CN209784657U - Ar显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一AR显示设备，其中所述AR显示设备包括至少一个显示/投影器和至少一个光学装置，实像通过所述光学装置构建，虚像通过所述显示/投影器在所述光学装置中构建，所述实像和虚像结合出现在同一视场中，其中所述光学装置包括至少一个主透镜以及至少一个自由曲面透镜，所述自由曲面透镜，用于反射所述显示/投影器投射出的影像；所述主透镜，用于再次反射所述显示/投影器投射出的影像。该AR设备能够做到大视角、小体积、轻重量，佩戴使用者能够有沉浸式AR的体验感。

Description

AR显示设备

技术领域

本实用新型涉及一头戴设备，更详而言之，涉及一AR显示设备。

背景技术

自从计算机生成图像技术的产生，和与真实世界叠加技术的发展，如今这种带来AR(augmented reality，现实增强)和VR(virtual reality，虚拟现实)已经改变了传统的感知和交互方式，不再只是与数字信息交互，而是与整个社会进行感知和交互。随着设计理念、制造水平和微显示技术的不断进步，AR显示设备正在进入到各种领域中，比如在娱乐、模拟仿真训练、医学领域等。

现有技术的头戴显示器主要包括单通道全屏蔽式直视型和双通道透视环境叠加型，双通道透视环境叠加型适应穿戴智能设备，但是在阳光下无法使用，而且环境叠加难以识别显示图像的细节如文字和图片中的纹理，单通道全屏蔽式直视型可以适应环境光线，但是大多显示器要遮挡环境重要视野，显示区域也不能做大。原有的AR显示设备光学系统的多组透镜的结构复杂，装调和加工的精度高，体积重量也很大，长时间佩戴会引起颈部疲劳等症状。

现有技术的AR显示设备受限于光学传导方式和制造工艺等约束都无法做到”大视角、小体积、轻重量”。现有AR显示设备主要包括有波导自由曲面、波导阵列、二元波导、单反自由曲面等几种技术，其中单反自由曲面无法实现短焦距大视角，大焦距下双目瞳距之间空间冲突无法成像，光程空间利用率低体积大，可优化畸变场曲有物理限制。现有技术中的波导阵列和二元波导的平面出瞳面结构下，光学反射的角度有极限，可视角难以做大，量产成本高。此外，现有技术中的波导自由曲面受限于体积、重量、制造工艺以及量产可行性差等等，因此，现有技术存在缺陷，有待于进一步改进和发展。

专利申请号为201810050821.4一种近眼可透视头显光学系统，该发明提供一种近眼可透视头显光学系统，包括第一透镜、第二透镜和一个微型图像显示器，第一透镜与第二透镜皆与微型图像显示器贴合，且第一透镜与第二透镜皆为均厚的自由曲面透镜。藉由此发明所提供的近眼可透视头显光学系统架构，除了可以减少光在此光学系统架构中折射的次数外，还可以消除微型图像显示器所发出的光在各个方向的像差，使其在各个方向与角度看影像不会造成像差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种AR显示设备，用于至少固定配合201810050821.4所述的一种近眼可透视头显光学系统，使其发挥完整产品作用。其中所述AR显示设备是一种可透视双通道的双目大可视角头戴显示器，以克服现有技术中的AR显示设备无法做到大视角、小体积、轻重量的技术问题。

依本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种AR显示设备，包括至少一个显示/投影器和至少一个光学装置，实像通过所述光学装置构建，虚像通过所述显示/投影器在所述光学装置中构建，所述实像和虚像结合出现在同一视场中。

在一些实施例中，所述光学装置包括至少一个主透镜以及至少一个自由曲面透镜，

所述自由曲面透镜，用于反射所述显示/投影器投射出的影像；

所述主透镜，用于再次反射所述显示/投影器投射出的影像。

在一些实施例中，所述主透镜中设有减光液晶层或者设有溴化银隔层，所述减光液晶层根据调节指令设置液晶显示的深浅度，所述溴化银隔层用于根据外界光线的强弱调节遮光度。

在一些实施例中，还包括散热装置，所述散热装置贴合在所述显示/投影器的非投射面。

在一些实施例中，所述主透镜、所述自由曲面透镜和所述微型显示/投影器围布形成一个类三角体空间。

在一些实施例中，所述主透镜和/或所述自由曲面透镜的至少一侧的透镜表面设有半反半透膜层。

在一些实施例中，所述自由曲面透镜的数量为2，轴对称设置，或者，所述自由曲面透镜为轴对称的双侧透镜。

在一些实施例中，所述主透镜的数量为2，轴对称设置，或者，所述主透镜为轴对称的双侧透镜。

在一些实施例中，所述显示/投影器的数量为2，轴对称设置，或者，所述显示/投影器为轴对称的双侧投射影像，用于投射出2个轴对称影像。

在一些实施例中，其特征在于，所述主透镜与所述自由曲面透镜的连接方式是胶合、粘结、机械固连，或者，所述主透镜与所述自由曲面透镜被一体成型构成。

在一些实施例中，还包括固定框架，所述固定框架，用于将所述显示/投影器、所述主透镜与所述自由曲面透镜相对固定在所述类三角体空间的三个侧面位置上。

在一些实施例中，还包括遮光组件，所述遮光组件，用于与所述主透镜、所述自由曲面透镜和所述微型显示/投影器一起构成封闭所述类三角体空间。

在一些实施例中，所述遮光组件，包括至少2个第一眼括和至少1个鼻括。

在一些实施例中，还包括至少2个半透明的第二眼括，所述第二眼括为半透半遮光板、磨砂半透半遮光板、布满半通孔/通孔阵列的半透半遮光板、百叶窗结构的半透半遮光板，或者，褶皱结构的半透半遮光板。

在一些实施例中，还包括佩戴组件，所述佩戴组件与所述固定框架相连接。用于佩戴所述AR显示设备时的松紧度、角度的调节或固定

在一些实施例中，所述佩戴组件包括头围松紧调节件、双耳侧松紧调节件、与双耳连线垂直的前后侧松紧调节件、眼镜腿支架，和/或，人脸贴合遮光软适佩戴件。

在一些实施例中，还包括切换组件，所述切换组件，包络设置在所述主透镜的一侧，用于切换VR模式或者AR模式。

在一些实施例中，所述切换组件包括全遮光板、减光液晶层或者溴化银玻璃隔层。

在一些实施例中，包括沉浸式头盔式显示设备、AR一体机、数码玻璃镜面、数码玻璃桌面、显示器、智能移动设备，或者，可连接所述智能移动设备的AR 头盔。

在一些实施例中，所述沉浸式头盔式显示设备包括影像式头戴显示器、透射式头戴显示器，或者，影像透射组合式头戴显示器。

本实用新型至少具有以下有益效果之一：

1、本实用新型克服了原有AR显示设备产品的小视角、小屏幕，本实用新型提供的所述AR显示设备使屏幕产生的光线利用了所有空间，同时多次折返做到了空间的极高利用率，所能够提供的视角范围可以达到100°以上。

2、本实用新型提供的所述AR显示设备体积小，重量轻、减轻对佩戴者的压力，给佩戴者以舒适感。体积比VR头显轻便小巧。

3、本实用新型提供的AR显示设备减少外界环境中过量的光线被投射入使用者的人眼，防止给佩戴者带来恐惧感。

4、本实用新型提供的AR显示设备，是目前全球可视角最大的AR一体机，真正能实现AR沉浸感体验，突破性的光学设计FOV可视角度达到100°以上，兼容VR功能的同时能无死角地看到真实世界，让你的大脑相信虚拟事物真实存在并且充满整个世界。

