一种头戴显示光学系统及头戴显示设备技术方案

本发明专利技术公开一种头戴显示光学系统及头戴显示设备，其中头戴显示光学系统包括投影显示装置和眼动追踪装置。其中，眼动追踪装置，用于识别人眼的注视点及注视深度信息，并将所述注视点及注视深度信息反馈给所述投影显示装置；所述投影显示装置，用于虚拟成像，以及用于根据所述眼动跟踪装置反馈的所述注视点及注视深度信息调节虚拟成像距离，使虚拟成像距离与所述眼动追踪装置检测到的人眼注视深度相匹配。本发明专利技术通过理解人眼的注视点、注视深度等信息，调节虚拟成像距离，使虚拟成像距离与人眼注视深度相匹配，以实现更好的沉浸体验和人机交互体验。眼动追踪装置与投影显示装置融合，减小显示模组体积，利于增强现实显示设备小型化和轻薄化。

A headwear display optical system and a headwear display device

【技术实现步骤摘要】
一种头戴显示光学系统及头戴显示设备
本专利技术涉及显示设备
，尤其涉及一种头戴显示光学系统及头戴显示设备。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，越来越多的显示设备被广泛应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。其中头戴显示技术作为一种由光学、电子学、软件交互等多种领域相结合的新型技术也得到了突飞猛进的发展。头戴式显示器(HMD)中的微型显示器和光学系统将来自微型显示器的图像投射到用户眼睛并允许用户看到真实世界。头戴式显示器具有许多实用性的应用和休闲的应用，例如航空和航天应用领域允许飞行员看见重要的飞行控制信息而不必使他们的眼睛离开飞行路径；公共安全领域应用包括地图和热成像的战术显示；其他领域的应用还包括视频游戏、交通运输和无线电通信等。随着HMD技术的发展，人与环境、虚拟内容间的理解和交互，逐渐成为一个关键的需求，人体视觉感官的交互也成为一个研究热点。利用眼动追踪技术获取眼球运动信息，通过追踪眼球及周边特征变化、虹膜角度变化或虹膜反射特征等信息之一获取眼球的注视、汇聚、转动及瞳孔变化情况，从而实现对人体视觉感官的理解，并反馈给显示内容处理单元进行相应的匹配，提升整体的视觉沉浸感。在头戴式显示设备的应用领域，眼动追踪成为其使用过程中重要的交互方式。利用眼动追踪，能够理解人眼的关注点、视距以及应激反应等，实时调节HMD显示内容，增强用户视觉的沉浸感。在一类已知的应用中，眼动追踪可实现注视点渲染，即对人眼注视的区域进行高清渲染，周边视野降低渲染率，以降低处理单元成本。在一种已知的非接触式光学眼动追踪技术中，光源发出红外光，红外光从眼睛反射并由图像传感器接收，通过分析由图像传感器感测的信息，以从反射光的变化中获知注视方向或瞳孔位置等眼动情况。近几年随着科技的发展，国内外皆有推出装有眼动追踪技术的虚拟现实头戴式显示设备，在虚拟的环境中捕获眼动行为进行数据分析，或者通过眼动设备与虚拟环境的事物进行交互。传统头戴显示设备中引入眼动追踪功能也主要用于通过注视点跟踪来扩展视场，针对提升用户沉浸体验和人机交互体验方面研究较少，而且额外增加到头戴显示模组中的眼动追踪光学元件对显示模组的小型化和美观也会带来很大难题。因此，现有技术存在不足，需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种头戴显示光学系统及头戴显示设备。本专利技术的技术方案如下：提供一种头戴显示光学系统，包括投影显示装置和眼动追踪装置。所述眼动追踪装置，用于识别人眼的注视点及注视深度信息，并将所述注视点及注视深度信息反馈给所述投影显示装置。所述投影显示装置，用于虚拟成像，以及用于根据所述眼动跟踪装置反馈的所述注视点及注视深度信息调节虚拟成像距离，使虚拟成像距离与所述眼动追踪装置检测到的人眼注视深度相匹配。进一步地，所述投影显示装置包括：图像产生单元、第一光学单元、第二光学单元。所述图像产生单元，用于产生和发射携带图像信息的光束。所述第一光学单元用于将所述图像产生单元发射的光束反射至所述第二光学单元，所述第二光学单元用于对所述第一光学单元反射来的光束进行反射，经所述第二光学单元反射后的光束再回到所述第一光学单元，并经所述第一光学单元透射后进入用户眼睛。进一步地，所述眼动追踪装置包括：红外光源、透反镜单元、热反射镜和图像接收单元。所述红外光源用于产生红外光束，所述红外光束经由所述透反镜单元透射至所述热反射镜，并经所述热反射镜反射到所述第一光学单元，以及经所述第一光学单元反射进入所述第二光学单元，再经所述第二光学单元反射回所述第一光学单元，最后经所述第一光学单元透射进入用户眼睛。进入用户眼睛的红外光束由用户眼睛反射回所述第一光学单元，经所述第一光学单元透射进入所述第二光学单元，并依次经所述第二光学单元及所述第一光学单元反射至所述热反射镜，以及经所述热反射镜反射至所述透反镜单元，最后经所述透反镜单元反射至所述图像接收单元。所述图像接收单元根据接收的用户眼睛反射的红外光束识别人眼的注视点及注视深度信息，并将所述注视点及注视深度信息反馈给所述图像产生单元。进一步地，所述图像产生单元发射携带图像信息的光束，具体经所述热反射镜透射后进入所述第一光学单元。所述图像产生单元，还用于根据所述图像接收单元反馈的所述注视点及注视深度信息调整虚拟成像的距离，使虚拟成像距离与所述眼动追踪装置检测到的人眼注视深度相匹配。进一步地所述图像产生单元包括图像源、微致动结构和第一透镜单元，所述微致动结构用于调节所述图像源或所述第一透镜单元的位置，从而调制投影图像面的焦深或调整所述投影显示装置的有效焦距。或，所述图像产生单元包括图像源和第二透镜单元，所述第二透镜单元用于透射所述图像源产生的光束并调整所述投影显示装置的有效焦距。进一步地，所述第二透镜单元为可调焦透镜单元，由至少一片可调焦准直透镜组成，所述图像源与所述第二透镜单元共轴。进一步地，所述第一光学单元的表面设置有透反膜，所述透反膜的透射率与反射率的比例为1:1。所述第二光学单元的表面设置有透反膜，所述透反膜的透射率与反射率的比例为1:1，所述第二光学单元的面型为球面、非球面、自由曲面中的任一种。所述第一光学单元的中心轴与所述投影显示装置的图像产生单元的中心轴成45°夹角。所述第二光学单元的中心轴与所述图像产生单元的中心轴成90°夹角。进一步地，所述图像产生单元的中心轴与所述第二光学单元的中心轴垂直相交于所述第一光学单元。进一步地，所述透反镜单元为半透半反镜，所述透反镜单元表面镀有滤光膜，仅对红外光束响应。所述图像接收单元为红外图像传感器。所述热反射镜的中心轴与所述投影显示装置的图像产生单元的中心轴成45夹角°。所述透反镜单元的中心轴与所述红外光源发射光束的中心轴成45°夹角。本专利技术还提供一种头戴显示设备，包括如上所述的头戴显示光学系统。采用上述方案，本专利技术的有益效果在于：通过理解人眼的注视点、注视深度等信息，调节虚拟成像距离，使虚拟成像距离与人眼注视深度相匹配，以实现更好的沉浸体验和人机交互体验。眼动追踪光学系统与投影显示光学融合，减小显示模组体积，利于增强现实显示设备小型化和轻薄化。附图说明图1为本专利技术头戴显示光学系统的结构示意图；图2为本专利技术头戴显示光学系统一实施例的结构示意图；图3为本专利技术头戴显示光学系统另一实施例的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴显示光学系统，其特征在于，包括投影显示装置和眼动追踪装置，/n所述眼动追踪装置，用于识别人眼的注视点及注视深度信息，并将所述注视点及注视深度信息反馈给所述投影显示装置；/n所述投影显示装置，用于虚拟成像，以及用于根据所述眼动跟踪装置反馈的所述注视点及注视深度信息调节虚拟成像距离，使虚拟成像距离与所述眼动追踪装置检测到的人眼注视深度相匹配。/n

