[发明专利]视觉显示系统及方法，以及头戴显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及光场显示领域，尤其涉及一种应用于光场显示的视觉显示系统及方法，以及头戴显示装置。

背景技术

随着科技的发展，机器智能化及信息智能化日益普及，通过机器视觉或者虚拟视觉等视觉装置来识别用户影像以实现人机交互的技术越来越重要。

头戴式显示器(HMD)长期以来被证明对于许多应用是非常有价值的，其跨越科学可视化、医学和军事训练、工程设计和原型设计、远程操纵和远程呈现以及个人娱乐系统的领域。在混合现实和增强现实系统中，光学透视HMD是将计算机生成的虚拟场景与真实世界场景的视图组合的基本方法之一。通常通过光学组合器，光学透视头戴式显示器(OST-HMD)将计算机生成的图像光学地覆盖到真实世界视图上，同时保持真实世界的直接的最小退化的视图。现代计算和显示技术已经促进了用于“虚拟现实(VR)”或“增强现实(AR)”体验的系统的开发，其中数字地再现的图像或其部分以它们看起来是真实的或者可被认为是真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。

然而，现有的大部分AR显示技术都不具备光场显示功能，只能通过立体视觉技术(stereoscopic vision)来使人产生三维立体感。然而，采用立体视觉技术实现三维显示，使三维成像较为虚假，长时期使用会导致视觉疲劳。另外，由于人眼在查看虚拟物体时，总是聚焦在一个固定位置上，使虚拟物体无法和真实环境很好地融合起来，用户经常要在虚拟物体和真实环境中不自然地切换焦距，进一步地加剧了视觉疲劳。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种能够以较低的成本实现质量较高的AR光场显示的视觉显示系统及方法，用于解决上述技术问题。还用必要提供一种应用上述视觉显示系统的头戴显示装置。

一种视觉显示系统，应用于AR光场显示中，包括：第一图像源，用于播放第一多媒体内容；第一透反光学器件，与所述第一图像源成第一夹角设置；第二图像源，与所述第一透反光学器件成第二夹角设置，且位于所述第一透反光学器件背离所述第一图像源的一侧；所述第二图像源用于播放第二多媒体内容；以及第二透反光学器件，所述第二透反光学器件的光轴与所述第一透反光学器件成第三夹角设置。

其中，在一些实施方式中，所述第一透反光学器件上朝向所述第一图像源的一侧设置有透反膜层。

其中，在一些实施方式中，所述第一夹角等于所述第二夹角，所述第一图像源在所述第一透反光学器件中所成的虚像的像距与所述第二图像源与所述第一透反光学器件之间的距离不相同。

其中，在一些实施方式中，所述第一夹角的范围为：大于等于45度且小于90度。

其中，在一些实施方式中，所述第一图像源在所述第一透反光学器件中所成的虚像的像距与所述第二图像源与所述第一透反光学器件之间的距离，二者之间的差值小于所述第二透反光学器件的焦距。

其中，在一些实施方式中，所述第二透反光学器件为既可以反射光线又可以透射光线的凹透镜，所述第二透反光学器件的凹面朝向所述第一透反光学器件。

其中，在一些实施方式中，所述第三夹角的范围为：大于所述第一夹角且小于所述第一夹角与180度角的和。

其中，在一些实施方式中，所述第二透反光学器件的光轴与预设的用户视线方向成第四夹角设置。

其中，在一些实施方式中，所述第四夹角的范围为：大于0度且小于90度。

其中，在一些实施方式中，所述视觉显示系统还包括调节机构，所述调节机构分别连接于所述第一图像源以及所述第二图像源，所述调节机构用于调节所述第一图像源与所述第二透反光学器件之间的距离，并用于调节所述第二图像源与所述第二透反光学器件之间的距离。

其中，在一些实施方式中，所述视觉显示系统还包括变焦机构，所述变焦机构设置在所述第一透反光学器件与所述第二透反光学器件之间。

一种头戴显示装置，包括眼镜本体以及连接在所述眼镜本体上的穿戴固定件，还包括上述任一项的视觉显示系统，所述视觉显示系统设置在所述头戴显示装置上，所述第二透反光学器件设置在所述眼镜本体的前方，并作为所述头戴显示装置的镜片显示器使用，所述第一图像源、所述第二图像源以及所述第一透反光学器件设置在所述眼镜本体内。