RU201742U1 - Очки дополненной реальности, ориентированные на применение в условиях опасного производства - Google Patents
Очки дополненной реальности, ориентированные на применение в условиях опасного производства Download PDFInfo
- Publication number
- RU201742U1 RU201742U1 RU2020124297U RU2020124297U RU201742U1 RU 201742 U1 RU201742 U1 RU 201742U1 RU 2020124297 U RU2020124297 U RU 2020124297U RU 2020124297 U RU2020124297 U RU 2020124297U RU 201742 U1 RU201742 U1 RU 201742U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- user
- glasses
- optical element
- augmented reality
- power supply
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
- G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
- G02C7/00—Optical parts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
Abstract
Очки дополненной реальности содержат каркас, выполненный с возможностью крепления на голове пользователя, дисплеи, оптический элемент, светоотражающий элемент, расположенный под углом к оптическому элементу, обеспечивающему проекцию света от дисплея на оптическую систему глаза пользователя. Очки содержат вычислительный модуль с блоком автономного питания, вынесенные для ношения на поясе пользователя, сенсоры, отвечающие за ориентацию в пространстве, и камеры для визуального восприятия окружающего пространства. В качестве оптического элемента установлена проективная оптика со светоделителем и сферическим зеркалом. На очках установлен автоматический регулятор светопропускания на основе динамического аттенюатора. Технический результат - обеспечение высокого качества изображения, в том числе, за счет отсутствия зависимости от зарядки/разрядки аккумулятора и изменения степени освещенности объекта. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Полезная модель относится к сфере информационных технологий, в частности к устройствам взаимодействия с электронно-вычислительной машиной.
Устройство предназначено для:
- автоматизации процессов и повышения производительности,
- обучения сотрудников,
- сокращения брака продукции,
- повышения эффективности логистических процессов,
- обеспечения безопасности труда на предприятиях промышленности.
Целевой сферой применения устройства являются нефтяная и сталелитейная промышленности.
Известны очки смешанной реальности Microsoft HoloLens (см., например: https://habr.com/ru/company/microsoft/blog/441642/). Очки включают оптическую систему и вычислительный модуль. Очки создают сильный эффект погружения, но конструктивное размещение всех элементов на каркасе очков ограничивает возможности устройства по весовому критерию и времени непрерывной работы, особенно в условиях опасного производства.
Известны очки виртуальной реальности Magic Leap ONE (см., например: https://habr.com/ru/post/421235/). Очки состоят из трех элементов. Первый - сами очки, которые получили название Lightwear, второй переносной компьютер Lightpack, третий контроллер. Lightwear используют целый набор камер и сенсоров для проектирования изображений на окружение пользователя. С их помощью, как утверждают разработчики, можно «серфить» по сети, совершать покупки, играть, устраивать виртуальные встречи и решать другие задачи.
Данные очки плохо приспособлены к работе на опасных производствах, обладают низкой ремонтопригодностью, малым временем автономной работы (в частности, отсутствует возможность замены аккумулятора).
Известны очки дополненной (или смешанной) реальности Nreal Light (см., например: https://androidphones.ru/nreal-light-dopolnennaya-realnost-stala-blizhe.html). Очки не монолит или моноблок, гарнитура состоит из двух модулей: собственно очки, и «железный» блок, с которым очки соединены проводом, идущим по дужке. Применение данных очков ограничено областью развлечений, очки не предназначены для постоянного ношения и не приспособлены для работы в промышленности (имеют постоянное затемнение как у солнечных очков).
Известны очки Google Glass Enterprise Edition (см., например: https://habr.com/ru/news/t/452710/). Конструкция представляет собой автономный монокуляр, максимально облегченный до 50 грамм за счет минимизации компонентов, необходимого для работы устройства. Поле зрения устройства недостаточно для эффективного вывода и проецирования трехмерных инструкций, которые бы не отвлекали внимания пользователя. Время автономной работы ограничено.
