CN105425395A - 一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及眼镜。一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，包括一眼镜主体，眼镜主体包括一镜架，镜架安装有镜片，镜片包括一光波导片，光波导片呈板状，光波导片包括光传输部和成像部，光传输部为一透明玻璃板，光传输部左端设有成像部，成像部包括左右排布的至少两层半透半反膜，相邻的半透半反膜之间设有玻璃层，相邻的半透半反膜平行且反光的方向倾斜向镜片后方；光波导片的右端设有一反光镜。本发明在使用时，光源经由反光镜反射后进入光波导片，在光波导片内全反射前进，光线照射到半透半反膜的入光面后依次发生一定的反射和透射，由此在镜片的下方的人眼可以看到清晰的像。

Description

一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及眼镜。

背景技术

增强现实技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术，在日常生活中可以为人们带来便利。它可以实现超越电子屏幕的视觉体验，在展现真实世界的信息是同时，将虚拟的信息同时显示出来，数码世界和真实世界的信息相互补充和叠加，二者完美的结合在一起呈现在用户眼中。然而现在已有的的增强现实眼镜，普遍存在使用时视场角过小导致用户视野不佳，以及镜片太厚导致整体偏重的缺陷，从而降低了用户体验满意度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，包括一眼镜主体，所述眼镜主体包括一镜架，其特征在于：所述镜架安装有镜片，所述镜片包括一光波导片，所述光波导片呈板状，所述光波导片包括光传输部和成像部，所述光传输部为一透明玻璃板，光传输部左端设有所述成像部，所述成像部包括左右排布的至少两层半透半反膜，相邻的所述半透半反膜之间设有玻璃层，相邻的所述半透半反膜平行且反光的方向倾斜向镜片后方；

所述光波导片的右端有一光入射口，所述光波导片的右端还设有一反光镜，所述反光镜前方设有投影仪，所述投影仪出光方向朝向反光镜，所述反光镜的反光方向朝向所述光入射口。

本发明在使用时，光源经由反光镜反射后进入光波导片，在所述光波导片内全反射前进，光线照射到半透半反膜的入光面后依次发生一定的反射和透射，由此在镜片的下方的人眼可以看到清晰的像。

所述反光镜与所述光波导片的下表面呈一夹角，所述半透半反膜与所述光波导片的下表面呈另一夹角，所述夹角与所述另一夹角度数相同，该角度为20～30度，优选24.5度。采用该角度，视场角较现有的增强现实眼镜有很大的提高，视场角能达到36度，目视距离为18mm左右。

所述光波导片厚度为1.8mm～2.2mm，优选2mm。光波导片厚度减少，减少眼镜的重量，提高用户的舒适感。

所述镜架一侧的镜腿设有第一中空腔，所述第一中空腔设有一透光口，所述透光口处安装有一目镜系统，所述目镜系统后方安装有所述投影仪，所述投影仪采用LCOS投影模组，所述LCOS投影模组投影口朝向所述目镜系统，所述透光口朝向所述反光镜。将LCOS投影模组、目镜系统安装于镜腿的中空腔内可以美化外观，同时方便固定与安装。

所述镜架另一侧的镜腿设有第二中空腔，所述第二中空腔设有一开口，所述开口朝向镜片前方，所述第二中空腔内设有一测距装置，所述测距装置连接至一信号处理装置，所述信号处理装置还连接所述投影仪，通过测量现实世界中物体的距离调整与物体匹配的画面的大小，使两者能够等尺寸结合，进而思想实际物体与虚拟物体的结合。

所述测距装置可以是激光测距仪，还可以是测距雷达。

所述LCOS投影模组连接一微型处理系统系统，所述镜架还安装有一影像采集装置，所述影像采集装置设有至少一个摄像头，所述摄像头连接所述微型处理系统，还设有一触摸屏系统，所述触摸屏系统设有一用于感应触摸动作的触摸感应膜，所述触摸感应膜贴在所述镜片前方，所述触摸屏系统连接所述微型处理系统。设有影像采集功能，触摸感应功能，为微型处理系统获取真实世界的信息提供了基础，用户复合式的信息交互，提高用户体验满意度

