CN107422845A - 一种虚拟现实头戴显示设备及画面显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟现实头戴显示设备，包括头戴显示设备本体，所述头戴显示设备本体包括：左显示屏、右显示屏，所述左显示屏、右显示屏相互形成夹角；沿着所述左显示屏上光线传输方向在所述左显示屏前侧设置有左光学镜片，沿着所述右显示屏上光线传输方向在所述右显示屏前侧设置有右光学镜片。本发明利用互成夹角的左、右显示屏，以及相应设置的左、右光学镜片，可形成大于120°的视场角，从而增大了视场角以及大大提升了用户对虚拟现实场景的沉浸感、临场感。

Description

一种虚拟现实头戴显示设备及画面显示方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别涉及一种虚拟现实头戴显示设备及画面显示方法。

背景技术

视场角(Field of View，简称FOV)，在显示***中，视场角就是显示器边缘与眼睛连接线的夹角；如图2所示，∠AOB就是水平视场角，∠BOC就是垂直视场角。

人类的视觉***包括；单目FOV是指单眼的视场角，双目FOV是两只眼睛视场角的总视场角。其中，人类的双目FOV视场角约为200度～220度。

目前，虚拟现实头盔(VR头盔)的视场角通常是指水平视场角，基本上是以5.7寸屏幕的80°FOV、90°FOV，较大视场角为100°、110°、120°，但视场角通常限制在120°以内。其视场角的大小决定了用户体验的临场感与沉浸感。

目前，虚拟现实头盔的视场角均限制在120°以内，甚至有些虚拟现实头盔限制在80°。然而，人类的余光可以看到200°左右的视场角，市面上的虚拟现实头盔只能要求用户在使用时只能正前方观看，其余光看不到任何场景。

因此，用户在使用虚拟现实头盔体验虚拟现实场景时，在感觉上其虚拟现实场景始终隔着一扇窗户，无法真正地沉浸到虚拟现实世界中。市面上的虚拟现实头盔都无法真正满足用户的需求，用户根本无法真正体会到虚拟现实的魅力所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚拟现实头戴显示设备及画面显示方法，有效地解决由于视场角受到限制而降低用户体验的问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种虚拟现实头戴显示设备，包括头戴显示设备本体，所述头戴显示设备本体包括：左显示屏、右显示屏，所述左显示屏、右显示屏相互形成夹角；沿着所述左显示屏上光线传输方向在所述左显示屏前侧设置有左光学镜片，沿着所述右显示屏上光线传输方向在所述右显示屏前侧设置有右光学镜片。

进一步，所述左显示屏与参考线形成的左夹角为10°～30°，所述右显示屏与所述参考线形成的右夹角为10°～30°；所述参考线是指所述左显示屏远离所述右显示屏一侧边的中点至所述右显示屏远离所述左显示屏一侧边的中点的直线。

进一步，所述左光学镜片上的左长轴、右光学镜片的右长轴均为55～80cm，所述左光学镜片上的左短轴、右光学镜片的右短轴均为50～60mm。

进一步，所述左光学镜片的左聚焦点至所述左光学镜片上左长轴的右侧端点所在右垂直线的距离为25～35mm，所述右垂直线垂直于所述左长轴；所述右光学镜片的右聚焦点至所述右光学镜片上右长轴的左侧端点所在左垂直线的距离为25～35mm；所述左垂直线垂直于所述右长轴。

进一步，所述左光学镜片的左聚焦点、所述右光学镜片的右聚焦点之间的安装距离为58～78mm。

进一步，所述左光学镜片、右光学镜片均为平凸透镜或双凸透镜或凸凹透镜；所述左光学镜片、右光学镜片均为平凸透镜时，所述左光学镜片的左平面平行于所述左显示屏设置，所述右光学镜片的右平面平行于所述右显示屏设置。

本发明还提供一种虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，包含虚拟现实头戴显示设备，还包括以下步骤：S10、获取虚拟现实头戴显示设备的待显示画面数据；S20、根据左显示屏、右显示屏形成的夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成画面数据；S30、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏、右显示屏上分别显示所述画面数据。

进一步，所述步骤S20进一步包括：S21、根据所述左显示屏与参考线形成的10°～30°左夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成左画面数据；S22、根据所述右显示屏与参考线形成的10°～30°右夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成右画面数据；所述步骤S30进一步包括：S31、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏上显示所述左画面数据；S32、在所述虚拟现实头戴显示设备上的右显示屏上显示所述右画面数据。

