CN105068251A - 一种嵌入式3d头盔显示器 - Google Patents

Abstract

本嵌入式3D头盔显示器，采用半投入式光学成像显示系统，并嵌入安装在头盔面罩内侧，包括显示器图像源、反射镜、物镜组、视场光栏、目镜组、半反半透光学镜片及四核微处理系统；半反半透光学镜片上端向外倾斜设于头盔佩戴者眼睛前方，目镜组包括水平设于半反半透光学镜片上方的两块目镜片，并在其上方设有视场光栏，视场光栏上方有物镜组，物镜组包括上下两块物镜片，并在其上方设有反射镜，反射镜下端向外倾斜设置，显示器图像源靠近反射镜内侧设置，并位于头盔佩戴者额头上方；显示器图像源经过校正放大后，投射到头盔佩戴者眼前的半反半透光学镜片上，图像信息叠加在镜片的外界环境图像上。其功能大、体积小，嵌入安装在头盔内，佩戴舒适。

Description

一种嵌入式3D头盔显示器

技术领域

本发明涉及电子显示器领域，具体涉及一种嵌入式3D头盔显示器。

背景技术

近眼显示，也称为头戴显示，是一种使得佩戴者能够看清近眼内容的显示技术。最初主要用于军事和科研领域。随着电子技术的普及与镜片制造技术的发展，头戴显示逐渐进入人们的生活。具有显示器的头盔，一方面要保证头盔显示器的工作可靠性，另一方面需保证头盔总体尽量轻巧，保证佩戴的舒适性；这就要求头盔显示器安装在头盔上时，尽可能轻巧且具有可靠的位置和操作功能。

但从现有的头盔显示器的结构来看，大都外形笨重，给使用者带来不舒适的感觉；而且现有的头盔显示器的零部件在头盔上的设置不够合理，其功能有限，会为使用者带来不便。

头盔显示器（HeadMountDisplay——HMD）是现代显示技术的一种新技术，在现代实际应用中如何将大量的重要信息有限的展示在佩戴者眼前，一直是人们研究的焦点。

发明内容

为解决上述技术问题，我们提出了一种嵌入式3D头盔显示器，具有功能大、体积小，能嵌入安装在头盔内一个有限的空间里，且完全不影响佩戴者的舒适度。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种嵌入式3D头盔显示器，所述显示器采用半投入式光学成像显示系统，并嵌入安装在头盔面罩内侧，由显示器图像源、反射镜、物镜组、视场光栏、目镜组、半反半透光学镜片及四核微处理系统组成；所述半反半透光学镜片上端向外倾斜设于头盔佩戴者眼睛前方，所述目镜组包括相互平行的上下两块目镜片，且两块目镜片水平设于所述半反半透光学镜片上方，并在上面的一块目镜片上方设有视场光栏，所述视场光栏上方有物镜组，所述物镜组包括相互平行的上下两块物镜片，且两块物镜片水平设于所述视场光栏上方，并在上面的一块物镜片上方设有反射镜，所述反射镜下端向外倾斜设置，所述显示器图像源靠近所述反射镜内侧设置，并位于头盔佩戴者额头上方；四核微处理系统将显示器图像源经过校正放大后，投射到头盔佩戴者眼前的半反半透光学镜片上，这样显示的图像信息就叠加在透过玻璃的外界环境图像之上，头盔佩戴者可同时得到显示的图像信息和外部环境的视觉信息。

优选的，所述显示器设有的四核微处理系统接入有可见光摄像头和热成像摄像头，并具有自动对焦、全景拍摄、连拍录像功能，且四核微处理系统的软件支持图像处理及与可见光成像系统的合成和显示，可将相关图像信息发给后台中央控制中心。

优选的，所述四核微处理系统设有多路传感器模拟信号输入接口，可采集感应温度、压力、一氧化碳多种模拟信号，模拟信号经过四核微处理系统处理后可显示在所述显示器上，为佩戴者提供必要的实时数据提示，并可发给后台中央控制中心。