5、本实用新型提供的AR显示设备，结合无边界主动定位追踪，佩戴使用者可以任意自由移动，可将任何数字化内容显示在真实世界中，配合智慧手套、控制手柄、或者徒手手势，使用者可以控制虚拟物品，甚至现实中的电器实物，打破屏幕时代的限制，突破虚实之间的界限。

附图说明

图1是根据本实用新型的第一较佳实施例的AR显示设备的佩戴示意图。

图2是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的整体前示意图。

图3是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的整体后示意图。

图4是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的影像设备的光线传播示意图。

图5是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的影像设备的爆炸图。

图6是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的光线传输装置的示意图。

图7是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的光学装置的示意图。

图8是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的光线传输装置的示意图

图9是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的光学装置的光线传输装置的示意图。

图10A是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的减光装置的示意图。

图10B是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的减光装置的另一种可选实施方式的示意图。

图10C是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的减光装置的另一种可选实施方式的示意图。

图11是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的佩戴装置的另一可选实施方式的整体示意图。

图12是根据本实用新型的第一较佳实施例的上述AR显示设备的佩戴装置的另一可选实施方式的佩戴示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

实用新型附图之图1至图10C所示，依照本实用新型第一较佳实施例的一 AR显示设备在接下来的描述中被阐述。所述AR显示设备是一种可透视的AR 显示设备，其中所述AR显示设备允许佩戴使用者从佩戴角度由内获取外部视野，从而避免佩戴使用者在佩戴所述AR显示设备的时候获得更好的真是体验。所述 AR显示设备是一种双通道的双目式头戴现实设备，也就是说，所述显示设备产生投射的影像能够同时服务于佩戴使用者的左右两眼，以便为佩戴使用者提供更好的真是体验感。可以理解的是，所述AR显示设备可以是沉浸式头盔式显示设备、AR一体机、数码玻璃镜面、数码玻璃桌面、显示器、智能移动设备，或者，可连接所述智能移动设备的AR头盔。优选地，所述沉浸式头盔式显示设备包括影像式头戴显示器、透射式头戴显示器，或者，影像透射组合式头戴显示器。

第一实施例

实用新型附图之图1至图3示出了本实用新型第一较佳实施例的所述AR显示设备的整体结构，其中所述AR显示设备至少包括一影像设备10，和一光学装置20，以及便于将所述影像设备10佩戴至使用者头部的一佩戴组件30。所述影像设备10提供影像，其中所述影像可以是文字、图片、图形、或者是视频影音图像等可以显示在屏幕中的元素。可以理解的是，所述影像设备10提供的这些影像经所述光学装置20反射和折射后到达至佩戴者的眼睛100。换句话说，使用者通过所述光学装置20获取所述影像设备10中显示的图像、视频影像等信息。所述佩戴组件30是便于将所述影像设备10佩戴至使用者的头部，和防止使用者在使用过程中所述AR显示设备在使用者眼前晃动，而导致无法正常观看所述影像设备10的图像或视频影音图像。

值得一提的是，所述影像设备10上还可设置一摄像头装置，其中所述摄像头装置被安装在所述影像设备10的外壳体。所述摄像头装置还被通信地连接于所述影像设备10，由所述摄像头装置将拍摄采集到的影像信息传输至所述影像设备10。

详细地说，如图2所示，所述影像设备10包括一光影投射装置11和安装和支撑所述光影投射装置11以及所述光学装置20的一固定框架12。所述影像设备10为所述AR显示设备的主体部分，由所述影像设备10产生或接受外来设备产生的图像和影像信息，并将所述图像和影像信息通过所述影像设备10的所述光影投射装置11藉由所述光学装置20投射至佩戴者的眼部100。值得一提的是，所述光影投射装置11可以是一种显示器，也可以是一种投影器。

所述影像设备10的所述固定框架12是所述AR显示设备的主体支架，由所述固定框架12固定支撑设置于所述固定框架的所述光影投射装置11和所述光学装置20，和保持所述光影投射装置11和所述光学装置20在稳定位置，防止在使用过程中所述光学装置20与所述光影投射装置11位置的偏离。换句话说，在本实用新型的第一较佳实施例中，所述AR显示设备的所述影像设备10的所述光影投射装置11与所述光学装置20保持位置的相对静止，所述影像设备10的所述光影投射装置11中的图像和影像信息等才能够准确地通过所述光学装置20 传输至佩戴者的眼部100。可以理解的是，所述摄像头装置拍摄采集到的图像和影像信息被传输至所述影像设备10的所述光影投射装置11，然后藉由所述光影投射装置11和光学装置20将所述摄像头装置拍摄到的影像信息呈现给使用者。

所述光影投射装置11进一步包括一光影投射主体111，一设置于所述光影投射主体111的散热装置112，以及设置于所述光影投射主体111的光线处理装置 113。所述光影投射主体111即为本领域技术人员所理解的显示/投影器，其中所述光影投射主体111由设置于所述光影投射主体111的芯片驱动生成左右两影像，并且所述左右两影像被同步地显示在所述光影投射主体111，最后同步地传输至佩戴者的眼部100。所述散热装置112被设置贴合在所述显示/投影器的非投射面。

在本实用新型中，所述光影投射主体111可以包括不连续的两个屏幕部分，优选地，所述光影投射主体111为一块连续完整的屏幕，并且所述光影投射装置 11同时服务于左右双目的两个独立传播的光学系统。换句话说，所述光影投射装置11的所述光影投射主体111能够同时显示左右两个影像，并且这两个影像经由所述光学装置20被同步地传输至所述佩戴者的眼部100。本领域技术人员可以理解的是，所述佩戴者的眼部，特别是人的左右双眼观看同一个事物时，左右视角不同，经过大脑的合成将左右视角内的影像合成为同一影像画面。

可以理解的是，所述光影投射主体111可以是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)，OLED(organic light-emitting diode，有机发光二极管)，微显示器或微投影仪等。所述光影投射装置11的所述光影投射主体111是将图案，图形，或者其他形式的影像以光线的形式显示在屏幕上。可以理解的是，依照本实用新型第一较佳实施例中所述光影投射主体111的实时方式也仅仅是对本实用新型的示例而非限制，因此其他类型的显示装置也可以被应用于本实用新型中。

具体地说，所述影像设备10的所述光影投射主体111被固定地设置在所述影像设备10的所述固定框架12，因而如果所述光影投射主体111中的左右两图像位置固定，则经过传输投射到佩戴者眼镜的中心位置也是固定的。因此，通过软件调整所述影像设备10的所述光影投射主体111中两个图像的中心距，从而调整成像瞳距。简单地讲，就是通过软件调整所述影像设备10的所述光影投射主体111中两个图像的位置来调整佩戴者眼睛100捕获图像或影像的位置。在所述影像设备10芯片的驱动作用下同时显示在所述光影投射主体111左右两个图像，和调整所述左右图像在佩戴者眼部100的成像位置，从而使得所述佩戴者眼部100获取清晰影像。值得一体的是，使用者可以根据佩戴所述AR显示设备时眼睛位置来进一步调整所述左右影像在眼部100的前后相对位置和水平相对位置，以使得佩戴者可以捕获清晰影像信息。