Известны очки дополненной реальности (Патент РФ RU 138628 U1), содержащие оправу, на которой закреплены правый и левый оптические рефлекторы, каждый из которых выполнен из слоев поликарбонатного прозрачного стекла, между которыми имеется электроуправляемая пленка, внутренняя поверхность оптических рефлекторов покрыта полупрозрачным отражающим слоем, между рефлекторами на носовой перемычке над правым и левым носовыми упорами установлены правая и левая эмиссионные жидкокристаллические матрицы, размещенные с возможностью формирования оптического пути через соответствующий рефлектор к глазу пользователя, корпуса дужек оправы выполнены полыми, и в корпусе правой дужки размещен правый электронный блок, включающий процессор с блоком памяти, к шине которого подключены модуль беспроводной связи Bluetooth, разъем MicroUSB, датчик освещенности, микрофон и звуковой генератор, а в корпусе левой дужки размещен левый электронный блок, включающий подключенные к шине правого электронного блока видеопроцессор, ИК-камеру, МЭМС-датчик движения и устройство ввода, при этом видеопроцессор связан с правой и левой эмиссионными жидкокристаллическими матрицами, а на разъемной носовой перемычке размещен узел регулировки, выполненный с возможностью изменения расстояния между оптическими рефлекторами.
Данное устройство не имеет отдельного вычислительного модуля и аккумулятора. Эти устройства встроены и не подлежат демонтажу. Указанная особенность ограничивает функционал очков и время автономной работы, кроме того, не предусмотрена адаптация к опасным производствам, например, затемняющих приспособлений.
В качестве прототипа выбраны очки дополненной реальности (Патент РФ RU 172721 U1), характеризующиеся тем, что содержат каркас, выполненный с возможностью крепления на голове пользователя и размещения дисплея, оптический элемент, содержащий одну линзу Френеля для левого глаза и одну линзу Френеля для правого глаза, светоотражающий элемент, расположенный под углом к оптическому элементу, обеспечивающему проекцию света от дисплея на оптическую систему глаза пользователя, и разделитель, при этом оптический элемент расположен на расстоянии от места размещения дисплея, соответствующем фокусному расстоянию оптического элемента, а пространство между местом размещения дисплея и оптическим элементом разделено разделителем с возможностью отделения света от дисплея для левого и правого глаза пользователя.
Оптическая система устройства-прототипа базируется на линзах Френеля с присущими таким линзам недостатками (высокий уровень паразитной засветки и разного рода «ложные изображения» из-за наличия переходных краевых участков между зонами, поэтому ее использование для построения оптически точных изображений затруднено). Данные очки не являются самостоятельным устройством и могут быть использованы в сочетании с мобильным устройством, дисплей которого и используется в качестве источника дополненной реальности. Соответственно, работоспособность очков напрямую зависит от функциональных возможностей устанавливаемого мобильного устройства, включая время автономной работы, дополнительные световые эффекты (регулировка затемнения).
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, являлось повышение качества проецируемой на оптическую систему глаза пользователя визуальной информации.
Технический результат: обеспечение высокого качества изображения, в том числе, за счет отсутствия зависимости от зарядки/разрядки аккумулятора и изменения степени освещенности объекта.
Указанная техническая проблема решается очками дополненной реальности, характеризующимися тем, что содержат каркас, выполненный с возможностью крепления на голове пользователя, дисплеи, оптический элемент, светоотражающий элемент, расположенный под углом к оптическому элементу, обеспечивающему проекцию света от дисплея на оптическую систему глаза пользователя, которые, согласно предложению, содержат вычислительный модуль с блоком автономного питания, вынесенные для ношения на поясе пользователя, содержат сенсоры, отвечающие за ориентацию в пространстве и камеры, отвечающие за визуальное восприятие окружающего пространства, при этом в качестве оптического элемента установлена проективная оптика со светоделителем и сферическим зеркалом.
Предпочтительно устанавливать на очки автоматический регулятор светопропускания на основе динамического аттенюатора.
Если блок автономного питания снабдить функцией бесперебойного питания, то это позволит осуществлять «горячую» замену батареи (аккумулятора).
