CN218181214U - 一种用于增强现实头盔的头部显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于增强现实头盔的头部显示装置，包括：光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组，光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组共用同一块集成电路板，眼动追踪模组固定在光学显示模组上，形成光学显示模组与眼动追踪模组组合体。对光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组的硬件架构进行集成化设计，将各个模组的驱动电路板合成一块集成电路板，节约了电路板的设计空间、设计成本，同时通过多传感器共用一个集成电路板，实现了多传感器数据的同步采集与处理，提高了数据采集效率；将眼动追踪模组固定在光学显示模组上，优化了眼部区域的空间利用率。

Description

一种用于增强现实头盔的头部显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种用于增强现实头盔的头部显示装置。

背景技术

增强现实简称AR，是一种实时地计算摄影机摄影的位置及角度并加上相应图像的技术，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。AR技术在尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用。

现有的增强现实头显一般采用AR眼镜的形式，由图像源与光学组合器构成，图像源提供图像，光学组合器将虚拟图像与实际物体相叠加，从而实现增强现实显示功能。现有用于头盔的增强现实头显装置结构及功能集成度不够高，空间利用率低，常采用现成的AR眼镜，并未在设计之初就进行一体化设计；现有的头显装置功能组成较为简单，一般只包含虚实叠加功能，而不包括眼动追踪、手势识别等功能。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的用于头盔的增强现实头显装置结构及功能集成度不够高，空间利用率低的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于增强现实头盔的头部显示装置。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种用于增强现实头盔的头部显示装置，包括：光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组，光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组共用同一块集成电路板，眼动追踪模组固定在光学显示模组上，形成光学显示模组与眼动追踪模组组合体。

本实用新型将各个模组的驱动电路板合成一块集成电路板，节约了电路板的设计空间、设计成本；眼动追踪模组固定在光学显示模组上，形成光学显示模组与眼动追踪模组组合体，优化了眼部区域的空间利用率。

进一步地，还包括：位姿调节机构，位姿调节机构与VSLAM模组、光学显示模组与眼动追踪模组组合体形成三角形连接结构。

本实用新型中位姿调节机构与VSLAM模组、光学显示模组与眼动追踪模组组合体形成三角形连接结构，增强了系统的整体稳定性。

进一步地，光学显示模组包括微型显示器、光学组合器、第一连接结构和第二连接结构，微型显示器与光学组合器分别通过第一连接结构、第二连接结构连接在一起，微型显示器与集成电路板电连接。可以根据不同类型的光学显示模组，通过改变微型显示器和光学组合器的类型来改变光学显示模组的视场角、体积和重量。

进一步地，眼动追踪模组包括红外摄像头和环形红外LED，红外摄像头和环形红外LED分别与集成电路板电连接。

进一步地，VSLAM模组包括IMU、鱼眼摄像头、RGB摄像头、TOF深度相机、第一SLAM支架和第二SLAM支架，IMU与集成电路板电连接，鱼眼摄像头、RGB摄像头和TOF深度相机均设置在第二SLAM支架上，分别与第二SLAM支架刚性连接，第二SLAM支架与第一SLAM支架及集成电路板刚性连接，使得各个传感器之间相对位置精准固定，提高了SLAM定位的精度。

可选地，鱼眼摄像头的数量为2，对称设置在第二SLAM支架的左右两侧，左右两侧的鱼眼摄像头的角度向两侧偏10°-20°，增大了鱼眼摄像头所拍摄的视场范围。

优选的，左右两侧的鱼眼摄像头的角度向两侧偏15°。

进一步地，还包括：头显上壳和护目镜，护目镜与头显上壳可拆卸连接，可以实现快速更换不同透光率的护目镜，以适用不同光照强度的环境。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为，在硬件架构方面，对光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组的硬件架构进行集成化设计，即将光学显示模组与眼动追踪模组的驱动电路集成在VSLAM模组的SLAM电路板上，节约了电路板的设计空间、设计成本，进而也减轻了头戴设备的重量，提高了用户体验，同时通过多传感器共用一个集成电路板，实现了多传感器数据的同步采集与处理，提高了数据采集效率；在结构方面，对光学显示模组、眼动追踪模组进行集成化设计，即将眼动追踪模组固定在光学显示模组上，优化了眼部区域的空间利用率，提高了用户体验。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型光学显示模组、眼动追踪模组、VSLAM模组主要组件组成示意图；

图2为本实用新型硬件集成结构的示意图；

图3为本实用新型眼动追踪模组与光学显示模组集成的结构示意图；

图4为本实用新型VSLAM模组的结构示意图；

图5为本实用新型为位姿调节机构、VSLAM模组、眼动追踪模组与光学显示模组组合体集成的结构示意图；

图6为本实用新型护目镜与头显上壳连接的结构示意图。

附图标记说明：

光学显示模组1、眼动追踪模组2、VSLAM模组3、集成电路板4、组合体5、位姿调节机构6、鱼眼摄像头7、RGB摄像头8、TOF深度相机9、第一SLAM支架10、第二SLAM支架11、头显上壳12、护目镜13、光学组合器14、微型显示器15、第一连接结构16、第二连接结构17。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的用于增强现实头盔的头部显示装置。

如图1-6所示，用于增强现实头盔的头部显示装置包括：光学显示模组1、眼动追踪模组2和VSLAM模组3，光学显示模组1、眼动追踪模组2和VSLAM模组3共用同一块集成电路板4，眼动追踪模组2固定在光学显示模组1上，形成光学显示模组1与眼动追踪模组2组合体5。