可以理解的是，在本实用新型中，所述AR显示设备中所述光学装置20被固定地设置于所述影像设备10中，因此通过设置于所述影像设备10的芯片驱动所述影像设备10的所述光影投射主体111中左右两图像显示的位置来使得佩戴使用者获取清晰影像。

所述光影投射装置11的所述散热装置112被设置于所述光影投射主体111 的上端，由所述散热装置112将所述光影投射主体111在工作过程中产生的热量散除至外界环境中。可以理解的是，所述光影投射装置11的所述散热装置112 可以是通过空气流通的形式将所述光影投射主体111产生的热量散除到外界环境中。因此所述光影投射主体111被实施为一风冷散热装置。可以理解的是，在本实用新型的第一较佳实施例中，所述光影投射装置11的所述散热装置112在此仅仅作为示例而非限制，其他类型的散热装置也可以被应用于此，在此不做限制。

值得一提的是，所述光影投射装置11的所述光线处理装置113能够防止其表面反射外来光线防止造成二次光污染。同时，所述光线处理装置113允许所述光影投射主体111产生的光线穿过，而不受阻止。优选地，所述光影投射装置 11的所述光线处理装置113在本实用新型中被实施为一漫反射膜，所述漫反射膜防止所述光影投射装置11表面反射外来光线。

如图5所示，所述影像设备10的所述固定框架12是支撑和固定所述光影投射装置11以及光学装置20。所述固定框架12包括一上壳体121，和一连接于所述上壳体121的显示器支架122。所述影像设备10的所述光影投射装置11被密封地设置在所述上壳体121与所述显示器支架122之间。优选地，所述影像设备10的所述光影投射装置11被固定地安装在所述固定框架12的所述上壳体121。所述上壳体121连接于所述显示器支架122，防止外界环境中的尘粒通过所述上壳体121直接进入到所述固定框架12的内部，和影响所述影像设备10光线的传播。此外，所述固定框架12的所述上壳体121和所述显示器支架122是由隔绝光线的材料制作而成，防止外界光线从所述固定框架12直接照射到所述光学装置20，或佩戴者的眼部100，也就是说，防止外界光线对佩戴眼部100的影响。

实用新型附图之图6和图7示出了本实用新型第一较佳实施例的所述光学装置20，其中所述光学装置20被设置于所述影像设备10中，将所述影像设备10 的所述光影投射装置11产生的影像传输至所述佩戴使用者的眼部100处。此外，所述光学装置20还被设置阻止外界环境的光线进入到所述AR显示设备的内部，影响所述影像设备10影像光线的传输，从而使得佩戴者的观影效果更好。所述光学装置20进一步包括一光线传输装置21，和一遮光组件22。所述光线传输装置21被设置传递所述光影投射装置11产生的影像，相应地，所述遮光组件 22被设置用于遮挡光线，其中所述遮光组件22遮挡所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的光线向外传播，和遮挡外界环境的光线向所述影像设备10 内传播，从而影响佩戴使用者的使用效果。

所述光学装置20的所述光线传输装置21被设置安装在所述影像设备10的所述固定框架12，由所述光机装备支架12固定和支撑所述光线传输装置21于一固定位置，防止所述光线传输装置21的晃动。所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的影像在所述光学装置20的所述光线传输装置21中经过多次的反射和折射后被投射到所述影像设备10的内部的固定位置。

所述影像设备10和所述光学装置20是被佩戴于使用者的头部。所述AR显示设备形成一佩戴空间101，在使用的过程中，佩戴使用者将头部置于所述影像设备10和所述光学装置20形成的所述佩戴空间101中，可选择地，通过软件调节所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的两个图像的中心距，从而调整量图像在所述佩戴空间101中的瞳距。可以理解的是，所述影像设备10的所述光影投射装置11产生左右图像藉由所述光学装置20被分别同步地投射在所述佩戴空间101中的相对位置。

更具体地，如图6所示，所述光学装置20的所述光线传输装置21进一步包括一自由曲面透镜211和一主透镜212，其中所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被设置于所述影像设备10的所述固定框架12，并且由所述自由曲面透镜 211和所述主透镜212与所述光影投射装置11形成一影像传输空间213。所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的光线通过所述自由曲面透镜211和所述主透镜212，在所述影像传输空间213中多次的反射和折射后被传输至所述佩戴空间101并到达眼部100。值得一提的是，所述主透镜212、所述自由曲面透镜 211和所述微型显示/投影器围布形成一个类三角体空间，即影像传输空间213。所述主透镜和/或所述自由曲面透镜的至少/任一侧的透镜表面设有至少一层半反半透膜层。

所述自由曲面透镜211的数量为2，并且所述自由曲面透镜211呈轴对称设置，或者所述自由曲面透镜211为轴对称的双侧透镜。所述主透镜212的数量为 2，其中所述主透镜212呈轴对称设置，或者所述主透镜212为轴对称的双侧透镜。相应地，所述显示/投影器的数量为2，轴对称设置，或者，所述显示/投影器为轴对称的双侧投射影像。用于投射出2个轴对称影像。

值得一提的是，所述主透镜与所述自由曲面透镜的连接方式是胶合、粘结、机械固连，或者，所述主透镜与所述自由曲面透镜被一体成型构成。

优选地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 被实施为半反半透镜片。也就是说，光线可以在所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212表面让部分光线反射，让另一部分光线通过所述自由曲面透镜211和所述主透镜212。

所述主透镜212中设有减光液晶层或者设有溴化银隔层，所述减光液晶层根据调节指令设置液晶显示的深浅度，所述溴化银隔层用于根据外界光线的强弱调节遮光度。

详细地说，所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被分别设置于所述影像设备10的所述固定框架12，并且由所述固定框架12将所述自由曲面透镜211 和所述主透镜212与所述光影投射装置11设置在一起。也就是说由所述自由曲面透镜211和所述主透镜212以及所述影像设备10的所述光影投射装置11共同形成了类三角体的所述影像传输空间213。值得一提的是，所述固定框架12，用于将所述光影投射主体111、所述主透镜212与所述自由曲面透镜211相对固定在所述类三角体空间的三个侧面位置上。可以理解的是，所述类三角体空间即为所述影像传输空间213。所述光影投射主体111、所述主透镜212与所述自由曲面透镜211被分别布置在所述类三角体5个面中的3个侧面。

所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被相对固定地设置在所述固定框架12。也就是说，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212的相对位置固定，因此所述影像设备10的所述光影投射装置11生成的影像会经过所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212特定的相对位置传输至所述佩戴空间101并到达用户的眼部100。

优选地，所述自由曲面透镜211和所述主透镜212都分别被设置为一块连续完整的光学镜片，防止在运动过程中或者是由于剧烈的震动作用而导致的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212左右两边位置的相对晃动。本领域技术人员可以理解的是，所述自由曲面透镜211和所述主透镜212对应的左右眼镜片还可以是拼接组成的。

