CN204203553U - 头戴式显示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种头戴式显示装置，包括面罩、镜架、摄像头、壳体以及安装于壳体与镜架之间的一组光学系统；面罩与镜架一端连接，镜架另一端连接壳体；光学系统包括图像显示屏、全反射镜、光学透镜组、可反可透镜，图像显示屏位于全反射镜后部，全反射镜安装于壳体内，光学透镜组和可反可透镜安装于镜筒结构中，镜筒结构与壳体及镜架固定连接；光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被全反射镜反射至光学透镜组，经光学透镜组透射后被可反可透镜反射至人眼；以及，头戴式显示装置外部的光信息通过可反可透镜透射至人眼。本实用新型提供一种结构简单、方便携带的头戴式显示装置，使用户感受到具有增强现实效果的使用体验。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学及图像显示技术领域，尤其涉及一种头戴式显示装置。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是利用虚拟物体或信息对真实场景进行现实增强的技术。增强现实技术通常基于摄像头等图像采集设备获得到的真实物理环境影像，通过计算机系统识别分析及查询检索将与之存在关联的文本内容、图像内容或图像模型等虚拟生成的扩展信息或虚拟场景显示在真实物理环境影像中，从而使用户能够获得到身处的现实物理环境中的真实物体的标注、说明等相关扩展信息或者体验到现实物理环境中真实物体的立体的、突出强调的增强视觉效果。增强现实技术通过对虚拟对象与现实环境进行充分地融合，能够有效地为用户提供认知周围真实环境的扩展信息或图像展示效果，同时实现用户与周围真实环境的信息交互。
现有的增强现实系统按照显示实现方式可分为视频透视式和光学透视式两种，采用光学透视式增强现实系统，来自真实环境的光线能够通过光学透镜组到达用户的眼睛，因此用户可以直接观察周围的真实环境，从而能够有效改善视频透视式增强现实系统中将真实环境图像与虚拟环境信息进行叠加融合后显示所存在的时延现象。与此同时，由于光学透视式增强现实系统的光学系统结构复杂，因此存在系统结构固定且体积较大等问题，成为光学透视式增强现实设备技术发展和推广普及过程中亟待解决的技术问题。
实用新型内容
基于上述技术问题至少之一，本实用新型的目的是提供一种结构简单、方便携带的头戴式显示装置，为用户提供具有增强现实效果的使用体验。
有鉴于此，为了实现上述目的，本实用新型提供了一种头戴式显示装置，包括面罩、镜架、摄像头、壳体以及安装于壳体与镜架之间的一组光学系统；面罩与镜架一端连接，镜架另一端连接壳体；光学系统包括图像显示屏、全反射镜、光学透镜组、可反可透镜，图像显示屏位于全反射镜后部，全反射镜安装于壳体内，光学透镜组和可反可透镜安装于镜筒结构中，镜筒结构与壳体及镜架固定连接；光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被全反射镜反射至光学透镜组，经光学透镜组透射后被可反可透镜反射至人眼；以及，头戴式显示装置外部的光信息通过可反可透镜透射至人眼。
优选地，壳体前部表面设置开孔，摄像头通过开孔采集头戴式显示装置外部的图像信息。
优选地，头戴式显示装置还包括图像处理模块，分别与摄像头和图像显示屏连接，用于对摄像头采集的图像进行处理后，发送至图像显示屏。
优选地，头戴式显示装置还包括供电模块，通过内置或外接电池单元对头戴式显示装置进行供电。
优选地，镜架两侧分别设有卡扣或卡槽，用于紧固头戴伸缩带或支撑架。
本实用新型还提供了一种头戴式显示装置，包括面罩、镜架、摄像头、壳体以及安装于壳体与镜架之间的一组光学系统；面罩与镜架一端连接，镜架另一端连接壳体；光学系统包括图像显示屏、全反射镜、光学透镜组、可反可透镜，图像显示屏位于全反射镜前部，图像显示屏与全反射镜安装于镜架内，光学透镜组和可反可透镜安装于镜筒结构中，镜筒结构与壳体及镜架固定连接；光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被全反射镜反射至光学透镜组，经光学透镜组透射后被可反可透镜反射至人眼；以及，头戴式显示装置外部的光信息通过可反可透镜透射至人眼。
优选地，壳体表面设置开孔，摄像头通过开孔采集头戴式显示装置外部的图像信息。
