CN108254921A - 层叠式反射式增强现实头盔 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种层叠式反射式增强现实头盔，包括显示屏、支架、光学透镜、活动遮光罩和反光镜，所述显示屏设置在所述光学透镜的上方，所述光学透镜设置在所述反射镜的上方，所述光学透镜正对所述显示屏设置，所述反射镜为两面可以透光的平面镜，所述活动遮光罩可以上下活动，分别对所述反光镜进行遮光处理和透光处理，所述反射镜为半透镜，当所述活动遮光罩对所述反光镜进行透光处理时，外界光线穿透所述反射镜后进入人眼成像，与显示屏光线进行叠加成像，所述显示屏发射的光线经所述光学透镜折射后再经所述反光装置的反射进入观察者眼中，所述增强现实头盔可以在所述支架上滑动，所述增强现实头盔可以被分别固定在所述支架上部和所述支架下部。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实领域，更具体地说，涉及一种层叠式反射式增强现实头盔。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术1990年提出。增强现实技术，它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，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
目前的增强现实头戴设备多为眼镜类，由于发光原件必须集成在微小的眼镜片上，增强现实头戴设备的显示非常单一，不能够显示精细的画面，使增强现实的显示效果大打折扣。
发明内容
为了解决当前增强现实头戴设备显示单一的缺陷，本发明提供一种显示精细的层叠式反射式增强现实头盔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种层叠式反射式增强现实头盔，包括显示屏、支架、光学透镜、活动遮光罩和反光镜，所述显示屏设置在所述光学透镜的上方，所述光学透镜设置在所述反射镜的上方，所述光学透镜正对所述显示屏设置，所述反射镜为两面可以透光的平面镜，所述活动遮光罩可以上下活动，分别对所述反光镜进行遮光处理和透光处理，所述反射镜为半透镜，当所述活动遮光罩对所述反光镜进行透光处理时，外界光线穿透所述反射镜后进入人眼成像，与显示屏光线进行叠加成像，所述显示屏发射的光线经所述光学透镜折射后再经所述反光装置的反射进入观察者眼中，所述增强现实头盔可以在所述支架上滑动，所述增强现实头盔可以被分别固定在所述支架上部和所述支架下部。
优选地，在所述显示屏和所述外壳之间的空隙设置有PCB板和传感器。
优选地，所述光学透镜为凸透镜。
优选地，进一步包括防尘镜，所述防尘镜设置在佩戴所述现实头盔后靠近人眼的位置。
优选地，所述防尘镜为减反射玻璃材料制成。
优选地，所述防尘镜为PMMA材料制成。
优选地，所述反射镜的外部设置有单面增透膜。
与现有技术相比，本发明利用显示屏、光学透镜和反射镜的位置设置，显示屏的光线经过光学透镜和反射镜的作用后进入眼中。通过光学透镜对光线的会聚作用和反射镜对光线的反射作用使显示屏的面积得以大幅减少，使整个层叠式反射式增强现实头盔更加轻便。通过活动遮光罩的设置切换遮光状态和透光状态，从而实现虚拟现实和增强现实的切换，十分方便。上下排布显示屏、光学透镜和反射镜使得原本横向的光路部分转移到纵向，节省了空间，而且使得增强现实头盔的力矩变小，对头部的压力随之变小，使得佩戴增强现实头盔更加有舒适感。采用反射镜而不是采用曲面镜的原因是采用曲面镜会对外界射入增强现实头盔的光线产生较大和不一致的折射，容易扭曲外界景物，造成失真。而反射镜由于其光面是直线，外界光线穿透时发生一致性折射，不会造成外界景物的失真。外界光线穿透反射镜和防尘镜进入人眼，和显示屏发射的光线进行叠加，形成增强现实图像。防尘镜的设置可以密封层叠式反射式增强现实头盔，防止灰尘进入层叠式反射式增强现实头盔对光学元件造成污染。防尘镜由减反射玻璃制成，可以增强透光率，同时安全持久耐用。防尘镜由PMMA材料制成，可以增加透光率，使显示效果更佳。在反射镜外部设置单面增透膜一方面可以增加外界光线的透射率，另一方面可以增强反射镜内部的反光性能，使显示效果进一步优化。增强现实头盔可以在支架上部和下部固定，方便使用者实时切换。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明层叠式反射式增强现实头盔遮光状态结构示意图；
