴计算头戴显示设备领域，尤其涉及一种头戴显示光学系统、头戴显示装置及在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法。
技术介绍
现有的HMD (HeadMountDisplay,头戴式可视设备)虚拟现实/增强现实的显示系统，由于光学显示系统是按照一固定成像距离设计，因此图像源经光学显示系统后在人眼前方显示的虚像距人眼的距离是固定的，然而每个人对视线距离的需求是不一样的，有的人希望虚像距离人眼远一些，有的人却希望近一些，如此，这些显示系统不能最大限度的保证用户在使用这些图像显示器时用眼的舒适度。另外在增强现实应用中，由于虚像距人眼的距离是不变的，而所处环境是时刻改变的，通过这些显示系统看到的虚像是飘浮在空中的，与实际环境脱离，不仅不能达到真正的增强显示效果，而且用户体验极差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种头戴显示光学系统、头戴显示装置及在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法，解决现有头戴显示光学系统虚像距人眼的距离不可调的缺陷，可根据用户调节指令调节虚像到人眼距离的远近。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，所述光学系统还包括至少一组微调机构，所述微调机构用于调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。优选的，微调机构采用螺纹副传动微调方式，每组微调机构包括驱动控制板、微型步进电机、齿轮副、转动螺杆、移动螺母座；需移动的光学组件安装固定在移动螺母座上，微型步进电机在驱动控制板的驱动下，以齿轮副方式驱动螺纹副中的转动螺杆转动来带动移动螺母座的轴向移动。其中，所述需移动的光学组件包括图像源模块、光束整形系统或光束整形系统中各光学元件中的一个或多个，每一个需要移动的光学组件安装一组微调机构。优选的，预先为所述光学系统设计N组虚像到人眼距离与光学组件位置关系之间的对应数据表，将此数据表预先输入HMD主控系统，形成N档调节参数，N为大于等于2的正整数；用户使用时，主控系统根据接收到的用户调节指令，在所述数据表中查询目标档位的调节参数，将所述目标档位的调节参数转换为脉冲信号发送到微调机构。优选的，用户调节指令包括通过人机交互方式对HMD主控系统发出的手势指令、语音指令或硬件按键指令。相应的，本专利技术还提供了一种头戴显示装置，所述头戴显示装置包括上述头戴显不光学系统。相应的，本专利技术还提供了一种在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法，所述HMD光学系统包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，在所述HMD光学系统中加入至少一组微调机构，所述调节方法包括:预先为光学系统设计N组虚像到人眼距离与光学组件位置关系之间的对应数据表，将此数据表预先输入HMD主控系统，形成N档调节参数，N为大于等于2的正整数；用户使用时，HMD主控系统根据接收到的用户调节指令，在所述数据表中查询目标档位的调节参数；根据查询到的调节参数控制微调机构，以调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。优选的，所述微调机构采用螺纹副传动微调方式，每组微调机构包括驱动控制板、微型步进电机、齿轮副、转动螺杆、移动螺母座；需移动的光学组件安装固定在移动螺母座上，微型步进电机在驱动控制板的驱动下，以齿轮副方式驱动螺纹副中的转动螺杆转动来带动移动螺母座的轴向移动。其中，所述需移动的光学组件包括图像源模块、光束整形系统或光束整形系统中各光学元件中的一个或多个，每一个需要移动的光学组件安装一组微调机构；HMD主控系统将查询到的目标档位的调节参数转换为脉冲信号发送到驱动控制板，用脉冲信号控制微型步进电机稳定转过给定的步数；微型步进电机通过齿轮副将力矩和转动传递给转动螺杆，实现光学组件位置关系的微调。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果:本专利技术头戴显示光学系统虚像距人眼的距离可根据用户的需求做调整，能最大限度的保证用户在使用这些图像显示器时用眼的舒适度，缓解视野疲劳；且在增强现实应用中，当景深变化时，可通过调节虚像距人眼的距离，使虚像与实际环境贴合，能达到真正的增强显示效果，可极大增强用户体验。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:图1为本专利技术实施例头戴显示光学系统的一种结构示意图；图2为本专利技术实施例头戴显示光学系统中微调机构的一种结构示意图；图3为本专利技术实施例头戴显示装置的一种结构示意图；图中标记:1-图像源模块，2-光束整形系统，3-光学组合器，4-人眼位置，5-虚像所在位置，6-微调机构，61-驱动控制板，62-微型步进电机，63-齿轮A，64-齿轮B，65-转动螺杆，66-移动螺母座，7-调节按键，8-HMD主控系统，9-镜架。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，为本专利技术实施例头戴显示光学系统的一种结构示意图，本专利技术实施例头戴显示光学系统，包括图像源模块1、光束整形系统2和光学组合器3，其中:图像源模块I用于显示计算机生成图像CGI图像，本专利技术实施例图像源模块I可为OLED、IXD或LCos显示器；光束整形系统2由多个光学元件组成，其主要作用是对图像源起放大作用，同时校正放大的虚像的像差，确保人眼经头戴显示光学系统观察到的虚像是清晰的；光学组合器3作为光路的转折及外界环境光进入人眼的通道，人眼经光学组合器可同时观察到放大的图像源和外界环境，光学组合器形式多种多样，本专利技术不作任何限制，光学组合器形式可参见文献:Bernard Kress and Thad Starnerj “ A review of head-mounteddisplays (HMD) technologies and applications for consumer electronics，，Pro本文档来自技高网...

【技术保护点】
头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，其特征在于：所述光学系统还包括至少一组微调机构，所述微调机构用于调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琴华，宋海涛，
申请(专利权)人：成都理想境界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：