因此，由所述自由曲面透镜211和所述主透镜212同时服务于左右双目两个光学系统。详细地说，所述自由曲面透镜211进一步包括一第一左眼部2111和自所述第一左眼部向右延伸的第一右眼部2112。相应地，所述主透镜212进一步包括一第二左眼部2121和一第二右眼部2122。所述影像设备10的所述光影投射装置11生成的左边图像藉由所述光线传输装置21的所述第一左眼部2111 和所述第二左眼部2112被传输至所述佩戴空间101。相应地，所述影像设备10 的所述光影传输装置11生成的右边图像藉由所述光线传输装置21的所述第一右眼部2112和所述第二右眼部2122被传输至所述佩戴空间101。优选地，所述自由曲面透镜211的所述第一左眼部2111和所述第一右眼部2112相互对称地设置。相应地，所述主透镜212的所述第二左眼部2121和所述第二右眼部2122也是相互对称地设置。

实用新型附图之图6、图8和图9示出了本实用新型所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212的具体结构。具体而言，所述自由曲面透镜211包括一第一半反半透膜2113，一第一光学透镜2114，和将照射到所述第一光学透镜2114的光线按照一定的角度反射。可以理解的是，所述影像设备 10的所述光影投射装置11生成的光影元素被投射至所述自由曲面透镜211的所述第一光学透镜2114，由于所述自由曲面透镜211的所述第一光学透镜2114对于光线的反射作用，所述光影投射装置11产生的光影元素被反射至所述主透镜 212。

相应地，所述主透镜212进一步包括一第二半反半透膜2123，和第二光学透镜2124。所述主透镜212的所述第二半反半透膜2123被设置于所述主透镜212 的内侧，也就是朝向所述光影投射装置11的一侧。可以理解的是，经由所述自由曲面透镜反射的光线被按照一定的光线传播角度投射在所述主透镜212的所述第二半反半透膜2123，然后藉由所述主透镜212的所述第二半反半透膜2123 以及第二光学透镜2124的反射作用又将光线向外按照预定的角度反射至所述自由曲面透镜211。

实用新型附图之图9示出了所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211 和所述主透镜212中光线传播的路径。所述影像设备10的所述光影投射装置11 产生的光影元素在所述自由曲面透镜211和所述主透镜212之间来回反射传播，最后藉由所述自由曲面透镜211将光线折射至所述佩戴空间101中，投射成相对于所述影像设备10的所述光影投射装置11中显示的虚像。本领域技术人员可以理解的是，所述被投射至所述佩戴空间101中的虚像被佩戴使用者的眼部100捕获。

值得一提的是，所述影像设备10的所述光影投射装置11投射的光线在所述自由曲面透镜211和所述主透镜212中多次的反射，这使得所述光影投射装置 11中的影像的光路长度更长。在本实用新型中，所述影像设备10的所述光影投射装置11最大限度的利用了所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212的镜面反射作用。光线在所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 多次反射，使得所述影像传输空间213得以充分利用，同时也使得佩戴使用者获得超大视角。

更优选地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 被设置为平面或者凹面自由曲面，所述自由曲面能够将光束会去成两组针对左右双眼的光场。本领域技术人员可以理解的是，在成像系统中，所述自由曲面可以矫正像差、提高成像质量、减小系统单元数量。简单地讲，所述光线传输装置 21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212能够按照设计预定的方向将所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的影像传输至预设的位置。优选地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212采用凹面自由曲面，所述凹面自由曲面可以实现100度以上大视角的可视效果。

如图9所示，所述光线传输装置21的所述主透镜212的内侧的所述半反半透膜能够透射部分光线，而反射另一部分光线。所述主透镜212外侧外界真实环境的光线能够被允许透射所述光线传输装置21的所述主透镜212，然后藉由所述自由曲面透镜211后被投射至所述佩戴空间101中。可以理解的是，所述外界真实环境光线与所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的影像光线被以同样的方式传输至所述佩戴空间101中使用者的眼部100，此时的所述AR显示设备处于AR模式(增强现实)。使用者透过所述AR显示设备既能够观看到外界环境传输的光线，又能够捕获所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的影像图案等。简单地说，使用者通过佩戴所述AR显示设备，将所述影像设备10 的所述光影投射装置11产生的影像叠加至所述显示设备前方的现实环境，从而实现增强现实的功能。此外，由于外界环境的光线能够透过所述光线传输装置 21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212而直射到所述佩戴空间101中的佩戴者的眼部100，因此，佩戴所述AR显示设备不会影响使用者的正常行走和日常生活。

为了保持所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 的相对位置固定，和防止在使用过程中所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 的在震动过程中发生相对位置的晃动或偏移，所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被固定地设置在所述影像设备10的所述固定框架12。优选地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被以胶粘的形式固定地设置在所述影像设备10的所述固定框架12。本领域技术人员可以理解的是，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被固定连接的方式在本实用新型中仅仅作为示例而非限制，因此，其他行驶的连接固定方式也可被应用于此，在此不做限制。

如图8所示，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211进一步包括一上安装部2115和一下安装部2116，其中所述上安装部2115一体地向上延伸自所述自由曲面透镜211的上端，所述下安装部2116一体地向下延伸自所述自由曲面透镜211的下端。所述自由曲面透镜211通过所述上安装部2115和所述下安装部2116被安装于所述影像设备10的所述固定框架12的前端位置。值得一提的是，所述自由曲面透镜211的所述上安装部2115和所述下安装部2116环绕所述自由曲面透镜211的外缘。也就是说，所述自由曲面透镜211的所述上安装部2115和所述下安装部2116形成于所述自由曲面透镜211的外周，由所述上安装部2115和所述下安装部2116将所述自由曲面透镜211安装在所述固定框架 12的前端位置。

相应地，所述光线传输装置21的所述主透镜212进一步包括一第二上安装部2125和一第二下安装部2126，其中所述第二上安装部2125一体地向上延伸自所述主透镜212的上端，所述第二下安装部2126一体地向下延伸自所述主透镜212的下端。所述主透镜212通过所述第二上安装部2125和所述第二下安装部2126被安装于所述影像设备10的所述固定框架12的后端位置。此外，所述自由曲面透镜211的所述下安装部2116和所述主透镜212的所述第二下安装部 2126被固定地设置在一起。优选地，所述下安装部2116和所述第二下安装部2126 是通过卡扣、胶粘等的形式固定地设置在一起。

所述光线传输装置21由所述自由曲面透镜211的所述下安装部2116和所述主透镜212的所述第二下安装部2126形成延伸结合区域，并且两者之间形成一结构槽214，可以理解的是，对应的所述结构槽214的位置还可设置有定位结构筋。通过所述光线传输装置21的所述结构槽214将所述自由曲面透镜211和所述主透镜212设置于所述固定框架12的前后两侧，防止所述自由曲面透镜211 和所述主透镜212会受到冲击或者剧烈运动的状态下，发生同步的位移。简单地说，是由所述固定框架12的下端部设置于所述光线传输装置21的所述结构槽 214中，防止所述自由曲面透镜211和所述主透镜212发生前后位置的移动。

值得一提的是，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212的上下安装部可以通过卡扣、粘接，或者其他连接等多种连接方式被安装在所述固定框架12的所述显示器支架122。优选地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212是通过卡扣、胶粘等的形式被安装在所述显示器支架122。

