CN108732761A - 一种裸眼三维虚拟现实显示头盔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裸眼三维虚拟现实显示头盔，包括：头戴式壳体；裸眼三维显示屏，设置于所述头戴式壳体内部，用于显示裸眼三维画面；反射镜组，设置于所述壳体内部，用于将所述裸眼三维显示屏显示的裸眼三维画面反射至预定角度的用户视场空间；所述反射镜组还可以调整其透光率，从而控制外界环境光通过所述反射镜组进入用户视场空间的光线比例。本发明能够调整反射镜组的透光率，方便用户控制观看外界环境，并可以在虚拟现实显示和增强现实显示之间进行切换，具有结构简单、切换便捷，显示效果清晰、无畸变、无延时的优点。
Description
技术领域
本发明实施例涉及虚拟现实显示技术，尤其涉及一种裸眼三维虚拟现实显示头盔。
背景技术
虚拟现实(VR，virtual reality)显示技术是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为***仿真，可以利用计算机生成一种模拟场景，使用户沉浸于该虚拟场景中。
目前的头戴式VR显示设备通常需要两块显示屏或者将一块显示屏进行分割分别显示显示左右眼图像，并通过光学组件将两个图像反射到用户左右眼中。
然而头戴式VR显示设备在使用时需要遮住用户双眼，用户只能看到头盔内产生的画面，如果需要查看现实环境，则必须暂停观看VR图像，并摘掉头盔，使用极为不便。
发明内容
本发明提供一种裸眼三维虚拟现实显示头盔，能够调整反射镜组的透光率，方便用户控制观看外界环境，并可以在虚拟现实显示和增强现实显示之间进行切换，具有结构简单、切换便捷，显示效果清晰、无畸变、无延时的优点。
一种裸眼三维虚拟现实显示头盔，包括：头戴式壳体；裸眼三维显示屏，设置于所述头戴式壳体内部，用于显示裸眼三维画面；反射镜组，设置于所述壳体内部，用于将所述裸眼三维显示屏显示的裸眼三维画面反射至预定角度的用户视场空间；所述反射镜组还可以调整其透光率，从而控制外界环境光通过所述反射镜组进入用户视场空间的光线比例。
进一步的，所述反射镜组包括入光镜和出光镜，所述裸眼三维显示屏显示的裸眼三维画面从所述入光镜进入所述反射镜组，并从所述出光镜反射后传输至用户视场空间。
进一步的，所述反射镜组还包括中间镜，所述中间镜设置于所述入光镜和所述出光镜形成的光路中，通过反射作用，中继和延长所述入光镜到所述出光镜之间的光路。
进一步的，所述出光镜包括电控液晶光阀基板以及在所述电控液晶光阀基板表面设置的半透半反射薄膜，所述半透半反射薄膜用于反射裸眼三维画面到用户视场空间，通过通电控制所述电控液晶光阀基板的通光率，从而控制所述外界光线通过所述电控液晶光阀基板到达用户眼睛的比例。
进一步的，所述出光镜包括电控变色基板以及在所述电控变色基板表面设置的半透半反射薄膜，所述半透半反射薄膜用于反射裸眼三维画面到用户视场空间，通过通电控制所述电控变色基板的颜色，从而控制所述外界光线通过所述电控变色基板到达用户眼睛的比例。
进一步的，所述半透半反射薄膜的透反比的范围为40％-60％。
进一步的，还包括驱动电路模块，所述驱动电路模块设置于所述头戴式壳体内，用于控制所述裸眼三维显示屏显示以及所述电控液晶光阀的通光率。
进一步的，还包括遥控手柄，所述遥控手柄与所述驱动电路模块通过无线和/或有线方式连接，用于控制所述裸眼三维显示屏以及所述电控液晶光阀。
本发明提供一种裸眼三维虚拟现实显示头盔，通过采用电控液晶光阀基板的方式，从而能够调整反射镜组的透光率，方便用户控制观看外界环境，并可以在虚拟现实显示和增强现实显示之间进行切换，具有结构简单、切换便捷，显示效果清晰、无畸变、无延时的优点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种裸眼三维虚拟现实显示头盔的结构示意图；
图2是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的裸眼三维显示屏的结构示意图；
图3是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的光学原理图；
图4是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的另一光学原理图；
图5是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的另一光学原理图；
图6是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的出光镜的结构及光学原理图；
图7是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的出光镜的结构及另一光学原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种裸眼三维虚拟现实显示头盔的结构示意图，图2是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的正视图；图3是本发明实施例中的裸眼三维虚拟现实显示头盔的俯视图；图4为本发明实施例提供的一种裸眼三维虚拟现实显示头盔的光学原理图。
