CN108227204B - 一种具有夜视功能的vr眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有夜视功能的VR眼镜，包括：日夜共焦镜头模组和VR眼镜本体，所述日夜共焦镜头模组为一长方体，安装在所述VR眼镜本体的前盖上进行摄像；所述日夜共焦镜头模组内设有近红外光源模组、用于成像的日夜共焦物镜镜头以及电路板一，所述电路板一控制所述近红外光源模组。本发明具有夜视功能的VR眼镜设置有近红外光源模组和用于成像的日夜共焦物镜镜头，能够实现夜间成像，不会对周围环境产生光污染现象，引起别人或者别的生物的警觉。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实眼镜技术领域，特别涉及一种具有夜视功能的VR 眼镜。
背景技术
VR(VirtualReality，虚拟现实)，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。该技术集成了计算机图形、计算机仿真、人工智能、传感、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
VR眼镜可以给佩戴者提供360度的沉浸式视觉体验。目前市面上还未出现一款带有摄像头及夜视功能的VR眼镜。摄像眼镜不具备夜视功能，晚上拍摄视频时，往往漆黑一片，若使用可见光进行补光的话，长时间拍摄，会对周围环境产生光污染现象，引起别人或者别的生物的警觉，不适合夜晚野外观测；因此需要不被人察觉的特殊的近红外光源进行补光，而摄像头的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)芯片需要同时能探测到白天的可见光，以及夜间近红外不可见光，而且镜头必须日夜共焦，并且具备维持性能的耐候性。
因此，如何设计、生产和制造一款能与VR眼镜相结合的日夜共焦镜头模组，让消费者拥有更多体验是目前VR眼镜市场所面对的难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种设置有日夜共焦镜头模组、可使 VR眼镜在夜间使用的具有夜视功能的VR眼镜。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有夜视功能的VR眼镜，包括：日夜共焦镜头模组和VR眼镜本体，所述日夜共焦镜头模组为一长方体，安装在所述VR眼镜本体的前盖上进行摄像；所述日夜共焦镜头模组内设有近红外光源模组、用于成像的日夜共焦物镜镜头以及电路板一，所述电路板一控制所述近红外光源模组。
进一步的，所述近红外光源模组包括LED驱动电路板二以及分别安装在所述LED驱动电路板二上的近红外LED光源和准直透镜；所述近红外 LED光源采用2颗Osram(欧司朗)近红外LED光源，光源具有光源小、光密度高、光色一致性好等优点，能够很好地运用于照明领域。所述近红外LED光源置于所述准直透镜的中心位置处，所述准直透镜用于对光线进行准直。所述LED驱动电路板二优选采用导热性良好的铝基板或者玻纤板，其中，所述近红外LED光源通过SMT(Surface Mount Technology) 表面贴装技术设置在所述LED驱动电路板二上，与所述LED驱动电路板二上 的印制电路连接，进行热加固。所述准直透镜使用防水结构胶固定在所述LED驱动电路板二上。
进一步的，所述准直透镜通过Lighttools软件(光学系统建模软件)进行设计及优化，为保持较高的光线利用率，严格控制其配光曲线，所述准直透镜包括反射面、出射面以及入射面，所述入射面设置在所述准直透镜的底部，所述出射面设置在所述准直透镜的顶部，所述反射面设置在所述准直透镜的两侧；所述反射面的底部与所述入射面的底部相连，所述反射面的顶部与所述出射面相连。所述准直透镜底部为一凹槽结构，凹槽底部形成所述入射面，所述入射面为一凸起的曲面，所述近红外LED光源位于所述入射面正中心位置处，光源通过所述入射面光束折射，通过所述反射面进行反射至所述出射面上，使所述近红外LED光源的光源利用率以及光强的均匀度得到提升。所述准直透镜材料为光学级PC塑料(Polycarbonate，聚碳酸酯)，所述出射面具有波浪微结构，外表面为复眼透镜微结构面，用于匀光。
进一步的，所述近红外LED光源的中心波长为850nm，半峰宽为10nm。
