一种随动头显装置和方法制造方法及图纸

一种随动头显装置，包括眼球追踪装置，伺服装置，透镜，屏幕，其中，透镜为两组、屏幕为两组，伺服装置至少两组，其中，左右眼分别对应一组透镜和一组屏幕，一只眼睛、一组透镜、一组屏幕、一组伺服装置组成一个视觉单元，其中同一组透镜和同组的屏幕可以组成结合体，所述的透镜和屏幕在逻辑上始终是一个结合体，包括伺服装置连接透镜于机架，或者连接透镜与屏幕的结合体于机架，或者包括四组伺服装置分别连接两组透镜和两组屏幕于机架，所述屏幕和\或透镜为机动部件，不固定，所述透镜与屏幕的结合体中还可单独设有伺服装置。

Device and method for displaying follow-up head

A servo head display, including eye tracking device, servo device, lens, screen, the two lens group, the screen into two groups, the servo device at least two groups, which respectively correspond to a group of eye lens and a set of screens, one eye, a lens group, a group of the screen, a device consisting of a visual servo unit, the same group of the same group of lens and the screen can be composed of a combination of the lens and the screen in logic is always a combination, including the servo device is connected to the lens frame, or a combination of the lens and the screen is connected to the frame, or including four groups the servo device is respectively connected with the two lens group and two group on the screen frame, screen and / or lens for motor parts, not fixed, with the lens and the screen body can also be provided with a servo device.