更具体地，如图5所示，所述影像设备10的所述固定框架12的所述显示器支架122进一步包括一框架主体1221，设置于所述框架主体1221的至少一定位件1222，以及至少一安装槽1223。所述显示器支架122的所述框架主体1221被用于支撑所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212，并使之被固定支撑在所述框架主体1221。所述定位件1222是被一体地设置在所述框架主体1221的前端位置，其中当所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜 211和所述主透镜212被安装在所述安装槽1223中时，所述定位件1222与所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212的外缘安装部相啮合，通过所述定位件1222防止所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212在所述显示器支架122的所述框架主体1221中发生周向转动。

所述框架主体1221进一步包括一鼻梁支撑部1224和设置在所述框架主体 1221左右两侧的侧支撑部1225。可以理解的是，所述鼻梁支撑部1224被设置向上支撑所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212。当所述AR显示装置被佩戴至使用者的时候，所述鼻梁支撑部1224被佩戴至使用者的鼻梁上方，有使用者的鼻梁向上支撑所述框架主体1221的所述鼻梁支撑部 1224，以使所述框架主体1221保持在使用者的脸部。相应地，所述框架主体1221 的所述侧支撑部1225左右支撑着所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211 和所述主透镜212，和与所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212共同形成密封的所述影像传输空间213。此外，所述侧支撑部1225 还能够防止外界环境的光线直接被传输至所述影像传输空间213中，为所述显示设备添加杂光，从而影响所述AR显示设备的显示效果。

相应地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 的下端安装部具有所述结构槽214，其中所述结构槽214的大小适配于所述定位件1222的大小和形状，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212通过所述结构槽214和所述显示器支架122的所述定位件1222的啮合作用将所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212安装在所述安装槽1223。所述安装槽1223被形成在所述框架主体1221的外周缘，并且所述安装槽1223的形状和大小适配于所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212的上下安装部的形状和大小。优选地，当所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被安装在所述安装槽1223后，通过向所述安装槽1223中注入连接材料将所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212固定安装在所述框架主体1221的所述安装槽1223中。可以理解的是，所述连接材料可以是胶水，或者其他粘性的材料，通过所述连接材料将所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212相互粘接在一起，和将所述光线传输装置粘接在所述框架主体1221，防止所述光线传输装置21在所述框架主体1221中晃动。

如图5和图7所示，其中所述AR显示设备在所述遮光组件22的配合下，可防止所述佩戴空间101中的内部光线向外泄露，从而降低所述显示主体10的所述光影投射装置11的成像效果。另外，所述遮光组件22被设置防止外界环境的光线穿过所述光学装置20的所述光线传输装置21后二次反射进入人眼，也就是说，减少外界环境光线被直接投射至所述佩戴空间101中，影响使用者的观影效果。

具体而言，所述遮光组件22包括至少两个第一眼括224和至少一个鼻括225，其中所述第一眼括224被设置在所述主透镜212和所述自由曲面透镜211的两侧，并且所述第一眼括224被设置在所述类三角空间的上顶面和下底面。所述第一眼括224被用于遮挡外界环境的光想从所述主透镜212和所述自由曲面透镜的两侧直接照射到所述光影投射空间中，从而影像成像。所述鼻括225被凹设在所述三角体空间内，适于使用者鼻部的佩戴。

所述遮光组件22进一步包括至少两个半透明的第二眼括222，所述第二眼括为半透半遮光板、磨砂半透半遮光板、布满半通孔/通孔阵列的半透半遮光板、百叶窗结构的半透半遮光板，或者，褶皱结构的半透半遮光板。所述第二眼括 222被用于减少外界环境的光线直接照射到佩戴者的眼睛。

所述遮光组件22进一步包括至少一遮光装置221切换组件，其中所述遮光装置221被设置于所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211的朝向使用者的眼部100一面上端并横跨左右眼的宽度地设置，其中所述遮光装置221能够防止光线直接从所述自由曲面透镜211的上端穿过而直接投射到所述佩戴空间101 的使用者的眼部100。简单地说，所述遮光装置221是能够遮挡所述自由曲面透镜211上端的光线的传播。因而，由所述遮光组件22的所述遮光装置221遮挡所述显示主体10的所述光影投射装置11直接投射至所述自由曲面透镜211的上端部的光线，用于防止反射杂散光和防止内部光射出。

如图7所示，所述遮光组件22的所述第二眼括222被设置阻挡外界环境中过量的环境光直接进入到所述佩戴空间101中，由所述第二眼括过滤部分光线，和防止过量光线照射使用者皮肤后的反射光在所述自由曲面透镜211的外表面再次反射进入人眼。值得一提的是，所述第二眼括222的透光率为20％～25％，过滤部分被直接照射在所述眼括的光线，防止用户在佩戴过程中产生恐惧感。

所述第二眼括222被设置连接于所述影像设备10的所述固定框架12的下端，由所述固定框架12固定支撑所述第二眼括222。所述第二眼括222位于所述光学装置20的所述光线传输装置21的所述主透镜212的前端，由所述第二眼括 222阻挡外界环境的光线直接照射到所述主透镜212。优选地，所述第二眼括222 被设置为减光透明元件，所述第二眼括222能够允许部分外界环境中的光线投射到人眼的余光侧。透过所述第二眼括222防止过量的光线被透射到所述佩戴空间 101中。可以理解的是，所述光学装置20的所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212都是半反半透镜片，并且所述自由曲面透镜211和所述主透镜212分别都是自由曲面镜片。因此在正常使用过程中，需要对所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212加以保护，防止硬质物品的触碰。因此，所述第二眼括222被设置于所述光线传输装置21的外侧前端位置，除了能够减少外界环境中的强光的进入，还能够起到对所述光线传输装置21的保护作用，防止所述光线传输装置21被触碰和破坏。

值得一提的是，当所述AR显示设备被佩戴至使用者的头部时，所述第二眼括222被佩戴至使用者的面部对应于所述眼睛部位的前端，由使用者的脸部向上支撑这所述第二眼括222，然后藉由所述第二眼括222向上支撑所述影像设备10。

如图7和图10A至图10C所示，所述AR显示设备进一步包括至少一切换组件223被设置用于切换所述AR显示设备的AR(增强现实)和VR(虚拟现实) 两种模式。所述切换组件223被设置连接于光学装置20的前端，位于所述第二眼括222的前端位置，遮挡外界光线，和在所述影像设备10的所述固定框架12 的支撑作用下保持在所述第二眼括222的前端。可以理解的是，所述切换组件，包络设置在所述主透镜的一侧，用于切换VR模式或者AR模式。所述切换组件 223是全遮光组件，完全遮挡所述主透镜212外侧的外界真实环境的光线能够不被允许透射所述光线传输装置21中。

实用新型附图之图10A至图10C示出了本实用新型的所述切换组件223的几种具体实施方式。附图之图10A示出的是所述切换组件223的第一种具体实施方式，其中在本实用新型的第一较佳实施例中，所述切换组件223被实施为一滤光镜片，其中所述切换组件223能够过滤部分投射在所述切换组件223表面的光线，用于强光下减弱外围的光线。优选地，所述切换组件223被实施为一墨镜片。更优选地，所述切换组件223被可拆卸地连接于所述影像设备10的所述固定框架12，以便由所述切换组件223控制切换所述AR显示设备的使用模式。使用者可以根据实际使用场景来选择使用所述切换组件223。

