本實(shí)用新型涉及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，尤其涉及一種虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備。
背景技術(shù)：
：VR技術(shù)是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，生成逼真的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，使人能夠沉浸在虛擬境界中，并能夠通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。雖然VR技術(shù)目前還沒(méi)有非常成熟，但已經(jīng)可以對(duì)VR初期的產(chǎn)品進(jìn)行體驗(yàn)，視場(chǎng)角、分辨率、延遲等參數(shù)對(duì)體驗(yàn)效果有直接的影響。從最初入門級(jí)的GoogleCardboard到三星Gear、HTCVIVE，VR產(chǎn)品的性能不斷提升，功能越來(lái)越強(qiáng)大，最新一代正式版OculusRift的分辨率為2160×1200像素(兩個(gè)屏幕)，視場(chǎng)角110°，刷新率90Hz，新發(fā)布的3glasses藍(lán)珀s1分辨率2880*1440(兩個(gè)屏幕)，視場(chǎng)角110°，最高刷新率120Hz，以上是產(chǎn)品的物理參數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，目前VR產(chǎn)品的視場(chǎng)角一般介于90°-110°，并且由于VR眼鏡在光學(xué)結(jié)構(gòu)上采用單片式鏡片比較多，能夠用來(lái)優(yōu)化的參數(shù)極其有限，大視場(chǎng)像差未能得到有效矯正，導(dǎo)致成像性能表現(xiàn)欠佳，一般中心成像清晰，周邊不良甚至模糊，直接影響體驗(yàn)效果；此外當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的體積也較大，使用戶體驗(yàn)不好。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有VR眼鏡在光學(xué)結(jié)構(gòu)上采用單片式鏡片比較多，能夠用來(lái)優(yōu)化的參數(shù)極其有限，大視場(chǎng)像差未能得到有效矯正，導(dǎo)致成像性能表現(xiàn)欠佳，一般中心成像清晰，周邊不良甚至模糊，直接影響體驗(yàn)效果的問(wèn)題，提出了一種虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備。本實(shí)用新型就該技術(shù)問(wèn)題而提出的技術(shù)方案如下：本實(shí)用新型提出了一種虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備，包括用于顯示虛擬現(xiàn)實(shí)畫面的屏幕以及分別與雙眼對(duì)應(yīng)的兩個(gè)鏡頭模組；鏡頭模組用于設(shè)置在人眼瞳孔和屏幕之間；鏡頭模組包括沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次設(shè)置的新月透鏡以及由雙凸透鏡和雙凹透鏡組成的透鏡群；新月透鏡的凹面朝向人眼瞳孔；新月透鏡的光焦度為正，雙凸透鏡的光焦度為正，雙凹透鏡的光焦度為負(fù)；新月透鏡和雙凹透鏡均為非球面鏡。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，包括用于分別顯示第一畫面和第二畫面的兩塊屏幕；鏡頭模組與屏幕一一對(duì)應(yīng)；鏡頭模組用于設(shè)置在對(duì)應(yīng)人眼瞳孔和對(duì)應(yīng)屏幕之間。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，兩個(gè)鏡頭模組之間設(shè)置有遮光板。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，還包括分別與兩塊屏幕電性連接，用于控制兩塊屏幕分別顯示第一畫面和第二畫面的處理器。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，雙凸透鏡和雙凹透鏡沿人眼瞳孔到屏幕的方向上依次設(shè)置，或者沿屏幕到人眼瞳孔的方向上依次設(shè)置。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，新月透鏡和雙凹透鏡滿足下列關(guān)系式：-1.69<f1/f3<-1.15，其中，f1為新月透鏡的焦距，f3為雙凹透鏡的焦距。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，雙凸透鏡與雙凹透鏡滿足關(guān)系式：-2.90<f2/f3<-1.92，其中，f2為雙凸透鏡的焦距，f3為雙凹透鏡的焦距。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，新月透鏡和雙凹透鏡分別滿足以下非球面公式：其中，r為光學(xué)表面上一點(diǎn)到光軸的距離；Z為該點(diǎn)沿光軸方向的矢高；c為該光學(xué)表面的曲率；c＝1/r；k為該光學(xué)表面的二次曲線常數(shù)，A、B、C、D、E、F分別為四階、六階、八階、十階、十二階、十四階高階非球面系數(shù)。