图2是本发明层叠式反射式增强现实头盔固定在支架下部佩戴示意图；
图3是本发明层叠式反射式增强现实头盔固定在支架上部佩戴示意图；
图4是本发明层叠式反射式增强现实头盔遮光状态光路示意图；
图5是本发明层叠式反射式增强现实头盔透光状态结构示意图；
图6是本发明层叠式反射式增强现实头盔透光状态光路示意图。
具体实施方式
为了解决当前增强现实头戴设备显示单一的缺陷，本发明提供一种显示精细的层叠式反射式增强现实头盔。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1—图2，本发明层叠式反射式增强现实头盔10包括显示屏11、光学透镜13、反射镜15、活动遮光罩16、防尘镜17、支架18和外壳19，显示屏11设置在外壳19的上部，在显示屏11和外壳19之间的空隙设置有PCB板(图未示)和传感器(图未示)。增强现实头盔10可以在支架18上滑动，增强现实头盔10可以被分别固定在支架18上部和支架18下部。当增强现实头盔10固定在支架18下部时，增强现实头盔10发射的光线可以到达人眼产生增强现实效果。正对显示屏11的下方设置有光学透镜13，光学透镜13为凸透镜，可以会聚显示屏11发射的光线，光学透镜13设置在反射镜15的上方。反射镜15设置在外壳19上，反射镜15为两面可以透光的平面镜，从透光率上来说，反射镜15为半透镜，活动遮光罩16可以上下活动，分别对所述反光装置进行遮光处理和透光处理。当活动遮光罩16处于遮光状态时，活动遮光罩16可以大大降低弧面镜15的透光率，弧面镜15相当于平面镜的作用，此时，增强现实头盔10可以实现虚拟现实头盔的功能，实现全沉浸。防尘镜17设置在佩戴层叠式反射式增强现实头盔10后靠近人眼的位置，防尘镜17选用透光率较高的材料制成，优选减反射玻璃和PMMA亚克力材料，减反射玻璃安全性高，PMMA亚克力材料透光性好。这里，不选用普通玻璃作为防尘镜的选材，一方面是由于普通玻璃透光率不如PMMA亚克力材料，另一方面是由于普通玻璃安全性比较差，发生破裂则可能对人眼造成伤害，减反射玻璃一般是钢化玻璃，发生碎裂的可能性小。防尘镜17的主要作用是密封层叠式反射式增强现实头盔10，防止灰尘进入层叠式反射式增强现实头盔10对光学元件造成污染。
请参阅图3，当使用者需要跟外界沟通或暂时不需要使用增强现实头盔10时，可以将增强现实头盔10沿支架18滑动到支架上部进行固定，这样使用者的视野就会更加清晰，没有任何遮挡物，便于使用者更方便地和外界交流，也便于使用者在两种状态之间随意切换。
请参阅图4，图4是本发明虚拟现实头盔10遮光状态的光路示意图，当使用者佩戴虚拟现实头盔10并在遮光状态下开始使用后，虚拟现实头盔10的显示屏11发射显示图像，显示图像的光线经过光学透镜13的折射向反射镜15方向前进，光线经反射镜15的反射后，进入人眼成像，这样就可以产生虚拟现实效果。由于光学透镜13的聚光效果和反射镜的反射效果，只需要很小的显示屏11就可以产生较大的视角和图像，提供优于一般头戴设备的视场角，使虚拟现实效果更佳。
请参阅图5，当活动遮光罩16处于透光状态时，反射镜15相当于半透镜的作用，此时，增强现实头盔10可以实现增强现实头盔的功能。外界光线在透光状态下可以通过反射镜15进入层叠式反射式增强现实头盔10的内部，并通过防尘镜17穿出层叠式反射式增强现实头盔10。反射镜15同时可以反射显示屏11发射的光线，显示屏11发射的光线经过反射镜15时，一部分发生折射，并穿出层叠式反射式增强现实头盔10，另一部分发生反射，并穿过防尘镜17进入使用者视野中。反射镜15的外部可以设置单面增透膜，一方面可以增加外界光线的透射率，另一方面可以增强反射镜15内部的反光性能，使显示效果进一步优化。
