CN106444028A - 一种近眼显示***以及虚拟现实设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近眼显示***以及虚拟现实设备，该近眼显示***包括图像源、电控液晶透镜、第一分光透镜、放大目镜、人眼屈光度检测装置、存储装置和处理器；人眼屈光度检测装置用于检测当前用户的人眼屈光度；存储装置用于存储人眼屈光度与施加在电控液晶透镜的电压之间的第一对应关系；处理器用于在人眼屈光度检测装置确定出当前用户的人眼屈光度时，根据第一对应关系，控制施加在电控液晶透镜上的电压为与当前用户的人眼屈光度对应的电压。本发明中的近眼显示***由于采用了控制施加在电控液晶透镜上的电压来自动调节焦距的技术方案，减少了结构设计的复杂性，减轻了近眼显示***的重量。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种近眼显示***以及虚拟现实设备。
背景技术
虚拟现实(英文：Virtual Reality；简称：VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真***，它利用计算机生成一种模拟环境，通过交互式的三维动态视景和实体行为的***仿真使用户沉浸到该环境中，为用户带来超越真实生活环境的感官体验。在视觉方面而言，虚拟现实技术利用计算机设备生成虚拟场景的图像，并通过光学器件将图像光线传递到人眼，使得用户能够在视觉上能够完全感受该虚拟场景。
目前，头戴式显示器等虚拟现实设备对于近视的用户群体，是通过机械结构调节显示屏与光学透镜之间的距离，使得从光学透镜出射的光线的焦点不相同，从而满足不同近视程度的用户，但是，这种方式不仅会增加结构设计的复杂性，还会增加重量，同时用户也不一定能够将焦点精确地调整到适合自己的位置，不便于用户使用。
因此，现有技术中的虚拟现实设备存在因具备用于调整焦距的机械结构而会增加结构设计的复杂性和重量的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种近眼显示***以及虚拟现实设备，无需通过机械结构对焦距进行调整，解决了现有技术的虚拟现实设备存在的因具备用于调整焦距的机械结构而会增加结构设计的复杂性和重量的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供了一种近眼显示***，其特征在于，包括图像源、电控液晶透镜、第一分光透镜、放大目镜、人眼屈光度检测装置、存储装置和处理器；
所述图像源出射的光线依次透射过所述电控液晶透镜、所述第一分光透镜和所述放大目镜后进入人眼；
所述人眼屈光度检测装置用于检测当前用户的人眼屈光度；
所述存储装置用于存储人眼屈光度与施加在所述电控液晶透镜的电压之间的第一对应关系；
所述处理器与所述人眼屈光度检测装置、所述存储装置和所述电控液晶透镜相连，用于在所述人眼屈光度检测装置确定出所述当前用户的人眼屈光度时，根据所述第一对应关系，控制施加在所述电控液晶透镜上的电压为与所述当前用户的人眼屈光度对应的电压，使得所述近眼显示***的焦距与所述当前用户的人眼屈光度对应。
可选地，所述图像源具体为LCD显示屏、LED显示屏或OLED显示屏。
可选地，所述第一分光透镜具体为镀有分光膜的平面透镜。
可选地，所述人眼屈光度检测装置具体包括驱动电机、红外光源，第二分光透镜和红外探测器；
所述驱动电机与所述红外光源相连，所述驱动电机能够驱动所述红外光源在出射红外线的轴向上移动；
所述红外光源出射的光线透射过所述第二分光透镜后，再被所述第一分光透镜反射后再透射过所述放大目镜后被人眼反射，被人眼反射的光线透射过所述放大目镜后，再被所述第一分光透镜反射后，最后被所述第二分光透镜反射进入所述红外探测器；
所述存储装置还用于存储所述红外光源的位移与人眼屈光度之间的第二对应关系；
所述处理器具体与所述驱动电机和所述红外探测器相连，用于检测所述红外探测器接收到的光斑的大小，并在所述红外探测器接收到的光斑最小时，确定所述驱动电机驱动所述红外光源在轴向上的位移，并根据所述第二对应关系，确定所述当前用户的人眼屈光度。
可选地，所述人眼屈光度检测装置还包括红外滤光片，所述红外滤光片设置于所述红外探测器和所述第一分光透镜之间的光路上。
可选地，所述第二分光透镜具体为镀有分光膜的平面透镜。
