CN207833115U - Ar显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种AR显示设备，包括：用于展示虚拟图像的显示组件、具有屈光度的目镜以及设于所述目镜上的微反射镜阵列；其中，所述微反射镜阵列位于所述显示组件发出的光的传播路径上；所述显示组件发出的光，经所述微反射镜阵列反射后，与入射在所述目镜上的环境光合光后透射至人眼。本实用新型提供的AR显示设备，能够使得非正常视力用户能够清晰地观看到虚拟和现实结合的图像。

Description

AR显示设备

技术领域

本实用新型涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种AR显示设备。

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。这种技术将虚拟信息叠加到真实世界的场景中，实现真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成。

现有的增强现实类产品，针对非正常视力，例如近视或远视的用户，一般是通过预留佩戴眼镜的空间来确保该类用户能够正常使用。但是这种预留空间的设计使得用户只能清晰地看到虚拟图像，受非正常视力的限制，用户依然无法清晰地看到真实世界的图像。

实用新型内容

本实用新型的多个方面提供一种AR显示设备，用以使得非正常视力用户能够清晰地观看到虚拟和现实结合的图像。

本实用新型提供一种AR显示设备，包括：

用于展示虚拟图像的显示组件、具有屈光度的目镜以及设于所述目镜上的微反射镜阵列；

其中，所述微反射镜阵列位于所述显示组件发出的光的传播路径上；

所述显示组件发出的光，经所述微反射镜阵列反射后，与入射在所述目镜上的环境光合光后透射至人眼。

进一步可选地，所述目镜包括：相胶合的第一屈光透镜以及第二屈光透镜；所述微反射镜阵列设于所述第一屈光透镜和所述第二屈光透镜的胶合面上。

进一步可选地，所述目镜包括：第一平光镜和第二平光镜胶合而成的胶合平光镜，以及与所述胶合平光镜同轴且位于所述胶合平光镜远离人眼一侧的屈光透镜；所述微反射镜阵列设于所述第一平光镜和所述第二平光镜的胶合面上。

进一步可选地，所述胶合平光镜上设有连接机构，所述屈光透镜通过所述连接机构与所述胶合平光镜可拆卸连接；或，所述屈光透镜上设有连接机构，所述屈光透镜通过所述连接结构与所述胶合平光镜可拆卸连接。

进一步可选地，所述微反射镜阵列贴合于所述目镜上；或，所述微反射镜阵列蚀刻于所述目镜上。

进一步可选地，所述微反射镜的排列间距为4mm。

进一步可选地，所述显示组件包括：显示屏幕以及投影透镜组；所述投影透镜组位于所述显示屏幕和所述微反射镜阵列之间，且所述显示屏幕设于所述投影透镜组的一倍焦距之内。

进一步可选地，所述显示组件设于所述目镜一端的端面之外；所述显示组件发出的光入射在所述端面上，经所述端面折射至所述微反射镜阵列。

进一步可选地，所述目镜包括：一片式屈光透镜；所述微反射镜阵列设于所述一片式屈光透镜上靠近人眼的面上。

进一步可选地，所述设备还包括：目镜框架,所述显示组件设于所述目镜框架上。

在本实用新型中，采用具有屈光度的目镜，并在目镜上增设用于反射虚拟图像的微反射镜阵列，使得非正常视力的用户佩戴本实用新型提供的AR显示设备时，能够清晰地观看到虚拟和现实结合的图像，。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例提供的AR显示设备的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的AR显示设备的结构示意图；

图3a为本实用新型又一实施例提供的AR显示设备的结构主视图；

图3b为本实用新型又一实施例提供的AR显示设备的结构俯视图；

图3c为本实用新型提供的显示组件的结构示意图；

图4为本实用新型又一实施例提供的AR显示设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一实施例提供的AR显示设备的结构示意图。如图1所示，该设备包括：

用于展示虚拟图像的显示组件10、具有屈光度的目镜11以及设于目镜上11的微反射镜阵列12。其中，微反射镜阵列12位于显示组件10发出的光的传播路径上。

在上述结构中，显示组件10发出的光，入射在微反射镜阵列12上，经微反射镜阵列12反射后，与入射在目镜11上的环境光合光后透射至人眼。针对非正常视力的用户，目镜11的屈光度可以对用户的视力起到矫正作用，使得人眼可通过目镜11清晰地看到现实环境。

在本实施例中，采用具有屈光度的目镜，并在目镜上增设用于反射虚拟图像的微反射镜阵列，使得非正常视力的用户佩戴本实用新型提供的AR显示设备，时，能够清晰地观看到虚拟和现实结合的图像。

