CN105974589A - 一种头戴式护目镜的近眼式显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种头戴式护目镜的近眼式显示器，包括头盔本体及装设于头盔本体上的虚拟现实系统；该虚拟现实系统包括周围光传感器、电致变色透镜控制电路、增强现实发射器、微透镜阵列、增强现实显示器及贴合在其上的电致变色透镜；所述周围光传感器捕获环境中的信息，并将信息传递给所述增强现实发射器，所述增强现实发射器分析计算图像信息和光亮度信息，并选择内置的增强现实图像信息和光亮度信息，将选择的增强现实图像信息经所述微透镜阵列投射在所述增强现实显示器上，同时，将选择的光亮度信息发送给所述电致变色透镜控制电路，调节所述电致变色透镜的透光度；人眼透过所述增强现实显示器看到周围环境图像与增强现实图像融合后的场景。
Description
技术领域
本发明涉及显示器领域，具体涉及一种头戴式护目镜的近眼式显示器。
背景技术
增强现实(AR)技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的实体信息和真实的环境实时地叠加到了同一个画面或空间同，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
发明内容
本发明提供一种头戴式护目镜的近眼式显示器，将采集的现实图像经过计算机，如现实增强发射器，分析，编辑后选择虚拟图像，经微透镜阵列投射在增强现实显示器上，从而使人眼透过增强现实显示器看到虚拟图像与现实图像结合后的融合图像。
本发明的技术方案如下：一种头戴式护目镜的近眼式显示器，包括头盔本体及装设于头盔本体上的虚拟现实系统；
所述虚拟现实系统包括：周围光传感器、电致变色透镜控制电路、增强现实发射器、微透镜阵列、增强现实显示器、贴合在所述增强现实显示器上的电致变色透镜；所述周围光传感器捕获周围环境中的图像信息和光亮度信息，并将捕获的信息传递给所述增强现实发射器，所述增强现实发射器分析计算图像信息和光亮度信息，并选择内置的增强现实图像信息和光亮度信息，将选择的增强现实图像信息经所述微透镜阵列投射在所述增强现实显示器上，同时，将选择的光亮度信息发送给所述电致变色透镜控制电路，调节所述电致变色透镜的透光度；人眼透过所述增强现实显示器看到周围环境图像与增强现实图像融合后的场景。
较佳地，所述周围光传感器将捕获的周围环境中的光亮度信息传递给所述电致变色透镜控制电路，所述电致变色透镜控制电路根据虚拟图像的光亮度信息信息和周围环境中的光亮度信息调节所述电致变色透镜的透光度。
较佳地，所述周围光传感器具有单个光敏元件，光敏元件检测外界光线强弱，通过所述电致变色透镜控制电路主动调节所述电致变色透镜的透光度。
较佳地，所述周围光传感器具有多个的光敏元件，用以获取周围环境的图像像素矩阵，并将信号传递给所述增强现实发射器。
较佳地，所述增强现实发射器，所述微透镜阵列设置于所述头盔主体的内侧；所述增强现实显示器安装在所述头盔本体前端。
较佳地，所述头盔本体内侧一次成型有能够横向纵向改变的轨道，所述增强现实发射器，所述微透镜阵列设置于所述轨道上。
较佳地，所述增强现实显示器与所述头盔本体通过磁吸的方式相连接。
较佳地，所述头盔本体在对应所述增强现实显示器安装位置处预装有磁铁，所述磁铁位置内置导电触点，所述电致变色透镜与所述头盔本体固定的同时将触点导通，所述电致变色透镜上的电路与所述头盔本体上的电路接通。
所述电致变色透镜包括从外到内依次连接的透镜衬底、离子绝缘氧化膜、透明导电膜、电致变色膜、透明导电膜、离子绝缘氧化膜。
优选地，所述电致变色膜包括氧化颜色形成膜、电解质膜和还原颜色形成膜。
所述微透镜阵列包括显示板、光导单元、入射窗和目镜镜头，从所述显示板入射到所述入射窗上的图像光通过所述光导单元的内部反射传播，最后从目镜镜头射出。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
本发明的头戴式护目镜的近眼式显示器由所述周围光传感器捕获周围环境中的图像信息和光亮度信息，并传递给所述增强现实发射器；所述增强现实发射器接受信息后，经过计算、分析后，向所述微透镜阵列发射相关增强现实图像的信息，经过所述微透镜阵列投射到所述增强现实显示器上，同时，所述增强现实发射器向所述电致变色透镜控制电路发射增强现实图像的光亮度信息，驱动所述电致变色透镜变色，从而避免投射到所述增强现实显示器上的增强现实图像变为透明；人眼透过所述增强现实显示器看到的镜像为增强现实图像与现实图像的融合后的图像，实现了现实与虚拟的融合。
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它的附图。
图1是本发明所述头戴式护目镜的近眼式显示器的显示过程的示意图；
图2是本发明所述头戴式护目镜的近眼式显示器的显示过程的流程图；
图3是本发明所述头戴式护目镜的近眼式显示器的后视图；
图4是本发明所述头戴式护目镜的近眼式显示器的正视图；
图5是本发明所述头戴式护目镜的近眼式显示器的增强现实显示器从头盔本体上拆下后反向磁吸固定在头盔本体上的结构示意图；
