CN101419339A - 一种头戴显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种头戴显示器，该头戴显示器采用自由曲面光学***和OLED像源***，其驱动、控制、接口结构分布于计算机主板部分与HMD头戴部分，两部分通过有线或无线接口连接。其中，位于计算机主板部分的结构包括HMD驱动控制器、晶振或时钟芯片、RAM、A/D转换模块、OLED电源模块、控制开关、主板接口，位于HMD头戴部分的结构包括接口与信号处理模块、OLED微型显示器件、环境亮度传感器、接口电源模块，外置或集成在头戴部分的电池模块构成。克服了市场上各种HMD可调节性差、人机交互功能单一等不足，实现了连线少、体积小、多功能的HMD。
Description
技术领域
本发明属于电子信息领域，涉及电子工程、光电工程技术、人机交互技术、显示器技术，具体是一种头戴显示器。
背景技术
头戴显示器(Head Mounted Display，HMD)又称头盔显示器(Helmet Mounted Display，HMD)，是一种至少包含一个微型图像源(Image Source，简称像源)及相应光学***的近眼显示装置(Melzer，Moffitt 1997)。HMD特殊的人机交互特性使其可结合“增强现实”和“可穿戴计算”技术广泛应用于科研、教育、医疗、游戏、工业、军事等各个领域。
基本的HMD由像源子***(包括像源器件及其驱动控制电路)、光学子***、支持子***构成，也可在基本的HMD上扩展耳麦、摄像头等部件形成多交互通道HMD。各子***所采用技术和元器件的不同使得整个HMD的形式***，发展现状如下：HMD的像源技术目前以硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)技术和有机发光二极管(Organic LightEmitting Diode，OLED)技术为主。光学***所采用的元件正在从传统光学元件(ConventionalOptical Elements，COE)向非球面光学元件和自由曲面棱镜(Free-Form Surface Prism，FFSP)元件过渡，全息光学元件(Holographic Optical Elements，HOE)和二元光学元件(Binary OpticalElement，BOE)等物理光学元件的采用也是其发展的重要趋势。HMD的支撑子***有头带式、头盔式、眼镜式等多种形式。现有各种HMD可从视觉形式上分为单目与双目两种，也可分为“视透”与“非视透”两类。
在HMD整机产品方面，目前从事HMD整机研发和生产的厂商约有20家，主要代表有美国的MicroOptical、Kaiser、eMagin、Liteye，加拿大的TekGear和CAE，德国的Trivisio，韩国的Samsung以及日本的Sony。在元件供应方面，从事HMD像源器件生产的厂家约有25家，包括以Microdisplay与Kopin为代表的反射式与透射式LCOS，及以eMagin与MicroEmissive为代表的OLED器件供应商等。
从产品上来分析，目前，市场上所售的各种HMD及其器件多达数十种，涵盖了上述单目(Data Glass 2/A，SHIMADZU)、双目(Z800，eMagin)、视透式(LE500，Liteye)、非视透式(LE450 Liteye，Liteye)、头盔式(ProView SO35，KEO)、头带式(VRscope HMD，Trivisio)、眼镜式(SV6，MicroOptical)等各类形式。
目前各类HMD产品尚且存在以下技术问题：
1)一般仅具备2D显示功能，人机交互功能单一：Z800等少量产品具备耳麦、头动跟踪、3D显示功能，但不具备眼动跟踪交互功能；
2)多功能产品皆需要外置控制盒，穿戴使用不便：如SV6等基于LCOS像源技术的HMD需要将场序彩色化电路置于外置控制盒内。Z800等功能较多的OLED产品将3D显示驱动控制、头动跟踪控制等电路功能作在外置控制盒内，LE450等OLED型HMD产品虽直接将驱动电路作在HMD头戴部分内部，但在其微型驱动电路板上不能实现太多的功能，故而无法实现多交互功能和多调节功能。目前尚未见有将多功能HMD驱动控制电路集成在计算机主板上，以免去外置控制盒的产品、文献、专利；
3)需要信号或电源线缆，穿戴使用不便：如Z800有VGA信号线、USB电源线、控制盒到头戴部分的线缆；
4)调节功能与调节方式单一，适用性不强：在调节功能上，一般OLED类HMD产品仅具备亮度调节功能。部分LCoS类HMD产品具备亮度、对比度、图像大小、翻转调节功能，如SV6。Z800具有图像亮度、3D显示设置、头动跟踪设置等丰富功能。在调节方式上，除Z800可在计算机操作***的应用软件里进行部分功能的调节与设置外，大多数HMD都需要在外置控制盒或头戴结构上，以按钮的方式进行调节。但无论是上述哪种调节方式，都需人为调节，目前尚未见HMD可对环境光强做出反馈，进行亮度自动调节的产品、文献、专利。
从专利上来分析，大多数HMD相关专利集中在HMD构成形式、光学子***结构方面，200510025818.X关于一种HMD上附加IC卡和无线标签的读写器装置，与本发明所述的无线接口部分并无关联。200710021400.0关于一种对HMD在虚拟现实应用中进行头动跟踪视觉补偿的方法，与本发明中所述的头动跟踪功能并不冲突。200680036210.X题为一种再现装置、头盔显示设备和实现再现装置的程序，关于一种HMD与多媒体信号源(DVD)的连接方法、控制按钮的操控办法、视频音频信号的呈现方法，与本发明并无冲突。
发明内容