【技术实现步骤摘要】

本申请属于虚拟现实头戴式显示设备领域。具体的，本申请是公开一种随动头显装置和方法。
技术介绍
虚拟现实显示设备是一种头戴式的3D影像显示器，分为自带屏幕的完整的头盔和利用手机屏幕的手机3D立体眼镜。可参照本人已经申请的专利201420529370.X等相关专利的记载。以上专利有些有可调节的功能，有的没有。现有技术存在的问题是：在虚拟现实头显上，对各项参数都要进行调节，包括但不限于瞳距、眼距、视距、相机距离、等。现有技术也分别设置了相应的瞳距和眼距调节装置等。需要调节的参数很多，无法一一调节，消费者哪里记得住这么多参数。而且无论如何调节，都无法达到最佳的效果，手动调，用户也不知道什么是最佳效果。虚拟现实不管怎么调，都还是会有晕动症现象。另外，每个人都要调，也很麻烦，朋友使用也学不会调节。有的人也不知道自己的瞳距眼距是多少。现有技术认为瞳距、视距、眼距为一个固定值，所以才采用手动调节，调节过后就以为解决了问题。可是每个人的瞳距在看远处和看近处是不一样的，晶状体的收缩在看远和看近处也是不一样的。而且，透镜和眼睛之间的角度差也会造成图像扭曲，进而加剧眩晕感。看到的画面是倾斜的。而且透镜边缘不可避免的都具有畸变。现有技术中吹嘘的270°广视角，实则大部分并不是完整的3d画面，只有中间60°左右是3d的。现有技术均不知道真正的广视角如何实现，而且现有技术中的画面并不是真正的3d。而且现有技术陷入了一个误区，那就是需要追求非常高的分辨率，非常大的透镜，和非常高的计算性能。很多大透镜产品的宣传亮点为不需调节任何距离。这个误区困扰着我们行业长达两年之久，将我行业带向错误的方向，耽误了我们的技术发展。陷入了对透镜曲线无尽的追求，如多曲面拼接等大视角透镜，使得透镜成本非常高。可即使再变态的透镜设计，甜点（视觉舒适区）依然很小。还有一个问题是，现有技术没有意识到眼睛的非自主跳动对视觉得影响，因而所提供的画面也都是大脑感觉不真实的。如何提供画面，如何实现真正大视角3d，取消调节环节，本专利就是解决这个问题。
技术实现思路
本专利技术解决上述问题。本专利技术需要眼球追踪装置。眼球追踪技术和设备，分为用摄像机对眼睛的瞳孔位置进行图像识别，进而又有使用红外led对眼睛进行照明，让摄像头更加容易拍摄图像；还有利用眼球与电容式装置之间的电容感应来确定眼球位置的。眼球追踪，主要是注视点追踪。注视点，其实就是眼球的主轴，瞳孔的位置。瞳孔往哪看，视野的中心就在那。眼睛空间位置和角度，包括瞳孔位置的xy坐标，眼球深度的z坐标，以及绕x轴转动的俯仰角坐标，绕y轴转动的倾斜角坐标。本案中，x轴为水平轴，y轴为重锤轴，z轴为眼距轴。x轴对应上下看俯仰角，y轴对应左右和远近的倾斜角。一般人眼不可以绕z轴转动。传统vr眼镜中，往往使用大直径（大概45mm以上）来实现大视野，有的透镜已经达到了50mm以上的恐怖级别。这样大的透镜，不光是带来大的畸变，更为不好的是让中间部分视野和周围部分变成了2d的了。比如眼球向左转，向左看，受屏幕排布的影响右眼已经看不到画面了，只有左眼能看到画面。现有专利中，有一种注视点渲染技术。通过眼球追踪装置找出注视点，对注视点处的画面高分辨率渲染，对边缘画面，低分辨率渲染。以此来降低对渲染也就是对显卡的性能要求。但是透镜依然是不动的，屏幕也是不动的。只是屏幕上的画面的清晰中心随着眼球移动而移动。也就是，往哪看，哪就渲染清晰，其他地方都不清晰渲染。清晰与否和晶状体收缩无关，不解决问题。传统vr眼镜中，往往调节瞳距和视距之后，透镜和屏幕就相对于眼睛固定了。此时转动眼球，透镜和屏幕均不移动。所以才要大透镜提升视场角。本专利提出使用小透镜（相对的，透镜直径小于30mm）甚至是微透镜（透镜直径小于20mm），来实现大视野。这乍看似乎不可能。这也是行业偏见所在。一味的追求大透镜，堵住了探索其他道路的可能性。我行业对透镜追求已经变态到多组同心多透镜自由曲面拼接。与小透镜和\\或微透镜相对应的，本案使用的，也是小屏幕（3.5寸以下）或者微屏幕（2.5寸以下），因为本方案的特殊性，还可以使用特种屏幕（1寸以内的高分辨率屏幕，经常用于军工）。所谓特种屏幕，其实是另一个成熟的屏幕
本案申请之前的VR领域，惯用思路是采用手机屏幕或者mp4的屏幕，都比较大。现有技术堵住了使用特种小屏幕的可能性。本方案使本领域的技术人员能够开拓眼界，而在这之前是绝不可能考虑的。相应的，透镜的焦距也小于传统vr领域所使用的透镜焦距（小透镜小于30mm，微透镜小于20mm）。除此以外，本案的透镜到眼睛的距离较目前所有头显都要小得多。既透镜需要贴近瞳孔，这样图像会更好。这就要求，当眼球追踪装置检测到眨眼时，伺服装置要及时将镜片后移，防止妨碍眼皮眨眼动作，不能碰到眼皮。当眼皮重新睁开时，伺服装置要及时将透镜复位。传统技术中，眼球到透镜距离至少2cm以上，本案可以达到1-5mm。本案所选的透镜视场角大于80度。这是透镜自身曲线与小眼距共同作用的结果。优选的，透镜的直径小于10mm，焦距小于10mm，屏幕对角线尺寸小于1英寸的组合为最优。优选的，采用液体变焦透镜，则透镜可以相对屏幕固定，既结合体中少一个视距调节的自由度伺服装置。使用以上的小微透镜和屏幕，使得透镜与屏幕的结合体体积变得很小，从而也能更好地运动。体积变小，vr眼镜的厚度也变小，不像现在这么大，这么笨重。眼球追踪技术，能够告诉我们每只眼睛的瞳孔的空间位置，包括xyz坐标以及xyz轴转向。除了眼球相对于眼睛主轴的转动以外，正好剩下五个自由度，5个坐标参数。也就是说，我们需要眼球追踪装置给我们眼球瞳孔的5个坐标，告诉我们它的相对位置和方向。其中至少要给出xy坐标，然后要给出x转、y转动坐标，然后还要给出z坐标。z轴转动为眼球绕眼轴转动。所述的眼球追踪装置的响应时间应当小于20ms。然后我们需要伺服装置。伺服装置一端安装在机架上，一端连接于透镜和\\或屏幕。伺服装置根据左右眼独立设置，两套伺服装置分别属于左右两个单独的调节系统中。也就是说，至少有两套伺服装置。当透镜和屏幕不做成一个整体的结合体时，可能有四套伺服装置分别连接左右眼的透镜和屏幕。所述的机架可以为一个整体，也可以对应两个视觉单元变为两个部分，并且不需要互相连接。所述的机架本身既可以是固定的，也可以是移动的头显部件。所述的机架既可以是左右视觉单元共用的整体，也可以是左右视觉单元单独连接的互不连接的机架结构。本案所指的伺服装置为，能够按照实时位置指令进行实时运动的装置。比如伺服电机，机械手臂，关节机器人，3D打印机的龙门架伺服装置等。伺服装置本身包含了位置反馈装置，如编码器、电位器、光栅等。如不高阔位置反馈装置，则需要另加位置反馈装置。结合体为“逻辑”部件。既，即使使用四套伺服装置分别连接左右眼的屏幕和透镜，每一组视觉单元的屏幕和透镜之间仍是逻辑上连接在一起的。即使物理上没有装置相连，没有结合体，逻辑上和程序算法中，透镜和屏幕之间的距离，角度，都是对应着视距和俯仰角、倾斜角的，都是逻辑连接的。结合体类似单反相机，同样有透镜，后端同样有一个屏幕（对于相机来说是ccd），同样的，透镜或者透镜组相对于屏幕可以进行多种调节。一个结合体单元，把屏幕看做ccd，就像是一个小型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随动头显装置，特征在于，包括眼球追踪装置，伺服装置，透镜，屏幕，其中，透镜为两组、屏幕为两组，伺服装置至少两组，其中，左右眼分别对应一组透镜和一组屏幕，一只眼睛、一组透镜、一组屏幕、一组伺服装置组成一个视觉单元，其中同一组透镜和同组的屏幕可以组成结合体，所述的透镜和屏幕在逻辑上始终是一个结合体，包括伺服装置连接透镜于机架，或者连接透镜与屏幕的结合体于机架，或者包括四组伺服装置分别连接两组透镜和两组屏幕于机架，所述屏幕和\或透镜为机动部件，不固定，所述透镜与屏幕的结合体中还可单独设有伺服装置，所述的透镜或可为透镜组，所述的两组屏幕或可为同一块屏幕的左右不同屏幕区域。