优选地，头戴式显示装置还包括图像处理模块，分别与摄像头和图像显示屏连接，用于对摄像头采集的图像进行处理后，发送至图像显示屏。
优选地，头戴式显示装置还包括供电模块，通过内置或外接电池单元对头戴式显示装置进行供电。
优选地，镜架两侧分别设有卡扣或卡槽，用于紧固头戴伸缩带或支撑架。
采用本实用新型头戴式显示装置，使用者双眼位于光学系统中可反可透镜的后方，即光学系统的出口处，既可以通过光学系统接收来自图像显示屏发出的光信息，同时可以通过可反可透镜接收头戴式显示装置外部的环境光信息，两组光信息经过光学系统的光学路径传输之后，在使用者双眼视网膜上叠加成像。同时，通过对摄像头采集的头戴式显示装置前方环境及物体图像进行识别分析，获得与该环境及物体图像相关的扩展信息，将该扩展信息显示于图像显示屏，从而实现使用者通过本实用新型头戴式显示装置观察真实环境及物体时，与真实环境及物体相关的扩展信息能够叠加显示在用户的视野范围内，呈现具有增强现实效果的图像。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1示出了本实用新型第一实施例头戴式显示装置的结构示意图；
图2示出了本实用新型第一实施例头戴式显示装置的爆炸图；
图3示出了本实用新型第一实施例头戴式显示装置的光学系统结构示意图；
图4示出了本实用新型第二实施例头戴式显示装置的结构示意图；
图5示出了本实用新型第三实施例头戴式显示装置的结构示意图；
图6示出了本实用新型第三实施例头戴式显示装置的爆炸图；
图7示出了本实用新型第三实施例头戴式显示装置的光学系统结构示意图；
图8示出了本实用新型第四实施例头戴式显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，这仅仅是本实用新型的一些实施例，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本实用新型第一实施例头戴式显示装置的结构示意图。
本实用新型实施例头戴式显示装置，如图2所示，包括面罩1、镜架2、摄像头3、壳体4以及安装于壳体4与镜架2之间的一组光学系统；面罩1与镜架2一端连接，镜架2另一端连接壳体4；光学系统包括图像显示屏5、全反射镜6、光学透镜组7、可反可透镜8，图像显示屏5位于全反射镜6后部，全反射镜6安装于壳体4内，光学透镜组7和可反可透镜8安装于镜筒结构9中，镜筒结构9与壳体4及镜架2固定连接；如图3所示，光学系统的光路为：图像显示屏5发出的光信息被全反射镜6反射至光学透镜组7，经光学透镜组7透射后被可反可透镜8反射至人眼21；以及，头戴式显示装置外部的光信息通过可反可透镜8透射至人眼21。
本实用新型实施例头戴式显示装置，壳体4前部表面设置开孔10，与摄像头3位置对应，摄像头3通过开孔10采集头戴式显示装置外部的图像信息。
本实用新型实施例头戴式显示装置，摄像头3固定于图像显示屏5前部，通过壳体4表面设置的开孔10采集头戴式显示装置外部的图像信息。
本实用新型实施例头戴式显示装置，如图4所示，摄像头为由两枚摄像头构成的摄像头组，分别位于图像显示屏前部，通过壳体表面设置对应的开孔采集头戴式显示装置外部的图像信息，两摄像头之间的距离可根据使用者瞳距进行设定。
本实用新型实施例头戴式显示装置通过两路光学通路，将图像显示屏所显示图像与环境图像分别传送至使用者双眼，在双眼视网膜上进行叠加成像，使得头戴式显示装置的使用者以正常视野查看真实环境同时，能够获得图像显示屏显示的与真实环境图像相关的信息，叠加显示后具有增强现实的显示效果。
图5示出了本实用新型第三实施例头戴式显示装置的结构示意图。
本实用新型实施例头戴式显示装置，如图6所示，包括面罩1、镜架2、摄像头3、壳体4以及安装于壳体4与镜架2之间的一组光学系统；面罩1与镜架2一端连接，镜架2另一端连接壳体4；光学系统包括图像显示屏5、全反射镜6、光学透镜组7、可反可透镜8，图像显示屏5位于全反射镜6前部，图像显示屏5和全反射镜6安装于镜架内，光学透镜组7和可反可透镜8安装于镜筒结构9中，镜筒结构9与镜架2及壳体4固定连接；如图7所示，光学系统的光路为：图像显示屏5发出的光信息被全反射镜6反射至光学透镜组7，经光学透镜组7透射后被可反可透镜8反射至人眼21；以及，头戴式显示装置外部的光信息通过可反可透镜8透射至人眼21。