Целесообразно выполнять очки с возможностью крепления на каске.
Целесообразно также по краям оптической конструкции выполнять специальные световые перегородки-решетки, которые не позволят постороннему боковому свету окружающей реальности отражаться от светоделителя и попадать в поле зрения пользователя.
Вынесение вычислительного модуля и блока питания на поясное крепление обеспечивает, по меньшей мере, облегчения очков, что позволит оптимизировать размещение качественных элементов оптической системы, позволит осуществить «горячую» замену аккумулятора, не снимая и не отключая очков.
В очках дополненной реальности камеры, отвечающие за визуальное восприятие окружающего пространства, являются ключевым источником информации о пространстве. Это очень важно для построения иммерсивных интерфейсов. Именно за счет анализа окружения можно располагать голограммы дополненной реальности у поверхностей различных форм, дополнять пространство более органично и естественно. Вся система компьютерного зрения, навигации, отслеживания положения построена именно на камере. Помимо этого камера дает возможность выполнять совершенно разные задачи с использованием нейронных сетей и других методов машинного обучения.
В качестве сенсоров, отвечающих за ориентацию в пространстве, предпочтительно использовать инерциальные измерительные модули (IMU, Inertial Measurement Unit -Инерциальные измерительные модули). Как правило, в состав IMU входят гироскопы и акселерометры, позволяющие отслеживать вращательные и поступательные движения (см., например: https://lasercomponents.ru/catalog/navigatsionnye-sistemy/imu/). IMU BMI160, который может быть использован в полезной модели, это небольшой 16-разрядный инерциальный измерительный прибор с низким энергопотреблением и низким уровнем шума, разработанный для использования в мобильных приложениях, таких как дополненная реальность или внутренняя навигация, для которых требуются высокоточные данные датчиков в реальном времени.
В качестве оптической системы для разрабатываемого прототипа очков дополненной реальности была выбрана проективная оптика со светоделителем и сферическим зеркалом, поскольку она дешевле в производстве и технически проще реализуема, обладает лучшими показателями относительно поля зрения и обеспечивает возможность работы с OLED-дисплеями, поддерживающими работу при минусовых температурах.
В конструкции используется полузеркальный светоделитель, размером 65,5×46,4 мм, который имеет диэлектрическое покрытие, для получения определенного процента светопропускания оптической системы. Проведенные эксперименты показали, что оптимальным коэффициентом пропускания или отражения светоделителя является 50% по интенсивности падающего света видимого диапазона длин волн, отклонение от данного коэффициента увеличивает паразитные потери света дисплеев либо окружающей реальности. В случае отражения равного 60%, был хорошо виден дисплей, но окружающая реальность сильно затемнена, при уменьшения коэффициента отражения до 40%, внешний свет начинает подавлять изображение с дисплеев, что отрицательно влияет на восприятие дополненной реальности. Использование поляризационных светоделителей проблематично в связи с особенностями структуры OLED-дисплеев и высокой стоимостью производства.
Общая структура оптической системы подразумевает то, что светоделитель отражает изображение с дисплеев в сторону сферического зеркала, которое в дальнейшем фокусирует свет для восприятия глазом человека.
Аттенюатор позволяет автоматически создавать затемнение дисплея в зависимости от количества света. Это очень востребовано в тех случаях, когда в месте использования очков освещение динамическое, что типично для промышленных и уличных пространств. В очках может быть использован аттенюатор (светофильтр), устанавливаемый в сварочных масках типа КЕДР К-202 (см., например: https://nn.intelteh-s.ru/product/svetofiltr-k-maske-kedr-k-202-4890/).
Функция бесперебойного питания реализуема при нескольких параллельно соединенных аккумуляторах, что и позволяет реализовать функцию «горячей» замены батареи.
Возможность крепления на каске обеспечивает использование полезной модели на опасных производствах, на которых ношение каски является требованиями безопасности.
Полезная модель поясняется иллюстративным материалом.
