[发明专利]一种围绕用户产生一个全景虚拟图像的晕轮显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种虚拟图像显示系统，且尤其涉及一种具有围绕一个用户头部的一个光学单元的显示系统，该光学单元能够把看来像是围绕该用户的一个全景虚拟图像进行投影，也就是一种晕轮显示系统，以便当用户移动他的头通过360°时，他可以在整个360°看见一个连续的虚拟图像。

背景技术

双目镜虚拟图像显示系统包括一副位于用户右眼前面的光学器件和一副位于用户左眼前面的光学器件，以便可以投影一个直接出现在用户前面的虚拟图像并通过双眼观看。使用这些已知的系统，要产生一个足够大的虚拟图像以得到用户的全部的水平视野是非常困难的。典型的，由已知系统产生的虚拟图像被限制在它的右边和左边。由于用户可以察觉到虚拟图像的界限，他感觉它正在看一幅图画而不是完全地沉浸于一个虚拟的环境中。此外，这些已知系统的光学器件典型的被支撑或安放在一个用户的头上，这是因为光学器件必须位于用户每只眼的附近，以便产生期望的虚拟图像。然而，在有些应用中，为了这样的位置要求，比如基于位置的娱乐系统，军事命令和控制系统以及虚拟环境系统，不希望用户戴上帽子。

发明内容

根据本发明，可以克服现有虚拟图像显示系统的缺点。本发明的虚拟图像显示系统包括一个单一的由用户的双眼可视的光学单元。该光学单元整个360°地围绕着用户的头，并成形为可以投影一个环绕或看起来环绕用户的放大的虚拟图像，以便当用户360°的旋转还他的头时，他可以在整个360°的范围内看到一个连续的虚拟图像。由于该光学单元完全围绕着用户的头并且能够产生同样是完全围绕着用户的一个虚拟图像，用户所观察到的虚拟图像的水平视野没有界限，从而它能够全部地沉浸在由投影的虚拟图像所生成的虚拟环境中。

更特别的是，本发明的晕环显示系统包括一个视频产生器，用于产生一种最好是以一种环面形状或它的一部分的圆形视频图像。光学单元是环形的而且是悬挂的，以便于围绕用户的头。环形光学单元直接从视频产生器接收视频图像或者经过包括反射元件的插入的光学器件来接收视频图像，以便投影出一个看来像是围绕着用户的虚拟图像。光学单元在远端形成以便投影的虚拟图像被放大，并且看起来像是投影的虚拟图像距用户的距离比光学单元距用户的距离要大，而且最好是光学的无限大。

在本发明的一个实施例中，视频产生器时可控制的，以便仅在圆形视频图像的一个扇面(sector)中产生一个视频图像，该扇面最好是大于180°。在该实施例中，系统还包括一个或多个位置传感器，用于对用户头的位置进行传感。响应于位置传感器的一个控制器控制视频产生器在一个特定部分产生视频图像，以便通过在用户前面的的一部分环形光学单元对它进行接收。因此，系统的带宽实质上被减少，而不会影响由用户所察觉的视觉显示。这是因为圆形视频图像的剩余部分没有产生图像并是空白的，它位于用户头部的后面并且因此用户是看不到的。当用户旋转他的头部，控制器响应于位置传感器的输出，对产生的视频图像的扇面进行移动，以便由当他移动时位于用户面前的环形光学单元的部分对它进行接收。

本发明一个实施例的视频产生器可以包括具有一个螺旋形光栅扫描的一个阴极射线管显示器，最好是用一个或多个附加的螺旋扫描进行交错扫描，以便进一步减少系统的带宽。在本发明的另一个实施例中，视频产生器可以包括一个可旋转的圆盘形的支撑构件，在其上安放许多发光二极管(LEDs)的线性阵列，包括一个红色LEDs的线性阵列，一个绿色LEDs的线性阵列，一个蓝色LEDs的线性阵列。每个LEDs的线性阵列被排列在圆盘形支撑件的一个半径上。当用红，绿和蓝色视频信息分别调制发光二极管时，圆盘受到控制而旋转以便对最好是以一种环面形的圆形视频图像进行扫描。在该实施例中，光敏器件，比如电荷耦合器(CCD)可以被安置在相邻的每对LEDs的线性阵列之间。光敏器件用于把传感到的用户头的位置反馈到控制器。

结合下面的描述和附图，通过详述示例的实施例，本发明上述的和其他的目的，优点以及新颖性将变得更加清楚。

附图说明

图1是结合控制系统的一个方框图图示说明了本发明虚拟图像显示系统的一个透视图；

图2是图1中所示的CRT的螺旋形光栅扫描的图示说明，该扫描以一种环形产生一个视频图像；

图3是图1中所描述的用于虚拟图像显示系统的一个视频产生器的第二实施例；

图4是本发明虚拟图像显示系统的另一个实施例的透视图；和

图5是本发明虚拟图像显示系统的另一个实施例的透视图。

具体实施方式