本发明涉及虚拟现实领域。更具体地，涉及一种vr头戴式显示设备、vr显示方法及vr显示系统。
背景技术：
头盔式显示器是最早的虚拟现实显示器，利用头盔显示器将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。传统的vr头显系统大都采用双屏幕形式，即人的左右眼，各自对应一块屏幕，观察者通过两只眼睛分别看到各自屏幕上的图像从而获得立体视觉感。但是这种系统有着天然的结构设计缺陷，即两块透镜和两块屏幕中间需要有挡光板，也就是镜筒结构，这样的设计初衷是防止观察者的双眼看到同一块屏幕产生视觉错乱，但是其带来的问题是系统的视场角受到限制，很难增大，而且两块屏幕之间安装固定时要满足严格对齐关系，对结构设计精度要求较高，与此同时，两块屏幕中间的遮挡板，还增加系统的结构复杂度和重量负担。
公开号为cn205608305u的专利虽然改为单屏幕显示，无需将显示图像进行切分，但在显示屏幕前增加了液晶层，同时利用时分复用功能，在时间上划分出来分别实现对应于左右眼的输出图像，然后通过两眼前的偏振功能筛选出对应左右眼的图像，但这种改进增加了系统的复杂性，影响系统稳定性，同时增加了成本。
因此，需要提供一种vr头戴式显示设备、vr显示方法及vr显示系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种vr头戴式显示设备、vr显示方法及vr显示系统，采用了单屏幕输出两幅不同偏振方向画面的方法，避免了两块屏幕安装过程中必须满足严格的对齐关系限制，简化了系统结构。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种vr头戴式显示设备，包括：
一个显示屏幕，用于同时输出具有第一偏振方向的第一显示图像和具有第二偏振方向的第二显示图像，其中第一偏振方向与第二偏振方向正交；
用于对所述第一显示图像进行放大的第一凸透镜和用于对所述第二显示图像进行放大的第二凸透镜；
设置在第一凸透镜和vr头戴式显示设备的用户左眼之间的第一偏振片和设置在第二凸透镜和vr头戴式显示设备的用户右眼之间的第二偏振片，其中第一偏振片具有第一偏振方向，第二偏振片具有第二偏振方向。
进一步地，显示屏幕包括：
显示模组；
具有第一偏振方向的第三偏振片，设置在显示模组的出光方向上，用于输出所述第一显示图像；
具有第二偏振方向的第四偏振片，设置在显示模组的出光方向上，用于输出所述第二偏振方向图像。
进一步地，第三偏振片为第一偏振片组，其中该第一偏振片组中的偏振片的位置与所述显示模组的奇数列像素位置相对应；
所述第四偏振片为第二偏振片组，其中该第二偏振片组中的偏振片的位置与所述显示模组的偶数列像素位置相对应。
进一步地，所述显示模组为lcd显示模组或oled显示模组，所述第三偏振片和所述第四偏振片贴附于所述显示模组的出光方向的表面上。
进一步地，所述第三偏振片和所述第四偏振片为线偏振片。
进一步地，所述第一偏振片和第二偏振片为分别形成在所述第一凸透镜朝向左眼表面上的偏振膜和形成在所述第二凸透镜朝向右眼表面上的偏振膜。
本发明还公开了一种利用上述的vr头戴式显示设备进行vr显示的方法，包括：
所述显示屏幕同时输出具有第一偏振方向的第一显示图像和具有第二偏振方向的第二显示图像，其中第一偏振方向与第二偏振方向正交；
所述第一凸透镜和第二凸透镜分别对所述第一显示图像和第二显示图像进行放大；
所述第一偏振片将所述放大的第一显示图像输出到用户的左眼，所述第二偏振片将所述放大的第二显示图像输出到用户的右眼。
进一步地，所述显示屏幕包括显示模组、具有第一偏振方向的第三偏振片和具有第二偏振方向的第四偏振片，并且
所述方法包括：
将第三偏振片设置在显示模组的出光方向上，用于输出所述第一显示图像；
