[发明专利]可调头戴显示光学系统及其调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及可穿戴计算头戴显示设备领域，尤其涉及一种头戴显示光学系统、头戴显示装置及在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法。

背景技术

现有的HMD（HeadMountDisplay，头戴式可视设备）虚拟现实/增强现实的显示系统，由于光学显示系统是按照一固定成像距离设计，因此图像源经光学显示系统后在人眼前方显示的虚像距人眼的距离是固定的，然而每个人对视线距离的需求是不一样的，有的人希望虚像距离人眼远一些，有的人却希望近一些，如此，这些显示系统不能最大限度的保证用户在使用这些图像显示器时用眼的舒适度。另外在增强现实应用中，由于虚像距人眼的距离是不变的，而所处环境是时刻改变的，通过这些显示系统看到的虚像是飘浮在空中的，与实际环境脱离，不仅不能达到真正的增强显示效果，而且用户体验极差。

发明内容

本发明的目的是提供一种头戴显示光学系统、头戴显示装置及在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法，解决现有头戴显示光学系统虚像距人眼的距离不可调的缺陷，可根据用户调节指令调节虚像到人眼距离的远近。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，所述光学系统还包括至少一组微调机构，所述微调机构用于调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。

优选的，微调机构采用螺纹副传动微调方式，每组微调机构包括驱动控制板、微型步进电机、齿轮副、转动螺杆、移动螺母座；需移动的光学组件安装固定在移动螺母座上，微型步进电机在驱动控制板的驱动下，以齿轮副方式驱动螺纹副中的转动螺杆转动来带动移动螺母座的轴向移动。

其中，所述需移动的光学组件包括图像源模块、光束整形系统或光束整形系统中各光学元件中的一个或多个，每一个需要移动的光学组件安装一组微调机构。

优选的，预先为所述光学系统设计N组虚像到人眼距离与光学组件位置关系之间的对应数据表，将此数据表预先输入HMD主控系统，形成N档调节参数，N为大于等于2的正整数；用户使用时，主控系统根据接收到的用户调节指令，在所述数据表中查询目标档位的调节参数，将所述目标档位的调节参数转换为脉冲信号发送到微调机构。

优选的，用户调节指令包括通过人机交互方式对HMD主控系统发出的手势指令、语音指令或硬件按键指令。

相应的，本发明还提供了一种头戴显示装置，所述头戴显示装置包括上述头戴显示光学系统。

相应的，本发明还提供了一种在HMD光学系统中实现虚像到人眼距离远近调节的方法，所述HMD光学系统包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，在所述HMD光学系统中加入至少一组微调机构，所述调节方法包括：预先为光学系统设计N组虚像到人眼距离与光学组件位置关系之间的对应数据表，将此数据表预先输入HMD主控系统，形成N档调节参数，N为大于等于2的正整数；用户使用时，HMD主控系统根据接收到的用户调节指令，在所述数据表中查询目标档位的调节参数；根据查询到的调节参数控制微调机构，以调整图像源模块、光束整形系统和光学组合器三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统中各光学元件之间的位置关系，实现虚像到人眼距离的远近调节。

优选的，所述微调机构采用螺纹副传动微调方式，每组微调机构包括驱动控制板、微型步进电机、齿轮副、转动螺杆、移动螺母座；需移动的光学组件安装固定在移动螺母座上，微型步进电机在驱动控制板的驱动下，以齿轮副方式驱动螺纹副中的转动螺杆转动来带动移动螺母座的轴向移动。

其中，所述需移动的光学组件包括图像源模块、光束整形系统或光束整形系统中各光学元件中的一个或多个，每一个需要移动的光学组件安装一组微调机构；HMD主控系统将查询到的目标档位的调节参数转换为脉冲信号发送到驱动控制板，用脉冲信号控制微型步进电机稳定转过给定的步数；微型步进电机通过齿轮副将力矩和转动传递给转动螺杆，实现光学组件位置关系的微调。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明头戴显示光学系统虚像距人眼的距离可根据用户的需求做调整，能最大限度的保证用户在使用这些图像显示器时用眼的舒适度，缓解视野疲劳；且在增强现实应用中，当景深变化时，可通过调节虚像距人眼的距离，使虚像与实际环境贴合，能达到真正的增强显示效果，可极大增强用户体验。

附图说明