基本信息
- 项目名称：
- 轻型大视场头戴显示器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 头戴显示器(Head Mounted Display, HMD)是一种微型化、大视场、可穿戴、低功耗的新形态显示器，可以戴在头上、嵌到眼镜或头盔中。
- 详细介绍：
- HMD又称近目显示器，它由至少一个微型图像源(Image Source,简称像源)子系统（包括像源芯片、驱动电路、控制电路）、高精密光学子系统和符合人机光学的支撑系统构成。整个系统将微型像源的高品质图像经过光学子系统放大并在眼前空间一定距离之外形成“大幅面”效果的虚像。这种独特的显示特性使之被广泛应用于增强现实（Augment Reality, AR）、可穿戴计算（Wearable Computing）等领域。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目前各类HMD产品基本由国外进口，售价高昂，并普遍存在着系统重量体积大、视场（FOV）小等方面的不足，故不能很好的满足实用需求。针对上述问题，我们基于新材料的自由曲面棱镜（Free-Form Surface Prism, FFSP）技术角度实现光学系统的大视场及轻质量。从多功能OLED像源驱动控制技术、连接线缆、支撑结构的角度实现系统其余部分的轻质量。并从人机工程学及可穿戴计算HMD应用的实际角度出发，以期得到符合人体工程学需求的大视场、轻便的HMD。主要研究设计工作如下： 1) 自由曲面面型设计； 2) 像源光线入射角控制； 3) 亮度、对比度控制设计。关键难点：大FOV的自由曲面面型设计本HMD主要技术创新特点是：“大视场、轻量级、低功耗、高性能”，样机整体性能与功能较国外产品有优势，主要技术指标如下： 1.视场：大于50°（对角）； 2.重量：单目形式小于200g 3.出瞳直径：大于5mm； 4.出瞳距离：大于15mm； 5.瞳距范围：55～71mm 6.输入信号：VGA 7.分辨率：大于800×600； 8.色深：24bit； 9.像源亮度：可大于400cd/m2（可自动调节）； 10.功耗：低于800mW； 11.工作温度：-20℃到65℃
科学性、先进性
- 在产品方面，目前从事HMD整机研发和生产的厂商约有20家，主要代表有美国的MicroOptical、Kaiser、eMagin、Liteye，加拿大的TekGear和CAE，德国的Trivisio，韩国的Samsung以及日本的Sony。在研究方面，除相关公司外，从事HMD研发的还有NASA、DARPA、多伦多大学、亚利桑那大学、伊利诺伊大学、南加州大学、大阪大学。目前国内各类中、高端的HMD产品基本依赖国外进口，售价高昂，国内低端产品组装为主，缺乏自主技术。 本HMD样机的技术性能指标达到或超过国际市场上典型先进HMD技术指标（例如美国MicroOptical、Kaiser、eMagin、Liteye，加拿大的TekGear和CAE，德国的Trivisio，韩国的Samsung 日本SHIMADZU的DataGlass2/A产品）。虽然业界的HMD技术已取得了上述一系列的发展，但目前各类典型HMD的光学系统仍在FOV、出瞳直径、光学质量、体积重量等方面存在诸多不足；
获奖情况及鉴定结果
- 1.第十一届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖 2.查新报告（见附加材料）
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术合作
作品可展示的形式
- 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 研制的HMD具有视场大，轻便，性价比高的特性，可广泛应用于需要使用显示器的各个领域，主要有： 1) 高端智能手机、MP4等的配套外设； 2) 游戏娱乐、随身影音用户； 3) 商务移动办公用户； 4) 采用增强现实、虚拟现实技术的工业设计单位； 5) 远程手术指导、医学培训单位； 6) 军事仿真与作战训练单位； 目前国际市场上的各类 HMD产品有数十种，其中中高端 HMD约不到十五种，且售价普遍较高。目前国际市场上的各类HMD普遍存在着 FOV小、重量体积大、交互方式单一、售价高等方面的不足，这为我们项目实施后的国际市场切入提供了实际可能。 随着技术的进一步成熟，成本的下降，HMD将出现旺盛的市场需求，头戴显示正面临着一个很好的产业机遇，将能取得巨大的经济和社会效益。 保守预计，该类产品在今后 3－5年的国内市场每年需求在 10万台左右，按一套售价10000元计，产值约 10亿。
同类课题研究水平概述
- 在产品方面，目前从事HMD 整机研发和生产的厂商约有20 家，主要代表有美国的MicroOptical、Kaiser、eMagin、Liteye，加拿大的TekGear 和CAE，德国的Trivisio，韩国的Samsung以及日本的Sony。目前从事HMD 像源器件生产的厂商约有25 家，包括以Microdisplay 与Kopin为代表的反射式与透射式LCOS 供应商，及以eMagin 和MicroEmissive 为代表的OLED 器件供应商。业界的HMD技术已取得了上述一系列的发展。但目前国内各类中、高端的和视透式HMD产品基本依赖国外进口，售价高昂，国内低端产品组装为主，缺乏自主技术。国际市场上的相关HMD商品也存在着重量、体积和视场（FOV）等方面的不足，而且一般只具有单一的显示功能，不能很好的满足某些实用需求，也不符合HMD的发展趋势。如MicroOptical公司的SV6是一款具有业界代表性的非瞳孔成像型单目HMD，其重量轻（头戴部分35g，系统总重约150g）、体积小，但FOV很小（对角20°），且分辨率低（640×480），不能很好的适用于多数应用程序的GUI； eMagin公司的Z800是一款业界著名的瞳孔成像型双目非视透式HMD，其采用单片式FFSP光学系统，FOV较大（对角40°），但出瞳直径小（约3mm），实际使用中难以看清屏幕边缘； 日本SHIMADZU的DataGlass2/A是一款典型的单目可视透式HMD，也采用单片式FFSP光学系统，但FOV较小（对角24°），且存在较严重的色差，对视觉效果影响较大。
