头戴显示设备成像方法及头戴显示设备技术

本发明专利技术公开了一种头戴显示设备成像方法及头戴显示设备，包括：检测头戴显示设备通过其光学系统出射的光束波前；获取人眼的视轴位置；计算人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差；根据所述偏差调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光轴之间的对应关系一致。本发明专利技术的头戴显示设备通过比对人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差来进行像差补偿，解决了因光轴与视轴不重合所导致的非对称像差变得更加明显的问题，继而改善了因非对称像差造成的图像不清晰缺陷，最终达到了一种与视轴和光轴重合情况下一致的成像效果，实现了成像质量以及用户体验的明显提升。

【技术实现步骤摘要】
头戴显示设备成像方法及头戴显示设备
本专利技术属于头戴显示设备
，具体地说，是涉及一种用于头戴显示设备的成像方法。
技术介绍
头戴显示设备是一种通过光学系统（主要是精密光学透镜）放大超微显示屏上的图像，并将影像投射于视网膜上,进而呈现于观看者眼中大屏幕图像的视频播放设备，可以实现虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等不同显示效果。头戴显示设备的光学技术对于用户体验的提升具有非常重要的作用。但是，目前的头戴显示设备在光学系统设计过程中，往往不考虑人眼视轴S与光学系统的光轴G之间的差异，且在头戴显示设备实际使用过程中，人眼的注视点会发生一定程度的变化，导致人眼视轴S与光轴G的差异更为明显，如图1所示。这种差异会使得原本并非理想成像的光学系统出现更加明显的非对称像差，如彗差等，继而影响了成像的清晰度，降低了使用体验。在过去的眼底显微成像技术中，像差测量过程非常复杂，从点光源到面光源，从第一光束到第二光束，需要利用七块透镜经过各种探测才能得到像差，导致检测系统十分复杂并且不利于产品结构的小型化。而现阶段，波前像差检测只需要使用一个夏克哈曼特传感器就能做到，并且系统结构相对简单，有利于产品的小型化设计。在校正方法方面，现在的技术都是采用位置标定辅助光路去标定人眼瞳孔，然后利用校正器件调整光束方向，使得瞳孔与光束一致。这里其实存在一个问题：所谓瞳孔与光束一致，是指瞳孔的光轴与光束的光轴一致，而瞳孔的光轴与人眼的视轴是不重合的，所以看到的影像依然存在较大的波前像差，继而影响了成像质量。本
技术介绍
所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请
技术介绍
的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种头戴显示设备成像方法，通过解决因人眼的视轴与光学系统的光轴不重合所导致的非对称像差变得更加明显的问题，以改善成像质量，提升用户体验。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：在一个方面，本专利技术提出了一种头戴显示设备成像方法，包括：检测头戴显示设备通过其光学系统出射的光束波前；获取人眼的视轴位置；计算人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差；根据所述偏差调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光轴之间的对应关系一致。在本申请的一些实施例中，所述获取人眼的视轴位置的过程包括：利用眼球追踪技术获取人眼在头戴显示设备的显示屏上的注视点；获取人眼的瞳孔位置；将注视点与瞳孔中心的连线作为人眼的视轴位置。在本申请的一些实施例中，所述计算人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差的过程包括：以光学系统的光轴与显示屏的交点作为原点A（0,0）进行十字标定，建立直角坐标系；获取人眼在显示屏上的注视点B的坐标（x，y）;计算A、B两点的距离ρ以及A、B两点的连线与Y轴的夹角θ。在本申请的一些实施例中，所述根据所述偏差调整入射到人眼的波前的过程包括：根据所述ρ和θ，利用泽尼克多项式计算人眼在注视所述注视点B时的波前数据W2；根据波前数据W2以及光学系统出射的光束波前数据W1计算出波前像差的相对变化量△W；根据相对变化量△W调整入射到人眼的波前，实现波前校正。在本申请的一些实施例中，所述调整入射到人眼的波前的过程包括：在所述光学系统朝向人眼的一侧安装波前校正器；利用波前校正器根据所述相对变化量△W调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光轴之间的对应关系一致。在另一个方面，本专利技术还提出了一种头戴显示设备，包括显示屏、光学系统、波前探测器、摄像头、波前校正器和处理器；其中，所述波前探测器用于检测所述光学系统出射的光束波前；所述摄像头采集佩戴者的眼球影像；所述波前校正器安装在所述光学系统朝向人眼的一侧，用于调整入射到人眼的波前；所述处理器接收所述波前探测器检测输出的波前数据，并根据所述摄像头采集到的眼球影像确定出人眼的视轴，计算出人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差，并根据所述偏差控制所述波前校正器调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光学系统的光轴之间的对应关系一致。在本申请的一些实施例中，所述处理器根据所述摄像头采集到的眼球影像，优选采用眼球追踪技术确定出人眼在显示屏上的注视点以及人眼的瞳孔位置，然后以注视点与瞳孔中心的连线作为人眼的视轴位置。在本申请的一些实施例中，所述处理器以光学系统的光轴与显示屏的交点作为原点A（0,0）进行十字标定，建立直角坐标系，并获取所述注视点B的坐标（x，y），通过计算A、B两点的距离ρ以及A、B两点的连线与Y轴的夹角θ，确定出所述人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差。在本申请的一些实施例中，所述处理器根据计算出的ρ和θ，优选利用泽尼克多项式计算出人眼在注视所述注视点B时的波前数据W2，并根据所述波前数据W2以及所述波前探测器检测输出的波前数据W1计算出波前像差的相对变化量△W，根据所述相对变化量△W控制所述波前校正器对入射到人眼的波前进行校正。在本申请的一些实施例中，在所述波前校正器中设置有透射式液晶单元、驱动电路和液晶空间光调制器，所述处理器根据所述相对变化量△W生成控制信号发送至所述液晶空间光调制器，生成调制信号调整通过所述驱动电路施加到透射式液晶单元上的电压，以校正通过透射式液晶单元出射的光束波前，使其与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光学系统的光轴之间的对应关系一致。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的头戴显示设备通过比对人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差来确定像差补偿量，根据该像差补偿量来调整入射到人眼的波前，使其与人眼视轴之间的对应关系刚好同光学系统出射的光束波前与其光轴之间的对应关系完全一致，由此便可解决因光轴与视轴不重合所导致的非对称像差变得更加明显的问题，继而改善了因非对称像差所造成的图像不清晰缺陷，最终达到了一种与视轴和光轴重合情况下一致的成像效果，实现了成像质量以及用户体验的明显提升。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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。图1是人眼的视轴与光学系统的光轴不重合情况的示意图；图2是本专利技术所提出的头戴显示设备的一种实施例的结构示意图；图3是图2所示的头戴显示设备的工作原理示意图；图4是本专利技术所提出的头戴显示设备成像方法的一种实施例的流程图；图5是图4所示的头戴显示设备成像方法的一种实施例的详细流程图；图6是注视点位置图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细地说明。参见图2、图3，本实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴显示设备成像方法，其特征在于，包括：/n检测头戴显示设备通过其光学系统出射的光束波前；/n获取人眼的视轴位置；/n计算人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差；/n根据所述偏差调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光轴之间的对应关系一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种头戴显示设备成像方法，其特征在于，包括：
检测头戴显示设备通过其光学系统出射的光束波前；
获取人眼的视轴位置；
计算人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差；
根据所述偏差调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光轴之间的对应关系一致。


