[发明专利]开放式头戴显示装置及其显示方法

说明书

技术领域

本发明属于头戴显示技术领域，具体涉及一种开放式头戴显示装置及其显示方法。

背景技术

头戴显示装置(HMD,Head Mount Display)又称眼镜显示装置、视频眼镜、随身影院等，是以类似头盔或眼镜的形式直接戴在用户眼前的显示设备。如图1所示，头戴显示装置包括用于产生显示图像的显示单元1(如液晶显示器)；显示单元1优选有两个，分别为用户的左眼8、右眼8提供不同显示图像，以便实现3D显示；当然，如只有一个显示单元1为用户的一只眼睛8或双眼提供显示图像也是可行的。显示单元1优选位于装置两侧(如“眼镜腿”中)，它们发出的显示图像需经反射单元(由一系列反射镜片21、22组成)反射后才能到达用户眼睛8，这主要是为了节约装置空间；当然，如果没有反射单元，而将显示单元1直接设在用户眼睛8前方也是可行的。

由于头戴显示装置体积的限制，其显示图像只能从距人眼很近的地方发出，显示图像的物距(物体与人眼的距离)很小。而人眼要看清物体应满足：1/u+1/v=1/f；其中，u为物距，f为人眼焦距(可在一定范围内调整)，v为像距(当其等于晶状体到视网膜的距离时才能看清物体)。因此，物距很小时人眼焦距也要很小才能看清物体，但这会使眼睛疲劳，观看体验不好且损害视力。为此，头戴显示装置中还应具有调焦透镜（Focusing Lens）单元，其用于改变由显示单元1发出的光(即显示图像的光)的发散程度，从而将显示图像“模拟”成从较远处发出的“虚拟显示图像(虚像)”(即改变显示图像的物距)。调焦透镜单元3设在显示图像的光的传播路径中，每个调焦透镜单元3包括一个或多个调焦透镜，其除调整显示图像物距外，还可有放大显示图像、翻转显示图像等效果。

当然，以上的显示单元1、反射单元、调焦透镜单元3等均有多种不同的已知形式，在此不再详细描述。

头戴显示装置可分为封闭式和开放式两种。封闭式头戴显示装置如图2所示，其用户眼睛8前方的部分封闭，用户只能看到显示图像而看不到外界物体。开放式头戴显示装置如图3所示，其用户眼睛8前方的区域至少部分透光(若该处有反射镜片22，则优选为半反半透镜片)，从而用户可同时看到外界物体91和显示图像92(如有关外界物体信息)，其显示效果如图4所示。

由于人眼同一时刻焦距一定，故开放式头戴显示装置的显示图像物距(即“虚拟显示图像”到用户眼睛8间的距离)和外界物体的物距应相同；否则，当用户眼睛焦距与显示图像物距匹配时，显示效果不好，如图5所示，显示图像92清晰而与显示图像相应的外界物体91模糊不清；当用户眼睛焦距与外界物体的物距匹配时，则外界物体清晰而显示图像模糊。由于外界物体的物距不可改变，故只能使显示图像的物距与外界物体的物距相适应。显示图像物距的调整通过调整调焦透镜单元3在显示图像的光线传播方向(图1中箭头方向)中的位置实现，其可为整体调整调焦透镜单元3的位置，也可为调整其中部分调焦透镜的位置。通过调整调焦透镜的位置改变显示图像物距有多种已知的方式，故在此不再详细描述。目前，调焦透镜位置是由人工方式调整的，用户通过旋转旋钮等方式自行调整调焦透镜单元3的位置。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在使用开放式头戴显示装置时，用户所看的外界物体随时变化，其物距也随时变化，这就要求用户不断对显示图像物距进行调整，故操作麻烦；且人工调整很难及时进行，因此仍会出现图像模糊不清的现象，显示效果不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题包括，针对现有技术中开放式头戴显示装置操作麻烦、显示效果不好的问题，提供一种操作简单、显示效果好的开放式头戴显示装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种开放式头戴显示装置，包括：

用于产生显示图像的显示单元；

调焦透镜单元，用于调整所述显示图像相对用户眼睛的物距；

图像采集单元，用于采集用户双眼的图像；

焦距分析单元，用于根据所述用户双眼的图像计算得到用户眼睛的焦距；

透镜调整单元，用于调整调焦透镜单元在显示图像的光线传播方向上的位置，使所述显示图像相对用户眼睛的物距等于用户眼睛的焦距。