本發(fā)明涉及近眼顯示系統(tǒng)，更具體的為一種自動(dòng)對(duì)焦、多焦面vr顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前近眼顯示設(shè)備已經(jīng)基本被大家所熟知，商業(yè)化、市場(chǎng)化、產(chǎn)品化日趨明顯，尤其是具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)技術(shù)更是火熱，但仍然沒(méi)有完全被大眾所接受，歸根結(jié)底是其仍然存在一些瓶頸技術(shù)，比如內(nèi)容缺乏、高端設(shè)備價(jià)錢貴、笨重、眩暈等等；而其中眩暈是目前急于解決又最難解決的瓶頸之一。

導(dǎo)致眩暈的原因有很多，比如刷新延遲、暈動(dòng)癥、畫面變形、由景深導(dǎo)致的輻奏調(diào)節(jié)沖突、聚焦紊亂等等，而輻奏調(diào)節(jié)沖突是最難解決也是最容易導(dǎo)致眩暈的原因。

而現(xiàn)實(shí)中用戶在使用vr頭盔時(shí)，還是可以感覺(jué)很近和很遠(yuǎn)的物體，但跟現(xiàn)實(shí)的區(qū)別是：現(xiàn)實(shí)中，在觀察近處物體時(shí)，遠(yuǎn)處的物體會(huì)不清晰，在觀察遠(yuǎn)處物體時(shí)，近處的物體會(huì)不清楚，其原因是人眼的景深是有一定范圍的。例如：現(xiàn)實(shí)中，面前有一臺(tái)電腦，當(dāng)觀察電腦后方很遠(yuǎn)的實(shí)物時(shí)，近處的電腦是模糊的。

現(xiàn)有vr頭盔中的光路結(jié)構(gòu)都是由單一屏幕發(fā)光，如圖1所示，透鏡4把第二屏幕6的像放大后進(jìn)入人眼1，因此人所看到的虛像3均在第二屏幕6后方的同一個(gè)平面上，因此其虛像本身并無(wú)層次感，就會(huì)導(dǎo)致暈眩。

但虛擬現(xiàn)實(shí)中，無(wú)論在觀察近處還是遠(yuǎn)處的物體，同樣能看清楚。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，由于虛像都在同一平面，遠(yuǎn)處物體跟近處電腦都能看清，這就跟現(xiàn)實(shí)有很大沖突，人腦和人眼配合要在遠(yuǎn)處近處之間不斷調(diào)節(jié)，時(shí)間久了，大腦就會(huì)疲勞導(dǎo)致眩暈。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)對(duì)焦、多焦面vr顯示系統(tǒng)，從光場(chǎng)方向研究解決了輻奏調(diào)節(jié)沖突導(dǎo)致的視覺(jué)眩暈問(wèn)題，可有效緩解這種視覺(jué)沖突，讓人觀察到有深度的內(nèi)容。

在虛擬現(xiàn)實(shí)中，由于虛像都在同一平面，遠(yuǎn)處物體跟近處電腦都能看清，這就跟現(xiàn)實(shí)有很大沖突，人腦在遠(yuǎn)處近處之間不斷調(diào)節(jié)，時(shí)間久了，大腦就會(huì)疲勞導(dǎo)致眩暈。本發(fā)明即是解決了這樣的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括人眼、透鏡、第一屏幕、第二屏幕和偏振反射片，透鏡、偏振反射片和第二屏幕同光軸依次布置，并在偏振反射片側(cè)方設(shè)有第一屏幕，人眼位于第二屏幕前方。

所述的第一屏幕位于偏振反射片旁側(cè)，第二屏幕位于偏振反射片正側(cè)，第一屏幕發(fā)出的光經(jīng)偏振反射片反射后再經(jīng)透鏡進(jìn)入人眼，第二屏幕發(fā)出的光經(jīng)偏振反射片透射后再經(jīng)透鏡進(jìn)入人眼，通過(guò)偏振反射片對(duì)第一屏幕和第二屏幕發(fā)出的光進(jìn)行分光進(jìn)入人眼，第一屏幕的偏振態(tài)與偏振反射片垂直，而第二屏幕的偏振態(tài)與偏振反射片一致。

偏振反射片的作用主要是起到透射及反射的作用，將第一屏幕的光最大限度透過(guò)，將第二屏幕的光最大限度反射。本發(fā)明使得第一屏幕的偏振態(tài)與偏振反射片垂直，而第二屏幕的偏振態(tài)與偏振反射片一致，這樣，第一屏幕發(fā)出的光能完全穿過(guò)偏振反射片，第二屏幕的光能在偏振反射片上反射進(jìn)入人眼，兩者在人眼視網(wǎng)膜上成像并進(jìn)行疊加，合成一個(gè)完整的圖像。

