基于液晶透镜的头戴式显示光学系统及头戴式显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于液晶透镜的头戴式显示光学系统及头戴式显示装置，头戴式显示光学系统包括图像源单元、透镜单元、分束单元、曲面镜单元、眼动追踪单元、辐辏调节液晶透镜单元、第一屈光调节液晶透镜单元和控制单元。其优点在于，通过设置辐辏调节液晶透镜单元，可以实现可变焦防眩晕功能；通过眼动追踪单元的辅助，可以调节辐辏调节液晶透镜单元的焦距，以改变图像源单元的虚拟图像源的显示深度，从而达到防眩晕效果；利用眼动追踪单元的实时追踪，可以实现辐辏调节液晶透镜单元的焦距的实时动态调节，从而减少长时间佩戴带来的疲劳感；利用第一屈光调节液晶透镜单元矫正近视用户的视力，在无需额外佩戴近视眼镜的情况下正常使用头戴式显示光学系统。常使用头戴式显示光学系统。常使用头戴式显示光学系统。

【技术实现步骤摘要】
基于液晶透镜的头戴式显示光学系统及头戴式显示装置


[0001]本专利技术涉及
，尤其涉及一种基于液晶透镜的头戴式显示光学系统、头戴式显示装置、显示方法、计算机设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]在增强现实设备领域(如AR眼镜、AR头盔)，常用的光学模组为BirdBath光学模组，因其画质好、价格低廉而受欢迎。然而，采用BirdBath光学模组的增强现实设备一般都存在如下问题：
[0003]1)左右眼3D立体显示结构会引起辐轴眩晕；
[0004]2)对于近视或远视用户不太友好，需要在原有的近视眼镜或远视眼镜的基础上佩戴增强现实设备，导致整体重量较重、体积臃肿。
[0005]对于问题1)和问题2)，一般是作为2个独立的问题进行解决，即在现有的增强现实设备中增加不同的结构以分别解决问题1)和问题2)。
[0006]对于问题1)，目前尚未发现有基于BirdBath的AR有解决该问题，现有的解决方案仅在基于光波导的AR产品中出现，在这些方案一般是使用多套波导组合来实现双层平面尝试解决眩晕问题，每套波导分为三层(RGB三色各一层)，分别显示不同焦距深度上的图像。该方案最大的问题也就是由此引入，2套波导组成的光学模组相对厚重，而且有波导层间干扰，成像质量不太好。
[0007]对于问题2)，常见的解决方案是在光学模组上预留一个可以增加可拆卸替换的屈光镜片的支架，然后让用户去定制屈光镜片。该方案会增加用户的使用成本，需要用户额外配制屈光镜片。由于不同用户的屈光度不同，导致屈光镜片无法和AR眼镜一同批量生产。
[0008]此外，有其他方案通过调节虚拟图像源跟BB镜片之间的距离以实现近视屈光度的调节。用户通过屈光度机械调制组件调节图像源与透镜之间的相对位置将屈光度调节到所需要度数后可以不佩戴眼镜看清楚虚拟图像的画面。然而，真实画面的光路直接透过BB镜片损失部分光强后直接进入了近视用户的眼睛，由于此真实画面的光路并未经过屈光透镜，近视用户看到的是模糊的真实环境画面。因此这方案的增强现实实际上是不完整的，因为仅能跟虚拟显示一样看到清晰的虚拟画面。此外，该方案应为需要引入额外的机械屈光调节部件，也会增加整个光学模组的体积跟重量。
[0009]目前针对相关技术中存在的无法同时解决辐轴眩晕和屈光度调节、用户使用成本高、头戴式显示装置体积大、重量轻等问题，尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示光学系统、头戴式显示装置、显示方法、计算机设备及计算机可读存储介质，以解决相关技术中存在的无法同时解决辐轴眩晕和屈光度调节、用户使用成本高、头戴式显示装置体积大、重量轻等问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0012]第一方面，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示光学系统，包括：
[0013]图像源单元，用于输出虚拟图像源；
[0014]透镜单元，所述透镜单元设置于所述图像源单元的下游，用于对虚拟图像源进行放大变焦，以获得虚拟图像画面；
[0015]分束单元，所述分束单元设置于所述透镜单元的下游，用于对经所述透镜单元放大变焦的虚拟图像画面进行部分反射和部分透射、以及对真实图像画面进行透射；
[0016]曲面镜单元，所述曲面镜单元设置于所述图像源透镜单元的下游，并位于所述分束单元的前侧，用于对所述分束单元反射的虚拟图像画面进行部分反射部分透射以及对真实图像画面进行部分透射；
[0017]眼动追踪单元，所述眼动追踪单元设置于所述图像源单元的一侧，用于获取用户眼球的实时注视深度；
[0018]辐辏调节液晶透镜单元，所述辐辏调节液晶透镜单元设置于所述图像源单元的下游、所述透镜单元的上游，用于根据实时注视深度调节虚拟图像源的显示深度；
[0019]第一屈光调节液晶透镜单元，所述第一屈光调节液晶透镜单元设置于所述分束单元的后侧或所述曲面镜单元的后侧，用于调节屈光度；
[0020]控制单元，所述控制单元分别与所述图像源单元、所述眼动追踪单元、所述辐辏调节液晶透镜单元、所述第一屈光调节液晶透镜单元连接。
[0021]在其中的一些实施例中，所述辐辏调节液晶透镜单元包括：