请参阅图6，图6是本发明层叠式反射式增强现实头盔10的透光状态光路示意图，主要有两条光路，分别是显示光路和外界光路。首先是显示光路，当使用者佩戴层叠式反射式增强现实头盔10并开始使用后，层叠式反射式增强现实头盔10的显示屏11发射显示图像，显示图像的光线经过光学透镜13的折射向反射镜15方向前进，光线经反射镜15的反射后，进入人眼成像。外界光路相对简单，外界光线穿透反射镜15和防尘镜17后进入人眼成像。在人眼中成像的是显示光路和外界光路的叠加效果，这样就可以产生增强现实效果。由于显示屏11的显示面积远大于普通的增强现实显示组件，可以产生精细的显示效果，这是普通的增强显示设备所不能做到的。
与现有技术相比，本发明利用显示屏11、光学透镜13和反射镜15的位置设置，显示屏11的光线经过光学透镜13和反射镜15的作用后进入眼中。通过光学透镜13对光线的会聚作用和反射镜15对光线的反射作用使显示屏11的面积得以大幅减少，使整个层叠式反射式增强现实头盔10更加轻便。通过活动遮光罩16的设置切换遮光状态和透光状态，从而实现虚拟现实和增强现实的切换，十分方便。上下排布显示屏11、光学透镜13和反射镜15使得原本横向的光路部分转移到纵向，节省了空间，而且使得增强现实头盔10的力矩变小，对头部的压力随之变小，使得佩戴增强现实头盔10更加有舒适感。采用反射镜15而不是采用曲面镜的原因是采用曲面镜会对外界射入增强现实头盔10的光线产生较大和不一致的折射，容易扭曲外界景物，造成失真。而反射镜15由于其光面是直线，外界光线穿透时发生一致性折射，不会造成外界景物的失真。外界光线穿透反射镜15和防尘镜17进入人眼，和显示屏11发射的光线进行叠加，形成增强现实图像。防尘镜17的设置可以密封层叠式反射式增强现实头盔10，防止灰尘进入层叠式反射式增强现实头盔10对光学元件造成污染。防尘镜17由减反射玻璃制成，可以增强透光率，同时安全持久耐用。防尘镜17由PMMA材料制成，可以增加透光率，使显示效果更佳。在反射镜15外部设置单面增透膜一方面可以增加外界光线的透射率，另一方面可以增强反射镜15内部的反光性能，使显示效果进一步优化。增强现实头盔10可以在支架18上部和下部固定，方便使用者实时切换。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，包括显示屏、支架、光学透镜、活动遮光罩和反光镜，所述显示屏设置在所述光学透镜的上方，所述光学透镜设置在所述反射镜的上方，所述光学透镜正对所述显示屏设置，所述反射镜为两面可以透光的平面镜，所述活动遮光罩可以上下活动，分别对所述反光镜进行遮光处理和透光处理，所述反射镜为半透镜，当所述活动遮光罩对所述反光镜进行透光处理时，外界光线穿透所述反射镜后进入人眼成像，与显示屏光线进行叠加成像，所述显示屏发射的光线经所述光学透镜折射后再经所述反光装置的反射进入观察者眼中，所述增强现实头盔可以在所述支架上滑动，所述增强现实头盔可以被分别固定在所述支架上部和所述支架下部。
2.如权利要求1所述的层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，在所述显示屏和所述外壳之间的空隙设置有PCB板和传感器。
3.如权利要求1所述的层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，所述光学透镜为凸透镜。
4.如权利要求1所述的层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，进一步包括防尘镜，所述防尘镜设置在佩戴所述现实头盔后靠近人眼的位置。
5.如权利要求4所述的层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，所述防尘镜为减反射玻璃材料制成。
6.如权利要求5所述的层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，所述防尘镜为PMMA材料制成。
7.如权利要求3所述的层叠式反射式增强现实头盔，其特征在于，所述反射镜的外部设置有单面增透膜。
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