專利名稱：頭戴式微投影立體視覺顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頭戴式微投影立體視覺顯示器，尤其是一種采用光學(xué)結(jié)構(gòu)的頭戴 式微投影立體視覺顯示器，屬于虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技 術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提 供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有 限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。頭戴式顯示器(HMD)又稱近眼式顯示器，由德國弗勞恩霍弗光學(xué)微系統(tǒng)研究所研 制，是一種被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的便攜式高沉浸感立體圖像顯示設(shè)備。它形如眼鏡，卻通 過感應(yīng)人們眼部活動，接受指令，呈現(xiàn)圖像。所有玄機就在顯示器內(nèi)部的芯片上，讓你直接 在眼鏡上讀取各種數(shù)據(jù)。隨著3D顯示技術(shù)的蓬勃發(fā)展，擁有立體視覺功能的頭戴式顯示器已經(jīng)被廣泛的 應(yīng)用和普及。傳統(tǒng)的觀看方式已經(jīng)不能滿足用戶對于分辨率、視場角以及便攜性等諸多方 面的要求。多功能的小型化電子顯示設(shè)備雖然能為用戶帶來方便，但“便攜式”“小型化”同 時也限制了顯示屏的尺寸，而較小的顯示屏又容易造成用戶的眼部疲勞。因此，如何令單一 設(shè)備兼具“小型化”與“大顯示”的特性，便成為亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，設(shè)計出一種兼具“小型化”與“大顯示”的 特性的頭戴式微投影立體視覺顯示器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案頭戴式微投影立體視覺顯示器包括支撐單元，圖像顯示單元以及光學(xué)系統(tǒng)單元三 個部分，其特征在于，所述支撐單元包括位于佩戴者頭頂?shù)闹Ъ?以及位于佩戴者頭部四 周的支架2 ；所述圖像顯示單元包括4個微投影器以及金屬幕兩部分，4個微投影器中有2 個位于頭戴式微投影立體視覺顯示器的左側(cè)，2個位于頭戴式微投影立體視覺顯示器的右 側(cè)；所述光學(xué)系統(tǒng)單元包括4個起偏器，2個檢偏器以及2個透鏡，所述4個起偏器共分兩 組，分別位于兩組微投影器前方，且每組中的2個起偏器偏振方向相互垂直，所述2個檢偏 器位于2個透鏡與金屬幕之間，且2個檢偏器的偏振方向相互垂直，所述2個透鏡分別位于 2個檢偏器與佩戴者的雙眼之間。所述支撐單元還包括一個位于支架1與支架2交匯處的緊固螺栓，用于支架的固 定以及頭盔大小的調(diào)節(jié)。所述金屬幕是由兩塊分辨率為600X800的金屬幕拼接而成，兩塊金屬幕之間沒
有縫隙。所述支撐系統(tǒng)外側(cè)還包括一個用不透光材料制成的外殼。
所述外殼上還帶有遮光密封套。所述圖像顯示單元采用數(shù)據(jù)線連接至具有播放功能的電子裝置，獲取待顯示的信 肩、ο所述圖像顯示單元采用電池或連接至外部電子裝置的電源線進行供電。對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述頭戴式微投影立體視覺顯示器的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明采用微投影器產(chǎn)生顯示圖像以提高圖像質(zhì)量，增加顯示屏分辨率。2、本發(fā)明采用四投影雙屏幕拼接的顯示方式將視場角擴大為傳統(tǒng)方法的兩倍，同 時實現(xiàn)1600X800的高分辨率。3、通過微投影器及用戶眼前的光學(xué)系統(tǒng)中添加的不同偏振方向的起偏和檢偏設(shè) 備，實現(xiàn)了立體圖景顯示的功能；通過光學(xué)系統(tǒng)中添加的透鏡組實現(xiàn)了緩解用戶使用疲勞 的功能。


圖1是本發(fā)明的頭戴式顯示器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的頭戴式顯示器外形結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的頭戴式顯示器外部通訊結(jié)構(gòu)示意中各標(biāo)號表示1、用戶 2、用戶的右眼 3、用戶的左眼4、微投影器 5、微投影器6、微投影 器 7、微投影器 8、偏振方向水平起偏器 9、偏振方向豎直起偏器 10、偏振方向豎直 起偏器 11、偏振方向水平起偏器 12、偏振方向水平檢偏器 13、偏振方向豎直檢偏器 14、透鏡 15、透鏡 16、金屬幕 17、支架1 18、支架2 19、緊固螺栓 20、信號電源連 接線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。參考圖1及圖2所示，頭戴式微投影立體視覺顯示器，包括支撐單元，圖像顯示單 元以及光學(xué)系統(tǒng)單元三個部分。所述支撐單元包括位于佩戴者頭頂?shù)闹Ъ?以及位于佩戴者頭部四周的支架2。 支架1與支架2交匯處還有一個緊固螺栓，用于支架的固定以及頭盔大小的調(diào)節(jié)。