光学显示模组1为系统提供增强现实显示功能，包括微型显示器15、光学组合器14、第一连接结构16、第二连接结构17，微型显示器15设置在第一连接结构16和第二连接结构17之间，微型显示器15与光学组合器14分别通过第一连接结构16和第二连接结构17连接在一起组成光学显示模组1，微型显示器15与集成电路板4电连接，具体来说微型显示器15与集成电路板4通过柔性FPC连接，微型显示器15需要驱动电路进行驱动显示画面。其中微型显示器15为JDI LCD显示器，为系统提供图像源，光学组合器14为120°视场角的自由曲面棱镜，为系统提供虚拟图像与周围实际环境的虚实叠加功能。

在光学显示模组1上固定有眼动追踪模组2，眼动追踪模组2为系统提供眼动追踪及交互功能，包括：红外摄像头和环形红外LED环形阵列，红外摄像头和环形红外LED分别与集成电路板4电连接，具体来说红外摄像头和环形红外LED分别与集成电路板4通过柔性FPC连接，红外LED等需要驱动电路进行亮暗及时序控制，红外摄像头需要驱动电路进行驱动才能对眼部图像进行数据采集。红外LED主要作用是对眼部进行红外光照明，红外摄像头主要是采集眼部的红外图像。

眼动追踪模组2需要拍摄眼部图像，光学显示模组1需要将图像摄入人的眼部，两者均与眼睛有关，将眼动追踪模组2固定在光学显示模组1，形成光学显示模组1与眼动追踪模组2组合体5，两者共用一个位姿调节机构6。位姿调节机构6与VSLAM模组3、光学显示模组1与眼动追踪模组2组合体5形成三角形连接结构。

VSLAM模组3为本系统提供SLAM(同步定位与地图构建)功能，即主要是为系统提供精确的三维坐标跟踪注册功能，为虚拟图像与真实环境图像的虚实叠加提供精确的6DOF坐标数据，包括：IMU(惯导测量单元)、两枚鱼眼摄像头7、TOF深度相机9(基于光飞行时间法的深度相机)、RGB摄像头8、第一SLAM支架10和第二SLAM支架11。IMU与集成电路板4电连接，鱼眼摄像头7、RGB摄像头8和TOF深度相机9均设置在第二SLAM支架11上，分别与第二SLAM支架11刚性连接，第二SLAM支架11与第一SLAM支架10及集成电路板4刚性连接，具体来说，TOF深度相机9和RGB摄像头8均设置在第二SLAM支架11的中部，两枚鱼眼摄像头7对称设置在第二SLAM支架11的左右两侧，分别与第二SLAM支架11螺钉固定连接，第一SLAM支架10与第二SLAM支架11以及集成电路板4同样采用螺钉固定连接。另外，左右两侧的鱼眼摄像头7的角度向两侧偏15°，具体来说第二SLAM支架11左侧的鱼眼摄像头7的角度向左侧偏15°，第二SLAM支架11右侧的鱼眼摄像头7的角度向右侧偏15°，这样可以增大鱼眼摄像头7所拍摄的视场范围。VSLAM模组3需要SLAM电路板驱动IMU、鱼眼摄像头7等传感器进行数据采集，并对采集到的图像、惯导数据进行处理得到6DOF坐标数据，在硬件架构进行集成化设计中，将光学显示模组1与眼动追踪模组2的驱动电路集成在VSLAM模组3的SLAM电路板上，形成一块集成电路板4。

用于增强现实头盔的头部显示装置，还包括头显上壳12和护目镜13，护目镜13与头显上壳12可拆卸连接。

本实用新型采用的是与头盔配套的方式，可以根据使用场景变形为眼镜式的结构形式。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，包括：

光学显示模组、眼动追踪模组和VSLAM模组，所述光学显示模组、所述眼动追踪模组和所述VSLAM模组共用同一块集成电路板，所述眼动追踪模组固定在所述光学显示模组上，形成所述光学显示模组与所述眼动追踪模组组合体。

2.如权利要求1所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，还包括：

位姿调节机构，所述位姿调节机构与所述VSLAM模组、所述光学显示模组与所述眼动追踪模组组合体形成三角形连接结构。

3.如权利要求1或2所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，所述光学显示模组包括微型显示器、光学组合器、第一连接结构和第二连接结构，所述微型显示器与所述光学组合器分别通过所述第一连接结构、所述第二连接结构连接在一起，所述微型显示器与所述集成电路板电连接。

4.如权利要求1或2所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，所述眼动追踪模组包括红外摄像头和环形红外LED，所述红外摄像头和所述环形红外LED分别与所述集成电路板电连接。

5.如权利要求1或2所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，所述VSLAM模组包括IMU、鱼眼摄像头、RGB摄像头、TOF深度相机、第一SLAM支架和第二SLAM支架，所述IMU与所述集成电路板电连接，所述鱼眼摄像头、所述RGB摄像头和所述TOF深度相机均设置在所述第二SLAM支架上，分别与所述第二SLAM支架刚性连接；所述第二SLAM支架与所述第一SLAM支架及所述集成电路板刚性连接。

6.如权利要求5所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，所述鱼眼摄像头的数量为2，对称设置在所述第二SLAM支架的左右两侧，左右两侧的所述鱼眼摄像头的角度向两侧偏10°-20°。

7.如权利要求6所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，所述鱼眼摄像的角度向两侧偏15°。

8.如权利要求1所述的用于增强现实头盔的头部显示装置，其特征在于，还包括：头显上壳和护目镜，所述护目镜与所述头显上壳可拆卸连接。

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