所述的第一屏幕和第二屏幕各自到人眼的光程不同，通過(guò)調(diào)節(jié)移動(dòng)透鏡沿光軸位置進(jìn)而調(diào)節(jié)透鏡到第一屏幕和第二屏幕的光程距離，從而改變?nèi)搜劢?jīng)透鏡的聚焦平面，使得人眼所看到的虛像在第一屏幕和第二屏幕之間切換。

所述的透鏡連接有馬達(dá)，通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng)透鏡沿光軸移動(dòng)。

所述的人眼的正前方還設(shè)有人眼追蹤系統(tǒng)，利用人眼追蹤系統(tǒng)檢測(cè)人眼所聚焦的平面視覺(jué)位置，通過(guò)平面視覺(jué)位置結(jié)合匹配屏幕上所顯示的視覺(jué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)獲得是否需要進(jìn)行成像處理的情況，進(jìn)而獲得移動(dòng)透鏡沿光軸位置的信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)是將平面視覺(jué)位置對(duì)應(yīng)到屏幕上所顯示的視覺(jué)內(nèi)容的相同位置處，如果該位置的視覺(jué)內(nèi)容需要清晰，則將透鏡沿光軸移動(dòng)到合適位置，使得虛像成像于該視覺(jué)內(nèi)容清晰所對(duì)應(yīng)的屏幕處。

所述的第一屏幕和第二屏幕分別顯示vr視覺(jué)呈現(xiàn)內(nèi)容的不同遠(yuǎn)近處部分。

所述的第一屏幕和第二屏幕顯示相同的vr視覺(jué)呈現(xiàn)內(nèi)容，但第一屏幕和和第二屏幕所顯示的vr視覺(jué)呈現(xiàn)內(nèi)容中的不同遠(yuǎn)近處部分的模糊度不同。即第一屏幕所顯示的遠(yuǎn)處部分模糊、近處部分清晰，第二屏幕所顯示的近處部分模糊、遠(yuǎn)處部分清晰。

所述的透鏡經(jīng)偏振反射片后分別到第一屏幕和第二屏幕的光程距離之差2mm～6mm。

所述的透鏡的焦距為30mm～60mm。

第一屏幕5與第二屏幕6到透鏡4的光程不相等，第二屏幕6光程需要大于第一屏幕5，其距離差要求也相對(duì)嚴(yán)格。如果太小，體現(xiàn)不出離焦帶來(lái)的模糊感，太大會(huì)導(dǎo)致整機(jī)偏大，本發(fā)明經(jīng)過(guò)模擬、計(jì)算，確認(rèn)這個(gè)差值在2mm～6mm之間是比較合適的，即第二屏幕6到透鏡4的距離比第一屏幕5到透鏡4的距離遠(yuǎn)2mm～6mm，或者相反。而透鏡4的焦距一般為30mm～60mm比較合適。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明主要在于通過(guò)光路設(shè)計(jì)，在光學(xué)上實(shí)現(xiàn)雙層內(nèi)容疊加，并結(jié)合眼球追蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)對(duì)焦近處和遠(yuǎn)處物體，來(lái)解決在vr中由于視覺(jué)輻奏調(diào)節(jié)沖突引起的眩暈，盡可能的接近人眼在現(xiàn)實(shí)中觀察物體的情況。

本發(fā)明解決了由景深引起的輻奏調(diào)節(jié)沖突而導(dǎo)致的視覺(jué)眩暈問(wèn)題，大大降低了視覺(jué)沖突，從而降低眩暈感。

附圖說(shuō)明

附圖1為現(xiàn)有光路結(jié)構(gòu)圖。

附圖2為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)圖。

附圖3為本發(fā)明系統(tǒng)信號(hào)反饋流程圖。

圖中：人眼1、第二屏幕6、虛像3、透鏡4、第一屏幕5、第二屏幕6、偏振反射片7、馬達(dá)8。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明的實(shí)施例如下

實(shí)施例1：

如圖2所示，包括人眼1、透鏡4、第一屏幕5、第二屏幕6和偏振反射片7，透鏡4、偏振反射片7和第二屏幕6同光軸依次布置，并在偏振反射片7側(cè)方設(shè)有第一屏幕5，人眼1位于第二屏幕6前方，人眼1的正前方還設(shè)有人眼追蹤系統(tǒng)，透鏡4連接有馬達(dá)8；第一屏幕5位于偏振反射片7旁側(cè)，第二屏幕6位于偏振反射片7正側(cè)，第一屏幕5發(fā)出的光經(jīng)偏振反射片7反射后再經(jīng)透鏡4進(jìn)入人眼1，第二屏幕6發(fā)出的光經(jīng)偏振反射片7透射后再經(jīng)透鏡4進(jìn)入人眼1。