可选的，本实用新型实施例提供的AR显示设备，如附图2、图3a、3b以及图4中所示的AR眼镜，可以是AR相机或AR头戴设备，还可以是应用于车前窗玻璃上的抬头显示器等，本实用新型包含但并不仅限于此。应当理解，凡是采用本实用新型实施例提供的技术方案的VR产品均在本实用新型的保护范围之内。以下部分将结合附图，以AR眼镜为例对本实用新型实施例的技术方案进行具体阐述。

可选地，在上述或下述实施例中，微反射镜阵列12可由多个微反射单元组成。其中，多个微反射单元可分别是独立于目镜上11的光学元件，例如，可以是多个微反射镜或多片反射膜。多个微反射镜或多片反射膜可按照设定维度以及设定排列间距贴合于目镜11上。可选的，该多个微反射单元也可以是与目镜11一体的光学结构，例如蚀刻于目镜11上并具有反射功能的多个微结构。多个微结构按照设定维度以及设定排列间距蚀刻于直接加工蚀刻于目镜11上并镀有反光膜。

可选的，微反射镜阵列12的维度可根据实际需求进行设定，例如，采用二维度或三维度的微反射单元组成微反射镜阵列。

可选的，所述设定排列间距，可以为4mm，该4mm为人眼的瞳孔直径的平均值。当微反射单元的排列间距等于人眼的瞳孔直径的平均值时，人眼视网膜上可得到连续的成像区域，进而提升用户观看体验。

可选的，微反射镜阵列12中每一微反射单元的孔径可在100μm-2mm之间，例如，当微反射镜阵列12由微反射镜组成时，可控制微反射镜的孔径可在100μm-2mm之间。

图2为本实用新型另一实施例提供的AR显示设备的结构示意图。如图2所示，在一可选实施方式中，目镜11包括：相胶合的第一屈光透镜111以及第二屈光透镜112。其中，微反射镜阵列12可以贴合于第一屈光透镜111和第二屈光透镜112的胶合面上，也可以直接加工蚀刻于该胶合面上。

可选的，第一屈光透镜111和第二屈光透镜112可以为正屈光或负屈光透镜，其屈光度数可根据用户视力情况而定。当第一屈光透镜111和第二屈光透镜112的屈光度为正时，目镜11适用于视力为远视的用户。第一屈光透镜111和第二屈光透镜112胶合后可得到中间厚、边缘薄的目镜11。

当第一屈光透镜111和第二屈光透镜112的屈光度为负时，目镜11适用于视力为近视的用户。第一屈光透镜111和第二屈光透镜112胶合后可得到中间薄、边缘厚的目镜11。

可选的，第一屈光透镜111和第二屈光透镜112上用于胶合的面可以为一斜面，微反射镜阵列12设于该斜面上靠近人眼的一侧，以将入射至其上的光反射至人眼。优选的，该胶合面的倾斜角可与视线平视方向成45°夹角，该夹角便于用户在观看微反射镜阵列12所反射的图像，且便于加工。

可选的，在第一屈光透镜111和第二屈光透镜112上存在一斜面的情况下，第一屈光透镜111和第二屈光透镜112上靠近人眼的前光学表面和远离人眼的后光学表面的横向长度可能不同。在一种情况下，如图2所示，第一屈光透镜111的前光学表面的横向长度小，第二屈光透镜112的前光学表面的横向长度大，胶合面向第一屈光透镜111的端部倾斜，微反射镜阵列12反射的光通过第二屈光透镜112的前光学表面透入人眼。在另一种情况下，第一屈光透镜111的前光学表面的横向长度大，第二屈光透镜112的前光学表面的横向长度小，胶合面向第二屈光透镜111的端部倾斜，微反射镜阵列12反射的光通过第一屈光透镜111的前光学表面透入人眼。

可选的，第一屈光透镜111的前光学表面的横向长度和第二屈光透镜112后光学表面的横向长度可以相同，第一屈光透镜111的后光学表面的横向长度和第二屈光透镜112前光学表面的横向长度可以相同。通过上述的设计，可确保胶合面正对人眼瞳孔处，以提供较好的虚拟图像观看效果。

可选的，如图2所示，显示组件10可设于目镜10一端的端面100之外。显示组件10发出的光入射在该端面100上，可经端面100折射至微反射镜阵列12。图2中示意了端面100位于第二屈光透镜112的端部情形，在这种情形下，第二屈光透镜112的前光学表面的横向长度可以大于第一屈光透镜111的前光学表面的横向长度，胶合面向第一屈光透镜111的端部倾斜。此时，显示组件10发出的光入射在端面100之后，可经端面100折射至微反射镜阵列12上，由反射镜阵列12反射后，经第二屈光透镜112的前光学表面进入人眼。