所述镜架还安装有一语音采集装置，所述语音采集装置设有至少一个麦克风，所述麦克风连接微型处理系统，所述麦克风固定在镜腿中部，所述麦克风感应方向垂直向下。使更加简洁地安装固定，尽可能靠近用户的口部，达到较好的采集环境声音的效果，另一方面，在方便固定的同时，给所述镜架均衡的受力。

所述触摸感应膜贴采用压电式触控技术，所述压电式触控技术介于电阻式与电容式触控技术之间。压电式传感器的触控屏幕同电容式触控屏一样支持多点触控，而且支持任何物体触控，不像电容屏只支持类皮肤的材质触控。这样，压电式触控屏幕可以同时具有电容屏幕的多点触控触感，又具有电阻屏的精准。

所述触摸感应膜贴通过紧压式固定方式。所述固定方式在所述触摸感应膜贴周边圈沿绕一圈泡棉，不仅能做到有效的防止尘防水，而且对所述触摸感应膜贴本身也没有损伤。

所述目镜系统包括一目镜主体，所述目镜主体的前端面为第一曲面，所述目镜主体的后端面为第二曲面，所述第一曲面与所述第二曲面均为旋转对称面；

所述第一曲面中央呈外凸状，所述第一曲面的边缘呈内凹状，所述第二曲面呈外凸状。优化了传统双外凸的目镜结构，色差小，视场角可达120度，放大率合适。

所述旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。

所述第一曲面中央的曲率大于所述第一曲面边缘的曲率，所述第一曲面边缘的曲率大于所述第二曲面边缘的曲率，所述第二曲面边缘的曲率大于所述第二曲面中央的曲率。

所述第二曲面的中央横截面优选为一直线。便于保证成像效果。

所述第一曲面是一非球面，所述第一曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1+\sqrt{1-\left(1+K\right)y^2/R^2})}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

R	20.95
		K	-0.5149652
A	-8.16335e-006
		B	-5.74210e-009
C	-2.34590e-011
		D	-5.84936e-014
E	0.00000e+000
		F	0.00000e+000
G	0.00000e+000
		H	0.00000e+000
J	0.00000e+000

。

所述第二曲面是一非球面，所述第二曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1+\sqrt{1-\left(1+K\right)y^2/R^2})}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

R	323.5
		K	0.070702
A	-1.19490e-005
		B	5.23218e-009
C	-1.27737e-011
		D	-8.86964e-015
E	0.00000e+000
		F	0.00000e+000
G	0.00000e+000
		H	0.00000e+000
J	0.00000e+000

。

所述目镜主体的中心厚度大于所述目镜主体的边缘厚度；所述目镜主体的厚度从中心向边缘依次递减；

所述目镜主体的中心厚度为2mm-10mm。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，包括一眼镜主体，眼镜主体包括一镜架，镜架安装有镜片，镜片包括一光波导片，光波导片呈板状，光波导片包括光传输部1和成像部，光传输部1为一透明玻璃板，光传输部1左端设有成像部，成像部包括左右排布的至少两层半透半反膜2，相邻的半透半反膜2之间设有玻璃层，相邻的半透半反膜2平行且反光的方向倾斜向镜片后方；

光波导片的右端有一光入射口，光波导片的右端还设有一反光镜3，反光镜前方设有投影仪，投影仪出光方向朝向反光镜3，反光镜3的反光方向朝向光入射口。

本发明在使用时，光源经由反光镜3反射后进入光波导片，在光波导片内全反射前进，光线照射到半透半反膜2的入光面后依次发生一定的反射和透射，由此在镜片的下方的人眼可以看到清晰的像。