附图之10B示出了本实用新型的所述切换组件223的另一种可选实施方式。在本可选实施方式中，所述切换组件223被实施为一减光液晶屏，其中所述切换组件223被设置于所述影像设备10的所述固定框架12。藉由所述切换组件223 扣除部分局部光线或者降低整体外部亮度。详细地说，所述切换组件223被可通电地连接于所述影像设备10的所述固定框架12，由所述影像设备10控制所述切换组件223的工作。所述切换组件223能够根据外界光线的强弱来补偿照射到所述光学装置20的所述光线传输装置21的光量，以使所述光线传输装置21的各个部位或区域能够均匀地接受到外界照射的光线。值得一提的是，在本可选实施方式中，所述切换组件223部分地扣除局部光线或降低整体外部亮度，为佩戴者提供更合适的佩戴光环境。

附图之10C示出了本实用新型的所述切换组件223的另一种可选实施方式。在本可选实施方式中，所述切换组件223被实施为一全遮光板，其中所述全遮光板被用于阻挡外界环境的光线照射到所述光学装置20的所述光线传输装置21，为所述AR显示设备提供VR模式的使用环境。可以理解的是，在本可选实施方式中，所述切换组件223的具体实施方式在此仅仅作为示例而非限制，因此其他类型的挡光装置都能被应用于此，比如吸光材料制作而成的膜等。优选地，所述切换组件223被可拆卸地连接于所述影像设备10的所述固定框架12，由所述固定框架12向上支撑着所述切换组件。藉由所述切换组件223切换所述AR显示设备的AR(增强现实)和VR(虚拟现实)两种工作模式。可以理解的是，当所述切换组件被移除后，外界环境的光线能够透过所述光学装置20的所述光线传输装置21被投射至佩戴者的眼镜，所述AR显示设备处于AR工作模式；相应地，当所述外减光设备223也就是所述挡光板被安装在所述影像设备10的前端，由所述挡光板阻挡外界光线向所述光线传输装置21传播，因此，所述AR 显示设备此时处于VR工作模式。

优选地，所述切换组件223被设置为由可变光材料制作而成的具有阻挡光线传播或过滤部分光线的装置。具体而言，所述切换组件223是由光变材料制作而成的，其中所述光变材料在强光，特别是太阳光的照射下能够在光的作用下加深材料自身的颜色。比如在不接触阳光的环境中，所述切换组件223为一透明镜片，当在光线，特别是强烈刺激光线的照射下，所述切换组件223的颜色由无色透明状态转变为灰色，或者黑色状态。可以理解的是，所述切换组件在黑色状态时能够吸收或者过滤掉外界环境中的很多光线，从而外界环境中的强烈刺激光线直接照射到所述光线传输装置21的表面。更优选地，所述切换组件223的制造材料中被加入了适量的溴化银和氧化铜的微晶粒，当强光照射时，溴化银分解为银和溴，被分解出的银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色。当光线变暗时，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是，镜片的颜色又变浅了。这样就可以在强光下变深，遮挡光线；在弱光下变透明，不遮挡外界光线。可以理解的是，这种光变材料制作而成的所述切换组件223既能在强光外界环境中佩戴，又能在暗光环境中佩戴，并且在佩戴过程中不会因为从强光环境变换到暗光环境，或者从暗光环境走到强光环境，而造成佩戴者的眼睛不适应。简单地讲，所述切换组件223能够自适应外环境光线，为所述佩戴者提供合适的佩戴环境。

优选地，所述切换组件223是溴化银玻璃隔层，其中所述溴化银玻璃隔层能够根据需求达到全遮光状态。

可以理解的是，所述光线传输装置21的所述主透镜212的所述第二光学透镜2124也是由与所述切换组件223相同的材料制作而成的。换句话说，所述光线传输装置21的所述主透镜212也是自适应环境镜片，所述主透镜212能够根据外界环境的光强度自动过滤或吸收外界环境投射到所述光线传输装置21的所述主透镜212的部分光线，避免过多光线从所述光线传输装置21的所述主透镜 212投射到所述佩戴空间101中，以便由所述主透镜212为所述佩戴者提供一合适的佩戴环境。

如图11所示，使用者通过所述佩戴组件30将所述AR显示设备佩戴至使用者头部。所述佩戴组件30还被设置用于贴合于使用者的脸部，由所述佩戴组件 30遮挡部分外界传输的光线。此外，所述佩戴组将30还被设置适配于不同使用者的脸型形状和大小，以便所述AR显示设备能够适合于不同的使用者。所述佩戴组件与所述固定框架相连接，其中所述佩戴组件30用于佩戴所述AR显示设备时的松紧度、角度的调节或固定。

详细地说，所述佩戴组件30包括一佩戴支撑装置31和一佩戴组件32，其中所述佩戴支撑装置31被设置于所述影像设备10的所述固定框架12朝向所述佩戴空间101的位置，和被设置于所述光学装置20的遮光装置22的朝向所述佩戴空间101的位置。所述AR显示设备通过所述佩戴支撑装置31贴合在佩戴者的脸部支撑位置，由所述佩戴者的脸部支撑部位向上支撑所述AR显示设备。此外，所述佩戴支撑装置31被设置贴合在佩戴者的脸部位置，由所述佩戴支撑装置31 遮挡外来部分光线，防止外界环境中的光线对佩戴环境造成影响。此外，通过调整所述佩戴支撑装置31的形状或形态来调节所述AR显示设备的在使用者头部的佩戴位置，以使得所述AR显示设备适配于不同脸型的使用者。相应地，调节所述佩戴组件32，将所述AR显示设备佩戴至使用者头部，藉由所述佩戴组件 32调节使用者的眼睛部位准确捕获所述影像设备10发射出来的影像。

所述佩戴组件30包括头围松紧调节件、双耳侧松紧调节件，其中所述双二侧松紧调节件被用于调节靠近耳朵两侧的头戴式显示器的松紧。所述佩戴组件 30还包括与双耳连线垂直的前后侧松紧调节件，其中所述前后松紧调节件调节 AR显示主体设备与后脑部的松紧。所述佩戴支撑装置31即为人脸贴合遮光软适佩戴件，其中所述人脸贴合遮光软适配戴件适于贴合在佩戴者的脸部，并且遮挡部分的光线。优选地，所述人脸贴合遮光软适佩戴件是海绵材料。

如图11所示，所述佩戴组件30的所述佩戴支撑装置31进一步包括一上适应装置311，设置于所述遮光组件22的所述第二眼括222左右两端的一左适应装置312和一右适应装置313。所述上适应装置311被设置于所述影像设备10 的所述固定框架12由所述上适应装置311调整所述影像设备10与使用者额头的位置关系。所述上适应装置311是由弹性形变性能好的材料制作而成，比如橡胶材料，海绵材料等贴合性好，弹性形变好的材料。使用者在佩戴的过程中，根据不同使用者的额头部位的大小和佩戴的位置，调整所述AR显示设备与使用者头部的位置关系。此外，所述上适应装置311还能减轻所述影像设备10在受到外力情况下对使用者头部的冲击作用，从而在一定程度上保护使用者的头部。优选地，所述上适应装置311选用黑色不透光的海绵材料制作而成，所述上适应装置 311被贴合于所述影像设备10的上端。当使用者将所述AR显示设备佩戴在头部，由所述上适应装置311弥补使用者额头部位于所述影像设备10之间的空隙位置，防止外界环境的光线透过所述空隙直接投射到所述佩戴空间101中。