本实用新型实施例头戴式显示装置，壳体4表面设置开孔10，与摄像头3位置对应，摄像头3通过开孔10采集头戴式显示装置外部的图像信息。
本实用新型实施例头戴式显示装置，摄像头3固定于镜筒结构9，通过壳体4表面设置的开孔10采集头戴式显示装置外部的图像信息。
本实用新型实施例头戴式显示装置，如图8所示，摄像头为由两枚摄像头构成的摄像头组，分别固定于镜筒结构，通过壳体表面设置对应的开孔采集头戴式显示装置外部的图像信息，两摄像头之间的距离可根据使用者瞳距进行设定。
本实用新型实施例头戴式显示装置通过两路光学通路，将图像显示屏所显示图像与环境图像分别传送至使用者双眼，在双眼视网膜上进行叠加成像，使得头戴式显示装置的使用者以正常视野查看真实环境同时，能够获得图像显示屏显示的与真实环境图像相关的信息，叠加显示后具有增强现实的显示效果。
在上述任一实施例中，本实用新型头戴式显示装置的图像显示屏将图像进行左右分屏显示，分屏显示后的左右屏图像经光学系统光路传输后，分别被使用者的左右眼接收。其中，所述图像显示屏中分屏显示的图像可以是格式一致的左右分屏图像，也可以是存在预设视差的左右分屏图像。具体地，当图像显示屏中分屏显示的图像是格式一致的左右分屏图像时，使用者看到的是平面图像；当图像显示屏中分屏显示的图像是存在预设视差的左右分屏图像时，使用者看到的是具有3D效果的立体图像。
在上述任一实施例中，本实用新型头戴式显示装置的可反可透镜可以是由分别对应于左右眼的两片独立可反可透镜组成，也可以是一片可反可透镜由双眼共用。其中，可反可透镜的反射透射比为80％:20％或50％:50％。
在上述任一实施例中，本实用新型头戴式显示装置的光学透镜组，可以是单片菲涅尔透镜或多片菲涅尔透镜组合，也可以是球面透镜、非球面透镜或多个球面和/或非球面透镜的组合，亦可以是菲涅尔透镜与球面透镜和/或非球面透镜的组合。
在上述任一实施例中，本实用新型头戴式显示装置还包括图像处理模块，图像处理模块分别与所述摄像头与所述图像显示屏连接，用于对所述摄像头采集的图像进行处理，以及将处理后的图像发送至所述图像显示屏进行显示。其中，所述图像处理模块包括网络连接单元，用于通过连接网络获取待处理图像相关的信息。
在上述任一实施例中，本实用新型头戴式显示装置还包括供电模块，通过内置电池供电，或通过连接外置电源单元为所述头戴式显示装置进行供电。
本实用新型各实施例头戴式显示装置，均可通过头戴伸缩带、头盔支架、帽子等方式进行连接固定后佩戴在用户头上。如图2、图6示意的为，在镜架两侧分别设置一卡扣，用于紧固头戴伸缩带11。
本实用新型各实施例头戴式显示装置，根据安装固定各光学系统元器件的需要，镜架2内部可依具体情况设计多种支撑固定结构，用于对光学元件进行安装固定，构成对应的光学系统，在此不作限制，同时镜架2和壳体4的形状也可以根据需要进行设计和调整，只需满足容纳和固定本实用新型实施例头戴式显示装置的光学元器件的要求。
再次声明，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型可以扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种头戴式显示装置，其特征在于，所述头戴式显示装置包括：面罩、镜架、摄像头、壳体以及安装于所述壳体与所述镜架之间的一组光学系统；其中，
所述面罩与所述镜架一端连接，所述镜架另一端连接所述壳体；
所述光学系统包括图像显示屏、全反射镜、光学透镜组和可反可透镜，所述图像显示屏位于所述全反射镜后部，所述全反射镜安装于所述壳体内，所述光学透镜组和所述可反可透镜安装于镜筒结构中，所述镜筒结构与所述壳体及所述镜架固定连接；
所述光学系统的光路为：所述图像显示屏发出的光信息被所述全反射镜反射至所述光学透镜组，经所述光学透镜组透射后被所述可反可透镜反射至人眼；以及，所述头戴式显示装置外部的光信息通过所述可反可透镜透射至人眼。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述壳体前部表面设置开孔，所述摄像头通过所述开孔采集所述头戴式显示装置外部的图像信息。
3.根据权利要求1或2所述的头戴式显示装置，其特征在于，还包括图像处理模块，所述图像处理模块分别与所述摄像头和所述图像显示屏连接，用于对所述摄像头采集的图像进行处理后，发送至所述图像显示屏。