将第四偏振片设置在显示模组的出光方向上，用于输出所述第二显示图像。
进一步地，所述第三偏振片为第一偏振片组，所述第四偏振片为第二偏振片组，并且所述方法包括
将该第一偏振片组中的偏振片的位置与所述显示屏的奇数列像素位置对应设置；
将该第二偏振片组中的偏振片的位置与所述显示屏的偶数列像素位置对应设置。
本发明还公开了一种外接式vr系统，包括上述的vr头戴式显示设备。
本发明还公开了一种一体式vr系统，包括上述的vr头戴式显示设备。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案采用了单屏幕输出两幅不同偏振方向画面的方法，避免了两块屏幕安装过程中必须满足严格的对齐关系限制，简化了系统结构，减轻了整机重量。由于取消了原来透镜和屏幕中间的镜筒隔板，观察者单眼可见的屏幕范围相比较传统双屏幕系统远远增大，因此本发明极大的增加了系统的视场角。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1为现有技术vr头戴显示系统光学结构示意图；
图2为本发明的一个实施例提供的vr头戴显示系统光学结构示意图；
图3为本发明的一个实施例提供的屏幕输出图像方式示意图；
图4为本发明的另一个实施例提供的屏幕输出图像方式示意图；
图5为本发明的一个实施例提供的屏幕和透镜偏振显示方式示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，现有技术中vr整机系统设计有镜筒结构，该镜筒有两个作用，一个作用是连接固定两个透镜3和5，另一个作用是设计有长长的镜筒挡板8，该挡板8从透镜延伸到两个屏幕4和6中间，防止左眼1看到右边的屏幕6以及右眼2看到左边的屏幕4，进而避免双眼视觉错乱。以左眼1为例，图中左眼1由于受到镜筒挡板8遮挡，只能看到屏幕4的最右端，其对应看到的图像区域是9，双眼重叠区域图像区域是7，这就造成了双眼看到的图像视野范围很小。
如图2所示，本发明公开的vr头戴式显示设备，包括：
一个显示屏幕77，用于同时输出具有第一偏振方向的第一显示图像和具有第二偏振方向的第二显示图像，其中第一偏振方向与第二偏振方向正交；
用于对所述第一显示图像进行放大的第一凸透镜66和用于对所述第二显示图像进行放大的第二凸透镜55；
设置在第一凸透镜66和vr头戴式显示设备的用户左眼22之间的第一偏振片11和设置在第二凸透镜55和vr头戴式显示设备的用户右眼33之间的第二偏振片44，其中第一偏振片11具有第一偏振方向，第二偏振片44具有第二偏振方向。
具体的，本发明公开的vr头戴式显示设备中，采用单屏幕输出两幅不同偏振方向的显示图像，同时在两个凸透镜和用户双眼之间设置两偏振片，并使两偏振片的偏振方向分别与显示屏幕77输出的两显示图像的偏振方向相同并对应，用户在使用本设备时，两只眼睛分别只能看到显示屏幕77上其中一个偏振方向的显示图像，这样用户两只眼睛看到的画面通过大脑合成立体影像。结合图1，由于取消了现有技术中透镜和显示屏幕中间的镜筒隔板8，观察者单眼可见的屏幕范围88相比较现有双屏幕系统看到的屏幕范围7远远增大，因此本发明实施例极大的增加了系统的视场角，给用户带来更好的视觉体验和代入感。
如图3所示，显示屏幕77包括：显示模组111；具有第一偏振方向的第三偏振片222，设置在显示模组的出光方向上，用于输出所述第一显示图像；具有第二偏振方向的第四偏振片333，设置在显示模组的出光方向上，用于输出所述第二偏振方向图像。
第三偏振片222为第一偏振片组，其中该第一偏振片组中的偏振片的位置与显示模组111的奇数列像素位置相对应；第四偏振片333为第二偏振片组，其中该第二偏振片组中的偏振片的位置与所述显示模组111的偶数列像素位置相对应。在本实施例中是将显示模组的像素划分为奇数列和偶数列，本领域技术人员可以知道，将显示模组的像素划分为奇数行和偶数行也同样可以实现本方案。