本发明提出一种头戴显示器，该头戴显示器采用自由曲面棱镜光学***，OLED像源***。该头戴显示器的多功能驱动控制电路分布于(可穿戴)计算机主板与HMD头戴部分，采用无线或仅用一根信号线将其连接，无外置控制盒。该头戴显示器的多功能驱动控制电路可实现头戴显示驱动、亮度自动调节、计算机操作***控制的显示特性调节、头动/眼动跟踪、音频输入输出等功能。该头戴显示器具有连线少、体积小、功能多、可调节性强的特点，有利于进一步增强HMD的实用性和“可穿戴性”。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种头戴显示器，采用自由曲面光学***和OLED像源***，该头戴显示器的驱动、控制、接口结构分布于计算机主板部分与HMD头戴部分，两部分通过有线或无线接口连接。其中，位于计算机主板部分的结构包括HMD驱动控制器、晶振或时钟芯片、RAM、A/D转换模块、OLED电源模块、控制开关、主板接口，位于HMD头戴部分的结构包括接口与信号处理模块、OLED微型显示器件(简称OLED微显器件、OLED器件)、环境亮度传感器、接口电源模块，外置或集成在头戴部分的电池模块构成，其相互连接关系为：所述HMD驱动控制器分别与图像信号输入源、晶振或时钟芯片、RAM、A/D、OLED电源模块、显示控制开关、主板接口、***电源模块、***GPIO/SMBUS/I2C总线、***USB/LPC/SPI总线相连，主板接口与OLED电源模块、***USB总线、***音频线相连，主板接口与HMD头戴部分的接口与信号处理模块通过有线或无线方式相连，HMD头戴部分的接口与信号处理模块分别与OLED微型显示器件、环境亮度传感器、加速度计/陀螺仪、眼动摄像头、接口电源模块相连，电池模块与HMD头戴部分相连。
所述图像信号输入源为自带图形核心的***北桥芯片(如965G)、或带图形核心的***南北桥集成芯片(如Poulsbo、VX800)、或集成了CPU与北桥与南桥的***级SOC芯片(如Canmore)、或图形显示核心(如NVIDIA 8400GS)、或图像信号转接芯片(如CH7021A)，引出的图像信号为符合VESA规范的VGA制式信号，图像信号输出至位于头戴部分的单个或两个相同的OLED微显器件。
所述HMD驱动控制器采用FPGA、CPLD、MCU、DSP类型的器件实现；由***电源模块供电，由***时钟芯片或专用晶振提供时钟信号。
所述HMD驱动控制器包括控制命令输入模块、立体显示控制模块、OLED寄存器配置模块、Flash/EEPROM模块、RAM读写控制模块、头动数据处理模块、眼动数据处理模块、图像亮度控制模块、图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块，其内部相互连接关系为：所述控制命令输入模块分别与所述立体显示控制模块、OLED寄存器配置模块、图像亮度控制模块、图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块相连，所述OLED寄存器配置模块与所述Flash/EEPROM模块相连，所述RAM读写控制模块分别与所述头动数据处理模块、眼动数据处理模块相连；所述HMD驱动控制器与外部的连接关系为：所述控制命令输入模块与输入的开关按键相连，通过GPIO/SMBUS/I2C控制信号与所述IO芯片或者南桥控制器相连，所述RAM读写控制模块、头动数据处理模块、眼动数据处理模块分别与RAM相连，所述头动数据处理模块、眼动数据处理模块、图像亮度控制模块、立体显示控制模块通过主板有线或无线接口与HMD头戴部分连接，所述图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块通过主板有线或无线接口与HMD头戴部分连接。
所述立体显示控制模块输出EN或RST信号，使能或重置OLED微型显示器件，当像源信号为时序立体显示视频格式并且所述HMD头戴部分为双OLED微显器件时，所述立体显示控制模块控制RST1、EN1、RST2、EN2的使能，来轮流保持OLED1或OLED2微显器件显示的当前帧，以实现立体视觉。
所述头动数据处理模块从所述HMD头戴部分的加速度计和陀螺仪接受X、Y、Z数据并进行3D坐标解算，通过USB、LPC或SPI总线供给***，所述头动数据处理模块功能也可以在HMD头戴部分的信号处理电路中实现。
所述眼动数据处理模块从所述HMD头戴部分的眼动摄像头接受X、Y数据，对巩膜虹膜异组织边缘(limbus)/虹膜瞳孔边缘/双普尔辛图(Purkinje Image)进行红外摄像检测的2D眼动数据坐标解算，所述眼动数据处理模块功能也可以在HMD头戴部分的信号处理电路中实现。
所述图像亮度控制模块接至控制命令输入模块，由所述控制命令输入模块进行指令控制，或接至HMD头戴部分的环境亮度传感器，由所述环境亮度传感器的输出信号进行控制。
所述图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块分别与控制命令输入模块和VS、HS信号相连，以EN、RST针对HS、VS脉冲数的关系进行调制，调制算法针对HS、VS脉冲数与OLED器件的EN、RST关系进行，具体算法由用户自定义，可不相同。
所述控制命令输入模块对亮度、翻转、尺寸、位置控制开关的按键进行解释及转发，对接至***南桥(或IO芯片、或南北桥集成芯片、或***级SOC)的GPIO、SMBUS、I2C所引出信号进行解释及转发。
所述晶振或时钟芯片可以是HMD专用的晶振或时钟芯片，也可以与主板上的晶振或时钟芯片复用，为HMD驱动控制器提供时钟信号；在OLED微显器件使用外部时钟同步时，所述晶振或时钟芯片引出时钟信号到所述HMD头戴部分。
所述的RAM由所述RAM读写控制模块控制，为所述HMD驱动控制器提供HS、VS信号调制、眼动头动坐标解算所需的程序与数据空间；所述RAM模块可采用外置RAM芯片，或采用HMD驱动控制器的内部逻辑资源实现。
所述的A/D将RGB数据进行模数转换，以进行像源驱动，可使用HMD驱动控制器的内置A/D实现，或采用外挂A/D芯片实现，在使用数字类OLED微型显示器件时使用A/D功能，采用模拟类OLED微型显示器时不使用所述A/D功能。