支架可 以采用類似頭部按摩儀的結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)眼部按摩器的位置放置有由透鏡及檢偏器組成的光 學(xué)系統(tǒng)，正對用戶的眼睛。使用者佩戴時先松開緊固螺栓，將支架套在頭上然后擰緊緊固螺 栓以固定支架。如圖1所示，所述圖像顯示單元包括4個微投影器以及金屬幕兩部分，4個微投影 器中有2個位于佩戴者頭部的左側(cè)，2個位于佩戴者頭部的右側(cè)；每組微投影器前均放置兩 個偏振方向垂直的起偏器。投射右眼圖像信息的微投影器位于遠離佩戴者頭部的一側(cè)，偏 振方向水平。投射左眼圖像信息的微投影器位于靠近佩戴者頭部的一側(cè)，偏振方向豎直。金 屬幕分為左右兩部分，分別承接左右兩組微投影器投射的圖像，其光路設(shè)計如圖1所示。兩 塊金屬幕通過拼接的方式，使顯示系統(tǒng)分辨率高達1600X800，視場角較傳統(tǒng)方式增加了一 倍。
所述光學(xué)系統(tǒng)單元包括4個起偏器，2個檢偏器以及2個透鏡。偏振方向水平起偏 器及偏振方向豎直起偏器分別放置于兩組微投影器前。所述2個檢偏器的偏振方向相互垂 直，用于檢測不同投影儀投射出的圖像，實現(xiàn)立體視覺功能。所述透鏡組實現(xiàn)增加物距的效 果，減少了用戶長時間近距離觀察所帶來的疲勞和不適，解決了便攜式的小型化和屏幕尺 寸不能過大之間的矛盾考慮到便攜式的需要，本發(fā)明的頭戴式裝置自身不攜帶電源，采用數(shù)據(jù)線連接至 具有播放功能的電子裝置，獲取待顯示的信息。如果允許該頭戴式顯示裝置具有稍大的體 積，也可以設(shè)置電池倉，由電池為頭戴式顯示裝置供電。本發(fā)明的優(yōu)點在于引入微投影器及雙屏幕拼接技術(shù)，使得系統(tǒng)在保證兩倍于傳統(tǒng) 顯示方式的大視場角的前提下，實現(xiàn)了立體視覺的功能，整體設(shè)計簡潔、成本低、質(zhì)量輕、市 場應(yīng)用前景廣。在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎(chǔ)上進行各種改 進和變形，而這些改進或者變形落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面 的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利 要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種頭戴式微投影立體視覺顯示器，包括支撐單元，圖像顯示單元以及光學(xué)系統(tǒng)單 元三個部分，其特征在于，所述支撐單元包括位于佩戴者頭頂?shù)闹Ъ?(17)以及位于佩戴 者頭部四周的支架2(18)；所述圖像顯示單元包括4個微投影器0，5，6，7)以及金屬幕 (16)兩部分，4個微投影器中有2個位于佩戴者頭部的左側(cè)，2個位于佩戴者頭部的右側(cè)； 所述光學(xué)系統(tǒng)單元包括4個起偏器(8，9，10，11)，2個檢偏器(12，13)以及2個透鏡(14， 15)，所述4個起偏器共分兩組，分別位于兩組微投影器前方，且每組中的2個起偏器偏振方 向相互垂直，所述2個檢偏器位于2個透鏡與金屬幕之間，且2個檢偏器的偏振方向相互垂 直，所述2個透鏡分別位于2個檢偏器與佩戴者的雙眼之間。
2.如權(quán)利要求1所述的頭戴式微投影立體視覺顯示器，其特征在于，所述支撐單元還 包括一個位于支架1與支架2交匯處的緊固螺栓(19)，用于支架的固定以及頭盔大小的調(diào) 節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的頭戴式微投影立體視覺顯示器，其特征在于，所述金屬幕是由 兩塊分辨率為600X800的金屬幕拼接而成，兩塊金屬幕之間沒有縫隙。
4.如權(quán)利要求1所述的頭戴式微投影立體視覺顯示器，其特征在于，所述支撐系統(tǒng)外 側(cè)還包括一個用不透光材料制成的外殼。
5.如權(quán)利要求4所述的頭戴式微投影立體視覺顯示器，其特征在于，所述外殼上還帶 有遮光密封套。
6.如權(quán)利要求1所述的頭戴式微投影立體視覺顯示器，其特征在于，所述圖像顯示單 元采用數(shù)據(jù)線00)連接至具有播放功能的電子裝置，獲取待顯示的信息。
7.如權(quán)利要求1所述的頭戴式微投影立體視覺顯示器，其特征在于，所述圖像顯示單 元采用電池或連接至外部電子裝置的電源線進行供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頭戴式微投影立體視覺顯示器，屬于虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域，包括支撐單元，圖像顯示單元以及光學(xué)系統(tǒng)單元三個部分。本發(fā)明通過微投影器四投影雙屏幕拼接技術(shù)，增大了視場角，提高了圖像質(zhì)量，使得顯示屏分辨率高達1600×800。通過微投影器及用戶眼前的光學(xué)系統(tǒng)中添加的不同偏振方向的起偏和檢偏設(shè)備，實現(xiàn)了立體圖景顯示的功能；通過光學(xué)系統(tǒng)中添加的透鏡組實現(xiàn)了緩解用戶使用疲勞的功能，有很大的市場潛力。
文檔編號G02B27/26GK102122072SQ201110063150
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者劉越, 張晶, 張楠, 李勤, 王涌天, 翁冬冬 申請人:北京理工大學(xué)