请参考图1，该裸眼三维虚拟现实显示头盔包括头戴式壳体10、裸眼三维显示屏11、反射镜组12以及图像放大透镜18。
裸眼三维显示屏11固定安装在头戴式壳体10内部，并用于显示裸眼三维画面。反射镜组12和图像放大透镜18设置在头戴式壳体10内部。反射镜组组12形成连续反射光路,用于将裸眼三维显示屏11显示的裸眼三维画面反射预定角度的用户视场空间。
请参考图2，裸眼三维显示屏11包括显示面板111以及设置在显示面板111的显示面上的分光装置112。分光装置112用于将显示面板111显示的左右眼画面分别导向用户的左右眼视场方向。分光装置112例如可以采用柱状透镜、狭缝光栅，还可以采用电控液晶透镜、电控液晶光栅等光学膜片，从而可以根据实际显示需要通过电控的方式调节电控液晶透镜或电控液晶光栅裸眼的光学，例如栅节、栅距等，从而调整裸眼三维显示屏11显示的裸眼三维画面的视场范围和视场距离，视场距离也可以称为最佳观看距离。
请参考图3，具体的，反射镜组组12包括入光镜121和出光镜122，入光镜121的反射面朝向裸眼三维显示屏11，出光镜122的反射面朝向用户视角方向。所述裸眼三维显示屏11显示的三维画面从所述入光镜121进入所述反射镜组121，并从所述出光镜122出射至视场空间，从而进入用户眼睛形成三维视觉。通过反射镜组组12的反射作用，可以使裸眼三维显示屏11的显示光路经过多次反射后再进入用户眼睛，从而在有限的空间内延长光路，解决了空间有限与裸眼三维显示屏的观测距离较长之间的矛盾。
在另外的实施例中，反射镜组12还可以进一步包括中间镜123，中间镜123设置于入光镜121和出光镜122形成的光路中，通过反射作用，中继和延长所述入光镜121到所述出光镜123之间的光路，从而可以进一步减小反射镜组12的做占据的空间，并增加裸眼三维显示屏的观测距离。
可以理解的是，中间镜123可以根据实际需要设置多个以满足不同光路距离和方向的需求。中间镜123还可以用于遮挡除所述出光镜122出射之外的光线进入用户眼睛，减少光线干扰，从而使用户有更好的沉浸式视觉体验。
如图3所示，入光镜121、中间镜123以及和出光镜122基本呈相对设置，形成Z字型反射光路，从而使裸眼三维显示屏11显示的裸眼三维显示画面的光线形成一个Z形的光路，并最终从出光镜122出射到用户眼睛，如图中位置A。
如图4所示，入光镜121、中间镜123以及和出光镜122还可以设置在同一侧面，组成一个多面连续的反射墙，从而使裸眼三维显示屏显示的裸眼三维显示画面的光线形成一个类多边形的连续光路，并最终入射到用户眼睛，如图中位置A。
无论入光镜121、中间镜123以及和出光镜122采用怎样具体的反射方式，其最终目的均为增加裸眼三维显示屏11的显示画面到达用户眼睛的光路距离，并缩小光路的整体体积，有利于满足裸眼三维显示屏11较长的最佳观看距离，并有利于裸眼三维虚拟现实显示头盔的体积的轻量化。
本实施例提供的裸眼三维虚拟现实显示头盔通过采用裸眼三维显示屏11以及反射镜组12的结构，通过入光镜121、中间镜123以及出光镜122的连续反射使三维画面光路延长，其结构简单轻便，能够采用观看距离较长的裸眼三维显示屏11进行显示，工艺简单，裸眼立体显示效果好。
进一步的，如图1-4所示，所述出光镜122外侧还可以设置有图像放大透镜18，所述图像放大透镜18用于放大所述反射镜组12反射的裸眼三维画面，从而使用户观看所述裸眼三维画面的放大画面，这样，可以使裸眼三维画面充满用户视野，观看到更大尺寸的裸眼三维画面。
所述图像放大透镜18可以采用物理透镜，优选的可以采用菲涅尔透镜，这样可以降低透镜的厚度和重量。
更进一步，为了能够调节图像放大倍率，图像放大透镜18还可以采用电控液晶透镜，通过电压控制所述电控液晶透镜的放大倍率，满足不同场景和不同画面的放大需求。
进一步的，如图5，可以设置出光镜122为曲面镜，用于放大反射的所述裸眼三维画面，获得裸眼三维画面的放大的虚像，从而保证了在用户佩戴该虚拟显示装置时，裸眼三维显示屏11的三维画面能够放大反射到用户的眼中，使用户在有限的空间内观看到更大尺寸的画面，增加画面沉浸感。
如图6，在进一步的实施例中，出光镜122包括电控液晶光阀基板150以及在所述电控液晶光阀基板150表面设置的半透半反射薄膜151。半透半反射薄膜151用于透过部分外界光线，并反射裸眼三维画面到用户眼睛。电控液晶光阀基板150可以在电压的控制下改变其透光率，使电控液晶光阀基板150可以从透明状态到不透明状态之间进行转换。
如图当用户只需要观看裸眼三维显示屏11显示的裸眼三维画面时，控制电控液晶光阀基板150为完全不透明状态，外界环境光线被阻隔不能通过半透半反射薄膜151进入人眼，用户只能观看到裸眼三维显示屏11显示的三维显示画面，形成完全沉浸感的虚拟现实显示效果。
如图7所示，当用户在列车上、飞机上等环境中需要观看外界环境画面，但又不想摘下头盔式时，可通过控制面板例如遥控等设备控制电控液晶光阀基板150为完全透明状态或半透明状态，这样外界光线可以通过控制电控液晶光阀基板150以及半透半反射薄膜151到达用户眼睛，用户可方便随时观看外界场景。