应当理解，在其他可选实施方式中，端面100也可以位于第一屈光透镜111的端部。在这种情形下，第一屈光透镜112的前光学表面的横向长度可以大于第二屈光透镜111的前光学表面的横向长度，胶合面向第二屈光透镜112的端部倾斜。显示组件10发出的光入射在端面100之后，可经端面100折射至微反射镜阵列12上，由反射镜阵列12反射后，经第一屈光透镜112的前光学表面进入人眼。

在本实施例中，当目镜11具有屈光度时，可能会导致显示组件10展示的虚拟图像在目镜11中进行传播的时候产生一定的畸变。可选的，为避免虚拟图像产生畸变，本实施例中，目镜的端面100可根据目镜11的屈光度进行优化，以消除畸变对虚拟图像质量的影响。

本实施例中，采用两片屈光透镜组成具有屈光度的目镜，并在两片屈光透镜的胶合面上增设用于反射虚拟图像的微反射镜阵列，结构简单，且视觉效果好。

图3a为本实用新型又一实施例提供的AR显示设备的结构主视图，图3b为图3a对应的俯视图。如图3a以及图3b所示，在一可选实施方式中，目镜11包括：第一平光镜113和第二平光镜114胶合而成的胶合平光镜115，以及与胶合平光镜115同轴且位于胶合平光镜115远离人眼一侧的屈光透镜116；其中，微反射镜阵列12可以贴合于第一平光镜113和第二平光镜114的胶合面上，也可以直接加工蚀刻于该胶合面上。

可选的，第一平光镜113和第二平光镜114可以为一斜面，微反射镜阵列12设于该斜面上靠近人眼的一侧，以将入射至其上的光反射至人眼。优选的，该胶合面的倾斜角可与视线平视方向成45°夹角，该夹角便于用户在观看微反射镜阵列12所反射的图像，且便于加工。

可选的，在第一平光镜113和第二平光镜114上存在一斜面的情况下，第一平光镜113和第二平光镜114上靠近人眼的前光学表面和远离人眼的后光学表面的横向长度可能不同。在一种情况下，如图3a以及图3b所示，第一平光镜113的前光学表面的横向长度小，第二平光镜114的前光学表面的横向长度大，胶合面向第一平光镜113的端部倾斜，微反射镜阵列12反射的光通过第二平光镜114的前光学表面透入人眼。在另一种情况下，第一平光镜113的前光学表面的横向长度大，第二平光镜114的后光学表面的横向长度小，胶合面向第二平光镜112的端部倾斜，微反射镜阵列12反射的光通过在第一平光镜113的前光学表面透入人眼。

可选的，第一平光镜113的前光学表面的横向长度和第二平光镜114后光学表面的横向长度可以相同，第一平光镜113的后光学表面的横向长度和第二平光镜114前光学表面的横向长度可以相同。通过上述的设计，可确保胶合面正对人眼瞳孔处，以提供较好的虚拟图像观看效果。

可选的，如图3a以及图3b所示，显示组件10可设于目镜10一端的端面200之外。显示组件10发出的光入射在该端面200上，可经端面200折射至微反射镜阵列12。图3a以及图3b示意了端面200位于第二平光镜114的端部的情形，在这种情形下，第二平光镜114的前光学表面的横向长度可以大于第一平光镜113的前光学表面的横向长度，胶合面向第一平光镜113的端部倾斜。显示组件10发出的光入射在端面200之后，可经端面200折射至微反射镜阵列12上，由反射镜阵列12反射后，经第二平光镜114的前光学表面进入人眼。

应当理解，在其他可选实施方式中，端面200也可以位于第一平光镜113的端部。在这种情形下，第一平光镜113的前光学表面的横向长度可以大于第二平光镜114的前光学表面的横向长度，胶合面向第二平光镜114的端部倾斜。显示组件10发出的光入射在端面200之后，可经端面200折射至微反射镜阵列12上，由反射镜阵列12反射后，经第一平光镜113的前光学表面进入人眼。

可选的，在本实施例中，胶合平光镜115以及屈光透镜116之间为可拆卸连接。在一可选的实施方式中，胶合平光镜115上设有连接机构13，屈光透镜116可通过该连接机构13与胶合平光镜115可拆卸连接。在另一种可选的实施方式中，连接机构13设于屈光透镜116上，屈光透镜116通过其上的连接结构13与胶合平光镜115可拆卸连接。可选的，连接机构13可以是如图3a所示的卡槽和卡扣连接，也可以是螺纹连接、销连接或相互配合的等，本实施例不做限制。

