一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，在光学系统设计过程中增加了衍射光栅的设置，即在VR同轴系统中靠近人眼的光学面上加上衍射光栅，利用衍射光栅的衍射特性将从该光学面射出的光线偏折至离轴的人眼处，形成视场角的非对称设计。该方法实现了在减小了VR单目同轴系统的视场角的同时，满足了发散式双目重叠方式下人的双眼能够观察到的视野和产生立体视觉范围的要求，从而使得对应的单目同轴系统的视场角相应地减小，提高像质，降低了设计成本。

【技术实现步骤摘要】
一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法
本专利技术涉及光学系统设计领域，更准确的说涉及一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法。
技术介绍
VR(VirtualReality，虚拟现实)技术近年来发展迅速，由于其具有良好的沉浸感和立体视觉效果，在电子竞技、虚拟教学、装潢设计和教学评估等领域均有很好的发展前景。VR技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角(宽视野)立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等，而其中最为基础的即为显示技术，在没有很好的解决显示问题时，其他方面的技术提高并不能有效地提高使用者的体验。VR技术的光学系统采用广角目镜系统，广角目镜是指视场角在50°以上，放大倍数在12.5倍以上的平场目镜，和视场角在40°以上，放大倍数在10倍以下的平场目镜。目前市面上VR产品中的光学系统大多数是由一两个球面或非球面镜片组成，而视场角的参数定义却模糊不清，设计部分缺少自主性，导致边缘像质差、变形严重，无法获得好的沉浸感，实际体验不尽如人意。为了解决上述问题，VR光学系统设计方面的研究集中于利用非球面和增加镜片来改善边缘像质，另外还有利用自由曲面设计离轴系统的研究，上述研究均不可避免的使整个光学系统原件增多，造成系统复杂臃肿。而为了简化系统，有研究人员提出了使用衍射面来代替用于校正色差的双胶合透镜，和增加非球面来减少透镜个数等方案，一些大公司会考虑从软件角度来减小边缘像质，这样的效果显著，但是同时会使得VR产品成本大大提高，不利于VR技术的普及。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，在光学系统设计过程中增加了衍射光栅的设置，即在VR同轴系统中靠近人眼的光学面上加上衍射光栅，利用衍射光栅的衍射特性将从该光学面射出的光线偏折至离轴的人眼处，形成视场角的非对称设计。该方法实现了在减小了VR单目同轴系统的视场角的同时，满足了发散式双目重叠方式下人的双眼能够观察到的视野和产生立体视觉范围的要求，从而使得对应的单目同轴系统的视场角相应地减小，提高像质，降低了设计成本。为了达到上述目的，本专利技术提供一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，其特征在于，包括步骤：(S1)设计非对称视场；(S2)计算视场的分布比例；(S3)计算入瞳偏离同轴系统的距离；(S4)校正色差、改善像质。优选地，所述步骤(S1)中在大视角VR光学系统中加入衍射光栅，出射光线偏折至离轴的人眼，视场范围呈现非对称分布。优选地，加入的衍射光栅的衍射级次为-1，每微米刻线数为0.311246，加入衍射光栅之前的同轴系统的对称视场角为86.2°左右。优选地，所述步骤(S2)中非对称视场角为60°和30°分布。优选地，所述步骤(S3)中所述大视角VR光学系统入瞳距为12mm，光线偏离距离为9.5546mm。优选地，所述步骤(S4)包括在所述大视角VR光学系统中加入一个单透镜或者棱镜。与现有技术相比，本专利技术公开的一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法的优点在于：(1)在VR光学系统中采用了非对称的视场设计，在其双目系统获得立体视觉的同时，符合广泛使用的VR视频资源作为图像源的要求，成功地解决了双目视场非对称设计的技术难题。(2)在VR光学系统中加入衍射光栅后使得从该光学面射出的光线偏折至离轴的出瞳处，使同轴部分的系统对应的视场角相应地减小，降低了同轴系统的设计难度，从而达到解决大视场角VR光学系统边缘像质差的目的。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。