本发明还提供一种虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，包含虚拟现实头戴显示设备，还包括以下步骤：S10、根据所述左显示屏、右显示屏形成的夹角，分别摄取虚拟现实头戴显示设备的画面数据；S20、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏、右显示屏上分别显示所述画面数据。

进一步，所述步骤S10进一步包括：S11、根据所述左显示屏与参考线形成的10°～30°左夹角，按照左拍摄角度为10°～30°，摄取虚拟现实头戴显示设备的左画面数据；S12、根据所述右显示屏与参考线形成的10°～30°右夹角，按照右拍摄角度为10°～30°，摄取虚拟现实头戴显示设备的右画面数据；所述步骤S20进一步包括：S21、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏上显示所述左画面数据；S22、在所述虚拟现实头戴显示设备上的右显示屏上显示所述右画面数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明利用互成夹角的左、右显示屏，以及相应设置的左、右光学镜片，可形成大于120°的视场角，从而增大了视场角以及大大提升了用户对虚拟现实场景的沉浸感、临场感。

2、本发明中左显示屏与参考线、右显示屏与参考线分别形成10～30°，使得头戴显示设备的视场角增大至220°。

3、本发明中显示屏变大，其光学镜片也相应地变大，才能使得用户观看到显示屏上显示的全部画面。由于用户眼距是固定不便，在光学镜片变大的同时，其聚焦点也会发生相应地改变，为了更好地满足用户的体验，聚焦点不在是位于光学镜片的中心线上，而是左聚焦点、右聚焦点相互靠近。

4、本发明中针对已制作好的待显示画面数据，可以在市面上的虚拟现实头盔上播放；由于本发明中左、右显示屏互成夹角，若直接播放，则本发明的观看角度不同于市面上虚拟现实头盔的观看角度。为了使得本发明中观看角度与市面上虚拟现实头盔的观看角度一致，对待显示画面数据进行二次投影后进行播放，提高用户的体验。

5、本发明中可以直接根据左、右显示屏形成的夹角，制作待显示画面数据，从而使得其观看角度与市面上虚拟现实头盔的观看角度一致，提高用户的体验。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种虚拟现实头戴显示设备及画面显示方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是一种虚拟现实头戴显示设备上显示屏、光学镜的示意图；

图2是一种人类视角***的示意图；

图3是观看显示屏时80°视场角的示意图；

图4是观看显示屏时90°视场角的示意图；

图5是观看显示屏时110°视场角的示意图；

图6是本发明中一种虚拟现实头戴显示设备上显示屏、光学镜的示意图；

图7是本发明中一种虚拟现实头戴显示设备上显示屏、光学镜的剖面示意图；

图8是一种投影在一块显示屏上的示意图；

图9是一种投影在两块形成夹角的显示屏上的示意图。

附图标号说明：

10—左显示屏 11—右显示屏

20—左光学镜片 21—右光学镜片

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

如图1～图7所示，根据本发明的一个实施例，一种虚拟现实头戴显示设备，包括头戴显示设备本体，所述头戴显示设备本体包括：左显示屏10、右显示屏11，所述左显示屏10、右显示屏11相互形成夹角，所述夹角在30°以内；沿着所述左显示屏10上光线传输方向在所述左显示屏10前侧设置有左光学镜片20，沿着所述右显示屏11上光线传输方向在所述右显示屏11前侧设置有右光学镜片21。优选的，所述左显示屏10与参考线H形成的左夹角∠a为10°～30°(相当于所述左显示屏10与水平方向形成的夹角为10°～30°)，例如左夹角∠a为10°、15°、20°、25°、30°等；所述右显示屏11与所述参考线H形成的右夹角∠b为10°～30°(相当于所述右显示屏11与水平方向形成的夹角为150°～170°)，例如右夹角∠b为10°、15°、20°、25°、30°等；所述参考线H是指所述左显示屏10远离所述右显示屏11一侧边的中点至所述右显示屏11远离所述左显示屏10一侧边的中点的直线。