所述OLED电源模块可采用两种方式实现，一是位于主板上，由主板***电源作为电源输入，经线性电源器件或分压器件转换后，以一组线缆引至HMD头戴部分，二是位于HMD头戴部分，由主板上引出的电源、或USB接口电源、或电池电源作为输入，再由线性电源器件或分压器件转换生成不同电压。所述OLED电源模块可由AD5280、MAX868、LM2611、AD5243、MIC5205、MAX1680、MAX1681等线性电源器件(LDO)实现。所述OLED电源模块负责生成OLED微显器件所需的3.0～3.6V、3.8～4.2V、-4.0～-2.5V、1.6～2.2V、1.8～2.4V、3.4～3.8V电源。
所述显示控制开关是所述HMD驱动控制器的输入，位于主板上，用于HMD的手动调节，采用机械、光电开关实现，可选择实现。
所述主板接口用于将主板上处理的HMD信号接至头戴部分；根据需要，主板接口可由有线或无线方式实现；采用有线实现方式时，所述接口与OLED电源模块(当HMD电源模块在主板上时)、SCL、SDA、HS、VS、RED、GREEN、BLUE、EN、RST、显示几何控制、显示亮度控制、环境亮度信号、头动数据、眼动数据、时钟信号、Audio、及为摄像头等头戴附件预留的USB接口信号连接；采用有线实现方式时，可选用标准视频连接器、背板连接器、FPC连接器、航空连接器、用户自定义连接器进行连接。采用无线实现方式时，接口模块由缓存器、编码模块、UWB(Ultra Wideband，超宽带)模块构成；所述缓存器缓存上述各种接口信号，并作为编码模块的缓存和计算空间，可由编码模块的内部资源实现，或由独立RAM芯片实现；所述编码模块可由FPGA、CPLD、MCU、DSP器件实现，用于将所述缓存器中的数据按照UWB的数据帧进行内容编码，及向所述UWB模块的数据输出，编码算法由用户自定义，编码格式不限；所述UWB模块可采用商品化UWB芯片实现，也可采用用户用编码模块调制射频芯片实现。
所述接口与信号处理模块位于HMD头戴部分，内含接口模块与信号处理模块，所述接口模块有有线和无线两种实现方式。采用有线接口形式时，与有线式主板接口相对应；采用无线接口形式时，与无线式主板接口相对应，由UWB模块、解码模块、缓存器构成。所述解码模块将发送端的数据进行还原，发送至缓存器，以FIFO形式输出至OLED器件，缓存器自带输入输出控制逻辑。所述信号处理模块为选接模块，可替换主板上HMD驱动控制器中的头动数据处理模块和眼动数据处理模块，实现头动/眼动附加信息处理，处理内容与所述头动数据处理模块和眼动数据处理模块相同。
所述OLED微显器件为图像显示单元，实现信号的电光转换，可由一个OLED器件实现单目HMD，也可由两个OLED器件实现双目HMD；所述OLED微显器件可采用模拟式(输入模拟信源信号)，也可采用数字式(输入数字信源信号)，典型有效分辨率为852×600。
所述环境亮度传感器为光敏传感器件，工作在可见光波段，输入为环境光，输出为反映环境光强的数字量或模拟量，输出至主板的HMD驱动控制器部分，作为图像亮度控制模块的输入量，是选接模块。
所述眼动摄像头工作在红外波段，摄像对象是人眼的巩膜虹膜异组织边缘(limbus)、或虹膜瞳孔边缘、或双普尔辛图(Purkinje Image)，输出至信号处理模块或通过USB输出至主板的HMD驱动控制器进行眼动坐标解算。
所述接口电源模块从主板接口或电池模块中获取电压并进行转换，将转换后的电压供接口电路和信号处理模块使用，当OLED电源模块在头戴部分实现时，也可将所述接口电源模块和所述OLED电源模块整合在一起。所述电池模块在主板接口采用无线方式时使用，为OLED器件及所述接口与信号处理模块供电，是选接模块。
本发明相对已有产品和其它头戴显示器专利的优点是：
功能多：具备亮度自动调节、3D显示、操作***控制的显示特性调节、头动/眼动跟踪、音频输入输出多种功能；
连线少：采用UWB无线信号传输方式，传输效果较采用蓝牙方式的头戴显示器好。亦可采用单根集成信号线传输，较一般HMD连线少；
体积小：将主要的驱动控制电路集成在计算机主板上，免去外置控制盒，减小了***体积；
可调节性强：该HMD可采用一般HMD的按钮调节方式，并可采用计算机操作***上的应用软件调节，和亮度自动调节等方式。
附图说明
图1是本发明的***整体结构示意图。
图2是本发明的***硬件结构连接图。
图3是本发明的HMD驱动控制器模块结构图。
图4是本发明的HMD头戴部分模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种头戴显示器的驱动、控制、接口结构作进一步的描述。
图1是本发明的***整体结构示意图。如图1所示，本发明包括HMD的自由曲面光学***、支撑结构和主板上的HMD驱动控制器、晶振或时钟芯片、RAM、A/D、OLED电源模块(OLED1和OLED2)、显示控制开关、主板接口，以及集成在头戴部分的接口与信号处理模块、OLED微型显示器件、环境亮度传感器、OLED电源模块、接口电源模块，外置或集成在头戴部分的电池模块、加速度计/陀螺仪、眼动摄像头，其相互连接关系为：所述HMD驱动控制器分别与图像信号输入源、晶振或时钟芯片、RAM、A/D、OLED电源模块、显示控制开关、主板接口、***电源模块相连，所述HMD驱动控制器通过***GPIO/SMBUS/I2C总线、***USB/LPC/SPI总线与南桥控制器及IO芯片相连，所述主板接口与OLED电源模块、***USB总线、***音频总线Audio相连，主板接口与HMD头戴部分的接口与信号处理模块通过有线或无线方式相连，所述HMD头戴部分的接口与信号处理模块分别与OLED微型显示器件、环境亮度传感器、加速度计/陀螺仪、眼动摄像头、接口电源模块相连，电池模块与HMD头戴部分相连。
图2是本发明的***硬件结构连接图。如图2所示，图像信号输入源为自带图形核心的***北桥芯片或带图形核心的***南北桥集成芯片或集成了CPU与北桥与南桥的***级SOC芯片或图形显示核心或图像信号转接芯片，引出的图像信号为SCL、SDA、HS、VS、RED、GREEN、BLUE，RED、GREEN、BLUE信号通过A/D芯片进行转换后与SCL、SDA、HS、VS信号一起通过主板接口输出至位于HMD头戴部分的单个OLED微型显示器件(OLED1)或两个相同的OLED微型显示器件(OLED1和OLED2)。图形显示核心可以采用外挂的图形显示核心芯片，并通过PCIE总线与***北桥芯片连接。南桥控制器通过LPC/PCI/SPI总线与IO芯片相连接。