如图1所示为本专利技术一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法的流程图。如图2所示为发散式部分双目重叠系统的非对称设计示意图。如图3所示为衍射光栅对光线偏折的示意图。如图4所示为本专利技术大视角VR光学系统加入衍射光栅后的视场非对称设计效果图。具体实施方式本专利技术提供一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，其特征在于，包括步骤：(S1)设计非对称视场；(S2)计算视场的分布比例；(S3)计算入瞳偏离同轴系统的距离；(S4)校正色差、改善像质。优选地，所述步骤(S1)中在大视角VR光学系统中加入衍射光栅，出射光线偏折至离轴的人眼，视场范围呈现非对称分布。优选地，加入的衍射光栅的衍射级次为-1，每微米刻线数为0.311246，加入衍射光栅之前的同轴系统的对称视场角为86.2°左右。优选地，所述步骤(S2)中非对称视场角为60°和30°分布。优选地，所述步骤(S3)中所述大视角VR光学系统入瞳距为12mm，光线偏离距离为9.5546mm。优选地，所述步骤(S4)包括在所述大视角VR光学系统中加入一个单透镜或者棱镜。以下结合附图对本专利技术的具体实施例进行进一步的说明。如图1所示为本专利技术一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法的流程图，所述提高大视角VR光学系统边缘像质的方法包括如下步骤：(S1)设计非对称视场。如图2所示，目前所用的VR视频资源多数为在同一屏幕上的两个画面，此时需要进行视场非对称设计。如图3所示，衍射光栅对光线会产生衍射角，以公式来描述，当衍射角θm满足关系时发生干涉加强现象，这里d为狭缝间距，即光栅常数，m是一个整数，取值为0，±1，±2，……。这种干涉加强点称为衍射极大。因此，衍射光将在衍射角为θm时取得极大，即：dsinθ＝mλ。如图4所示利用衍射光栅使出射光线偏折至离轴的人眼处，从而使整个视场范围呈现非对称分布。进一步的，加入的衍射光栅的衍射级次为-1，每微米刻线数为0.311246。加入衍射光栅之前的同轴系统的对称视场角为86.2°左右，入瞳偏离距离为9.5546mm。(S2)计算视场的分布比例。为获得立体视觉，VR系统一般采用发散式部分双目重叠方式，如图2所示。单目内侧视场决定于立体视觉区域，取人眼分辨最清晰的60°视场，而单目外侧视场由人眼观察范围决定，一般取120°视场，因此非对称视场角为60°和30°分布。(S3)计算入瞳偏离同轴系统的距离。VR系统对于入瞳距的要求为不小于12mm，本专利技术取12mm。再加上两个非对称视场角，得到光线偏离距离为9.5546mm。为得到这个距离，在VR同轴系统中靠近人眼的光学面上加上衍射光栅。(S4)校正色差、改善像质。由衍射光栅的光栅方程可知，衍射光栅必定会引起比较大的色差，所以在系统中加入一个单透镜或者棱镜，使之产生符号相反的色差与系统的色差抵消来校正色差。设计过程中着重解决色差和场曲的平衡。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本专利技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，其特征在于，包括步骤：(S1)设计非对称视场；(S2)计算视场的分布比例；(S3)计算入瞳偏离同轴系统的距离；(S4)校正色差、改善像质。

【技术特征摘要】
1.一种提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，其特征在于，包括步骤：(S1)设计非对称视场；(S2)计算视场的分布比例；(S3)计算入瞳偏离同轴系统的距离；(S4)校正色差、改善像质。2.如权利要求1所述的提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，其特征在于，所述步骤(S1)中在大视角VR光学系统中加入衍射光栅，出射光线偏折至离轴的人眼，视场范围呈现非对称分布。3.如权利要求2所述的提高大视角VR光学系统边缘像质的方法，其特征在于，加入的衍射光栅的衍射级次为-1，每微米刻线数为0.3112...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰康，黄启泰，
申请(专利权)人：苏州大学，苏州斑马光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32