На фиг. 1 представлено изображение оптической системы очков дополненной реальности.
На фиг. 2 показана взрыв-схема очков дополненной реальности.
На фиг. 3 показан общий вид опытного образца очков дополненной реальности с установленным аттенюатором.
На фиг. 4 показан общий вид опытного образца очков дополненной реальности.
На фиг. 5 показаны очки дополнительной реальности, установленные на каске пользователя.
Очки дополненной реальности содержат каркас 1, выполненный с возможностью крепления на каске 2 пользователя, дисплеи 3, сферические зеркала 4, светоотражающий элемент (светоделитель) 5, вычислительный модуль 6, блок 7 автономного питания, вынесенные для ношения на поясе пользователя, панель 8 для размещения сенсоров, отвечающих за ориентацию в пространстве и камер, отвечающих за визуальное восприятие окружающего пространства. Очки снабжены защитным стеклом 9. На очках, на независимых кронштейнах может быть установлен автоматический регулятор 10 светопропускания на основе динамического аттенюатора. По краям выполнены световые перегородки-решетки 11.
Очки работают следующим образом.
Данные с сенсоров и видео с камер панели 8 передаются на вычислительный модуль 6 с предустановленным программным обеспечением по проводу. Вычислительный модуль 6 за счет обработки сигналов определяет положение устройства в пространстве. Учитывая положение устройства в пространстве и сигналы пользователя (если такая возможность предусмотрена на вычислительном модуле), вычислительный модуль 6 создает картинку, которую следует отобразить (например, пользователь посмотрел на конкретное оборудование, а вычислительный модуль находит и транслирует инструкцию по эксплуатации данного оборудования, меры предосторожности и т.п.). Сигнал от вычислительного модуля 6 передается на дисплеи 3 и через светоделитель 5 на сферические зеркала 4 и далее в глаза пользователя. В результате пользователь видит и оборудование, и наложенную инструкцию к нему.
В случае если сцена слишком яркая - пользователь сможет повысить контрастность интерфейса путем повышения затемнения аттенюатором 10. И наоборот, если сцена слишком темная, есть возможность отключить аттенюатор 10 вплоть до его демонтажа и понизить яркость дисплеев.
В случае необходимости (по сигналу индикатора уровня зарядки батареи (аккумулятора)), пользователь осуществляет «горячую» замену указанного источника питания в блоке 7.
Крепление очков на каске 2 позволяет использовать очки в производствах с обязательным ношением каски.
Оптическую систему защищает от механических повреждений защитное стекло 9.
Световые перегородки-решетки 11 не позволяют постороннему боковому свету окружающей реальности отражаться от светоделителя 5 и попадать в поле зрения пользователя.
Опытные образцы очков дополненной реальности (действующие прототипы изделия - фиг. 3, 4, 5) подтвердили свою работоспособность и достижение заявленного технического результата. Возможна дальнейшая оптимизация устройства, за счет использования более миниатюрных компонентов, легких пластических материалов, художественного конструирования.
Claims (5)
1. Очки дополненной реальности, характеризующиеся тем, что содержат каркас, выполненный с возможностью крепления на голове пользователя, дисплеи, оптический элемент, светоотражающий элемент, расположенный под углом к оптическому элементу, обеспечивающему проекцию света от дисплея на оптическую систему глаза пользователя, отличающиеся тем, что они содержат вычислительный модуль с блоком автономного питания, вынесенные для ношения на поясе пользователя, содержат сенсоры, отвечающие за ориентацию в пространстве и камеры, отвечающие за визуальное восприятие окружающего пространства, при этом в качестве оптического элемента установлена проективная оптика со светоделителем и сферическим зеркалом.
2. Очки по п. 1, отличающиеся тем, что на них установлен автоматический регулятор светопропускания на основе динамического аттенюатора.
3. Очки по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что блок автономного питания снабжён функцией бесперебойного питания.
4. Очки по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что они выполнены с возможностью крепления на каске.