4.根据权利要求3所述的头戴式显示装置，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块通过内置或外接电池单元对所述头戴式显示装置进行供电。
5.根据权利要求4所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述镜架两侧分别设有卡扣或卡槽，用于紧固头戴伸缩带或支撑架。
6.一种头戴式显示装置，其特征在于，所述头戴式显示装置包括：面罩、镜架、摄像头、壳体以及安装于所述壳体与所述镜架之间的一组光学系统；其中，
所述面罩与所述镜架一端连接，所述镜架另一端连接所述壳体；
所述光学系统包括图像显示屏、全反射镜、光学透镜组和可反可透镜，所述显示屏位于所述全反射镜前部，所述图像显示屏和所述全反射镜安装于所述镜架内，所述光学透镜组和所述可反可透镜安装于镜筒结构中，所述镜筒结构与所述壳体及所述镜架固定连接；
所述光学系统的光路为：所述图像显示屏发出的光信息被所述全反射镜反射至所述光学透镜组，经所述光学透镜组透射后被所述可反可透镜反射至人眼；以及，所述头戴式显示装置外部的光信息通过所述可反可透镜透射至人眼。
7.根据权利要求6所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述壳体表面设置开孔，所述摄像头通过所述开孔采集所述头戴式显示装置外部的图像信息。
8.根据权利6或7所述的头戴式显示装置，其特征在于，还包括图像处理模块，所述图像处理模块分别与所述摄像头和所述图像显示屏连接，用于对所述摄像头采集的图像进行处理后，发送至所述图像显示屏。
9.根据权利要求8所述的头戴式显示装置，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块通过内置或外接电池单元对所述头戴式显示装置进行供电。
10.根据权利要求9所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述镜架两侧分别设有卡扣或卡槽，用于紧固头戴伸缩带或支撑架。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190509 Address after: 350100 Building 701-1, 7th Floor, Tsinghua Ziguang Science and Technology Park-Strait Science and Technology Development Zone, 30 Oolong South Avenue, Shangjie Town, Minhou County, Fuzhou City, Fujian Province Patentee after: Fujian Zi Hui Information Technology Co., Ltd. Address before: 610041 Room 615, 7 Building, Tianfu Software Park B, 99 Tianhua Road, Chengdu High-tech Zone, Sichuan Province Patentee before: Chengdu Idealsee Technology Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190524 Address after: 350000 Funian Apartment, No. 1 Yangqiaozhong Road, Gulou District, Fuzhou City, Fujian Province, 5 1402 Units Patentee after: Tang Xiuhua Address before: 350100 Building 701-1, 7th Floor, Tsinghua Ziguang Science and Technology Park-Strait Science and Technology Development Zone, 30 Oolong South Avenue, Shangjie Town, Minhou County, Fuzhou City, Fujian Province Patentee before: Fujian Zi Hui Information Technology Co., Ltd. |