优选的，所述四核微处理系统设有GPS模块或北斗模块、WIFI模块及网络4G模块，能够支持GPS北斗定位导航、WIFI网络及4G网络。

优选的，所述显示器配有左耳机接口和右耳机接口。

优选的，所述显示器可采用语言控制方式，通过不同语言控制显示器界面切换。

通过上述技术方案，本发明的头盔显示器采用半投入式光学成像显示系统，被安装在头盔内前侧空间，由显示器图像源、反射镜、物镜组、视场光栏、目镜组、半反半透光学镜片及四核微处理系统组成；所述半反半透光学镜片上端向外倾斜设于头盔佩戴者眼睛前方，目镜组包括相互平行的上下两块目镜片，且两块目镜片水平设于半反半透光学镜片上方，并在上面的一块目镜片上方设有视场光栏，视场光栏上方有物镜组，物镜组包括相互平行的上下两块物镜片，且两块物镜片水平设于视场光栏上方，并在上面的一块物镜片上方设有反射镜，反射镜下端向外倾斜设置，显示器图像源靠近反射镜内侧设置，并位于头盔佩戴者额头上方；四核微处理系统将显示器图像源经过校正放大后，投射到头盔佩戴者眼前的半反半透光学镜片上，这样显示的图像信息就叠加在透过玻璃的外界环境图像之上，头盔佩戴者可同时得到显示的图像信息和外部环境的视觉信息，具有广角视觉视野，能将前方现场的情况分布显示在显示器上，并将所有显示信息及时传输到后台中央控制中心，并引进最新的材料、工艺和各种高科技技术以及各种传感器技术，把它们全部集成在头盔内部，从而在设计上颠覆了传统理念，使用寿命长，体积较小、较轻、操作灵便，能长时间连续工作，稳定性能较好，功能全，性能优良，具有功能大、体积小，能嵌入安装在头盔内一个有限的空间里，且完全不影响佩戴者的舒适度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种嵌入式3D头盔显示器的原理示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种嵌入式3D头盔显示器在头盔上的安装示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种嵌入式3D头盔显示器微系统的方框示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1．显示器11.显示器图像源12.反射镜13.物镜组14.视场光栏15.目镜组16.半反半透光学镜片17.四核微处理系统2.头盔3.面罩4.头盔佩戴者5.可见光摄像头6.热成像摄像头7.模拟信号输入接口8.GPS模块或北斗模块9.WIFI模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种嵌入式3D头盔显示器，具有功能大、体积小，能嵌入安装在头盔内一个有限的空间里，且完全不影响佩戴者的舒适度。

下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例.

如图1、图2和图3所示，一种嵌入式3D头盔显示器，所述显示器1采用半投入式光学成像显示系统，并嵌入安装在头盔2的面罩3内侧，由显示器图像源11、反射镜12、物镜组13、视场光栏14、目镜组15、半反半透光学镜片16及四核微处理系统17组成；所述半反半透光学镜片16上端向外倾斜设于头盔佩戴者4眼睛前方，所述目镜组15包括相互平行的上下两块目镜片，且两块目镜片水平设于所述半反半透光学镜片16上方，并在上面的一块目镜片上方设有视场光栏14，所述视场光栏14上方有物镜组13，所述物镜组13包括相互平行的上下两块物镜片，且两块物镜片水平设于所述视场光栏14上方，并在上面的一块物镜片上方设有反射镜12，所述反射镜12下端向外倾斜设置，所述显示器图像源11靠近所述反射镜12内侧设置，并位于头盔佩戴者4额头上方；四核微处理系统将显示器图像源11经过校正放大后，投射到头盔佩戴者4眼前的半反半透光学镜片16上，这样显示的图像信息就叠加在透过玻璃的外界环境图像之上，头盔佩戴者4可同时得到显示的图像信息和外部环境的视觉信息。