5. Очки по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что по краям оптической конструкции используются световые перегородки-решетки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124297U RU201742U1 (ru) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Очки дополненной реальности, ориентированные на применение в условиях опасного производства |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124297U RU201742U1 (ru) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Очки дополненной реальности, ориентированные на применение в условиях опасного производства |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU201742U1 true RU201742U1 (ru) | 2020-12-30 |
Family
ID=74106341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020124297U RU201742U1 (ru) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Очки дополненной реальности, ориентированные на применение в условиях опасного производства |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU201742U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220681U1 (ru) * | 2023-04-24 | 2023-09-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Устройство дополненной реальности |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621633C2 (ru) * | 2011-10-28 | 2017-06-06 | Мэджик Лип, Инк. | Система и способ для дополненной и виртуальной реальности |
RU2621488C2 (ru) * | 2013-02-14 | 2017-06-06 | Сейко Эпсон Корпорейшн | Укрепляемый на голове дисплей и способ управления для укрепляемого на голове дисплея |
RU172721U1 (ru) * | 2017-01-16 | 2017-07-21 | Александр Владимирович Золин | Очки дополненной реальности |
WO2019156992A2 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Magic Leap, Inc. | Systems and methods for augmented reality |
-
2020
- 2020-07-22 RU RU2020124297U patent/RU201742U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621633C2 (ru) * | 2011-10-28 | 2017-06-06 | Мэджик Лип, Инк. | Система и способ для дополненной и виртуальной реальности |
RU2621488C2 (ru) * | 2013-02-14 | 2017-06-06 | Сейко Эпсон Корпорейшн | Укрепляемый на голове дисплей и способ управления для укрепляемого на голове дисплея |
RU172721U1 (ru) * | 2017-01-16 | 2017-07-21 | Александр Владимирович Золин | Очки дополненной реальности |
WO2019156992A2 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Magic Leap, Inc. | Systems and methods for augmented reality |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220681U1 (ru) * | 2023-04-24 | 2023-09-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Устройство дополненной реальности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110476105B (zh) | 均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器 | |
US11656459B2 (en) | Display apparatus with a glasses type frame and an image display device | |
US9298012B2 (en) | Eyebox adjustment for interpupillary distance | |
TW201908812A (zh) | 用於眼鏡之可拆卸地可附接擴增實境系統 | |
JP6535456B2 (ja) | 映像投射装置及びヘッドマウントディスプレイ | |
CN105229514A (zh) | 用于将图像光耦合到近眼显示器的投影光学系统 | |
ITMI20121842A1 (it) | Occhiali per realta' aumentata | |
CN106662678A (zh) | 具有解耦非球面的球面镜 | |
KR20140036351A (ko) | 컴팩트한 시스루 디스플레이 시스템 | |
KR20170065631A (ko) | 시스루 디스플레이 광학 구조 | |
CN113302431A (zh) | 用于近眼波导显示器的体布拉格光栅 | |
KR20180037887A (ko) | 스마트 안경 | |
CN112602005A (zh) | 具有视力矫正和增加的内容密度的透视计算机显示系统 | |
TWI689751B (zh) | 用於眼鏡之可拆卸地可附接擴增實境系統 | |
TW201843494A (zh) | 具有視訊透視之顯示系統 | |
WO2001059507A1 (en) | Optical beam-splitter unit and binocular display device containing such a unit | |
CN111381377B (zh) | 一种近眼显示设备 | |
CN105829951A (zh) | 影像投射装置、头戴式显示器 | |
KR102269833B1 (ko) | 스마트 안경 | |
KR20240056592A (ko) | 컴팩트 반사 굴절 프로젝터 | |
RU201742U1 (ru) | Очки дополненной реальности, ориентированные на применение в условиях опасного производства | |
CN107111143B (zh) | 视觉系统及观片器 | |
JP7235146B2 (ja) | 頭部装着型表示装置および表示システム | |
TW202334702A (zh) | 具有用於像差感測偵測器的收集光學件的顯示系統 | |
CN211669451U (zh) | 一种近眼显示设备 |