进一步的，所述日夜共焦物镜镜头依次包括透镜组、双通滤光片和 CMOS图像传感器，所述双通滤光片采用镀膜方式进行双波段透光。所述双通滤光片通过特殊的镀膜方式得以实现，可以对两个窗口进行透光，分别是400～760nm以及840～860nm窗口进行透光，其余范围进行滤光。使日夜共焦镜头模组不仅能在白天成像，而且在晚上能够通过所述近红外 LED光源和所述准直透镜的二次配光下进行成像。所述CMOS图像传感器采用型号为OV4682的图像传感器，与所述双通滤光片间隔0.3mm，OV4682 图像传感器是豪威半导体推出的一款用于可见光以及近红外成像的传感器，其大小为1/3英寸，1920×1080个像素，像素为200万像素，单个像素大小为2um×2um，传感器面积为5.440mm×3.072mm，传输速率在90FPS(Frames Per Second，每秒传输帧数)以上，最高可达330FPS，可在0～60℃的温度范围内进行稳定成像，是专门针对可见光以及850nm的近红外光进行成像的一款CMOS图像传感器。
进一步的，所述透镜组从物侧至像侧依次由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成。光阑设置在第一透镜前，与第一透镜的边缘相重合。第一透镜的焦距为6.903mm，中心厚度为1.121mm，边缘厚度为 0.738mm，材料为型号F4520的日本JSR ARTON COC材料，折射率为1.51，阿贝数为56.8；第二透镜与第一透镜间隔为0.47mm，第二透镜的焦距为 -8.556mm，中心厚度为0.5mm，边缘厚度为0.773mm，材料为型号SP3810 的光学级PC塑料，折射率为1.64，阿贝数为23.3。第三透镜与第二透镜的间隔为1.17mm，第三透镜的焦距为2.529mm，中心厚度为1.5mm，边缘厚度为0.3mm，材料为型号ARTON FX4727的光学材料，折射率为1.52，阿贝数为52.1。第三透镜与第四透镜的间隔为0.3mm，第四透镜的焦距为 -2.946mm，中心厚度为0.674mm，边缘厚度为1.262mm，材料为型号AD5503 的光学级PC塑料，折射率为1.58，阿贝数为30.15；所述双通滤光片的材料为型号BK7的光学玻璃，厚度为0.3mm，与第四透镜的间隔0.757mm，采用镀膜方式进行双波段透光，其透光窗口分别是400～760nm以及 840～860nm，其余波段则不透光。
进一步的，所述电路板一上分别安装有ISP(Image Signal Processing) 图像处理器、CMOS图像传感器连接器和传感器，所述CMOS图像传感器连接器连接所述日夜共焦物镜镜头的CMOS图像传感器进行图形传输，所述传感器连接所述LED驱动电路板二，对所述近红外光源模组进行控制。所述ISP图像处理器对所述CMOS图像传感器处所接收的图像进行最初的图像处理，包括自动曝光处理，自动对焦处理，自动白平衡处理，像差补偿处理，降噪处理，去坏点处理，数码变焦，颜色增强等，集各种图像处理算法为一体的芯片模块。所述传感器，其可支持WiFi(WIreless-FIdelity，无线互联网)、蓝牙、NFC(Near FieldCommunication，近场通信)以及数据线，使所述日夜共焦物镜镜头所拍摄的视频能实时与手机进行传输。
进一步的，所述日夜共焦物镜镜头的总长度小于10mm，通过所述透镜组来实现的，所述透镜组包括4片非球面透镜，所述透镜组采用非球面透镜进行设计，其设计指标为镜片数量小于5片，有效焦距为4～5mm，F 数在2.0左右，全视场角在60～75°，畸变小于1％，高度小于10mm，分辨率与所述CMOS图像传感器相匹配。所述透镜组通过zemax软件(光学设计仿真软件)进行设计，成像指标评价时，严格控制调制传递函数(MTF)、点列图(RMS半径)大小、畸变、场曲、象散、色差、球差、彗差、照度等各指标。其中，中心MTF曲线大于180lp/mm@0.3，边缘MTF曲线大于150lp/mm@0.3，点列图RMS半径小于2um，畸变在1％以内，最大场曲小于0.1mm，最大象散小于0.05mm。
进一步的，VR眼镜还包括2D镜片模组，所述2D镜片模组可拆卸地插装至所述VR眼镜本体上。同理，所述VR眼镜本体上也可安装外部的 3D镜片模组。所述VR眼镜通过WiFi、蓝牙、NFC、数据线等传输方式，实时在手机上进行播放，然后通过所述2D镜片模组，实时的在所述VR 眼镜本体上观看。
