CN106842573A - 一种ar或vr成像方法及可用于ar或vr的眼镜 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有AR成像方法及AR眼镜影像存在变形、AR眼镜重心靠前、显示屏较大的技术问题，本发明提供了一种AR或VR成像方法及可用于AR或VR的眼镜，该眼镜包括头戴支架、设置在头戴支架上的显示单元、反射单元和中置分光板；反射单元包括依次设置在显示单元光路上的全反射镜、菲涅尔透镜以及曲面镜片；所述曲面镜片设置在使用者的眼前；全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大或缩小，在使用者眼中成像；曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大或缩小，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中，在保证AR眼镜重心贴近额头的情况下，影像变形较小；采用小焦距，显示屏高度是现有技术的一半，使用者佩戴时的负重感较小。
Description
技术领域
本发明涉及一种AR和VR成像方法及可用于AR和VR的眼镜。
背景技术
现有AR成像方法，主要采用反射原理成像。但是，该成像方法存在以下不足：
1、影像存在较大变形。
2、AR眼镜重心靠前，使额头处的支点受力较大，影响使用者的感受。
3、现有AR眼镜的半透半反镜片的透光效果差。
4、现有AR眼镜结构复杂、零件较多，生产成本过高。
发明内容
本发明目的是提供一种AR成像方法及AR眼镜，其解决了现有AR成像方法及AR眼镜影像存在变形、AR眼镜重心靠前、显示屏较大的技术问题。
本发明的技术解决方案是提供一种VR成像方法，包括以下步骤：
1)显示单元上仰倾斜10°至40°发出VR分屏图像；
2)全反射镜将VR分屏图像分别反射至下方的菲涅尔透镜或菲涅尔透镜组进行梯形校正与第一次放大；
3)曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；所述曲面全反射镜为凹曲面镜或凸曲面镜。
上述菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和(凹曲面镜为正焦距、凸曲面镜为负焦距)大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍。
本发明还提供一种AR成像方法，包括以下步骤：
1)显示单元上仰倾斜10°至40°发出AR分屏图像；
2)全反射镜将AR分屏图像分别反射至下方的菲涅尔透镜进行梯形校正与第一次放大；
3)贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；同时，使用者前方的实景透过贴有全息膜的透明曲面镜，直接在使用者眼中成像，所述贴有全息膜的透明曲面镜为凹曲面镜或凸曲面镜。
上菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和(凹曲面镜为正焦距、凸曲面镜为负焦距)大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍。
本发明还提供一种可用于AR或VR的眼镜，包括头戴支架、设置在头戴支架上的显示单元和反射单元，其特殊之处在于：还包括中置分光板；
上述反射单元包括依次设置在显示单元光路上的全反射镜、菲涅尔透镜以及曲面镜片；上述曲面镜片设置在使用者的眼前；
上述曲面镜片为贴有全息膜的透明曲面镜或曲面全反射镜；上述贴有全息膜的透明曲面镜或曲面全反射镜为凹曲面镜或凸曲面镜；上述显示单元的朝向与正前方的上仰夹角范围为10°至40°；
上述中置分光板设置在显示单元与全反射镜之间，或者设置在菲涅尔透镜与曲面镜片之间，用于隔开左右的AR分屏图像；
上述菲涅尔透镜对全反射镜反射的AR分屏图像分别进行梯形校正与第一次放大；
上述凹曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；上述贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中；
上述凸曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行缩小，在使用者眼中成像；所述贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行缩小，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中。
上述曲面镜片为单曲面、双曲面或自由曲面的凹面镜或凸面镜。