本发明实施例第二方面提供了一种虚拟现实设备，包括两套第一方面所述的近眼显示***，其中一套出射的光线进入人的左眼，另一套出射的光线进入人的右眼。
本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
本发明实施例提供的近眼显示***由于采用了控制施加在电控液晶透镜上的电压来自动调节焦距的技术方案，避免了因采用调整焦距的机械结构而增加的结构设计的复杂性和重量的技术问题，所以减少了结构设计的复杂性，减轻了近眼显示***的重量，同时无需用户进行手动调节，保证了近眼显示***的焦距与当前用户的人眼屈光度之间对应，从而保证了近眼显示***提供给用户的视觉体验。
附图说明
图1为本发明实施例提供的近眼显示***的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的近眼显示***的结构图，如图1所示，该近眼显示***包括图像源101、电控液晶透镜102、第一分光透镜103、放大目镜104、人眼屈光度检测装置105、存储装置106和处理器107；
如图1所示，电控液晶透镜102设置在图像源101的出射光路上，第一分光透镜103设置在电控液晶透镜102的出射光路上，放大目镜104设置在第一分光透镜103的出射光路上，透射过放大目镜104的光线即能够进入人眼，这样，图像源101出射的光线即能够依次透射过电控液晶透镜102、第一分光透镜103和放大目镜104进入人眼；
人眼屈光度检测装置105能够检测当前用户的人眼屈光度，例如，检测出当前用户的人眼屈光度为5D；
存储装置106中存储有人眼屈光度与施加在所述电控液晶透镜的电压之间的第一对应关系，例如，在人眼屈光度为5D时，施加在电控液晶透镜102的电压为0.3V，在人眼屈光度为8D时，施加在电控液晶透镜102的电压为0.5V，等等；在实际应用中，根据所使用的电控液晶透镜的材质、技术等不同，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，对人眼屈光度和电压之间的第一对应关系进行详细标定，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了；
处理器107与人眼屈光度检测装置105、存储装置106和电控液晶透镜102相连，在通过人眼屈光度检测装置105确定出当前用户的人眼屈光度之后，即根据第一对应关系，控制施加在电控液晶透镜102上的电压为与当前用户的人眼屈光度对应的电压，这样即能够使得近眼显示***的焦距与当前用户的人眼屈光度对应。
可以看出，本发明实施例提供的近眼显示***由于采用了控制施加在电控液晶透镜上的电压来自动调节焦距的技术方案，避免了因采用调整焦距的机械结构而增加的结构设计的复杂性和重量的技术问题，所以减少了结构设计的复杂性，减轻了近眼显示***的重量，同时无需用户进行手动调节，保证了近眼显示***的焦距与当前用户的人眼屈光度之间对应，从而保证了近眼显示***提供给用户的视觉体验。
请继续参考图1，在本实施例中，人眼屈光度检测装置105具体包括驱动电机1051、红外光源1052、第二分光透镜1053和红外探测器1054，驱动电机1051与红外光源1052相连，第二分光透镜1053设置在红外光源1052的出射光路上，透射过第二分光透镜1053的光线会入射到第一分光透镜103上，被第二分光透镜1053反射的会入射到红外探测器1054中。
请继续参考图1，该人眼屈光度检测装置105还包括红外滤光片1055，红外滤光片1055设置在红外探测器1054和第一分光透镜103之间的光路上，在本实施例中，红外滤光片1055设置红外探测器1054和第二分光透镜1053之间，在另一实施例中，红外滤光片1055也可以设置在第二分光透镜1053和第一分光透镜103之间，这样，即能够滤去图像源101出射的光线，避免对红外探测器1054的探测结果造成不利的影响，保证探测结果的准确性。
在具体实施过程中，图像源101具体可以为LCD显示屏、LED显示屏或者OLED显示屏，以满足实际情况的需要为准，在此不做限制。