图6是本发明所述所述头戴式护目镜的近眼式显示器的电致变色透镜的结构示意图；
图7是本发明所述所述头戴式护目镜的近眼式显示器的微透镜阵列的图像光线的传播图；
图8是本发明所述所述头戴式护目镜的近眼式显示器的微透镜阵列的光线偏移图。
图9是本发明所述所述头戴式护目镜的近眼式显示器的另一结构示意图。
图10是本发明所述所述头戴式护目镜的近眼式显示器的再一结构示意图。
附图标记：
300、增强现实发射器；302、微透镜阵列；304、增强现实图像；306、电致变色透镜控制器；308、周围光传感器；310、增强现实显示器；312、电致变色透镜；400、透镜衬底；402、离子绝缘氧化膜；404、透明导电膜；406、电致变色膜；408、透明导电膜；410、离子绝缘氧化膜；512、头盔本体；514、磁铁；602、显示板；604、光导单元；606、入射窗；608、目镜镜头。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1和图2，一种头戴式护目镜的近眼式显示器，包括头盔本体512及装设于头盔本体512上的虚拟现实系统。
所述虚拟现实系统包括：周围光传感器308、电致变色透镜控制电路306、增强现实发射器300、微透镜阵列302,增强现实显示器310、贴合在所述增强现实显示器310上的电致变色透镜312；所述周围光传感器308捕获周围环境中的图像信息和光亮度信息，并将捕获的信息传递给所述增强现实发射器300。所述增强现实发射器300分析计算图像信息和光亮度信息，并选择内置的虚拟图像信息和光亮度信息，将选择的虚拟图像信息经所述微透镜阵列302投射在所述增强现实显示器310上。同时，所述增强现实发射器300将选择的光亮度信息发送给所述电致变色透镜控制电路306，调节所述电致变色透镜312的透光度。具体而言，参照图2，所述周围光传感器308捕获周围环境中的图像数据和光亮度值，并传递给所述增强现实发射器300；所述增强现实发射器300接受图像数据和光亮度值后，经过计算、分析后，向所述微透镜阵列302发射相关增强现实图像的大小、形状、颜色和坐标数据，经过所述微透镜阵列302投射到所述增强现实显示器310上，所述增强现实显示器310显示出相关增强现实图像的大小、形状、颜色和坐标数据；所述增强现实发射器300接收所述周围光传感器308传递来的周围环境的亮度值信息，经过分析后，选择所述增强现实图像的光亮度值，经所述电致变色透镜控制电路306驱动所述电致变色透镜312变色，从而避免投射到所述增强现实显示器310上的增强现实图像变为透明；人眼透过所述增强现实显示器310看到的镜像为增强现实图像与增强现实图像图像的融合后的图像。
参照图3，图4和图5，所述增强现实发射器300，所述微透镜阵列302设置与所述头盔主体512的内侧。作为本发明的一种的优选实施例，所述头盔本体512内侧一次成型有能够横向纵向改变的轨道，所述增强现实发射器300，所述微透镜阵列302设置于所述轨道上。
所述增强现实显示器310安装在所述头盔本体512前端。应理解，所述增强现实显示器310的安装方式有多种，本发明对此不进行限定，在不脱离本发明基本构思的前提下，任何能够实现本发明所述功能的安装方式，均应包含在本发明的保护范围之内。作为本发明的一个较优的实施例，所述增强现实显示器310与所述头盔本体512通过磁吸的方式相连接。进一步地，所述头盔本体512在对应所述增强现实显示器310安装位置处预装有磁铁514。参照图5，在不需要增强现实显示器310时，可将其拆卸后反向磁吸固定在所述头盔本体512上。
较佳地，所述磁铁514位置内置导电触点，所述电致变色透镜312与所述头盔本体512固定的同时将触点导通，所述电致变色透镜312上的电路与所述头盔本体上512的电路接通，以此实现所述头盔本体512与所述增强现实显示器310的连接。
参照图6，所述电致变色透镜312包括从外到内依次连接的透镜衬底400、离子绝缘氧化膜402、透明导电膜404、电致变色膜406、透明导电膜408、离子绝缘氧化膜410。优选地，所述电致变色膜406包括氧化颜色形成膜、电解质膜和还原颜色形成膜。
所述透明导电膜408由透明导电材料制成，如ITO(氧化铟锡)薄膜、AZO薄膜，所述还原颜色形成膜由还原颜色材料制成，如Cr2O3，RhOx,NiOx,SnO2-IRO2或其他可吸收的金属氧化物，所述离子绝缘氧化膜由Al2O3制成。
所述透明导电膜408、电致变色膜406、氧化颜色形成膜、电解质膜、还原颜色形成膜可以通过相同的膜形成方法形成，如溅射或气相淀积的方式形成；所述离子绝缘氧化膜410可以完全禁止离子的迁移，并且所述透明导电膜408与所述电致变色膜406由外面的两层离子绝缘氧化膜完全覆盖，故所述电致变色膜406的性能可以稳定。
进一步地，所述周围光传感器308可以为单个的光敏元件，用于获取周围环境的光线亮度值，所述周围光传感器308检测外界光线强弱，通过电致变色透镜控制电路306主动调节所述电致变色透镜312的透光度，避免所述增强现实显示器310显示的增强显示图像透明。
较佳地，所述周围光传感器308也可以为多个的光敏元件，用以获取周围环境的图像像素矩阵，并将信号传递给所述增强现实发射器。