其中，所述显示器1设有的四核微处理系统17接入有可见光摄像头5和热成像摄像头6，并具有自动对焦、全景拍摄、连拍录像功能，且四核微处理系统17的软件支持图像处理及与可见光成像系统的合成和显示，可将相关图像信息发给后台中央控制中心。所述四核微处理系统17设有多路传感器模拟信号输入接口7，可采集感应温度、压力、一氧化碳多种模拟信号，模拟信号经过四核微处理系统17处理后可显示在所述显示器1上，为佩戴者提供必要的实时数据提示，并可发给后台中央控制中心。所述四核微处理系统17设有GPS模块或北斗模块8、WIFI模块9及网络4G模块，能够支持GPS北斗定位导航、WIFI网络及4G网络。所述显示器1配有左耳机接口和右耳机接口，以方便佩戴者耳听。所述显示器1还可以采用语言控制方式，通过不同语言控制显示器界面切换，方便佩戴者操作。所述显示器1配有手控操作接口，并通过数据线与手控操作控制盒电连接，进行操作时，操作者可随意按自己要求达到操控目标。

在本例中，本发明的头盔显示器采用半投入式光学成像显示系统，被安装在头盔2内前侧空间，由显示器图像源11、反射镜12、物镜组13、视场光栏14、目镜组15、半反半透光学镜片16及四核微处理系统17组成；所述半反半透光学镜片16上端向外倾斜设于头盔佩戴者4的眼睛前方，目镜组15包括相互平行的上下两块目镜片，且两块目镜片水平设于半反半透光学镜片16上方，并在上面的一块目镜片上方设有视场光栏14，视场光栏14上方有物镜组13，物镜组13包括相互平行的上下两块物镜片，且两块物镜片水平设于视场光栏14上方，并在上面的一块物镜片上方设有反射镜12，反射镜12下端向外倾斜设置，显示器图像源11靠近反射镜12内侧设置，并位于头盔佩戴者4额头上方；四核微处理系统将显示器图像源11经过校正放大后，投射到头盔佩戴者4眼前的半反半透光学镜片16上，这样显示的图像信息就叠加在透过玻璃的外界环境图像之上，头盔佩戴者可同时得到显示的图像信息和外部环境的视觉信息，具有广角视觉视野，能将前方现场的情况分布显示在显示器上，并将所有显示信息及时传输到后台中央控制中心，并引进最新的材料、工艺和各种高科技技术以及各种传感器技术，把它们全部集成在头盔内部，从而在设计上颠覆了传统理念，使用寿命长，体积较小、较轻、操作灵便，能长时间连续工作，稳定性能较好，功能全，性能优良，具有功能大、体积小，能嵌入安装在头盔内一个有限的空间里，且完全不影响佩戴者的舒适度。

同时，本技术方案的嵌入式3D头盔显示器还可以拓展为以下领域的用途：

1）、工业生产用途：

操作者可以远程查看数据，比如局部数据清单、工程图纸、产品规格、检测要求，在大型设备的生产和质量控制中，设计师和专业质管工程师可借助头盔显示器，采用三维模型环境在大型设备系统中遨游，检查系统中的各项性能，设备的安装位置是否符合安装要求等等，最终的实际状况与设计方案相比是否符合技术要求等等，并为借助头盔显示器系统中的高清摄像头获取图片资料，有价值的图片可发送到后台，进行资料存档和分析。

2）、模拟和训练用途：

该头盔显示器替代了有效的训练和提供了更好的服务方法，无论是训练还是作为各种训练模拟器，都能提供增加学习能力。

3）、医疗用途:

该头盔显示器与各种3D镜体和计算机系统组合，可以在例如脑外科等显微外科手术以及远程诊断和远程手术中，作为手术部位的显微显示，采用了3D图像处理技术，可以精确对病灶部位定位。3D的显示效果可以让手术医生分清病灶部位的左右和前后，解剖中的前后左右视野都能看清楚，这样可以大大减轻医生的工作强度，提高手术的成功率。