【技术特征摘要】
1.一种头戴显示光学系统，其特征在于，包括投影显示装置和眼动追踪装置，
所述眼动追踪装置，用于识别人眼的注视点及注视深度信息，并将所述注视点及注视深度信息反馈给所述投影显示装置；
所述投影显示装置，用于虚拟成像，以及用于根据所述眼动跟踪装置反馈的所述注视点及注视深度信息调节虚拟成像距离，使虚拟成像距离与所述眼动追踪装置检测到的人眼注视深度相匹配。


2.根据权利要求1所述的头戴显示光学系统，其特征在于，所述投影显示装置包括：图像产生单元、第一光学单元、第二光学单元；
所述图像产生单元，用于产生和发射携带图像信息的光束；
所述第一光学单元用于将所述图像产生单元发射的光束反射至所述第二光学单元，所述第二光学单元用于对所述第一光学单元反射来的光束进行反射，经所述第二光学单元反射后的光束再回到所述第一光学单元，并经所述第一光学单元透射后进入用户眼睛。


3.根据权利要求2所述的头戴显示光学系统，其特征在于，所述眼动追踪装置包括：红外光源、透反镜单元、热反射镜和图像接收单元；
所述红外光源用于产生红外光束，所述红外光束经由所述透反镜单元透射至所述热反射镜，并经所述热反射镜反射到所述第一光学单元，以及经所述第一光学单元反射进入所述第二光学单元，再经所述第二光学单元反射回所述第一光学单元，最后经所述第一光学单元透射进入用户眼睛；
进入用户眼睛的红外光束由用户眼睛反射回所述第一光学单元，经所述第一光学单元透射进入所述第二光学单元，并依次经所述第二光学单元及所述第一光学单元反射至所述热反射镜，以及经所述热反射镜反射至所述透反镜单元，最后经所述透反镜单元反射至所述图像接收单元；
所述图像接收单元根据接收的用户眼睛反射的红外光束识别人眼的注视点及注视深度信息，并将所述注视点及注视深度信息反馈给所述图像产生单元。


4.根据权利要求3所述的头戴显示光学系统，其特征在于，
所述图像产生单元发射携带图像信息的光束，具体经所述热反射镜透射后进入所述第一光学单元；
所述图像产生单元，还用...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫姝君，朱耀明，
申请(专利权)人：深圳惠牛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44