进一步地，参照图1，所述电致变色透镜312通过所述周围光传感器308检测外界光线强弱来主动调节所述电致变色透镜312的透光度，具有切换速度快的优点，同时所述增强现实发射器300输出的像素点的亮度也发生改变，导致投射到所述增强现实显示器310上的亮度也发生改变。
所述电致变色透镜控制电路306接收周围光传感器308传递来的信号，经过处理后控制所述电致变色透镜312改变所述电致变色透镜312的透光度。
参照图7，所述微透镜阵列302包括显示板602、光导单元604、入射窗606和目镜镜头608，从所述显示板602入射到所述入射窗606上的图像光通过所述光导单元604的内部反射传播，最后从目镜镜头608射出。从图8中可以看出光轴路径的射出光线相对于目光的视线倾斜了θ角，眼睛观看时眼珠需要偏移θ角对焦观看。
另外，作为本发明的另一个实施例，所述头戴式护目镜的近眼式显示器，在某些情况下，所述增强现实发射器300发出的光不需要通过微透镜阵列302投射到增强现实显示器310上。此时，参照图9，图4和图5，所述头盔本体512内侧一次成型有能够横向纵向改变的轨道，所述增强现实发射器300设置于所述轨道上。
在本发明的另一个优选实施例中，参照图10，图4和图5，所述增强现实发射器300，所述微透镜阵列302设置与所述头盔主体512的外侧的侧面。所述微透镜阵列可上下、前后调节方向，方便和眼睛瞳孔对焦。
以上对本发明实施例所提供的一种头戴式护目镜的近眼式显示器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想和方法，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种头戴式护目镜的近眼式显示器，包括头盔本体及装设于头盔本体上的虚拟现实系统；其特征在于：所述虚拟现实系统包括：周围光传感器、电致变色透镜控制电路、增强现实发射器、微透镜阵列、增强现实显示器、贴合在所述增强现实显示器上的电致变色透镜；所述周围光传感器捕获周围环境中的图像信息和光亮度信息，并将捕获的信息传递给所述增强现实发射器，所述增强现实发射器分析计算图像信息和光亮度信息，并选择内置的增强现实图像信息和光亮度信息，将选择的增强现实图像信息经所述微透镜阵列投射在所述增强现实显示器上，同时，将选择的光亮度信息发送给所述电致变色透镜控制电路，调节所述电致变色透镜的透光度；人眼透过所述增强现实显示器看到周围环境图像与增强现实图像融合后的场景。
2.如权利要求1所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述周围光传感器将捕获的周围环境中的光亮度信息传递给所述电致变色透镜控制电路，所述电致变色透镜控制电路根据虚拟图像的光亮度信息和周围环境中的光亮度信息调节所述电致变色透镜的透光度。
3.如权利要求1或2所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述增强现实发射器，所述微透镜阵列设置于所述头盔主体的内侧；所述增强现实显示器安装在所述头盔本体前端。
4.如权利要求3所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述头盔本体内侧一次成型有能够横向纵向改变的轨道，所述增强现实发射器，所述微透镜阵列设置于所述轨道上。
5.如权利要求3所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述增强现实显示器与所述头盔本体通过磁吸的方式相连接。
6.如权利要求3所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述头盔本体在对应所述增强现实显示器安装位置处预装有磁铁，所述磁铁位置内置导电触点，所述电致变色透镜与所述头盔本体固定的同时将触点导通，所述电致变色透镜上的电路与所述头盔本体上的电路接通。
7.如权利要求1或2所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述增强现实发射器，所述微透镜阵列设置于所述头盔主体的外侧的侧面；所述微透镜阵列能够上下、前后调节方向；所述增强现实显示器安装在所述头盔本体前端。
8.如权利要求1或2所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述电致变色透镜包括从外到内依次连接的透镜衬底、离子绝缘氧化膜、透明导电膜、电致变色膜、透明导电膜、离子绝缘氧化膜。
9.如权利要求8所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述电致变色膜包括氧化颜色形成膜、电解质膜和还原颜色形成膜。
10.如权利要求1或2所述的头戴式护目镜的近眼式显示器，其特征在于：所述微透镜阵列包括显示板、光导单元、入射窗和目镜镜头，从所述显示板入射到所述入射窗上的图像光通过所述光导单元的内部反射传播，最后从目镜镜头射出。
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