主板上的所述OLED电源模块由主板***电源作为电源输入，经线性电源器件或分压器件转换后，生成OLED微显器件所需的3.0～3.6V、3.8～4.2V、-4.0～-2.5V、1.6～2.2V、1.8～2.4V、3.4～3.8V电源，这些电源以一组线缆引至HMD头戴部分供HMD头戴部分使用。
所述主板接口用于将主板上处理的HMD信号接至HMD头戴部分，由有线或无线方式实现，负责传输的信号有SCL、SDA、HS、VS、RED、GREEN、BLUE、EN、RST、显示几何控制、显示亮度控制、环境亮度信号、头动数据、眼动数据、时钟信号、Audio、USB接口信号。采用有线实现方式的接口，SCL、SDA、HS、VS、RED、GREEN、BLUE信号传送到有线接口，所述HMD驱动控制器的立体显示控制模输出的EN1、RST1、EN2、RST2信号、显示几何控制和显示亮度控制信号从所述HMD驱动控制器传送到有线接口，头动数据(X、Y、Z)和眼动数据(X、Y)从有线接口连接到HMD驱动控制器，晶振或时钟芯片产生的时钟信号VCLK连接到有线接口，为有线接口提供时钟信号；南北桥集成芯片引出的信号Audio连接至有线接口，通过有线接口将Audio信号传送到HMD头戴部分；有线接口通过USB总线与南桥控制器连接。采用无线接口方式实现时，接口模块由缓存器、编码模块、UWB(Ultra Wideband，超宽带)模块构成，所述缓存器与接口信号相连，由编码模块的内部资源或由独立RAM芯片实现；所述编码模块与所述缓存器相连，对所述缓存器中的数据按照UWB帧格式进行内容编码，所述编码模块可由FPGA、CPLD、MCU、DSP器件实现；所述UWB模块可采用商品化UWB芯片实现，也可采用用户用编码模块调制射频芯片实现。所述主板接口由所述OLED电源模块或***电源模块进行供电，由晶振或时钟芯片提供时钟信号。
所述显示控制开关是HMD驱动控制器的输入，用于HMD的手动调节，采用机械或者光电开关实现。
图3是本发明的HMD驱动控制器模块结构图。由图2和图3所示，主板上的所述HMD驱动控制器包括控制命令输入模块、立体显示控制模块、OLED寄存器配置模块、Flash/EEPROM模块、RAM读写控制模块、头动数据处理模块、眼动数据处理模块、图像亮度控制模块、图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块，其内部相互连接关系为：所述控制命令输入模块分别与所述立体显示控制模块、OLED寄存器配置模块、图像亮度控制模块、图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块相连，所述OLED寄存器配置模块与所述Flash/EEPROM模块相连，所述RAM读写控制模块分别与所述头动数据处理模块、眼动数据处理模块相连。所述HMD驱动控制器与外部的连接关系为：所述控制命令输入模块与输入的开关按键相连，通过GPIO/SMBUS/I2C控制信号与所述IO芯片或者南桥控制器相连，所述RAM读写控制模块、头动数据处理模块、眼动数据处理模块分别与RAM相连，所述头动数据处理模块、眼动数据处理模块、图像亮度控制模块、立体显示控制模块通过主板有线或无线接口与HMD头戴部分连接，所述图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块通过主板有线或无线接口与HMD头戴部分连接。
所述立体显示控制模块输出EN1、RST1、EN2、RST2信号，并通过主板接口传送到HMD头戴部分，使能或重置OLED微型显示器件；当像源信号为时序立体显示视频格式并且所述HMD头戴部分为双OLED微显器件时，所述立体显示控制模块控制RST1、EN1、RST2、EN2的使能，来轮流保持OLED1或OLED2微显器件显示的当前帧，实现立体视觉。所述头动数据处理模块从所述HMD头戴部分的加速度计/陀螺仪接受X、Y、Z数据并进行3D坐标解算，通过USB、LPC或SPI总线供给***。所述眼动数据处理模块从所述HMD头戴部分的眼动摄像头接受X、Y数据，对巩膜虹膜异组织边缘(limbus)/虹膜瞳孔边缘/双普尔辛图(Purkinje Image)进行红外摄像检测的2D眼动数据坐标解算。所述图像亮度控制模块与控制命令输入模块连接，由所述控制命令输入模块进行指令控制，或与HMD头戴部分的环境亮度传感器连接，由所述环境亮度传感器的输出信号进行控制。所述图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块分别与控制命令输入模块和VS、HS信号相连，以EN、RST针对HS、VS脉冲数的关系进行调制，调制算法针对HS、VS脉冲数与OLED器件的EN、RST关系进行。所述控制命令输入模块对亮度、翻转、尺寸、位置控制开关的按键进行解释及转发，对接至***南桥(或IO芯片、或南北桥集成芯片、或***级SOC)的GPIO、SMBUS、I2C所引出信号进行解释和转发。
所述HMD驱动控制器采用FPGA、CPLD、MCU、DSP类型的器件实现；由***电源模块供电，由***时钟芯片或专用晶振提供时钟信号。