所述左适应装置312和所述右适应装置313被分别设置于所述第二眼括222 的外周缘。所述左适应装置312和所述右适应装置313分别是由弹性材料制作而成，比如橡胶材料，海绵材料等。使用者在佩戴的过程中，根据不同使用者的脸部位的大小和佩戴的位置，调整所述AR显示设备与使用者脸部的位置关系，以使使用者通过调整所述显示设备使得使用者的眼睛获取更好的视野。优选地，所述左适应装置312和所述右适应装置313分别是由黑色不透光的海绵材料制作而成，所述左适应装置312和所述右适应装置313在佩戴的过程中贴合在使用者的脸部，由所述左适应装置312和所述右适应装置313阻止外界光线被直接照射到所述佩戴空间101中。此外，所述左适应装置312和所述右适应装置313便于贴在使用者的脸部位置，由使用者的脸部向上支撑所述影像设备10。此外，所述左适应装置312和所述右适应装置313具有一定的柔性性能，缓解所述影像设备 10在受到外力作用下对使用者的脸部的冲击作用，保护使用者的脸部。

所述佩戴装置30的所述佩戴组件32将所述影像设备10佩戴至使用者的头部，和防止所述影像设备10从所述使用者头部滑落。附图之图1至图3示出了本实用新型第一较佳实施例的所述佩戴组件32的第一种实施方式。所述佩戴装置32的所述佩戴组件32包括一横向紧固装置321和连接于所述横向紧固装置 321的一头顶固定装置322。所述横向收集装置32的两端分别被设置连接于所述影像设备10的所述固定框架12的左右两端。所述佩戴装置32的所述横向紧固装置321被设置包围在使用者的头部的周围，由所述横向紧固装置321将所述影像设备10横向地固定在使用者的头部位置。所述横向紧固装置321即为所述头围松紧调节件，所述头顶固定装置322即为所述前后侧松紧调节件和所述双耳侧松紧调节件。

优选地，所述佩戴装置的所述横向紧固装置321被实施为具有收缩弹性的收紧带，调节所述横向紧固装置321以便将所述AR显示设备固定在不同使用者的头部。相应地，所述头顶固定装置322被设置可调节地连接于所述横向紧固装置 321和所述影像设备10的所述固定框架12。所述头顶固定装置322将所述影像设备10佩戴至使用者的头部，和防止所述影像设备10从使用者头部位置下滑。可以理解的是，通过调节所述头顶固定装置322的松紧程度或长度，调整所述 AR显示设备适配于不同使用者的头部大小。

实用新型附图之图11和图12示出了所述佩戴装置30的所述佩戴组件32A 的另一种可选实施方式。在本可选实施方式中，所述AR显示设备的其他结构与第一较佳实施例中的结构相同，不同点在于所述佩戴组件32A被实施为一种眼镜腿支架装置。所述佩戴组件32A包括一左镜腿321A和一右镜腿322A，使用者通过所述佩戴组件32A的所述左镜腿321A和所述右镜腿322A将所述影像设备10佩戴至使用者头部眼睛前方。所述佩戴组件32A的所述左镜腿321A和所述右镜腿322A分别被设置连接于所述影像设备10的所述固定框架12的左右两边。所述佩戴组件32A的所述左镜腿321A和所述右镜腿322A就是本领域技术人员所理解的眼镜镜腿。优选地，所述佩戴组件32A的所述左镜腿321A和所述右镜腿322A被可折叠地连接于所述影像设备10的所述固定框架12的左右两边。在非使用状态下，可以将所述佩戴组件32A的所述左镜腿321A和所述右镜腿 322A折叠至所述佩戴空间101中，防止损伤。

第二实施例

依照本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一AR显示设备，其中所述AR显示设备使屏幕产生的光线利用了所有空间，同时多次折返做到了空间的极高利用率，所能够提供的视角范围可以达到100°以上。值得一提的是，在上述较佳实施例中，所述的AR显示设备是双通道的双目显示设备。也就是说，上述的AR显示设备为佩戴使用者的双眼提供了两个视觉通道。与上述较佳实施例不同的是，本实用新型的第二较佳实施例的所述AR显示设备提供了一种单眼侧视觉观察的实施方案。

详细地说，所述AR显示设备至少包括一影像设备10，和一光学装置20，以及便于将所述影像设备10佩戴至使用者头部的一佩戴组件30。所述AR显示设备的所述影像设备10和所述佩戴组件30与上述第一较佳实施例的所述AR显示设备相同，不同点在于所述光学装置20。

所述光学装置20进一步包括一光线传输装置21，和一遮光组件22。所述光线传输装置21被设置传递所述光影投射装置11产生的影像，相应地，所述遮光组件22被设置用于遮挡光线，其中所述遮光组件22遮挡所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的光线向外传播，和遮挡外界环境的光线向所述影像设备10内传播，从而影响佩戴使用者的使用效果。

所述光线传输装置21进一步包括一自由曲面透镜211和一主透镜212，其中所述自由曲面透镜211和所述主透镜212被设置于所述影像设备10的所述固定框架12，并且由所述自由曲面透镜211和所述主透镜212与所述光影投射装置 11形成一影像传输空间213。所述影像设备10的所述光影投射装置11产生的光线通过所述自由曲面透镜211和所述主透镜212，在所述影像传输空间213中多次的反射和折射后被传输至所述佩戴空间101并到达眼部100。值得一提的是，所述主透镜212、所述自由曲面透镜211和所述微型显示/投影器围布形成一个类三角体空间，即影像传输空间213。所述主透镜和/或所述自由曲面透镜的至少/任一侧的透镜表面设有至少一层半反半透膜层。

所述自由曲面透镜211的数量为1，其中所述自由曲面透镜211同时服务于佩戴使用者的某个单眼。相应地，所述主透镜212的数量为1，并且所述主透镜 212同时服务于佩戴使用者的对应的单眼。

优选地，所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212 被实施为半反半透镜片。也就是说，光线可以在所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211和所述主透镜212表面让部分光线反射，让另一部分光线通过所述自由曲面透镜211和所述主透镜212。

值得一提的是，对应的单眼侧的所述固定框架12，用于将所述光影投射主体 111、所述主透镜212与所述自由曲面透镜211相对固定在所述类三角体空间的三个侧面位置上。可以理解的是，所述类三角体空间即为所述影像传输空间213。所述光影投射主体111、所述主透镜212与所述自由曲面透镜211被分别布置在所述类三角体5个面中的3个侧面。

由所述自由曲面透镜211和所述主透镜212同时服务于左或右单目的一个光学系统。与上述较佳实施例相同的是，所述自由曲面透镜211进一步包括一第一左眼部2111或者第一右眼部2112。相应地，所述主透镜212进一步包括一第二左眼部2121或者一第二右眼部2122。

对应的所述遮光组件22包括至少一个第一眼括224和至少一个鼻括225，其中所述第一眼括224被设置在所述主透镜212和所述自由曲面透镜211的一侧，而鼻括225被设置在所述主透镜212和所述自由曲面透镜211的另一侧，并且所述第一眼括224和鼻括225被设置在所述类三角空间的上顶面和下底面。所述第一眼括224和鼻括225被用于遮挡外界环境的光线从所述主透镜212和所述自由曲面透镜的两侧直接照射到所述光影投射空间中，从而影响成像效果。