上述曲面镜片通过卡接、铰接或磁铁吸合方式与头戴支架连接，实现曲面镜片的角度调节与收纳。
上述显示单元是与头戴支架一体的显示屏幕，或者是独立的移动显示终端。
上述中置分光板为柔性材料。
本发明的优点：
1、本发明在保证AR眼镜重心贴近额头的情况下，影像变形较小。
2、本发明可采用小焦距，显示屏高度可以是现有技术的一半，使用者佩戴时的负重感较小。可以与人额头倾斜角度基本贴合，从而可以在结构上大幅度减少力臂长度，减轻设备对额头的压力。由于图像放大倍率较小，所以在光路上可根据透视近大远小的原理，减小透镜处结构的体积，结构可制作为梯形，靠近额头处截面最大，远离额头处截面最小。从而减小设备体积及重量。进一步减少力臂长度，减少设备对人头部的压力。
3、本发明采用全息膜，在保证反射效果清晰的情况下，增加景物光线的透射，增加了虚拟图像与现实景物的融合感。
4、当菲涅尔透镜的焦距过小时，通过凸曲面镜增大焦距，配合菲涅尔透镜实现清晰成像。
5、本发明的菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和(凹曲面镜为正焦距、凸曲面镜为负焦距)，大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍，可保证屏幕显示内容的清晰。
6、本发明在使用者眼前采用凹曲面镜，对虚像进行再次放大，扩大了视角范围。当采用凸曲面镜时，对虚像进行缩小，保证使用者观察到清晰的图像；可根据不同的需求，采用与其相适应的方案。
7、因为采用卡接或磁铁吸合的方式，曲面镜片可根据使用者的需求选择凸曲面镜或凹曲面镜，并可随时更换。
8、挡板如放在第一光路内，不影响第二光路的美观性，同时也不影响第二光路的折叠收纳。亦可使用柔性材料的挡板，放在第二光路内，实现收纳。收纳后可减小设备体积及保护第二反射镜镜片。
9、本发明只用一套头戴设备就可以实现AR与VR之间的切换。
附图说明
图1是本发明的立体示意图；
图2是本发明的正面视图；
图3是本发明的部分分解示意图；
图4是本发明的全部分解示意图；
图5是本发明收拢状态的侧视图；
图6是本发明打开状态的侧视图；
图7是本发明曲面镜为凸曲面镜的结构原理图；
图8是图7的光路原理图；
图9是本发明采用曲面镜为凹曲面镜的结构示意图；
图10是图9的光路原理图；
图中：1-头戴支架，11-镜片支架，2-显示单元，31-中置分光板，32-全反射镜，33-菲涅尔透镜，34-曲面反射镜或贴有全息膜的透明曲面镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1至4所示，本发明包括头戴支架、设置在头戴支架上的显示单元和反射单元，显示单元是与头戴支架一体的显示屏幕，或者是独立的移动显示终端；还包括柔性中置分光板；反射单元包括依次设置在显示单元光路上的全反射镜、菲涅尔透镜以及曲面镜片；曲面镜片设置在使用者的眼前；曲面镜片为贴有全息膜的透明曲面镜或曲面全反射镜；贴有全息膜的透明曲面镜或曲面全反射镜为凹曲面镜或凸曲面镜；显示单元的朝向与正前方的上仰夹角范围为10°至40°；中置分光板设置在显示单元与全反射镜之间，或者设置在菲涅尔透镜与曲面镜片之间，用于隔开左右的AR分屏图像；菲涅尔透镜对全反射镜反射的AR分屏图像分别进行梯形校正与第一次放大；凹曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中；凸曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行缩小，在使用者眼中成像；贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行缩小，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中。曲面镜通过卡接、铰接或磁铁吸合方式与头戴支架连接，实现曲面镜片的角度调节与收纳。贴有全息膜的透明曲面镜片支架，为两体式的铰接结构，可实现全息镜片的角度调节与收纳。镜片支架前端的宽度，沿视线方向向内收缩。
本发明原理：
屏幕的不同位置会与菲涅尔放大镜的物距不同，而产生不同的放大倍率，当使用合适焦距的透镜，并且物距调节到合适的位置，可抵消人眼因透视产生的近大远小的效果，形成横向不变，纵向压缩的虚像，从而通过物理途径，提高可视面积内纵向的分辨率或可视范围。
在光路中用于放大的透镜，需选择大于屏幕到透镜光路总长度焦距的透镜，来保证屏幕显示内容的清晰。由于透镜焦距变大，放大倍数变小，以上光路成像的虚像仅略大于原始图像，视角范围较小，所以，在人眼前的半透半反镜面则需选用合适的双曲面反光镜，对虚像进行再次放大，扩大视角范围。