目前，市面上虚拟现实头盔的视场角(左眼看到的左边缘和右眼看到的右边缘的总角度)为80°、90°、110°，如图3、图4、图5所示。整个显示***包括显示屏幕，光学镜片。显示屏幕一分为二，左右两边分别为单眼所见内容，两眼相交形成空间中的位置，给人带来立体感。然后在单屏上的显示区域很局限，如果需要增加视场角，一种方法就是放大屏幕，还有一种方法就是眼睛离屏幕更近，后者显然不现实，因为眼睛离屏幕已经够近了。

本发明提供的虚拟现实头戴显示设备，可以是虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜等，除了包括两块显示屏、两块光学镜片以外，还包括其他常规部件，例如：鼻托部、固定外壳等。本发明的主要改进点在于：使用了两块显示屏幕，每只眼睛对应一块屏幕；如图6、图7所示，两块显示屏与水平正前方向呈现一个夹角。这样单眼的显示区域就分别增大了。然而双眼视场角∠FOV就可以达到200度甚至更大。根据个人体验感受可通过结构来调节市场角∠FOV的大小；即可以通过调节左夹角∠a、右夹角∠b的大小，来减小或者增大视场角∠FOV。

传统虚拟现实画面呈现给用户的立体感觉，是由3D模型通过投影到2D屏幕，然后通过光学镜片折射传递到人眼，让人眼感觉到立体物体。

针对上述实施例的改进，本实施例中，所述左光学镜片20上的左长轴、右光学镜片21的右长轴均为55～80cm，例如：左长轴、右长轴可以为55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm等；所述左光学镜片20上的左短轴、右光学镜片21的右短轴均为50～60mm，例如：左短轴、右短轴可以为50cm、53cm、55cm、58cm、60cm等。

所述左光学镜片20的左聚焦点f至所述左光学镜片20上左长轴的右侧端点所在右垂直线的距离为25～35mm，例如：25mm、28mm、30mm、、32mm、35mm等；所述右垂直线垂直于所述左长轴；所述右光学镜片21的右聚焦点g至所述右光学镜片21上右长轴的左侧端点所在左垂直线的距离为25～35mm，例如：25mm、28mm、30mm、、32mm、35mm等；所述左垂直线垂直于所述右长轴。

所述左光学镜片20的左聚焦点f、所述右光学镜片21的右聚焦点g之间的安装距离为58～78mm，例如安装距离为58、62mm、66mm、70mm、74mm、78mm等。

所述左光学镜片20、右光学镜片21均为平凸透镜或双凸透镜或凸凹透镜；所述左光学镜片20、右光学镜片21均为平凸透镜时，所述左光学镜片20的左平面平行于所述左显示屏10设置，所述右光学镜片21的右平面平行于所述右显示屏11设置。

本发明使用了两块大屏幕(左、右显示屏)，左、右显示屏形成30°以内的夹角，以及左、右光学镜片结构的改进，将大视场角头盔变为现实。然后通过VR成像投影原理，进行投影软件算法，让虚拟现实画面以显示真实角度呈现给用户，给用户带来极致的沉浸感以及代入感。

将结构夹角限制在30度以内，采用更大口径的椭圆形光学镜片，然后通过光学镜片折射可以调节视场角到200度以上，将虚拟现实的真实角度呈现给用户，这样用户可以看到与现实世界一样大的场景，用户不会看见窗户，不会看到两边视角限制的结构黑框，其带入感十足。当调节市场角∠FOV到200度或者200度以上之后，用户的余光将看不到任何黑框，整个都沉浸在虚拟现实画面中。

如图1～图9所示，根据本发明的另一个实施例，一种虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，包含虚拟现实头戴显示设备，包括以下步骤：S10、获取虚拟现实头戴显示设备的待显示画面数据；

S20、根据左显示屏10、右显示屏11形成的夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成画面数据；

优选的，所述步骤S20进一步包括：S21、根据所述左显示屏10与参考线形成的10°～30°左夹角∠a，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成左画面数据；

S22、根据所述右显示屏11与参考线形成的10°～30°右夹角∠b，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成右画面数据；

S30、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏10、右显示屏11上分别显示所述画面数据。

优选的，所述步骤S30进一步包括：S31、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏10上显示所述左画面数据；

S32、在所述虚拟现实头戴显示设备上的右显示屏11上显示所述右画面数据；

优选的，所述虚拟现实头戴显示设备包括：左显示屏10、右显示屏11，所述左显示屏10、右显示屏11相互形成30°以内的夹角；沿着所述左显示屏10上光线传输方向在所述左显示屏10前侧设置有左光学镜片20，沿着所述右显示屏11上光线传输方向在所述右显示屏11前侧设置有右光学镜片21。