进一步的，所述日夜共焦镜头模组还包括盖板和VR眼镜夹手机面板，所述近红外光源模组、所述日夜共焦物镜镜头和所述电路板一置于所述VR 眼镜夹手机面板内，通过所述盖板进行定位固定。所述电路板一通过电路板支架安装到所述VR眼镜夹手机面板上，所述日夜共焦物镜镜头安装在所述电路板支架上，所述日夜共焦物镜镜头、所述电路板一和所述电路板支架形成日夜共焦物镜镜头组件，便于后期的装配。
(三)有益效果
本发明具有夜视功能的VR眼镜设置有近红外光源模组和用于成像的日夜共焦物镜镜头，能够实现夜间成像，不会对周围环境产生光污染现象，引起别人或者别的生物的警觉。
附图说明
图1为本发明具有夜视功能的VR眼镜的爆炸示意图；
图2为本发明具有夜视功能的VR眼镜的日夜共焦镜头模组的爆炸示意图；
图3为本发明具有夜视功能的VR眼镜的日夜共焦镜头模组的结构示意图；
图4为本发明具有夜视功能的VR眼镜的日夜共焦物镜镜头的光学图；
图5为本发明具有夜视功能的VR眼镜的准直透镜的立体示意图；
图6为本发明具有夜视功能的VR眼镜的准直透镜的结构示意图；
图7为本发明具有夜视功能的VR眼镜准直透镜子午面配光曲线图；
图8为本发明具有夜视功能的VR眼镜准直透镜弧矢面配光曲线图；
其中：101为近红外LED光源，102为LED驱动电路板二，104为日夜共焦物镜镜头，105为ISP图像处理器，106为CMOS图像传感器连接器，107为传感器，108为电路板一，201为第一透镜，202为第二透镜， 203为第三透镜,204为第四透镜，205为双通滤光片，206为玻璃盖板，207 为CMOS图像传感器，301为盖板，302为准直透镜，303为日夜共焦物镜镜头组件，304为VR眼镜夹手机面板,401为日夜共焦镜头模组，402为 VR眼镜本体，403为2D镜片模组，501为反射面，502为出射面，503为入射面。
具体实施方式
参阅图1～图8，本发明提供一种具有夜视功能的VR眼镜，包括：日夜共焦镜头模组401和VR眼镜本体402，日夜共焦镜头模组401为一长方体，安装在VR眼镜本体402的前盖上进行摄像；日夜共焦镜头模组401 内设有近红外光源模组、用于成像的日夜共焦物镜镜头104以及电路板一 108，电路板一108控制近红外光源模组。
参阅图3，近红外光源模组包括LED驱动电路板二102以及分别安装在LED驱动电路板二102上的近红外LED光源101和准直透镜302；近红外LED光源101采用2颗Osram近红外LED光源，光源具有光源小、光密度高、光色一致性好等优点，能够很好地运用于照明领域。近红外LED 光源101置于准直透镜302的中心位置处，准直透镜302用于对光进行准直。LED驱动电路板二102优选采用导热性良好的铝基板或者玻纤板，其中，近红外LED光源101通过SMT表面贴装技术设置在LED驱动电路板二102上，与LED驱动电路板二102上的印制电路连接，进行热加固。准直透镜302使用防水结构胶固定在LED驱动电路板二102上。
准直透镜302通过Lighttools软件进行设计及优化，为保持较高的光源利用率，严格控制其配光曲线，使准直度严格控制在±5°以内，全内反射镜宽度在5mm以内；参阅图5和图6，准直透镜302包括反射面501、出射面502以及入射面503，入射面503设置在准直透镜302的底部，出射面502设置在准直透镜302的两侧，反射面501设置在准直透镜302的上方；反射面501的底部与入射面503的底部相连，反射面501的顶部与出射面502相连。入射面503为一凸起的曲面，近红外LED光源101位于入射面503正中心位置处，光源通过入射面503光束折射，通过反射面501 进行反射至出射面502上，使近红外LED光源101的光源利用率以及光强的均匀度得到提升。准直透镜302材料为PC，出射面502具有波浪微结构，外表面为复眼透镜微结构面，用于匀光。
其中，近红外LED光源101的中心波长为850nm，半峰宽为10nm。