图4是本发明的HMD头戴部分模块结构图。如图2和图4所示，所述HMD头戴部分包括接口与信号处理模块和OLED微型显示器件(OLED1和OLED2)、OLED电源模块、接口电源模块以及外置在头戴部分的电池模块、加速度计/陀螺仪、眼动摄像头。其中所述接口与信号处理模块内含接口模块与信号处理模块，所述接口模块有有线和无线两种实现方式，有线接口形式与有线式主板接口相对应，并选用标准视频连接器、背板连接器、FPC连接器、航空连接器、用户自定义连接器与主板接口进行连接。采用无线接口形式时，与无线式主板接口相对应，由UWB模块、解码模块、缓存器构成，所述解码模块将发送端的数据进行还原，并发送至缓存器，然后以FIFO的形式输出至OLED器件(OLED1和OLED2)，所述缓存器自带输入输出控制逻辑。所述信号处理模块为选接模块，以替换主板上HMD驱动控制器中的头动数据处理模块和眼动数据处理模块，实现头动/眼动附加信息处理，处理内容与所述头动数据处理模块和眼动数据处理模块相同。位于HMD头戴部分的OLED电源模块由主板上引出的电源、或USB接口电源、或电池电源作为输入，再由线性电源器件或分压器件转换生成不同电压，给OLED1和OLED2供电。所述加速度计/陀螺仪获取X、Y、Z数据给信号处理模块或HMD驱动控制器的头动数据处理模块进行3D坐标解算；眼动摄像头获取X、Y数据输出至信号处理模块或通过USB输出至主板的HMD驱动控制器进行眼动坐标解算。所述接口电源模块由主板有线接口或电池模块中取电，转换后供接口电路和信号处理模块使用；主板接口采用无线方式时启用电池模块，通过接口电源模块为OLED器件及所述接口与信号处理模块供电。
Claims (10)
1.一种头戴显示器，其特征是：所述头戴显示器采用自由曲面棱镜光学***和OLED像源***，OLED像源***的驱动、控制、接口结构包括分布于计算机主板部分与HMD头戴部分，两部分通过有线或无线接口连接，其中，位于计算机主板部分的结构包括HMD驱动控制器、晶振或时钟芯片、RAM、A/D、OLED电源模块、显示控制开关、主板接口，位于HMD头戴部分的结构包括接口与信号处理模块、OLED微型显示器件(简称OLED微显器件、OLED器件)、环境亮度传感器、OLED电源模块、接口电源模块，外置或集成在头戴部分的电池模块、加速度计/陀螺仪、眼动摄像头构成，其相互连接关系为：所述HMD驱动控制器分别与图像信号输入源、晶振或时钟芯片、RAM、A/D、OLED电源模块、显示控制开关、主板接口、***电源模块、***GPIO/SMBUS/I2C总线、***USB/LPC/SPI总线相连，所述主板接口与OLED电源模块、***USB总线、***音频总相连，主板接口与HMD头戴部分的接口与信号处理模块通过有线或无线方式相连，所述HMD头戴部分的接口与信号处理模块分别与OLED微型显示器件、环境亮度传感器、加速度计/陀螺仪、眼动摄像头、接口电源模块相连，电池模块与HMD头戴部分相连。
2.根据权利要求1所述的头戴显示器，其特征是：所述HMD驱动控制器采用FPGA、CPLD、MCU、DSP类型的器件实现，由***电源模块供电，由***时钟芯片或专用晶振提供时钟信号，HMD驱动控制器包括控制命令输入模块、立体显示控制模块、OLED寄存器配置模块、Flash/EEPROM模块、RAM读写控制模块、头动数据处理模块、眼动数据处理模块、图像亮度控制模块、图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块，其内部相互连接关系为：所述控制命令输入模块分别与所述立体显示控制模块、OLED寄存器配置模块、图像亮度控制模块、图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块相连，所述OLED寄存器配置模块与所述Flash/EEPROM模块相连，所述RAM读写控制模块分别与所述头动数据处理模块、眼动数据处理模块相连，HMD驱动控制器与外部的连接关系为：所述控制命令输入模块与输入的开关按键相连，通过GPIO/SMBUS/I2C控制信号与所述IO芯片或者南桥控制器相连，所述RAM读写控制模块、头动数据处理模块、眼动数据处理模块分别与RAM相连，所述头动数据处理模块、眼动数据处理模块、图像亮度控制模块、立体显示控制模块通过主板有线或无线接口与HMD头戴部分连接，所述图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块通过主板有线或无线接口与HMD头戴部分连接。
3.根据权利要求2所述的头戴显示器，其特征是：所述立体显示控制模块输出EN或RST信号，使能或重置OLED微型显示器件，当像源信号为时序立体显示视频格式并且所述HMD头戴部分为双OLED微显器件时，所述立体显示控制模块控制RST1、EN1、RST2、EN2的使能，来轮流保持OLED1或OLED2器件显示的当前帧，以实现立体视觉。
4.根据权利要求2所述的头戴显示器，其特征是：所述头动数据处理模块从所述HMD头戴部分的加速度计/陀螺仪接受数据并进行3D坐标解算，通过USB、LPC或者SPI总线供给***，所述头动数据处理模块功能也可以在HMD头戴部分的信号处理电路中实现。
5.根据权利要求2所述的头戴显示器，其特征是：所述眼动数据处理模块从所述HMD头戴部分的眼动摄像头接受数据，对巩膜虹膜异组织边缘(limbus)/虹膜瞳孔边缘/双普尔辛图(Purkinje Image)进行红外摄像检测的2D眼动数据坐标解算，所述眼动数据处理模块功能也可以在HMD头戴部分的信号处理电路中实现，眼动摄像头工作在红外波段，摄像对象是人眼的巩膜虹膜异组织边缘(limbus)、或虹膜瞳孔边缘、或双普尔辛图(Purkinje Image)，输出至信号处理模块或通过USB输出至主板的HMD驱动控制器进行眼动坐标解算。
6.根据权利要求2所述的头戴显示器，其特征是：所述图像亮度控制模块接至控制命令输入模块，由所述控制命令输入模块进行指令控制，或接至HMD头戴部分的环境亮度传感器，由所述环境亮度传感器的输出信号进行控制，环境亮度传感器为光敏传感器件，工作在可见光波段，输入为环境光，输出为反映环境光强的数字量或模拟量，输出至所述HMD驱动控制器部分，作为图像亮度控制模块的输入量。
7.根据权利要求2所述的头戴显示器，其特征是：所述图像翻转控制模块、图像尺寸控制模块、图像位置控制模块分别与控制命令输入模块和VS、HS信号相连，以EN、RST针对HS、VS脉冲数的关系进行调制，所述晶振或时钟芯片可以是HMD专用的晶振或时钟芯片，也可以与主板上的晶振或时钟芯片复用，为HMD驱动控制器提供时钟信号，在OLED微显器件使用外部时钟同步时，所述晶振或时钟芯片引出时钟信号到所述HMD头戴部分，上述图像翻转、尺寸、位置控制开关置于主板上，采用机械、光电开关实现。