全息膜，会比半透半反镜面，有更高的透光率，当无发光反射时，会很清晰的看到现实物体，当有光时，又有较高的反射率，呈现出清晰的画面，更有利于虚拟画面与现实的融合。
本发明的VR成像方法，显示单元上仰倾斜10°至40°发出VR分屏图像；因屏幕上仰倾斜，水平观察会产生梯形变形。全反射镜将VR分屏图像分别反射至下方的菲涅尔透镜或菲涅尔透镜组进行梯形校正与第一次放大；曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；所述曲面全反射镜为凹曲面镜或凸曲面镜。其中菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍。
本发明一种AR成像方法，显示单元上仰倾斜10°至40°发出AR分屏图像；全反射镜将AR分屏图像分别反射至下方的菲涅尔透镜进行梯形校正与第一次放大；贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；同时，使用者前方的实景透过贴有全息膜的透明曲面镜，直接在使用者眼中成像，所述贴有全息膜的透明曲面镜为凹曲面镜或凸曲面镜。其中菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍。
Claims (9)
1.一种VR成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)显示单元上仰倾斜10°至40°发出VR分屏图像；
2)全反射镜将VR分屏图像分别反射至下方的菲涅尔透镜或菲涅尔透镜组进行梯形校正与第一次放大；
3)曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；所述曲面全反射镜为凹曲面镜或凸曲面镜。
2.根据权利要求1所述的VR成像方法，其特征在于：菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍。
3.一种AR成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)显示单元上仰倾斜10°至40°发出AR分屏图像；
2)全反射镜将AR分屏图像分别反射至下方的菲涅尔透镜进行梯形校正与第一次放大；
3)贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；同时，使用者前方的实景透过贴有全息膜的透明曲面镜，直接在使用者眼中成像，所述贴有全息膜的透明曲面镜为凹曲面镜或凸曲面镜。
4.根据权利要求3所述的AR成像方法，其特征在于：菲涅尔透镜及曲面镜的焦距之和大于屏幕到使用者眼中光路的总长度的2倍。
5.一种可用于AR或VR的眼镜，包括头戴支架、设置在头戴支架上的显示单元和反射单元，其特征在于：还包括中置分光板；
所述反射单元包括依次设置在显示单元光路上的全反射镜、菲涅尔透镜以及曲面镜片；所述曲面镜片设置在使用者的眼前；
所述曲面镜片为贴有全息膜的透明曲面镜或曲面全反射镜；所述贴有全息膜的透明曲面镜或曲面全反射镜为凹曲面镜或凸曲面镜；所述显示单元的朝向与正前方的上仰夹角范围为10°至40°；
所述中置分光板设置在显示单元与全反射镜之间，或者设置在菲涅尔透镜与曲面镜片之间，用于隔开左右的AR分屏图像；
所述菲涅尔透镜对全反射镜反射的AR分屏图像分别进行梯形校正与第一次放大；
凹曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像；所述贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行第二次放大，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中；
凸曲面全反射镜将VR分屏图像分别反射并进行缩小，在使用者眼中成像；所述贴有全息膜的透明曲面镜分别将AR分屏图像反射并进行缩小，在使用者眼中成像，同时将使用者眼前的场景透射入使用者眼中。
6.根据权利要求5所述的可用于AR或VR的眼镜，其特征在于：
所述曲面镜片为单曲面、双曲面或自由曲面的凹面镜或凸面镜。
7.根据权利要求5或6所述的可用于AR或VR的眼镜，其特征在于：
所述曲面镜片通过卡接、铰接或磁铁吸合方式与头戴支架连接，实现曲面镜片的角度调节与收纳。
8.根据权利要求5或6所述的可用于AR或VR的眼镜，其特征在于：
所述显示单元是与头戴支架一体的显示屏幕，或者是独立的移动显示终端。
9.根据权利要求5或6所述的可用于AR或VR的眼镜，其特征在于：
所述中置分光板为柔性材料。
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