4）、军事用途：该头盔显示器可嵌入士兵头盔入有如下功能：

A：车辆各种战军以及单兵作战似的命令传达、战场观察、地形查看、红外夜视系统显示以及瞄准系统敌我识别等需要信息图像的显示。

B：与消防头盔一起组合成智能消防头盔。

5）、大众娱乐用途：

专属个人3D影院以及3D动感娱乐机，本3D头盔显示器可设计制作成各种不同的卡通头盔外形，加上游戏操作盒，与四核微处理器组成一套完美的3D显示效果，加上震撼的立体音响，无论是观看3D电影或是3D游戏，将给佩戴者带来无穷的专属乐趣，如此时尚新潮的娱乐方式，将会受到爱玩人群的追捧。

本设计针对嵌入式3D头盔显示器的技术要求，结合与头盔显示器相关的结构要求，还对其重心、对比度、分辨率、颜色视场和单/双目显示等建立了系统设计指标要求。光学系统的设计不仅关系到成像质量的好坏，还影响到头盔显示的体积和重量，以及头盔佩戴者在长时间观看时是否疲劳，因此光学设计和光学感受是头盔显示研究的重要部分。采用光学设计软件进行光学系统的优化设计，并与四核微处理系统衔接，具有强大的数据图像处理功能和通讯系统、大数据图像传输与丰富的接口可拓展性，让整个系统可以适合不同用户的应用需求。

以上所述的仅是本发明的一种嵌入式3D头盔显示器优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述显示器采用半投入式光学成像显示系统，并嵌入安装在头盔面罩内侧，由显示器图像源、反射镜、物镜组、视场光栏、目镜组、半反半透光学镜片及四核微处理系统组成；所述半反半透光学镜片上端向外倾斜设于头盔佩戴者眼睛前方，所述目镜组包括相互平行的上下两块目镜片，且两块目镜片水平设于所述半反半透光学镜片上方，并在上面的一块目镜片上方设有视场光栏，所述视场光栏上方有物镜组，所述物镜组包括相互平行的上下两块物镜片，且两块物镜片水平设于所述视场光栏上方，并在上面的一块物镜片上方设有反射镜，所述反射镜下端向外倾斜设置，所述显示器图像源靠近所述反射镜内侧设置，并位于头盔佩戴者额头上方；四核微处理系统将显示器图像源经过校正放大后，投射到头盔佩戴者眼前的半反半透光学镜片上，这样显示的图像信息就叠加在透过玻璃的外界环境图像之上，头盔佩戴者可同时得到显示的图像信息和外部环境的视觉信息。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述显示器设有的四核微处理系统接入有可见光摄像头和热成像摄像头，并具有自动对焦、全景拍摄、连拍录像功能，且四核微处理系统的软件支持图像处理及与可见光成像系统的合成和显示，可将相关图像信息发给后台中央控制中心。

3.根据权利要求2所述的一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述四核微处理系统设有多路传感器模拟信号输入接口，可采集感应温度、压力、一氧化碳多种模拟信号，模拟信号经过四核微处理系统处理后可显示在所述显示器上，为佩戴者提供必要的实时数据提示，并可发给后台中央控制中心。

4.根据权利要求3所述的一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述四核微处理系统设有GPS模块或北斗模块、WIFI模块及网络4G模块，能够支持GPS北斗定位导航、WIFI网络及4G网络。

5.根据权利要求4所述的一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述显示器配有左耳机接口和右耳机接口。

6.根据权利要求5所述的一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述显示器可采用语言控制方式，通过不同语言控制显示器界面切换。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种嵌入式3D头盔显示器，其特征在于，所述显示器配有手控操作接口，并通过数据线与手控操作控制盒电连接。