8.根据权利要求1所述的头戴显示器，其特征是：所述OLED电源模块可采用两种方式实现，一是位于主板上，由主板***电源作为电源输入，经线性电源器件或分压器件转换后，以一组线缆引至HMD头戴部分，二是位于HMD头戴部分，由主板上引出的电源、或USB接口电源、或电池电源作为输入，再由线性电源器件或分压器件转换生成不同电压，OLED电源模块生成OLED微显器件所需的3.0～3.6V、3.8～4.2V、-4.0～-2.5V、1.6～2.2V、1.8～2.4V、3.4～3.8V电源。
9.根据权利要求1所述的头戴显示器，其特征是：所述主板接口可采用有线和无线两种实现方式，采用有线实现方式时，所述接口与OLED电源模块、SCL、SDA、HS、VS、RED、GREEN、BLUE、EN、RST、显示几何控制、显示亮度控制、环境亮度信号、头动数据、眼动数据、时钟信号、Audio、USB接口信号连接，采用有线实现方式时，可选用标准视频连接器、背板连接器、FPC连接器、航空连接器、用户自定义连接器进行连接，采用无线实现方式时，无线接口由缓存器、编码模块、UWB(Ultra Wideband，超宽带)模块构成。所述缓存器与所述接口信号相连，由编码模块的内部资源或由独立RAM芯片实现；所述编码模块与所述缓存器相连，对所述缓存器中的数据按照UWB帧格式进行内容编码，可由FPGA、CPLD、MCU、DSP器件实现，所述UWB模块可采用商品化UWB芯片实现，也可采用用户用编码模块调制射频芯片实现。
10.根据权利要求1所述的头戴显示器，其特征是：所述接口与信号处理模块位于HMD头戴部分，内含接口模块与信号处理模块，所述接口模块有有线和无线两种实现方式，接口与信号处理模块在采用有线接口形式时，信号连接格式与主板有线接口相对应，接口与信号处理模块在采用无线接口形式时，由UWB模块、解码模块、缓存器构成，其中所述解码模块将发送端的数据进行还原，发送至缓存器，以FIFO形式输出至OLED器件，缓存器自带输入输出控制逻辑。
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|---|---|
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Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101561347B (zh) * | 2009-05-15 | 2010-10-27 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 视频眼镜双目视轴偏差检测装置和方法 |
| CN101986184A (zh) * | 2010-05-06 | 2011-03-16 | 徐晗 | 动态视角液晶眼镜 |
| CN101995941B (zh) * | 2009-08-13 | 2012-05-23 | 昆山扬明光学有限公司 | 头戴式显示*** |
| CN102542921A (zh) * | 2010-12-22 | 2012-07-04 | 黄志奇 | 一种参数自适应控制的头戴显示器驱动控制结构 |
| CN102795349A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-11-28 | 电子科技大学 | 一种穿戴式飞机维修用辅助装置 |
| CN102905108A (zh) * | 2012-07-03 | 2013-01-30 | 深圳市长江力伟股份有限公司 | 一种监视显示*** |
| CN103606363A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-02-26 | 中航华东光电有限公司 | 基于fpga的lcd型头盔显示驱动电路 |
| CN103760973A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-30 | 微软公司 | 增强现实的信息细节 |
| CN103984100A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-13 | 孙立军 | 一种幻影视界电影放映*** |
| CN104185807A (zh) * | 2011-08-09 | 2014-12-03 | 谷歌公司 | 双眼头戴式显示器的激光对准 |
| CN104321683A (zh) * | 2012-03-23 | 2015-01-28 | 谷歌公司 | 用于感测环境光的方法和*** |
| CN104469125A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 昆山研达电脑科技有限公司 | 自行车用拍照*** |
| CN104603674A (zh) * | 2012-09-12 | 2015-05-06 | 索尼公司 | 图像显示装置 |
| CN105651273A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-06-08 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | 一种陀螺仪 |
| CN106019592A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-10-12 | 中国人民解放军63908部队 | 一种增强现实光学透射式头盔显示前置电路及其控制方法 |
| CN106157930A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-23 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 基于头戴式可视设备的亮度调节方法及装置 |