在具体实施过程中，电控液晶透镜102是由两块导电玻璃之间夹一层液晶构成液晶盒结构，一种方式可以将液晶盒的导电玻璃一面刻蚀出圆孔或者环带等形状，形成上下玻璃导电基板的非对称结构，这样在两片导电玻璃施加电压时会产生非均匀电场分布，对液晶指向矢产生诱导，形成非均匀的有效折射率分布，即液晶样品呈现出光学透镜渐变折射率梯度分布，造成对光线的偏折,达到聚焦效果，形成聚焦光学透镜，另一种方式在平板对称的导电液晶盒内部制作成突起的球面面型结构，将液晶注入微结构，产生聚焦，但是在电场调控下，液晶光轴的转动产生折射率的变化，实现调节焦距的目的。
在具体实施过程中，如图1所示，在本实施例中，第一分光透镜103和第二分光透镜1053具体可以为镀有分光膜的平面透镜，分光膜例如可以是可反可透膜层，可反可透膜具体可以是通过在平板玻璃上镀选用具有高折射率的硫化锌(化学式：ZnS)和具有低折射率的氟化镁(化学式：MgF2)等材料形成的膜层，具体地，以采用折射率为2.3的硫化锌和折射率为1.38的氟化镁为例，可以通过G|HLHL|A或者G|2LHLHL|A的镀膜结构来实现可透可反的功能，其中，G为玻璃基材，H为硫化锌，L氟化镁，2L表示镀两层氟化镁，A表示空气，在实际应用中，可以通过膜层的厚度来控制透射光和反射光的比例，例如可以将透射光和反射光的比例控制为1:1等等，在此就不再赘述了。
在另一实施例中，第一分光透镜103和第二分光透镜1053还可以为将两个直角棱镜的斜面粘合而成的柱状棱镜，任一斜面上可以镀上上述介绍的可反可透膜层，在此就不再赘述了。
在具体实施过程中，放大目镜104例如可以是凸透镜，或者可以是能够实现同样功能的透镜组合，在此不做限制。
在具体实施过程中，驱动电机1051可以是能够驱动红外光源1052在轴向上移动的电机，需要说明的是，图1所示的驱动电机1051与红外光源1052之间的连接方式仅仅是一个示例，在其他实施例中，驱动电机1051与红外光源1052之间的连接方式以满足实际情况的需求为准，保证在驱动电机1051的作用下，红外光源1052能够在轴向上移动即可，此处的轴向是指红外光源1052出射的红外光线的方向。
在具体实施过程中，红外光源1052出射的红外光线的波长可以由本领域所属的技术人员根据实际情况进行选择，以满足实际情况的需要为准，在此就不再赘述了。
在具体实施过程中，红外探测器1054能够根据检测到的红外光线，生成对应的图像，需要说明的是，红外探测器1054能够检测的红外光线波长范围需要包括红外光源1052出射的红外光线的波长范围。
在接下来的部分中，将介绍本发明实施例提供的近眼显示***的运行过程。
请继续参考图1，在用户使用该近眼显示***的过程中，放大目镜104会位于人眼201的前方，首先，可以先将电控液晶透镜102设置为未加电压的状态，图像源101出射的光线在透射过电控液晶透镜102、第一分光透镜103和放大目镜104后进入人眼201，由于电控液晶透镜102处于不工作状态，所以此时图像源101出射的光线会被放大透镜调制成在无穷远或者在人眼201前方1～2m成像的光束，此时人眼会尽可能地放松眼部周围肌肉，试图获得清晰的图像。
同时，红外光源1052出射的红外光线透射过第二分光透镜1053后，再被第一分光透镜103反射，再透射过放电目镜104后进入人眼201，经过人眼瞳孔、晶状体等，最后会聚于人眼视网膜2011附近，形成一个近似共焦***，这时，部分红外光线会被人眼201反射，反射后的红外光线透射过放大目镜104，再被第一分光透镜103反射至第二分光透镜1053，再由第二分光透镜1053反射至红外探测器1054，红外探测器1054即能够根据探测到的红外光线形成图像，例如可以是一个光斑。
然后，通过驱动电机10驱动红外光源1052在轴向上前后移动，由于红外光源1052和红外探测器1054之间的光路发生变化，所以红外探测器1054根据检测到的红外光线所形成的光斑大小也会随之而变化，在光斑最小时，红外探测器1054所在的位置就是完全共焦的位置，通过事先标定红外光源1052在轴向上的位移和人眼屈光度之间的第二对应关系，此时就能够获取人眼的屈光度。
最后，在获得了人眼的屈光度之后，即能够通过第一对应关系获取到应当施加在电控液晶透镜102上的电压，改变电控液晶透镜102的焦距，使得近眼显示***能够适应于人眼的屈光度，从而使得人眼能够观察到清晰的虚拟图像。