具体的，在如图3的实施例中，显示模组111中深色表示偶数列像素，浅色表示奇数列像素，第三偏振片222设于浅颜色的奇数列像素表面，第四偏振片333设于深颜色的偶数列像素表面，只有水平方向的光能穿过奇数列像素表面的第三偏振片222，只有竖直方向的光能穿过偶数列像素表面的第四偏振片333，由于第一偏振片11的偏振方向与第三偏振片222的偏振方向一致，第二偏振片44的偏振方向与第四偏振片333的偏振方向一致，故当用户通过第一凸透镜66观察时只能看到奇数列像素发出的光，而通过第二凸透镜55观察时只能看到偶数列像素发出的光，这样当用户双眼同时从两透镜观察时就能看到整个屏幕的图像，且避免了左右眼的互相干扰，观察视线也不会被挡板所阻隔，极大的增加了系统的视场角。
本发明的实施例中显示模组111为lcd显示模组或oled显示模组，第三偏振片222和第四偏振片333贴附于显示模组111的出光方向的表面上，第三偏振片222和第四偏振片333选用线偏振片，使显示模组111发出的光为线偏振光，这样就实现了在同一块屏幕上输出两种图像，同时两种图像分别进入用户的左右眼而互不影响，从而使观察者产生立体视觉感。
为了使视觉效果更佳，第一偏振片11和第二偏振片44分别贴附在第一凸透镜朝向左眼表面和第二凸透镜朝向右眼表面，使偏振片于凸透镜之间的距离最小，防止中间的光线发散影响视觉体验，这里的贴附可以为涂布或电镀。
如图4所示，结合图3，显示屏幕输出两种偏振方向不同的图像，分别对应左眼和右眼图像，左右眼图像按图中的排列方式输出在屏幕上，可以为屏幕的右半部分像素(深颜色表示)输出右眼图像，屏幕的左半部分像素(浅颜色表示)输出左眼图像，当用户双眼观察图像时，左右眼的重叠区就能看到整个屏幕的图像，同时两种图像分别进入用户的左右眼而互不影响，从而使观察者产生立体视觉感。
优选的，如图5所示，本发明的一个实施例还可以将显示屏幕设置为屏幕的偶数列像素(深颜色表示)输出右眼图像，屏幕的奇数列像素(浅颜色表示)输出左眼图像，当用户双眼观察图像时，奇数列像素和偶数列像素间隔均匀排列，构成了整个屏幕图像，使用户看到的画面更均匀，屏幕输出采用的是隔行输出左右眼图像，即双眼图像同时存在屏幕上，相较于现有的采用时分复用技术刷新屏幕，使用户更不易察觉，代入感更强。
本发明的一个实施例还提供了一种利用上述的vr头戴式显示设备进行vr显示的方法，包括：
显示屏幕同时输出具有第一偏振方向的第一显示图像和具有第二偏振方向的第二显示图像，其中第一偏振方向与第二偏振方向正交；
第一凸透镜和第二凸透镜分别对所述第一显示图像和第二显示图像进行放大；
所述第一偏振片将所述放大的第一显示图像输出到用户的左眼，所述第二偏振片将所述放大的第二显示图像输出到用户的右眼。
具体的，可以将显示屏幕的显示模组前设置偏振方向正交的两种偏振片，其中第一偏振方向的偏振片设置在显示屏幕的奇数列像素位置上，第二偏振方向的偏振片设置在显示屏幕的偶数列像素位置上，这样用户左眼或右眼单独接收到其中一个偏振方向的图像，当双眼同时看向屏幕时，可接收到整个显示屏幕的图像，可见屏幕范围远远增大，极大的增加了系统的视场角，提升了用户的代入感和体验。
本发明的一个实施例还公开了一种外接式vr系统，包括上述实施例所述的vr头戴式显示设备及数据处理单元，数据处理单元与vr头戴式显示设备通过数据线连接，将大量数据处理后发送到vr头戴式显示设备上进行显示，处理速度较快，播放画面质量高。
本发明的一个实施例还公开了一种一体式vr显示系统，包括上述实施例所述的vr头戴式显示设备及及数据处理单元，数据处理单元设于vr头戴式显示设备内部，没有外接数据线的限制，便于携带。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。