参阅图4，图4为本实施例具有夜视功能的VR眼镜的日夜共焦物镜镜头的光学图，其中，日夜共焦物镜镜头104依次包括透镜组、双通滤光片205和CMOS图像传感器207，双通滤光片205采用镀膜方式进行双波段透光。双通滤光片205通过特殊的镀膜方式得以实现，可以对两个窗口进行透光，分别是400～760nm以及840～860nm窗口进行透光，其余范围进行滤光。使日夜共焦镜头模组401不仅能在白天成像，而且在晚上能够通过近红外LED光源101和准直透镜302的二次配光下进行成像。CMOS 图像传感器207采用OV4682图像传感器,与双通滤光片205间隔0.3mm，参阅图4，CMOS图像传感器207表面有一玻璃盖板206，用于保护CMOS 图像传感器207。OV4682图像传感器是豪威半导体推出的一款用于可见光以及近红外成像的传感器，其大小为1/3英寸，1920×1080个像素，像素为 200万像素，单个像素大小为2um×2um，传感器面积为5.440mm×3.072mm，传输速率在90FPS以上，最高可达330FPS，可在0～60℃的温度范围内进行稳定成像，是专门针对可见光以及850nm的近红外光进行成像的一款 CMOS图像传感器。
透镜组从物侧至像侧依次由第一透镜201、第二透镜202、第三透镜 203和第四透镜204组成。光阑设置在第一透镜201前，与第一透镜201 的边缘相重合。第一透镜201的焦距为6.903mm，中心厚度为1.121mm，边缘厚度为0.738mm，材料为F4520，折射率为1.51，阿贝数为56.8；第二透镜202与第一透镜201间隔为0.47mm，第二透镜202的焦距为-8.556 mm，中心厚度为0.5mm，边缘厚度为0.773mm，材料为SP3810，折射率为1.64，阿贝数为23.3。第三透镜203与第二透镜202的间隔为1.17mm，第三透镜203的焦距为2.529mm，中心厚度为1.5mm，边缘厚度为0.3mm，材料为ARTONFX4727，折射率为1.52，阿贝数为52.1。第三透镜203与第四透镜204的间隔为0.3mm，第四透镜204的焦距为-2.946mm，中心厚度为0.674mm，边缘厚度为1.262mm，材料为AD5503，折射率为1.58，阿贝数为30.15；双通滤光片205的材料为BK7玻璃，厚度为0.3mm，与第四透镜204的间隔0.757mm，采用镀膜方式进行双波段透光，其透光窗口分别是400～760nm以及840～860nm，其余波段则不透光。
参阅图3，电路板一108上分别安装有ISP图像处理器105、CMOS图像传感器连接器106和传感器107，CMOS图像传感器连接器106连接日夜共焦物镜镜头104的CMOS图像传感器207进行图形传输，传感器107 连接LED驱动电路板二102，对近红外光源模组进行控制。
ISP图像处理器105对CMOS图像传感器连接器106从日夜共焦物镜镜头104的CMOS图像传感器207处接收到的图像进行最初的图像处理，包括自动曝光处理，自动对焦处理，自动白平衡处理，像差补偿处理，降噪处理，去坏点处理，数码变焦，颜色增强等，集各种图像处理算法为一体的芯片模块。传感器107，其可支持WiFi、蓝牙、NFC以及数据线，使日夜共焦物镜镜头104所拍摄的视频能实时与手机进行传输。
参阅图4，日夜共焦物镜镜头104的总长度小于10mm，通过透镜组来实现的，透镜组包括4片非球面透镜，透镜组采用非球面透镜进行设计，其设计指标为：镜片数量小于5片，有效焦距为4～5mm，F数在2.0左右，全视场角在60～75°，畸变小于1％，高度小于10mm，分辨率与CMOS图像传感器207相匹配。透镜组通过zemax软件进行设计，成像指标评价时，严格控制调制传递函数(MTF)、点列图(RMS半径)大小、畸变、场曲、象散、色差、球差、彗差、照度等各指标。其中，中心MTF曲线大于 180lp/mm@0.3，边缘MTF曲线大于150lp/mm@0.3，点列图RMS半径小于2um，畸变在1％以内，最大场曲小于0.1mm，最大象散小于0.05mm。
参阅图1，VR眼镜还包括2D镜片模组403，2D镜片模组403可拆卸地插装至VR眼镜本体402上。同理，在VR眼镜本体402上可以安装3D 镜片模组使其具备3D视觉功能。VR眼镜通过WiFi、蓝牙、NFC、数据线等传输方式，实时在手机上进行播放，然后通过2D镜片模组403，实时的在VR眼镜本体402上观看。
参阅图2和图3，日夜共焦镜头模组401还包括盖板301和VR眼镜夹手机面板304，近红外光源模组、日夜共焦物镜镜头104和电路板一108 置于VR眼镜夹手机面板304内，通过盖板301进行定位固定。电路板一 108通过电路板支架安装到VR眼镜夹手机面板304上，日夜共焦物镜镜头104安装在电路板支架上，日夜共焦物镜镜头104、电路板一108和电路板支架形成日夜共焦物镜镜头组件303，便于安装装配。