| CN106255916A (zh) * | 2014-03-14 | 2016-12-21 | 索尼互动娱乐股份有限公司 | 跟踪头戴式显示器(hmd)的方法和***以及用于hmd头带调整的校准 |
| CN106507092A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-03-15 | 歌尔科技有限公司 | 摄像装置及其图像处理方法、虚拟现实设备 |
| CN106950692A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-07-14 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 头戴式虚拟现实设备及其电路板的制造方法 |
| US9720231B2 (en) | 2012-09-26 | 2017-08-01 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Display, imaging system and controller for eyewear display device |
| CN107578745A (zh) * | 2016-07-04 | 2018-01-12 | 上海和辉光电有限公司 | Fpga器件以及使用该器件的amoled显示电路 |
| CN108108321A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-01 | 联想(北京)有限公司 | 一种头戴式显示设备及数据交互方法 |
| CN109782444A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-05-21 | 武汉西山艺创文化有限公司 | 基于透明液晶显示屏的头戴式ar显示器及其交互方法 |
| CN110794579A (zh) * | 2018-08-01 | 2020-02-14 | 宏星技术股份有限公司 | 头戴显示装置 |
| CN111338080A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-26 | Oppo广东移动通信有限公司 | 头戴设备及电子设备 |
| CN111464848A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-07-28 | 深圳市峰泳科技有限公司 | 双显示器同步显示装置、头戴式显示装置、vr/ar及智能眼镜 |
| WO2021077988A1 (zh) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | 芋头科技（杭州）有限公司 | Ar眼镜和ar眼镜套件 |
| US11287846B2 (en) | 2018-08-01 | 2022-03-29 | Starvr Corporation | Head-mounted display |
| WO2023279923A1 (zh) * | 2021-07-05 | 2023-01-12 | 北京有竹居网络技术有限公司 | 佩戴式显示装置、透光度调节方法、装置、设备及介质 |
-
2008
- 2008-11-24 CN CNA2008101476486A patent/CN101419339A/zh active Pending
Cited By (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101561347B (zh) * | 2009-05-15 | 2010-10-27 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 视频眼镜双目视轴偏差检测装置和方法 |
| CN101995941B (zh) * | 2009-08-13 | 2012-05-23 | 昆山扬明光学有限公司 | 头戴式显示*** |
| CN101986184A (zh) * | 2010-05-06 | 2011-03-16 | 徐晗 | 动态视角液晶眼镜 |
| CN102542921A (zh) * | 2010-12-22 | 2012-07-04 | 黄志奇 | 一种参数自适应控制的头戴显示器驱动控制结构 |
| CN104185807A (zh) * | 2011-08-09 | 2014-12-03 | 谷歌公司 | 双眼头戴式显示器的激光对准 |
| CN104185807B (zh) * | 2011-08-09 | 2017-06-23 | 谷歌公司 | 双眼头戴式显示器的激光对准 |
| CN104321683A (zh) * | 2012-03-23 | 2015-01-28 | 谷歌公司 | 用于感测环境光的方法和*** |
| CN102795349A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-11-28 | 电子科技大学 | 一种穿戴式飞机维修用辅助装置 |
| CN102795349B (zh) * | 2012-06-29 | 2015-04-15 | 电子科技大学 | 一种穿戴式飞机维修用辅助装置 |
| CN102905108A (zh) * | 2012-07-03 | 2013-01-30 | 深圳市长江力伟股份有限公司 | 一种监视显示*** |
| CN104603674A (zh) * | 2012-09-12 | 2015-05-06 | 索尼公司 | 图像显示装置 |