[0022]若干辐辏调节液晶透镜元件，若干所述辐辏调节液晶透镜元件设置于所述图像源单元与所述透镜单元之间，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节虚拟图像源的显示深度。
[0023]在其中的一些实施例中，所述第一屈光调节液晶透镜单元包括：
[0024]若干第一屈光调节液晶透镜元件，若干所述第一屈光调节液晶透镜元件设置于所述分束单元的后侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节屈光度。
[0025]在其中的一些实施例中，所述第一屈光调节液晶透镜单元包括：
[0026]若干第二屈光调节液晶透镜元件，若干所述第二屈光调节液晶透镜元件设置于所述分束单元与所述曲面镜单元之间，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节屈光度。
[0027]在其中的一些实施例中，还包括：
[0028]第二屈光调节液晶透镜单元，所述第二屈光调节液晶透镜单元设置于所述图像源单元与所述透镜单元之间，且位于所述辐辏调节液晶透镜单元的一侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节虚拟图像源的屈光度。
[0029]在其中的一些实施例中，所述第一屈光调节液晶透镜单元包括：
[0030]若干第二屈光调节液晶透镜元件，若干所述第二屈光调节液晶透镜元件设置于所述分束单元与所述曲面镜单元之间，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节屈光度。
[0031]在其中的一些实施例中，所述第二屈光调节液晶透镜单元包括：
[0032]若干第三屈光调节液晶透镜元件，所述第三屈光调节液晶透镜元件设置于所述图像源单元与所述透镜单元之间，且位于所述辐辏调节液晶透镜单元的一侧，并与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节虚拟图像源的屈光度。
[0033]第二方面，提供一种基于液晶透镜的头戴式显示装置，包括：
[0034]如第一方面所述的头戴式显示光学系统。
[0035]第三方面，提供一种基于液晶透镜的显示方法，应用于如第一方面所述的头戴式光学显示系统或如第二方面所述的头戴式显示装置，包括：
[0036]获取用户眼球的实时注视深度；
[0037]根据所述实时注视深度生成辐辏调节参数；
[0038]根据所述辐辏调节参数调节虚拟图像源的显示深度。
[0039]在其中的一些实施例中，还包括：
[0040]获取第一屈光调节参数；
[0041]根据所述第一屈光调节参数调节第一屈光度，其中，所述第一屈光度调节真实环境的屈光度。
[0042]在其中的一些实施例中，还包括：
[0043]获取第二屈光调节参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶透镜的头戴式显示光学系统，其特征在于，包括：图像源单元，用于输出虚拟图像源；透镜单元，所述透镜单元设置于所述图像源单元的下游，用于对虚拟图像源进行放大变焦，以获得虚拟图像画面；分束单元，所述分束单元设置于所述透镜单元的下游，用于对经所述透镜单元放大变焦的虚拟图像画面进行部分反射和部分透射、以及对真实图像画面进行透射；曲面镜单元，所述曲面镜单元设置于所述图像源透镜单元的下游，并位于所述分束单元的前侧，用于对所述分束单元反射的虚拟图像画面进行部分反射部分透射以及对真实图像画面进行部分透射；眼动追踪单元，所述眼动追踪单元设置于所述图像源单元的一侧，用于获取用户眼球的实时注视深度；辐辏调节液晶透镜单元，所述辐辏调节液晶透镜单元设置于所述图像源单元的下游、所述透镜单元的上游，用于根据实时注视深度调节虚拟图像源的显示深度；第一屈光调节液晶透镜单元，所述第一屈光调节液晶透镜单元设置于所述分束单元的后侧或所述曲面镜单元的后侧，用于调节屈光度；控制单元，所述控制单元分别与所述图像源单元、所述眼动追踪单元、所述辐辏调节液晶透镜单元、所述第一屈光调节液晶透镜单元连接。2.根据权利要求1所述的头戴式显示光学系统，其特征在于，所述辐辏调节液晶透镜单元包括：若干辐辏调节液晶透镜元件，若干所述辐辏调节液晶透镜元件设置于所述图像源单元与所述透镜单元之间，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节虚拟图像源的显示深度。3.根据权利要求1所述的头戴式显示光学系统，其特征在于，所述第一屈光调节液晶透镜单元包括：若干第一屈光调节液晶透镜元件，若干所述第一屈光调节液晶透镜元件设置于所述分束单元的后侧，并分别与所述控制单元连接，用于在所述控制单元的作用下调节屈光度。4.根据权利要求1或2所述的头戴式显示光学系统，其特征在于，还包括：第二屈光调节液晶透镜单元，所述第二屈光调节液晶透镜单元设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李燕，陈前，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：