参阅图7和图8，图7为本实施例准直透镜子午面配光曲线图，近红外LED光源101的光束直射于入射面503上，进行折射，所折射光线投射于反射面501，进行反射(反射角度为90°～120°)，所反射的光线直射入出射面502；图8为本实施例准直透镜弧矢面配光曲线图，通过所述反射面501反射出的光线直射于出射面502，通过出射面502外表面波浪形微结构进行准直，使投射出的光亮度均匀。
本实施例具有夜视功能的VR眼镜设置有近红外光源模组和用于成像的日夜共焦物镜镜头，能够实现夜间成像，不会对周围环境产生光污染现象，引起别人或者别的生物的警觉。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种具有夜视功能的VR眼镜，包括：日夜共焦镜头模组(401)和VR眼镜本体(402)，所述日夜共焦镜头模组(401)安装在所述VR眼镜本体(402)的前盖上进行摄像；所述日夜共焦镜头模组(401)内设有近红外光源模组、用于成像的日夜共焦物镜镜头(104)以及电路板一(108)；
其特征在于，所述近红外光源模组包括LED驱动电路板二(102)以及分别安装在所述LED驱动电路板二(102)上的近红外LED光源(101)和准直透镜(302)；所述近红外LED光源(101)置于所述准直透镜(302)的中心位置处，所述准直透镜(302)用于对光进行准直；
所述日夜共焦物镜镜头(104)依次包括透镜组、双通滤光片(205)和CMOS图像传感器(207)，所述双通滤光片(205)采用镀膜方式进行双波段透光，可以对两个窗口进行透光，分别是400～760nm以及840～860nm窗口进行透光，其余范围进行滤光；所述近红外LED光源(101)的中心波长为850nm，半峰宽为10nm；
所述日夜共焦物镜镜头(104)的总长度小于10mm，所述透镜组从物侧至像侧依次由第一透镜(201)、第二透镜(202)、第三透镜(203)和第四透镜(204)组成；光阑设置在第一透镜(201)前，与第一透镜(201)的边缘相重合；第一透镜(201)的焦距为6.903mm，中心厚度为1.121mm，边缘厚度为0.738mm，材料为F4520，折射率为1.51，阿贝数为56.8；第二透镜(202)与第一透镜(201)间隔为0.47mm，第二透镜(202)的焦距为-8.556mm，中心厚度为0.5mm，边缘厚度为0.773mm，材料为SP3810，折射率为1.64，阿贝数为23.3；第三透镜(203)与第二透镜(202)的间隔为1.17mm，第三透镜(203)的焦距为2.529mm，中心厚度为1.5mm，边缘厚度为0.3mm，材料为ARTON FX4727，折射率为1.52，阿贝数为52.1；第三透镜(203)与第四透镜(204)的间隔为0.3mm，第四透镜(204)的焦距为-2.946mm，中心厚度为0.674mm，边缘厚度为1.262mm，材料为AD5503，折射率为1.58，阿贝数为30.15。
2.如权利要求1所述的具有夜视功能的VR眼镜，其特征在于，所述准直透镜(302)包括反射面(501)、出射面(502)以及入射面(503)，所述近红外LED光源(101)位于所述入射面(503)正中心位置处，光源通过所述入射面(503)光束折射，通过所述反射面(501)进行反射至所述出射面(502)上，所述出射面(502)外表面为复眼透镜微结构面，用于对光进行匀光。
3.如权利要求1所述的具有夜视功能的VR眼镜，其特征在于，所述电路板一(108)上分别安装有ISP图像处理器(105)、CMOS图像传感器连接器(106)和传感器(107)，所述CMOS图像传感器连接器(106)连接所述日夜共焦物镜镜头(104)的CMOS图像传感器(207)进行图形传输，所述传感器(107)连接所述LED驱动电路板二(102)，对所述近红外光源模组进行控制。
4.如权利要求1至3任一项所述的具有夜视功能的VR眼镜，其特征在于，还包括2D镜片模组(403)，所述2D镜片模组(403)可拆卸地插装至所述VR眼镜本体(402)上。
5.如权利要求1至3任一项所述的具有夜视功能的VR眼镜，其特征在于，所述日夜共焦镜头模组(401)还包括盖板(301)和VR眼镜夹手机面板(304)，所述近红外光源模组、所述日夜共焦物镜镜头(104)和所述电路板一(108)置于所述VR眼镜夹手机面板(304)内，通过所述盖板(301)进行定位固定。
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