反光镜3与光波导片的下表面呈一夹角，半透半反膜2与光波导片的下表面呈另一夹角，夹角与另一夹角度数相同，该角度为20～30度，优选24.5度。采用该角度，视场角较现有的增强现实眼镜有很大的提高，视场角能达到36度，目视距离为18mm左右。

光波导片厚度为1.8mm～2.2mm，优选2mm。光波导片厚度减少，减少眼镜的重量，提高用户的舒适感。

镜架一侧的镜腿设有第一中空腔，第一中空腔设有一透光口，透光口处安装有一目镜系统4，目镜系统4后方安装有投影仪，投影仪采用LCOS投影模组5，LCOS投影模组5投影口朝向目镜系统，透光口朝向反光镜3。将LCOS投影模组5、目镜系统4安装于镜腿的中空腔内可以美化外观，同时方便固定与安装。

镜架另一侧的镜腿设有第二中空腔，第二中空腔设有一开口，开口朝向镜片前方，第二中空腔内设有一测距装置，测距装置连接至一信号处理装置，信号处理装置还连接投影仪，通过测量现实世界中物体的距离调整与物体匹配的画面的大小，使两者能够等尺寸结合，进而思想实际物体与虚拟物体的结合。

测距装置可以是激光测距仪，还可以是测距雷达。

LCOS投影模组5连接一微型处理系统系统，镜架还安装有一影像采集装置，影像采集装置设有至少一个摄像头，摄像头连接微型处理系统，还设有一触摸屏系统，触摸屏系统设有一用于感应触摸动作的触摸感应膜，触摸感应膜贴在镜片前方，触摸屏系统连接微型处理系统。设有影像采集功能，触摸感应功能，为微型处理系统获取真实世界的信息提供了基础，用户复合式的信息交互，提高用户体验满意度

镜架还安装有一语音采集装置，语音采集装置设有至少一个麦克风，麦克风连接微型处理系统，麦克风固定在镜腿中部，麦克风感应方向垂直向下。使更加简洁地安装固定，尽可能靠近用户的口部，达到较好的采集环境声音的效果，另一方面，在方便固定的同时，给镜架均衡的受力。

触摸感应膜贴采用压电式触控技术，压电式触控技术介于电阻式与电容式触控技术之间。压电式传感器的触控屏幕同电容式触控屏一样支持多点触控，而且支持任何物体触控，不像电容屏只支持类皮肤的材质触控。这样，压电式触控屏幕可以同时具有电容屏幕的多点触控触感，又具有电阻屏的精准。

触摸感应膜贴通过紧压式固定方式。固定方式在触摸感应膜贴周边圈沿绕一圈泡棉，不仅能做到有效的防止尘防水，而且对触摸感应膜贴本身也没有损伤。

目镜系统4包括一目镜主体，目镜主体的前端面为第一曲面，目镜主体的后端面为第二曲面，第一曲面与第二曲面均为旋转对称面；

第一曲面中央呈外凸状，第一曲面的边缘呈内凹状，第二曲面呈外凸状。优化了传统双外凸的目镜结构，色差小，视场角可达120度，放大率合适。

旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。

第一曲面中央的曲率大于第一曲面边缘的曲率，第一曲面边缘的曲率大于第二曲面边缘的曲率，第二曲面边缘的曲率大于第二曲面中央的曲率。

第二曲面的中央横截面优选为一直线。便于保证成像效果。

第一曲面是一非球面，第一曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1+\sqrt{1-\left(1+K\right)y^2/R^2})}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

R	20.95
		K	-0.5149652
A	-8.16335e-006
		B	-5.74210e-009
C	-2.34590e-011
		D	-5.84936e-014
E	0.00000e+000
		F	0.00000e+000
G	0.00000e+000
		H	0.00000e+000
J	0.00000e+000

。

第二曲面是一非球面，第二曲面的非球面系数

$z=\frac{y^2}{R(1+\sqrt{1-\left(1+K\right)y^2/R^2})}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}+{\mathrm{Gy}}^{16}+{\mathrm{Hy}}^{18}+{\mathrm{Jy}}^{20},$ 其中，