优选的，所述左显示屏10与参考线H形成的左夹角∠a为10°～30°，所述右显示屏11与所述参考线H形成的右夹角∠b为10°～30°；所述参考线H是指所述左显示屏10远离所述右显示屏11一侧边的中点至所述右显示屏11远离所述左显示屏10一侧边的中点的直线。

优选的，所述左光学镜片20上的左长轴、右光学镜片21的右长轴均为55～80cm，所述左光学镜片20上的左短轴、右光学镜片21的右短轴均为50～60mm。

优选的，所述左光学镜片20的左聚焦点f至所述左光学镜片20上左长轴的右侧端点所在右垂直线的距离为25～35mm，所述右垂直线垂直于所述左长轴；所述右光学镜片21的右聚焦点g至所述右光学镜片21上右长轴的左侧端点所在左垂直线的距离为25～35mm；所述左垂直线垂直于所述右长轴。

优选的，所述左光学镜片20的左聚焦点f、所述右光学镜片21的右聚焦点g之间的安装距离为58～78mm。

优选的，所述左光学镜片20、右光学镜片21均为平凸透镜；所述左光学镜片20的左平面平行于所述左显示屏10设置，所述右光学镜片21的右平面平行于所述右显示屏11设置。

具体的，对于可以利用市面上的虚拟现实头盔或虚拟现实眼镜观看的待显示画面数据，例如游戏视频等，在利用本发明提供的虚拟现实头戴显示设备观看游戏视频时，首先需要将制作好的游戏视频根据左夹角∠a、右夹角∠b分别进行二次投影(二次投影原理请参照现有技术，此处不再赘述)后，分别在左显示屏10、右显示屏11上显示。矫正由于本发明左显示屏10与参考线形成的左夹角∠a，右显示屏11与参考线形成的右夹角∠b；从而使得用户在使用本发明提供的虚拟现实头戴显示设备时，和使用市面上的虚拟现实头盔或眼镜时，其观看角度一致、观看到的显示画面保持一致。

如图1～图9所示，根据本发明的又一个实施例，一种虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，包含虚拟现实头戴显示设备，包括以下步骤：S10、根据所述左显示屏10、右显示屏11形成的夹角，分别摄取虚拟现实头戴显示设备的画面数据；

优选的，所述步骤S10进一步包括：S11、根据所述左显示屏10与参考线形成的10°～30°左夹角∠a，按照左拍摄角度为10°～30°，摄取虚拟现实头戴显示设备的左画面数据；

S12、根据所述右显示屏11与参考线形成的10°～30°右夹角∠b，按照右拍摄角度为10°～30°，摄取虚拟现实头戴显示设备的右画面数据；

S20、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏10、右显示屏11上分别显示所述画面数据。

优选的，所述步骤S20进一步包括：S21、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏10上显示所述左画面数据；

S22、在所述虚拟现实头戴显示设备上的右显示屏11上显示所述右画面数据；

优选的，所述虚拟现实头戴显示设备包括：左显示屏10、右显示屏11，所述左显示屏10、右显示屏11相互形成30°以内的夹角；沿着所述左显示屏10上光线传输方向在所述左显示屏10前侧设置有左光学镜片20，沿着所述右显示屏11上光线传输方向在所述右显示屏11前侧设置有右光学镜片21。

优选的，所述左显示屏10与参考线H形成的左夹角∠a为10°～30°，所述右显示屏11与所述参考线H形成的右夹角∠b为10°～30°；所述参考线H是指所述左显示屏10远离所述右显示屏11一侧边的中点至所述右显示屏11远离所述左显示屏10一侧边的中点的直线。

优选的，所述左光学镜片20上的左长轴、右光学镜片21的右长轴均为55～80cm，所述左光学镜片20上的左短轴、右光学镜片21的右短轴均为50～60mm。

优选的，所述左光学镜片20的左聚焦点f至所述左光学镜片20上左长轴的右侧端点所在右垂直线的距离为25～35mm，所述右垂直线垂直于所述左长轴；所述右光学镜片21的右聚焦点g至所述右光学镜片21上右长轴的左侧端点所在左垂直线的距离为25～35mm；所述左垂直线垂直于所述右长轴。