通過(guò)設(shè)置兩組屏幕，再通過(guò)偏振反射片分光進(jìn)入人眼，同時(shí)加入人眼追蹤系統(tǒng)及馬達(dá)，來(lái)調(diào)節(jié)透鏡4到屏幕的距離，從而改變聚焦平面。

具體實(shí)施中，第一屏幕5和第二屏幕6所顯示的內(nèi)容不一樣，第一屏幕5僅顯示近處的物體，第二屏幕6僅顯示遠(yuǎn)處的物體，第一屏幕5與第二屏幕6顯示的視覺(jué)內(nèi)容組合起來(lái)為一個(gè)完整的內(nèi)容。例如：在一段vr視頻中，近處是電腦，遠(yuǎn)處是一棵樹(shù)，將電腦等近處物體顯示在第一屏幕5上，將樹(shù)木等遠(yuǎn)處物體顯示在第二屏幕6上。

并且第一屏幕5和第二屏幕6到人眼的總光程有一定差異，即兩屏幕到透鏡4的距離不同。

當(dāng)通過(guò)人眼追蹤系統(tǒng)檢測(cè)到人觀察屏幕上視覺(jué)內(nèi)容中的近處物體時(shí)，人眼通過(guò)透鏡觀察第一屏幕5，通過(guò)馬達(dá)8調(diào)節(jié)透鏡4沿光軸的位置，使得第一屏幕5位于透鏡4的焦點(diǎn)上，其顯示的像是清晰的，而第二屏幕6距離透鏡4較遠(yuǎn)處于離焦?fàn)顟B(tài)，所顯示的像是模糊的。

當(dāng)通過(guò)人眼追蹤系統(tǒng)檢測(cè)到人觀察屏幕上視覺(jué)內(nèi)容中的遠(yuǎn)處物體時(shí)，控制馬達(dá)8調(diào)節(jié)透鏡4對(duì)焦第二屏幕6，使得第一屏幕5不再位于透鏡4焦點(diǎn)上，第二屏幕6位于透鏡4焦點(diǎn)上，第二屏幕6的像是清晰的，而第一屏幕5處于離焦?fàn)顟B(tài)，其像是模糊的。

由此，本發(fā)明系統(tǒng)到人眼所成像與現(xiàn)實(shí)中的觀察事物相復(fù)合，就解決了普通vr觀察中出現(xiàn)的無(wú)論觀察近處還是遠(yuǎn)處物體都是清晰的情況，避免了大腦不斷調(diào)節(jié)導(dǎo)致的疲勞眩暈。

實(shí)施例2：

如圖2所示，整體結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

不需要把圖像中遠(yuǎn)近物體顯示分別顯示在第一屏幕5和第二屏幕6上，而是讓第一屏幕5和第二屏幕6所顯示的內(nèi)容基本相同，但是需要對(duì)各個(gè)屏幕所顯示的內(nèi)容做不同的模糊位置處理：讓第一屏幕5所顯示的近處物體清晰，遠(yuǎn)處物體模糊；第二屏幕6顯示的近處物體是模糊的，遠(yuǎn)處物體是清晰的。

當(dāng)對(duì)焦第一屏幕5時(shí)，只能看清近處的物體，遠(yuǎn)處的物體是模糊的，而第二屏幕6整體處于離焦?fàn)顟B(tài)，整個(gè)像都是模糊的，疊加下來(lái)達(dá)到近處物體清晰遠(yuǎn)處物體模糊的目的；當(dāng)對(duì)焦第二屏幕6時(shí)亦然。

如圖3所示，具體實(shí)施中，人眼通過(guò)透鏡4觀察屏幕，當(dāng)觀察遠(yuǎn)處物體時(shí)，人眼追蹤系統(tǒng)探測(cè)到人眼球視線位置，獲得“眼球在觀察遠(yuǎn)處物體還是近處物體”的信息，并計(jì)算出透鏡4需要走多少距離，然后驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8調(diào)節(jié)透鏡4沿光軸距離。此時(shí)人眼追蹤系統(tǒng)一直在工作中，當(dāng)透鏡4移動(dòng)一段距離后，人眼追蹤系統(tǒng)探測(cè)到已調(diào)節(jié)移動(dòng)到合適位置時(shí)，立刻反饋控制馬達(dá)8驅(qū)動(dòng)停止移動(dòng)透鏡4。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明使得虛擬現(xiàn)實(shí)中，無(wú)論在觀察近處還是遠(yuǎn)處的物體，用戶同樣都能看清楚。