2.根据权利要求1所述的头戴显示设备成像方法，其特征在于，所述获取人眼的视轴位置的过程包括：
利用眼球追踪技术获取人眼在头戴显示设备的显示屏上的注视点；
获取人眼的瞳孔位置；
将注视点与瞳孔中心的连线作为人眼的视轴位置。


3.根据权利要求1或2所述的头戴显示设备成像方法，其特征在于，所述计算人眼的视轴与光学系统的光轴之间的偏差的过程包括：
以光学系统的光轴与显示屏的交点作为原点A（0,0）进行十字标定，建立直角坐标系；
获取所述注视点B的坐标（x，y）;
计算出A、B两点的距离ρ以及A、B两点的连线与Y轴的夹角θ。


4.根据权利要求3所述的头戴显示设备成像方法，其特征在于，所述根据所述偏差调整入射到人眼的波前的过程包括：
根据所述ρ和θ，利用泽尼克多项式计算人眼在注视所述注视点B时的波前数据W2；
根据波前数据W2以及光学系统出射的光束波前数据W1计算出波前像差的相对变化量△W；
根据相对变化量△W调整入射到人眼的波前，实现波前校正。


5.根据权利要求4所述的头戴显示设备成像方法，其特征在于，所述根据相对变化量△W调整入射到人眼的波前的过程包括：
在所述光学系统朝向人眼的一侧安装波前校正器；
利用波前校正器根据所述相对变化量△W调整入射到人眼的波前，使入射到人眼的波前与视轴之间的对应关系同光学系统出射的光束波前与光轴之间的对应关系一致。


6.一种头戴显示设备，包括显示屏和光学系统；其特征在于，还包括：
波前探测器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朋杰，鹿丽华，刘小建，姜滨，迟小羽，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37