R	323.5
		K	0.070702
A	-1.19490e-005
		B	5.23218e-009
C	-1.27737e-011
		D	-8.86964e-015
E	0.00000e+000
		F	0.00000e+000
G	0.00000e+000
		H	0.00000e+000
J	0.00000e+000

。

目镜主体的中心厚度大于目镜主体的边缘厚度；目镜主体的厚度从中心向边缘依次递减；

目镜主体的中心厚度为2mm-10mm。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，包括一眼镜主体，所述眼镜主体包括一镜架，其特征在于：所述镜架安装有镜片，所述镜片包括一光波导片，所述光波导片呈板状，所述光波导片包括光传输部和成像部，所述光传输部为一透明玻璃板，光传输部左端设有所述成像部，所述成像部包括左右排布的至少两层半透半反膜，相邻的所述半透半反膜之间设有玻璃层，相邻的所述半透半反膜平行且反光的方向倾斜向镜片后方；

所述光波导片的右端有一光入射口，所述光波导片的右端还设有一反光镜，所述反光镜前方设有投影仪，所述投影仪出光方向朝向反光镜，所述反光镜的反光方向朝向所述光入射口。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述反光镜与所述光波导片的下表面呈一夹角，所述半透半反膜与所述光波导片的下表面呈另一夹角，所述夹角与所述另一夹角度数相同，该角度为20～30度。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述镜架一侧的镜腿设有第一中空腔，所述第一中空腔设有一透光口，所述透光口处安装有一目镜系统，所述目镜系统后方安装有所述投影仪，所述投影仪采用LCOS投影模组，所述LCOS投影模组投影口朝向所述目镜系统，所述透光口朝向所述反光镜；

所述镜架另一侧的镜腿设有第二中空腔，所述第二中空腔设有一开口，所述开口朝向镜片前方，所述第二中空腔内设有一测距装置，所述测距装置连接至一信号处理装置，所述信号处理装置还连接所述投影仪，通过测量现实世界中物体的距离调整与物体匹配的画面的大小，使两者能够等尺寸结合，进而思想实际物体与虚拟物体的结合。

4.根据权利要求3所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述LCOS投影模组连接一微型处理系统系统，所述镜架还安装有一影像采集装置，所述影像采集装置设有至少一个摄像头，所述摄像头连接所述微型处理系统，还设有一触摸屏系统，所述触摸屏系统设有一用于感应触摸动作的触摸感应膜，所述触摸感应膜贴在所述镜片前方，所述触摸屏系统连接所述微型处理系统。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述镜架还安装有一语音采集装置，所述语音采集装置设有至少一个麦克风，所述麦克风连接微型处理系统，所述麦克风固定在镜腿中部，所述麦克风感应方向垂直向下。

6.根据权利要求5所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述触摸感应膜贴采用压电式触控技术，所述压电式触控技术介于电阻式与电容式触控技术之间。

7.根据权利要求3所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述目镜系统包括一目镜主体，所述目镜主体的前端面为第一曲面，所述目镜主体的后端面为第二曲面，所述第一曲面与所述第二曲面均为旋转对称面；

所述第一曲面中央呈外凸状，所述第一曲面的边缘呈内凹状，所述第二曲面呈外凸状。

8.根据权利要求7所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述第一曲面中央的曲率大于所述第一曲面边缘的曲率，所述第一曲面边缘的曲率大于所述第二曲面边缘的曲率，所述第二曲面边缘的曲率大于所述第二曲面中央的曲率。

9.根据权利要求7所述的一种玻璃方案的大视场角增强现实眼镜，其特征在于，所述目镜主体的中心厚度大于所述目镜主体的边缘厚度；所述目镜主体的厚度从中心向边缘依次递减；

所述目镜主体的中心厚度为2mm-10mm。