当然此时若半透半反射薄膜151同时反射裸眼三维画面进入人眼，则可形成现实场景与虚拟场景结合的增强现实显示，如此既兼具虚拟现实设备和增强现实设备的功能。。
进一步的，通过半透半反射薄膜151可以通过镀膜的方式形成，其透反比的范围可以设置为40％-60％，优选为50％。
当然，根据用户的视觉需求和外界环境光亮度，可以通过手动方式，也可以通过光传感器自动控制电控液晶光阀基板150的透明度，从而使增强现实的画面始终能够保持最佳的显示效果。由于是通过直接透射的方式观看外界环境，不需要经过摄像头等电路处理，外界环境显示更加清晰、无畸变、无色差、无延时，能够给用户带来最舒适的用户体验。
本实施例通过控制电控液晶光阀基板150的透光率，从而能够使用户在不摘下头盔的情况下，能够及时观测外部环境画面，结构简单，控制便捷，不需要反射镜的机械运动。同时，通过电控液晶光阀基板150的透光率，可以非常方便地在虚拟现实显示和增强现实显示之间进行切换，满足多种场景的需求。另外，由于外界现实场景的画面是通过透明的电控液晶光阀基板150直接入射用户眼睛，不需要经过摄像头等电路的处理，外界画面具有显示清晰、无畸变无延时的优点。
当然，本实施例通过控制电控液晶光阀基板150还可以用其他可控透光率或电致变色材料所替换，本申请不做具体限定。
进一步地，如图1所示，裸眼三维虚拟现实显示头盔还包括驱动电路模块13，设置于头戴式壳体内，用于控制所述裸眼三维显示屏11显示以及电控液晶基板150。
驱动电路模块13设置于头戴式壳体10上，驱动电路模块13与裸眼三维显示屏11、电控液晶基板150电连接。驱动电路模块13可以控制裸眼三维显示屏11的开启和关闭、画面显示、画面选择、参数调节，增加裸眼三维显示屏11可调节性，使裸眼三维显示屏11显示的三维画面更符合用户需求。同时，驱动电路模块13还可以控制分光装置112的分光参数，从而控制裸眼三维画面的最佳观看距离、位置等，以满足不同显示内容以及不同用户对观看需求。
进一步，驱动电路模块13还可以电控液晶基板150的透明度，从而可以使用户方便随时观测外部环境，且能够在虚拟现实现实显示和增强现实显示之间便捷切换。
可选地，裸眼三维虚拟现实显示头盔还包括固定带15，与所述头戴式壳体10连接，用于将所述裸眼三维虚拟现实显示头盔固定在用户头部，保证显示装置与用户头部的紧密贴合稳定。
值得注意的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，包括：
头戴式壳体；
裸眼三维显示屏，设置于所述头戴式壳体内部，用于显示裸眼三维画面；
反射镜组，设置于所述壳体内部，用于将所述裸眼三维显示屏显示的裸眼三维画面反射至预定角度的用户视场空间；
所述反射镜组还可以调整其透光率，从而控制外界环境光通过所述反射镜组进入用户视场空间的光线比例。
2.根据权利要求1所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，所述反射镜组包括入光镜和出光镜，所述裸眼三维显示屏显示的裸眼三维画面从所述入光镜进入所述反射镜组，并从所述出光镜反射后传输至用户视场空间。
3.根据权利要求2所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，所述反射镜组还包括中间镜，所述中间镜设置于所述入光镜和所述出光镜形成的光路中，通过反射作用，中继和延长所述入光镜到所述出光镜之间的光路。
4.根据权利要求2所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，所述出光镜包括电控液晶光阀基板以及在所述电控液晶光阀基板表面设置的半透半反射薄膜，所述半透半反射薄膜用于反射裸眼三维画面到用户视场空间，通过通电控制所述电控液晶光阀基板的通光率，从而控制所述外界光线通过所述电控液晶光阀基板到达用户眼睛的比例。
5.根据权利要求2所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，所述出光镜包括电控变色基板以及在所述电控变色基板表面设置的半透半反射薄膜，所述半透半反射薄膜用于反射裸眼三维画面到用户视场空间，通过通电控制所述电控变色基板的颜色，从而控制所述外界光线通过所述电控变色基板到达用户眼睛的比例。
6.根据权利要求4所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，所述半透半反射薄膜的透反比的范围为40％-60％。
7.根据权利要求4所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，还包括驱动电路模块，所述驱动电路模块设置于所述头戴式壳体内，用于控制所述裸眼三维显示屏显示以及所述电控液晶光阀的通光率。
8.根据权利要求7所述的裸眼三维虚拟现实显示头盔，其特征在于，还包括遥控手柄，所述遥控手柄与所述驱动电路模块通过无线和/或有线方式连接，用于控制所述裸眼三维显示屏以及所述电控液晶光阀。
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