[发明专利]一种3D头戴显示器

说明书

技术领域

本发明属于工程光学领域，具体涉及一种3D头戴显示器，具体为可以播放3D立体视频的头戴式显示器。

背景技术

现在的显示技术已经日趋成熟，微显示器可以做得很小，大显示器可以做得很轻，裸眼3D技术也越来越成熟。然而欲集中这几种优点于一身却很难，即要求用便携的显示设备，感受大屏幕的3D效果。目前市场上已经有部分头戴显示器出售，但是存在很多技术上的不足。目前市场上的头戴显示器不够大，虚拟显示屏幕很小，虚拟显示效果存在色差、畸变等像质问题，系统不方便针对不同人眼调整屈光度和瞳距，3D立体显示效果不逼真等，这些也都是现有技术的难点，要将这些技术组合在一起更是难上加难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D头戴显示器，将两幅经过特殊处理的图片通过图像显示组件和光学成像组件显示在人眼前，使得人两眼看到的两幅图像融合后，在大脑中形成一幅立体图像。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种3D头戴显示器，包括图像显示组件、光学成像系统、光学调节组件、音频传输组件、摄像头模块、控制模块、眼镜式外壳。

图像显示组件与光学成像系统的位置间隔通过严格的光学调校使得相对位置固定，图像显示组件与光学成像系统位于眼镜式外壳内部，光学成像系统朝向佩戴者的眼睛，光学调节组件位于靠近鼻梁的镜架上；摄像头模块安装在眼镜式外壳的前面板中心处；音频传输组件从眼镜式外壳中通过有线连接接出，线的长度足够使得戴上眼镜后双通道立体声耳机可以塞入人耳。控制模块外置于眼镜式外壳。

控制模块分别与图像显示系统、音频传输组件、摄像头模块连接，连接方式为有线或者无线；图像信号由控制模块发出，通过有线或者无线传输至图像显示组件，图像显示组件显示的图像通过光学成像系统成像，最终成像光线从眼镜式外壳射出；光学调节组件与光学成像系统相连接，可以通过调节光学调节组件来调节光学成像系统的光学镜片的相对位置；摄像头模块通过有线连接与图像显示组件相连。

开启控制模块，图像信号由控制模块传送至图像显示组件，音频信号传送至音频传输组件；图像显示组件显示的图像通过光学成像系统成像，成像光线从眼镜式外壳射出，调节光学调节组件，使得图像清晰的呈现在使用者的视网膜上，使用者接受到的音频信号与图像信号同步，获得完整的视频信号；或者开启控制模块，图像信号由摄像头模块传送至图像显示组件，音频信号传送至音频传输组件；图像显示组件显示的图像通过光学成像系统成像，成像光线从眼镜式外壳射出，调节光学调节组件，使得图像清晰的呈现在使用者的视网膜上，使用者接受到的音频信号与图像信号同步，使用者可以获得完整的摄像头实时摄像信号。

所述的图像显示组件由液晶显示器和辅助照明LED组成，液晶显示器可为LCD、OLED、LCOS等微显示器，其中液晶显示器的对角线长度为1英寸以下。辅助照明LED的形状为导光板型，大小与显示器相当或略大于显示器。辅助照明LED采用光强度可以调节的导光板，辅助照明LED可发出由红、绿、蓝标准三基色匹配组合而成的白光，也可以通过控制辅助照明LED，使得其可调节三种基色的成分多少，发出不同颜色的光。

光学成像系统包含两个光学成像组件，分别对左眼和右眼观看的显示器成像。光学成像系统的光轴不能是平行的，两光轴有一角度a，角度a的大小设定时要满足人眼观看显示器时，左眼和右眼获取的虚拟放大屏幕可以完全重合，以此最大量度的较少人脑被动融合两眼接收图像所带来的疲惫感和眩晕感，此角度a必须经过完美调教和检测，最终角度a的大小控制在0.55度～0.60度。

所述光学成像组件为两片式的透镜组，第一片为在非球面上刻蚀二元光学面的透镜，第二片为非球面透镜。透镜组的光轴的主光线是从图像显示组件的面中心垂直射出的光线。光学成像组件的出瞳大小为8mm,视场角为45度。为减轻系统质量，本发明材料为PMMA，作为替代设计，可以达到此目的的方法还可以有用单片的自由曲面棱镜代替透镜组。

刻蚀二元光学面透镜的二元光学面衍射参数如下，归一化半径为1，旋转对称衍射面的的相位分布函数采用前四项：

其中r为归一化的半径，A为二元光学面系数，A₁决定衍射面的光焦度，能够校正系统的色差，后面的非球面项校正系统的高级像差。刻蚀台阶数为8时，衍射效率高于95%。

2πk＝A₁r²+A₂r⁴+A₃r⁶+A₄r⁸    (2)