可调头戴显示光学系统及头戴显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可调头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统、光学组合器及至少一组微调机构，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。本实用新型专利技术还公开了对应的头戴显示装置，由于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；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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
可调头戴显示光学系统及头戴显示装置
本技术涉及可穿戴计算头戴显示设备领域，尤其涉及一种可调头戴显示光学系统及头戴显示装置。
技术介绍
现有的HMD (HeadMount Display,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。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可调头戴显示光学系统及头戴显示装置，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。为了实现上述目的，本技术提供了一种可调头戴显示光学系统，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，本技术还提供了一种头戴显示装置，所述头戴显示装置包括上述可调头戴显示光学系统。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果:本技术可调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】为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:图1为本技术实施例可调头戴显示光学系统的一种结构示意图；图2为本技术实施例可调头戴显示光学系统中微调机构的一种结构示意图；图3为本技术实施例头戴显示装置的一种结构示意图；图中标记:1-图像源模块，2-光束整形系统，3-光学组合器，4-人眼位置，5-虚像所在位置，6-微调机构，61-驱动控制板，62-微型步进电机，63-齿轮A，64-齿轮B，65-转动螺杆，66-移动螺母座，7-调节按键，8-HMD主控系统，9-镜架。【具体实施方式】下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本技术保护的范围。参见图1，为本技术实施例可调头戴显示光学系统的一种结构示意图，本技术实施例头戴显示光学系统，包括图像源模块1、光束整形系统2和光学组合器3，其中:图像源模块I用于显示计算机生成图像CGI图像，本技术实施例图像源模块I可为OLED、IXD或LCos显示器；光束整形系统2由多个光学元件组成，其主要作用是对图像源起放大作用，同时校正放大的虚像的像差，确保人眼经头戴显示光学系统观察到的虚像是清晰的；光学组合器3作为光路的转折及外界环境光进入人眼的通道，人眼经光学组合器可同时观察到放大的图像源和外界环境，光学组合器形式多种多样，本技术不作任何限制，光学组合器形式可参见文献:Bernard Kress and Thad Starner, “Areview of head-mounted displays(HMD)technologies and applications for consumerelectronics”Proc.0f SPIE Vol.872087200A-1-12，其中的倾斜平板、PBS，平面反射光栅在显示系统中的作用为光路的转折及外界环境进入人眼的通道；曲面反射镜(球面、非球面、自由曲面)，曲面反射光栅、自由曲面组合棱镜、反射/透射二元衍射元件、全息波导元件在显示系统中的作用同时起到光束整形与光路转折及外界环境进入人眼的通道。在图1中，光束整形系统2中各光学元件以21、22吣211表示，图像源模块I与光束整形系统2之间的轴向距离以LI表示，光束整形系统2和光学组合器3之间的轴向距离以L3表示，虚像到人眼的距离以L4表示，光束整形系统2中相邻两个光学元件之间的轴向距离以L21…L2n表示。本技术实施例头戴显示光学系统，除了包括常规的图像源模块1、光束整形系统2和光学组合器3外，还包括至少一组微调机构6，每一个需要移动的光学组件安装一组微调机构，微调机构6用于调整图像源模块1、光束整形系统2和光学组合器3三者之间的位置关系，和/或调整光束整形系统2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。图1所示的头戴显示光学系统仅示出了一组控制图像源模块I移动的微调机构，本领域技术人员根据这些附图完全可推断出安装多组微调机构的其他附图。本技术实施例微调机构6优选采用螺纹副传动微调方式，参见图2，为本技术实施例头戴显示光学系统中微调机构6的一种结构示意图，每组微调机构6包括驱动控制板61、微型步进电机62、齿轮副(齿轮A63、齿轮B64)、转动螺杆65、移动螺母座66，转动螺杆65和移动螺母座66组成螺纹副。需移动的光学组件安装固定在移动螺母座66上，所述需移动的光学组件包括图像源模块1、光束整形系统2或光束整形系统2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(图2以图像源模块I安装于移动螺母座66上为例)，微型步进电机62在驱动控制板61的驱动下，以齿轮副方式驱动螺纹副中的转动螺杆65转动来带动移动螺母座66的轴向移动，从而带动安装固定在移动螺母座66上的光学组件运行。本技术实施例中，虚像到人眼的距离L4的调节可以通过以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
可调头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.可调头戴显示光学系统，包括图像源模块、光束整形系统和光学组合器，其特征在于: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。2.如权利要求1所述的可调头戴显示光学系统，其特征在于，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；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琴华，宋海涛，
申请(专利权)人：成都理想境界科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：