对应地所述遮光组件22进一步包括至少一个半透明的第二眼括222，所述第二眼括为半透半遮光板、磨砂半透半遮光板、布满半通孔/通孔阵列的半透半遮光板、百叶窗结构的半透半遮光板，或者，褶皱结构的半透半遮光板。所述第二眼括222被用于减少外界环境的光线直接照射到佩戴者的眼睛。

所述遮光组件22进一步包括至少一遮光装置221切换组件，其中所述遮光装置221被设置于所述光线传输装置21的所述自由曲面透镜211的朝向使用者的眼部100一面上端并横跨左/右眼的宽度地设置，其中所述遮光装置221能够防止光线直接从所述自由曲面透镜211的上端穿过而直接投射到所述佩戴空间 101的使用者的眼部100。简单地说，所述遮光装置221是能够遮挡所述自由曲面透镜211上端的光线的传播。因而，由所述遮光组件22的所述遮光装置221 遮挡所述显示主体10的所述光影投射装置11直接投射至所述自由曲面透镜211 的上端部的光线，用于防止反射杂散光和防止内部光射出。

所述AR显示设备进一步包括至少一切换组件223被设置用于切换单眼所述 AR显示设备的AR(增强现实)和VR(虚拟现实)两种模式。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (31)

1.一种AR显示设备，包括至少一个显示/投影器和至少一个光学装置，其特征在于，实像通过所述光学装置构建，虚像通过所述显示/投影器在所述光学装置中构建，所述实像和虚像结合出现在同一视场中。

2.根据权利要求1所述的AR显示设备，其特征在于，所述光学装置包括至少一个主透镜以及至少一个自由曲面透镜，

所述自由曲面透镜，用于反射所述显示/投影器投射出的影像；

所述主透镜，用于再次反射所述显示/投影器投射出的影像。

3.根据权利要求2所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜中设有减光液晶层或者设有溴化银隔层，所述减光液晶层根据调节指令而设置液晶显示的深浅度，所述溴化银隔层用于根据外界光线的强弱而调节遮光度。

4.根据权利要求1至3中任一所述的AR显示设备，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置贴合在所述显示/投影器的非投射面。

5.根据权利要求2所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜、所述自由曲面透镜和一微型显示/投影器围布形成一个类三角体空间。

6.根据权利要求5所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜和/或所述自由曲面透镜的至少一侧的透镜表面设有半反半透膜层。

7.根据权利要求2所述的AR显示设备，其特征在于，所述自由曲面透镜的数量为2，轴对称设置，或者，所述自由曲面透镜为轴对称的双侧透镜。

8.根据权利要求2所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜的数量为2，轴对称设置，或者，所述主透镜为轴对称的双侧透镜。

9.根据权利要求1所述的AR显示设备，其特征在于，所述显示/投影器的数量为2，轴对称设置，或者，所述显示/投影器为轴对称的双侧投射影像。

10.根据权利要求9所述的AR显示设备，其特征在于，所述光学装置包括至少一个主透镜以及至少一个自由曲面透镜，

所述自由曲面透镜，用于反射所述显示/投影器投射出的影像；

所述主透镜，用于再次反射所述显示/投影器投射出的影像。

11.根据权利要求2或7或8或10所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜与所述自由曲面透镜的连接方式是胶合、粘结、机械固连，或者，所述主透镜与所述自由曲面透镜被一体成型构成。

12.根据权利要求5所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜与所述自由曲面透镜的连接方式是胶合、粘结、机械固连，或者，所述主透镜与所述自由曲面透镜被一体成型构成。

13.根据权利要求11所述的AR显示设备，其特征在于，所述主透镜、所述自由曲面透镜和一微型显示/投影器围布形成一个类三角体空间。

14.根据权利要求12所述的AR显示设备，其特征在于，还包括固定框架，所述固定框架，用于将所述显示/投影器、所述主透镜与所述自由曲面透镜相对固定在所述类三角体空间的三个侧面位置上。

15.根据权利要求13所述的AR显示设备，其特征在于，还包括固定框架，所述固定框架，用于将所述显示/投影器、所述主透镜与所述自由曲面透镜相对固定在所述类三角体空间的三个侧面位置上。

16.根据权利要求14所述的AR显示设备，其特征在于，还包括遮光组件，所述遮光组件，用于与所述主透镜、所述自由曲面透镜和所述微型显示/投影器一起构成封闭所述类三角体空间。

17.根据权利要求14所述的AR显示设备，其特征在于，还包括遮光组件，所述遮光组件，用于与所述主透镜、所述自由曲面透镜和所述微型显示/投影器一起构成封闭所述类三角体空间。

18.根据权利要求16所述的AR显示设备，其特征在于，所述遮光组件，包括至少2个第一眼括和至少1个鼻括。

19.根据权利要求17所述的AR显示设备，其特征在于，所述遮光组件，包括至少2个第一眼括和至少1个鼻括。

20.根据权利要求18所述的AR显示设备，其特征在于，还包括至少2个半透明的第二眼括，所述第二眼括为半透半遮光板、磨砂半透半遮光板、布满半通孔/通孔阵列的半透半遮光板、百叶窗结构的半透半遮光板，或者，褶皱结构的半透半遮光板。

21.根据权利要求19所述的AR显示设备，其特征在于，还包括至少2个半透明的第二眼括，所述第二眼括为半透半遮光板、磨砂半透半遮光板、布满半通孔/通孔阵列的半透半遮光板、百叶窗结构的半透半遮光板，或者，褶皱结构的半透半遮光板。

22.根据权利要求14所述的AR显示设备，其特征在于，还包括佩戴组件，所述佩戴组件与所述固定框架相连接。

23.根据权利要求15所述的AR显示设备，其特征在于，还包括佩戴组件，所述佩戴组件与所述固定框架相连接。

24.根据权利要求22所述的AR显示设备，其特征在于，所述佩戴组件包括头围松紧调节件、双耳侧松紧调节件、与双耳连线垂直的前后侧松紧调节件、眼镜腿支架，和/或，人脸贴合遮光软适佩戴件。

25.根据权利要求23所述的AR显示设备，其特征在于，所述佩戴组件包括头围松紧调节件、双耳侧松紧调节件、与双耳连线垂直的前后侧松紧调节件、眼镜腿支架，和/或，人脸贴合遮光软适佩戴件。

26.根据权利要求14所述的AR显示设备，其特征在于，还包括切换组件，所述切换组件，包络设置在所述主透镜的一侧，用于切换VR模式或者AR模式。

27.根据权利要求15所述的AR显示设备，其特征在于，还包括切换组件，所述切换组件，包络设置在所述主透镜的一侧，用于切换VR模式或者AR模式。

28.根据权利要求26所述的AR显示设备，其特征在于，所述切换组件包括全遮光板、减光液晶层或者溴化银玻璃隔层。

29.根据权利要求27所述的AR显示设备，其特征在于，所述切换组件包括全遮光板、减光液晶层或者溴化银玻璃隔层。

30.根据权利要求1所述的AR显示设备，其特征在于，包括沉浸式头盔式显示设备、AR一体机、数码玻璃镜面、数码玻璃桌面、显示器、智能移动设备，或者，可连接所述智能移动设备的AR头盔。

31.根据权利要求30所述的所述AR显示设备，其特征在于，所述沉浸式头盔式显示设备包括影像式头戴显示器、透射式头戴显示器，或者，影像透射组合式头戴显示器。