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，非球面鏡由樹脂材料或玻璃材料制成。本實(shí)用新型上述的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備中，顯示屏幕為曲面。本實(shí)用新型所提出的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備通過(guò)采用光焦度為正的新月透鏡可以在擴(kuò)大鏡頭視場(chǎng)角度的同時(shí)有效控制畸變大小，降低圖像的變形和失真，能夠矯正球差與系統(tǒng)畸變，同時(shí)，采用由雙凸透鏡L2和雙凹透鏡L3組成的透鏡群能夠矯正系統(tǒng)球差和像散，提高邊緣視場(chǎng)的成像性能。本實(shí)用新型的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備設(shè)計(jì)巧妙，實(shí)用性強(qiáng)。本實(shí)用新型匹配以曲面顯示屏幕，可以更好的貼近用戶，更貼合人眼的視物習(xí)慣，并且屏幕兩側(cè)和屏幕中央位置基本屬于同樣的觀賞角度，在視覺(jué)上有種融入環(huán)境中的效果，環(huán)繞式的觀感從而營(yíng)造了更深度的沉浸式體驗(yàn)。這樣將兩者的優(yōu)勢(shì)最大化的結(jié)合，既融合了曲面屏的縱深感，增大了視場(chǎng)角，營(yíng)造了沉浸式的體驗(yàn)，另一方面又使體積小巧、輕便，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。同時(shí)這種結(jié)合方式必定是未來(lái)VR設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。附圖說(shuō)明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的外觀示意圖；圖2示出了圖1所示的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了圖1所示的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的鏡頭模組的示意圖；圖4示出了本實(shí)用新型另一實(shí)施例的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的視場(chǎng)角為120°的鏡頭模組的MTF曲線圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。參見圖1和圖2，圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的外觀示意圖；圖2示出了圖1所示的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了圖1所示的虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備的鏡頭模組的示意圖。虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備包括用于顯示虛擬現(xiàn)實(shí)畫面的屏幕IMA以及分別與雙眼對(duì)應(yīng)的兩個(gè)鏡頭模組；鏡頭模組用于設(shè)置在人眼瞳孔STO和屏幕IMA之間；鏡頭模組包括沿人眼瞳孔STO到屏幕IMA的方向上依次設(shè)置的新月透鏡L1以及由雙凸透鏡L2和雙凹透鏡L3組成的透鏡群；新月透鏡L1的凹面朝向人眼瞳孔STO；新月透鏡L1的光焦度為正，雙凸透鏡L2的光焦度為正，雙凹透鏡L3的光焦度為負(fù)；新月透鏡L1和雙凹透鏡L3均為非球面鏡。在本技術(shù)方案中，人眼瞳孔STO相當(dāng)于孔徑光闌。在另一實(shí)施例中，如圖4所示，虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備包括用于分別顯示第一畫面和第二畫面的兩塊屏幕IMA；鏡頭模組與屏幕IMA一一對(duì)應(yīng)；鏡頭模組用于設(shè)置在對(duì)應(yīng)人眼瞳孔STO和對(duì)應(yīng)屏幕IMA之間。第一畫面和第二畫面分別經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的鏡頭模組，分別被雙眼感應(yīng)，并通過(guò)人腦合成，從而使使用者感受到具有三維立體效果的合成圖像。同時(shí)，在該實(shí)施例中，兩個(gè)鏡頭模組之間設(shè)置有遮光板V；通過(guò)遮光板V，可減小第一畫面和第二畫面之間的串?dāng)_。進(jìn)一步地，虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備還包括分別與兩塊屏幕IMA電性連接，用于控制兩塊屏幕IMA分別顯示第一畫面和第二畫面的處理器C。在上述技術(shù)方案中，通過(guò)采用新月透鏡L1的凹面朝向人眼瞳孔STO，以及新月透鏡L1的光焦度為正的技術(shù)特征，可以在擴(kuò)大鏡頭視場(chǎng)角度的同時(shí)有效控制畸變大小，降低圖像的變形和失真，能夠矯正球差與系統(tǒng)畸變。通過(guò)采用光焦度為正的雙凸透鏡L2以及光焦度為負(fù)的雙凹透鏡L3，能夠矯正系統(tǒng)球差和像散，提高邊緣視場(chǎng)的成像性能。