可以看出，本发明实施例提供的近眼显示***由于采用了控制施加在电控液晶透镜上的电压来自动调节焦距的技术方案，避免了因采用调整焦距的机械结构而增加的结构设计的复杂性和重量的技术问题，所以减少了结构设计的复杂性，减轻了近眼显示***的重量，同时无需用户进行手动调节，保证了近眼显示***的焦距与当前用户的人眼屈光度之间对应，从而保证了近眼显示***提供给用户的视觉体验。
当然，在实际应用中，在检测人眼的屈光度时，可以多检测几次，然后取平均值或者中位数，从而提高所检测的人眼的屈光度的准确性，在此就不再赘述了。
基于同一发明构思，本发明实施例另一方面还提供一种虚拟现实设备，该虚拟现实设备包括两套如前述部分介绍的近眼显示***，其中一套出射的光线进入人的左眼，另一套出射的光线进入人的右眼，这样，在用户使用该虚拟现实设备时，由于虚拟现实设备中的近眼显示***采用了控制施加在电控液晶透镜上的电压来自动调节焦距的技术方案，避免了因采用调整焦距的机械结构而增加的结构设计的复杂性和重量的技术问题，所以减少了结构设计的复杂性，减轻了近眼显示***的重量，同时无需用户进行手动调节，保证了近眼显示***的焦距与当前用户的人眼屈光度之间对应，从而保证了近眼显示***提供给用户的视觉体验，通过前述部分的介绍，本领域所属的技术人员能够清楚地了解近眼显示***的结构及其运行过程，在此就不再赘述了。
本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
本发明实施例提供的近眼显示***由于采用了控制施加在电控液晶透镜上的电压来自动调节焦距的技术方案，避免了因采用调整焦距的机械结构而增加的结构设计的复杂性和重量的技术问题，所以减少了结构设计的复杂性，减轻了近眼显示***的重量，同时无需用户进行手动调节，保证了近眼显示***的焦距与当前用户的人眼屈光度之间对应，从而保证了近眼显示***提供给用户的视觉体验。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种近眼显示***，其特征在于，包括图像源、电控液晶透镜、第一分光透镜、放大目镜、人眼屈光度检测装置、存储装置和处理器；
所述图像源出射的光线依次透射过所述电控液晶透镜、所述第一分光透镜和所述放大目镜后进入人眼；
所述人眼屈光度检测装置用于检测当前用户的人眼屈光度；
所述存储装置用于存储人眼屈光度与施加在所述电控液晶透镜的电压之间的第一对应关系；
所述处理器与所述人眼屈光度检测装置、所述存储装置和所述电控液晶透镜相连，用于在所述人眼屈光度检测装置确定出所述当前用户的人眼屈光度时，根据所述第一对应关系，控制施加在所述电控液晶透镜上的电压为与所述当前用户的人眼屈光度对应的电压，使得所述近眼显示***的焦距与所述当前用户的人眼屈光度对应。
2.如权利要求1所述的近眼显示***，其特征在于，所述图像源具体为LCD显示屏、LED显示屏或OLED显示屏。
3.如权利要求1所述的近眼显示***，其特征在于，所述第一分光透镜具体为镀有分光膜的平面透镜。
4.如权利要求1-3中任一权项所述的近眼显示***，其特征在于，所述人眼屈光度检测装置具体包括驱动电机、红外光源，第二分光透镜和红外探测器；
所述驱动电机与所述红外光源相连，所述驱动电机能够驱动所述红外光源在出射红外线的轴向上移动；
所述红外光源出射的光线透射过所述第二分光透镜后，再被所述第一分光透镜反射后再透射过所述放大目镜后被人眼反射，被人眼反射的光线透射过所述放大目镜后，再被所述第一分光透镜反射后，最后被所述第二分光透镜反射进入所述红外探测器；
所述存储装置还用于存储所述红外光源的位移与人眼屈光度之间的第二对应关系；
所述处理器具体与所述驱动电机和所述红外探测器相连，用于检测所述红外探测器接收到的光斑的大小，并在所述红外探测器接收到的光斑最小时，确定所述驱动电机驱动所述红外光源在轴向上的位移，并根据所述第二对应关系，确定所述当前用户的人眼屈光度。
5.如权利要求4所述的近眼显示***，其特征在于，所述人眼屈光度检测装置还包括红外滤光片，所述红外滤光片设置于所述红外探测器和所述第一分光透镜之间的光路上。
6.如权利要求4所述的近眼显示***，其特征在于，所述第二分光透镜具体为镀有分光膜的平面透镜。
7.一种虚拟现实设备，其特征在于，包括两套如权利要求1-6中任一权项所述的近眼显示***，其中一套出射的光线进入人的左眼，另一套出射的光线进入人的右眼。
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