【技术特征摘要】
1.一种随动头显装置，特征在于，包括眼球追踪装置，伺服装置，透镜，屏幕，其中，透镜为两组、屏幕为两组，伺服装置至少两组，其中，左右眼分别对应一组透镜和一组屏幕，一只眼睛、一组透镜、一组屏幕、一组伺服装置组成一个视觉单元，其中同一组透镜和同组的屏幕可以组成结合体，所述的透镜和屏幕在逻辑上始终是一个结合体，包括伺服装置连接透镜于机架，或者连接透镜与屏幕的结合体于机架，或者包括四组伺服装置分别连接两组透镜和两组屏幕于机架，所述屏幕和\\或透镜为机动部件，不固定，所述透镜与屏幕的结合体中还可单独设有伺服装置，所述的透镜或可为透镜组，所述的两组屏幕或可为同一块屏幕的左右不同屏幕区域。2.根据权1所述的一种随动头显装置，特征在于，所述的透镜的主光轴与晶状体光轴重合，并且通过伺服装置永远保持重合，进一步的，所述的屏幕中心在透镜主光轴上，再进一步的，所述的透镜和屏幕始终平行或呈固定角度，进一步的，机架与头戴式显示器的上一级装置之间亦可设有伺服运动装置，优选的，所述的透镜或可为电控变焦透镜。3.根据权1所述的一种随动头显装置，特征在于，包括与主机接驳的数据连接总线，通过有线或者无线的连接传输数据，所传输的数据是两只眼球的位置和角度，优选的还可传输当前区域景物的深度信息，优选的还可传输视力信息；眼球追踪装置与控制器电性连接，控制器与伺服装置电性连接。4.根据权1所述的一种随动头显装置，特征在于，所述的眼球追踪装置为至少逻辑独立的两组，在此基础上优选机械连接方面也互不连接，进一步的，所述的左右透镜或透镜组之间不设传统瞳距调节装置，左右透镜之间没有呈中心对称的机械或电子逻辑约束。5.根据权1所述的一种随动头显装置，特征在于，所述的与透镜和\\或屏幕相连接的伺服装置，至少具有x轴移动的自由度，优选的具有y轴方向的自由度，优选的具有绕x轴旋转的俯仰角自由度，优选的具有绕y轴旋转的倾斜角自由度，优选的具有z轴眼球深度的自由度，最优选的具有上述5个自由度或者完全的6自由度。6.根据权1所述的一种随动头显装置，特征在于，所述的结合体内的伺服装置，具有至少一个z轴移动的视距调节自由度，优选的还可以有绕y轴转动的倾斜角自由度，优选的还应当有绕x轴转动的俯仰角自由度，最优选的具有以上三个自由度。7.根据权1所述的一种随动头显装置，特征在于，所述的眼球追踪装置设置于机架上，或者透镜上，或者设置于透镜和屏...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵山山，
申请(专利权)人：赵山山，
类型：发明
国别省市：江苏;32