進(jìn)一步地，雙凸透鏡L2和雙凹透鏡L3可以沿人眼瞳孔STO到屏幕IMA的方向上依次設(shè)置，也可以沿屏幕IMA到人眼瞳孔STO的方向上依次設(shè)置。透鏡群上述任意一種設(shè)置方式都能滿足成像性能需求。本實(shí)施例采用前一種設(shè)置方式。進(jìn)一步地，由于非球面鏡具有更大的自由度和靈活性，本實(shí)用新型采用新月透鏡L1和雙凹透鏡L3為非球面鏡的特征，能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)畫面的優(yōu)化過(guò)程中能有效地矯正像差，改善像質(zhì)，提高光學(xué)性能，得以匹配高分辨率的顯示屏幕。進(jìn)一步地，非球面鏡由樹脂材料制成；為營(yíng)造深度的沉浸感，實(shí)際使用時(shí)非球面鏡的口徑較大；考慮到頭戴式產(chǎn)品的重量以及舒適感，采用樹脂材料制造透鏡可以使重量更輕便；同時(shí)采用一模多穴的制造方式，可以提升出品率，降低生產(chǎn)成本。可以理解，非球面鏡還可以采用玻璃材料制成，或者其他透明材料制成。進(jìn)一步地，新月透鏡L1和雙凹透鏡L3滿足下列關(guān)系式：-1.69<f1/f3<-1.15，其中，f1為新月透鏡L1的焦距，f3為雙凹透鏡L3的焦距。進(jìn)一步地，雙凸透鏡L2與雙凹透鏡L3滿足關(guān)系式：-2.90<f2/f3<-1.92，其中，f2為雙凸透鏡L2的焦距，f3為雙凹透鏡L3的焦距。進(jìn)一步地，當(dāng)鏡頭模組存在場(chǎng)曲時(shí)，通過(guò)鏡頭模組的各光束的交點(diǎn)不與理想像點(diǎn)重合，雖然在每個(gè)特定點(diǎn)都能得到清晰的像點(diǎn)，但整個(gè)像平面則是一個(gè)曲面。在使用時(shí)人眼不能同時(shí)看清虛擬顯示畫面的各個(gè)位置：當(dāng)中心成像清晰時(shí)，邊緣模糊，或者邊緣清晰中心模糊，這兩種情況給觀察者造成困難。在本實(shí)施例中，屏幕IMA為曲面；通過(guò)采用曲面屏幕IMA，可以有效地幫助我們矯正場(chǎng)曲，使中心和邊緣視場(chǎng)能同時(shí)清晰成像。進(jìn)一步地，本實(shí)施例所采用的光學(xué)參數(shù)如下：入瞳直徑(EPD，EntrancePupilDiameter)：5mm；有效焦距：35mm；入瞳到最近透鏡面的距離(Eyerelief)：10mm；KABCDEFS24.19-3.35E-052.46E-07-6.88E-101.00E-12-4.10E-160.00E+00S3-0.637.96E-06-3.75E-08-2.42E-114.05E-133.67E-160.00E+00S6-7.656.86E-06-1.39E-081.33E-11-4.80E-15-6.88E-190.00E+00S7-7.474.17E-06-8.28E-097.71E-12-1.67E-15-7.78E-190.00E+00其中，S1為孔徑光闌面(人眼瞳孔STO所在面)；S2為新月透鏡L1的朝向人眼瞳孔STO的表面；S3為新月透鏡L1的朝向屏幕IMA的表面；S4為雙凸透鏡L2的朝向人眼瞳孔STO的表面；S5為雙凸透鏡L2的朝向屏幕IMA的表面；S6為雙凹透鏡L3的朝向人眼瞳孔STO的表面；S7為雙凹透鏡L3的朝向屏幕IMA的表面；IMA為屏幕IMA的位置。新月透鏡L1和雙凹透鏡L3為非球面鏡，分別滿足以下非球面公式：其中，r為光學(xué)表面上一點(diǎn)到光軸的距離；Z為該點(diǎn)沿光軸方向的矢高；c為該光學(xué)表面的曲率；c＝1/r；k為該光學(xué)表面的二次曲線常數(shù)，A、B、C、D、E、F分別為四階、六階、八階、十階、十二階、十四階高階非球面系數(shù)。采用本實(shí)施例的方案可以實(shí)現(xiàn)了VR超大視場(chǎng)角，并且全視場(chǎng)范圍均清晰成像，帶給大家更清晰、更深度的沉浸式體驗(yàn)。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的視場(chǎng)角為120°的鏡頭模組的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線圖；調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)是光學(xué)系統(tǒng)性能判斷中最可靠的判斷方法，特別是對(duì)于鏡頭模組；MTF定義為一定空間頻率下，實(shí)際像與理想像之間調(diào)制度之比相對(duì)空間頻率的函數(shù)。MTF曲線橫坐標(biāo)是空間頻率1p/mm(線對(duì)/毫米)，細(xì)節(jié)信息對(duì)應(yīng)高頻，輪廓信息對(duì)應(yīng)低頻?？v坐標(biāo)是對(duì)比度(％)，曲線越高，表明成像質(zhì)量越好。因?yàn)閷?shí)際像的對(duì)比度總小于輸入圖像的對(duì)比度，所以MTF的數(shù)值介于0-1之間。圖5中不同的曲線表示不同的視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的像高，T和S分別表示子午方向和弧矢方向的MTF。由圖5的MTF曲線可知，整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)都可成像清晰。依此光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可匹配更高像素分辨率的顯示屏幕。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3