| US9720231B2 (en) | 2012-09-26 | 2017-08-01 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Display, imaging system and controller for eyewear display device |
| CN104469125A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 昆山研达电脑科技有限公司 | 自行车用拍照*** |
| CN103606363A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-02-26 | 中航华东光电有限公司 | 基于fpga的lcd型头盔显示驱动电路 |
| CN103760973A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-04-30 | 微软公司 | 增强现实的信息细节 |
| US10409364B2 (en) | 2014-03-14 | 2019-09-10 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Methods and systems tracking head mounted display (HMD) and calibrations for HMD headband adjustments |
| CN106255916A (zh) * | 2014-03-14 | 2016-12-21 | 索尼互动娱乐股份有限公司 | 跟踪头戴式显示器(hmd)的方法和***以及用于hmd头带调整的校准 |
| CN106255916B (zh) * | 2014-03-14 | 2019-08-09 | 索尼互动娱乐股份有限公司 | 跟踪头戴式显示器(hmd)的方法和***以及用于hmd头带调整的校准 |
| CN103984100A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-13 | 孙立军 | 一种幻影视界电影放映*** |
| CN105651273A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-06-08 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | 一种陀螺仪 |
| CN106157930A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-23 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 基于头戴式可视设备的亮度调节方法及装置 |
| CN107578745A (zh) * | 2016-07-04 | 2018-01-12 | 上海和辉光电有限公司 | Fpga器件以及使用该器件的amoled显示电路 |
| CN106019592A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-10-12 | 中国人民解放军63908部队 | 一种增强现实光学透射式头盔显示前置电路及其控制方法 |
| CN106507092A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-03-15 | 歌尔科技有限公司 | 摄像装置及其图像处理方法、虚拟现实设备 |
| CN106950692A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-07-14 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 头戴式虚拟现实设备及其电路板的制造方法 |
| CN108108321A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-01 | 联想(北京)有限公司 | 一种头戴式显示设备及数据交互方法 |
| US11287846B2 (en) | 2018-08-01 | 2022-03-29 | Starvr Corporation | Head-mounted display |
| CN110794579A (zh) * | 2018-08-01 | 2020-02-14 | 宏星技术股份有限公司 | 头戴显示装置 |
| CN110794579B (zh) * | 2018-08-01 | 2022-05-03 | 宏星技术股份有限公司 | 头戴显示装置 |
| CN109782444A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-05-21 | 武汉西山艺创文化有限公司 | 基于透明液晶显示屏的头戴式ar显示器及其交互方法 |
| WO2021077988A1 (zh) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | 芋头科技（杭州）有限公司 | Ar眼镜和ar眼镜套件 |
| CN111338080A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-26 | Oppo广东移动通信有限公司 | 头戴设备及电子设备 |
| CN111464848A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-07-28 | 深圳市峰泳科技有限公司 | 双显示器同步显示装置、头戴式显示装置、vr/ar及智能眼镜 |
| WO2023279923A1 (zh) * | 2021-07-05 | 2023-01-12 | 北京有竹居网络技术有限公司 | 佩戴式显示装置、透光度调节方法、装置、设备及介质 |
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