[发明专利]一种大视场头戴显示装置及大视场拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，具体地说，涉及一种大视场头戴显示装置及大视场拼接方法。

背景技术

三维显示技术是显示技术的一个重要研究发展方向。近年来，由于VR、AR技术的普及应用，关于头戴显示装置的研究也渐渐增多。

研究表明，人类视觉系统的横向视场约为190°，其中的120°用于双目视觉。(详见Ruch,T.,AND Fulton,J.F.1960.Medical physiology and biophysics.W.B.Saunders Company)。因此，业内人士普遍认为头戴显示装置的最佳视场角为120°。而目前市面上主流的头戴显示装置，如Oculus Rift DK2(100°)，HTC Vive(110°)等，其视场角均未达到头戴显示器的最佳视场，因此如何实现大视场的头戴显示装置是HMD领域亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种大视场头戴显示装置及大视场拼接方法，增加头戴显示装置的视场角，以使头戴显示器呈现的画面能够符合人体构造和行为习惯，以此保证使用者获得更加充足的沉浸感。

为了实现上述目的，本发明提供的大视场头戴显示装置包括单目系统或由两个单目系统构成的双目系统；单目系统包括依次设置在人眼前方的透镜组以及放置在透镜组之后的显示器；透镜组包括至少一组菲涅尔透镜，每组菲涅尔透镜由两块刻有菲涅尔透镜锯齿结构的树脂板拼接构成；显示器为两块，分别与对应的树脂板平行；两块树脂板的拼接处的顶点到眼球中心的连线与垂直于眼球的光轴之间的夹角β大于0°。

上述技术方案中，菲涅尔透镜组用于对显示器放映的图像成放大的虚像，每组菲涅尔透镜由两块刻有菲涅尔透镜锯齿结构的树脂板拼接而成，之所以用拼接的菲涅尔透镜组代替普通的透镜，是为了使左右视场在拼接时更加方便。如果用的是普通的透镜组，由于其外形一般为圆形，在左右两套成像系统拼接时无法做到无缝拼接。而用两块树脂板拼接构成，由于其外形为矩形，两个矩形拼接后不存在缝隙。

设置两块树脂板拼接处的顶点到眼球中心的连线，与垂直于眼球的光轴之间的夹角大于0°，这么做的原因如下：

在单目系统中，如果眼睛恰好看向两块树脂板的拼接处，由于拼接处没有成像作用，因此这个时候人眼看不到显示器放映的图像。而最后完整的双目系统包含了如上两套单目系统，如果不设置这一角度要求，那么当人眼观察无穷远处时，双目都恰好落在两套系统各自的菲涅尔透镜拼接处，此时双目都无法获取来自显示器的图像，因此这一个位置成为了盲区。而设置了这一角度后，由于双目辐辏，当一个眼睛看向菲涅尔透镜的拼接处时，另一只眼睛必然不会看向它的拼接处，故不存在观察盲区。

具体的方案为两块树脂板拼接为L型。

另一个具体的方案为透镜组包括平行布置的两组菲涅尔透镜。也可根据需要设置成其它数量的菲涅尔透镜组。

另一个具体的方案为位于人眼左前方和右前方的显示器通过目视光学系统分别形成放大的两虚像在空间中具有交叠区域δ，在交叠区域δ内，两显示器的图像亮度从显示器交叠处向边缘逐渐变暗。以便于最后合成图像亮度的一致性。

进一步具体的方案为每个L型菲涅尔透镜，其每一臂与其后的光学透镜均构成一个目视光学系统，且光学系统的参数范围如下：

水平与垂直视场大于80°，内侧半角为45°，重叠区域为90°；两臂的目视光学系统拼成一个单目光学系统，其视场大于120°。

这样L型菲涅尔透镜两臂各自为一套80°视场角以上的光学系统，拼接之后就成为了一个120°视场以上的光学系统。

再一个具体的方案为双目系统包括对称放置的两套单目系统；双目系统的单眼视场大于120°，双眼视场大于150°，重叠部分大于90°。

一种左右视场拼接成一个大视场的方法，基于大视场头戴显示装置实现，包括以下步骤：

步骤一：将同一幅图像/视频分割为两部分，分别在两台显示器上进行放映；

步骤二：两台显示器的近距离端具有一放映内容相同区域；

步骤三：两台显示器分别通过目视光学系统成放大的虚像，两个虚像在空间中有重叠区域。

步骤三中重叠区域内，与重叠区域内对应的显示器内的图像亮度从显示器内向边缘逐渐变暗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

对比之前的头戴显示装置，本发明可以实现大视场的显示，从而增加使用者的沉浸感。

附图说明

图1为本发明单目系统实施例的结构示意图；

图2为本发明双目系统实施例的结构示意图；