优选的，所述左光学镜片20的左聚焦点f、所述右光学镜片21的右聚焦点g之间的安装距离为58～78mm。

优选的，所述左光学镜片20、右光学镜片21均为平凸透镜；所述左光学镜片20的左平面平行于所述左显示屏10设置，所述右光学镜片21的右平面平行于所述右显示屏11设置。

具体的，在制作待显示画面数据时，可以根据左显示屏10与参考线的左夹角∠a，拍摄或制作左画面数据。可以根据右显示屏11与参考线的右夹角∠b，拍摄或制作右画面数据。在利用本发明提供的虚拟现实头戴显示设备观看时，直接在左显示屏10上播放左画面数据，在右显示屏11上播放右画面数据即可，无需进行二次投影；从而提供用户的体验。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种虚拟现实头戴显示设备，包括头戴显示设备本体，其特征在于，所述头戴显示设备本体包括：

左显示屏、右显示屏，所述左显示屏、右显示屏相互形成夹角；

沿着所述左显示屏上光线传输方向在所述左显示屏前侧设置有左光学镜片，沿着所述右显示屏上光线传输方向在所述右显示屏前侧设置有右光学镜片。

2.如权利要求1所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于：

所述左显示屏与参考线形成的左夹角为10°～30°，所述右显示屏与所述参考线形成的右夹角为10°～30°；

所述参考线是指所述左显示屏远离所述右显示屏一侧边的中点至所述右显示屏远离所述左显示屏一侧边的中点的直线。

3.如权利要求1所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于：

所述左光学镜片上的左长轴、右光学镜片的右长轴均为55～80cm，所述左光学镜片上的左短轴、右光学镜片的右短轴均为50～60mm。

4.如权利要求3所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于：

所述左光学镜片的左聚焦点至所述左光学镜片上左长轴的右侧端点所在右垂直线的距离为25～35mm，所述右垂直线垂直于所述左长轴；

所述右光学镜片的右聚焦点至所述右光学镜片上右长轴的左侧端点所在左垂直线的距离为25～35mm；所述左垂直线垂直于所述右长轴。

5.如权利要求4所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于：

所述左光学镜片的左聚焦点、所述右光学镜片的右聚焦点之间的安装距离为58～78mm。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于：

所述左光学镜片、右光学镜片均为平凸透镜或双凸透镜或凸凹透镜；

所述左光学镜片、右光学镜片均为平凸透镜时，所述左光学镜片的左平面平行于所述左显示屏设置，所述右光学镜片的右平面平行于所述右显示屏设置。

7.一种虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，包含如权利要求1～6所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于，还包括以下步骤：

S10、获取虚拟现实头戴显示设备的待显示画面数据；

S20、根据左显示屏、右显示屏形成的夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成画面数据；

S30、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏、右显示屏上分别显示所述画面数据。

8.如权利要求7所述的虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，其特征在于，所述步骤S20进一步包括：

S21、根据所述左显示屏与参考线形成的10°～30°左夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成左画面数据；

S22、根据所述右显示屏与参考线形成的10°～30°右夹角，对所述待显示画面数据进行二次投影后形成右画面数据；

所述步骤S30进一步包括：

S31、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏上显示所述左画面数据；

S32、在所述虚拟现实头戴显示设备上的右显示屏上显示所述右画面数据。

9.一种虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，包含如权利要求1～6所述的虚拟现实头戴显示设备，其特征在于，还包括以下步骤：

S10、根据所述左显示屏、右显示屏形成的夹角，分别摄取虚拟现实头戴显示设备的画面数据；

S20、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏、右显示屏上分别显示所述画面数据。

10.如权利要求9所述的虚拟现实头戴显示设备的画面显示方法，其特征在于，所述步骤S10进一步包括：

S11、根据所述左显示屏与参考线形成的10°～30°左夹角，按照左拍摄角度为10°～30°，摄取虚拟现实头戴显示设备的左画面数据；

S12、根据所述右显示屏与参考线形成的10°～30°右夹角，按照右拍摄角度为10°～30°，摄取虚拟现实头戴显示设备的右画面数据；

所述步骤S20进一步包括：

S21、在所述虚拟现实头戴显示设备上的左显示屏上显示所述左画面数据；

S22、在所述虚拟现实头戴显示设备上的右显示屏上显示所述右画面数据。