本实施例中，目镜11由胶合平光镜115以及屈光透镜116组成，且二者之间为可拆卸连接，进而针对视力正常或者视力非正常的用户，该AR显示设备均具有良好的适用性。与此同时，显示组件10发出的光线不需经过屈光透镜116，因而虚拟图像进入人眼之前不会发生畸变，图像显示质量高。除此之外，屈光透镜116可根据非正常视力用户的实际视力情况进行更换，更加便捷。

在上述或下述实施例中，如图3c所示，显示组件10可包括：显示屏幕101以及投影透镜组102，其中，投影透镜组102位于显示屏幕101和微反射镜阵列12之间，显示屏幕101设于投影透镜组102的一倍焦距之内。显示屏幕101通过投影组件102可成放大的虚像，该放大的虚像可通过微反射镜阵列12进入人眼。

其中，投影组件102可包括多个透镜，图3c中仅以一个透镜进行示意，应当理解，本实用新型实施例并不仅限于图示内容。当图2所示实施例的显示组件10如图3c所示意时，可通过对投影组件102的优化来消除具有屈光度的目镜11导致的虚拟图像在进入人眼之前产生畸变的缺陷，不再赘述。

图4为本实用新型又一实施例提供的AR显示设备的结构示意图。如图4所示，在一可选实施方式中，目镜11包括：一片式屈光透镜117，其中，微反射镜阵列12设于一片式屈光透镜117上靠近人眼的面上。

可选的，一片式屈光透镜117可以是用于矫正视力的一片式的凸透镜或凹透镜，微反射镜阵列12可以贴合于该一片式屈光透镜117上，也可以直接加工蚀刻于该一片式屈光透镜117上。

可选的，本实施例提供的AR显示设备还包括：目镜框架16。目镜框架16用于承载或固定目镜11，并有利于用户佩戴该AR显示设备,显示组件10可设于目镜框架16上。图4中示意了一AR眼镜，可选的，目镜框架16可以是AR眼镜框架，该AR眼镜框架包括镜框和镜腿。显示组件10可如图4所示设于镜腿上，以确保微反射镜阵列12在显示组件10所发出的光的传播路径上，且具有较好的光线入射角度。

本实施例中，通过在一片式屈光透镜117上增设微反射镜阵列，并将显示组件10设置于目镜框架上，使得非正常视力的用户能够同时看得到清晰地虚拟图像和现实图像。除此之外，一片式屈光透镜117的厚度与普通的视力矫正镜片的厚度一致，有利于AR显示设备的轻量化。

需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种AR显示设备，其特征在于，包括：

用于展示虚拟图像的显示组件、具有屈光度的目镜以及设于所述目镜上的微反射镜阵列；

其中，所述微反射镜阵列位于所述显示组件发出的光的传播路径上；

所述显示组件发出的光，经所述微反射镜阵列反射后，与入射在所述目镜上的环境光合光后透射至人眼。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述目镜包括：相胶合的第一屈光透镜以及第二屈光透镜；

所述微反射镜阵列设于所述第一屈光透镜和所述第二屈光透镜的胶合面上。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述目镜包括：第一平光镜和第二平光镜胶合而成的胶合平光镜，以及与所述胶合平光镜同轴且位于所述胶合平光镜远离人眼一侧的屈光透镜；

所述微反射镜阵列设于所述第一平光镜和所述第二平光镜的胶合面上。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述胶合平光镜上设有连接机构，所述屈光透镜通过所述连接机构与所述胶合平光镜可拆卸连接；或，

所述屈光透镜上设有连接机构，所述屈光透镜通过所述连接结构与所述胶合平光镜可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微反射镜阵列贴合于所述目镜上；或，所述微反射镜阵列蚀刻于所述目镜上。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微反射镜的排列间距为4mm。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示组件包括：显示屏幕以及投影透镜组；

所述投影透镜组位于所述显示屏幕和所述微反射镜阵列之间，且所述显示屏幕设于所述投影透镜组的一倍焦距之内。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的设备，其特征在于，所述显示组件设于所述目镜一端的端面之外；

所述显示组件发出的光入射在所述端面上，经所述端面折射至所述微反射镜阵列。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述目镜包括：一片式屈光透镜；

所述微反射镜阵列设于所述一片式屈光透镜上靠近人眼的面上。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：目镜框架,所述显示组件设于所述目镜框架上。