CN111158145A - 一种单板反射式ar眼镜的投屏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单板反射式AR眼镜的投屏装置，包括至少一个投影装置和至少一个光学装置，所述光学装置包括至少一个平面透镜，现实像通过所述光学装置构建，虚拟像通过所述投影装置在所述光学装置中反射后构建，还包括至少一个微摄像头，所述微摄像头，用于同时获取所述现实像和虚拟像，通过有线或者无线通信连接的方式将影像信息传输给外部显示设备。本发明克服了原有单平面透镜反射式AR眼镜的投屏方案，要么借用外有摄像设备，设备笨重，在使用时只以第三视角呈现，而不是第一视角。

Description

一种单板反射式AR眼镜的投屏装置

技术领域

本发明涉及头戴显示设备，更详而言之，涉及AR显示设备的近眼可透视头显光学系统和摄像系统。

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只是一个人使用，要让更多的人知道其使用的效果，一般使用VR投屏至大显示器或投影仪的方式完成，大多数的AR投屏方案也是类似VR眼镜或者影像式AR眼镜的投屏方式来实现。

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，使用影像式AR眼镜的投屏方式时，摄像头一般位于AR眼镜的上方，比照使用者的话，在使用者的额头处。即在额头处的摄像头视角下所看到的真实场景/现实环境，然后将真实场景供图形系统分析后在图形的空间位置中插入对应的虚拟显示物，接着由视频合并系统将位置偏高的摄像头获取的真实场景与图形系统插入的对应的虚拟显示物进行图形合并，最后经视频输出给外界的显示设备进行播放或者直播。

这样就引出了一个问题，共享的观众会发现其中的真实场景中物品和虚拟显示物，都存在视角差和空间位置差，这与AR眼镜的使用者的真实感受，尤其是视觉感受不同，使用者直接裸手触碰的虚拟物，在偏高的摄像头视角下，会显示为没有接触到，因为摄像头视角下的虚实结合与AR眼镜的使用者视角下的虚实结合是有差距的。因此，现有技术存在缺陷，有待于进一步改进和发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单平面透镜反射式AR眼镜所碰到的AR投影的技术问题：

本发明创造提供了一种单板反射式AR眼镜的投屏装置，包括至少一个投影装置和至少一个光学装置，所述光学装置包括至少一个平面透镜，现实像通过所述光学装置构建，虚拟像通过所述投影装置在所述光学装置中反射后构建，还包括至少一个微摄像头，

所述微摄像头，用于同时获取所述现实像和虚拟像，通过有线或者无线通信连接的方式将影像信息传输给外部显示设备。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述投影装置位于所述平面透镜的一侧，

在所述平面透镜的另一侧设置有所述微摄像头，所述微摄像头，用于获取由所述平面透镜透射的所述投影装置投射出的所述虚拟像，同时，用于获取由所述平面透镜反射的所述现实像。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述平面透镜的所在平面与所述投影装置的所在平面呈30°～50°的夹角。一般选取45°的夹角设置。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述微摄像头、所述投影装置和所述平面透镜的连接方式是通过中介机架而胶合、粘结、机械固连。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述光学装置包括至少一个平面透镜和一个反射光学元件，所述投影装置和所述微摄像头位于所述平面透镜的一侧，所述反射光学元件位于所述平面透镜的另一侧；

所述反射光学元件，用于反射由所述平面透镜透射的所述投影装置投射出的所述虚拟像，并反射由所述平面透镜反射的所述现实像；

所述微摄像头，用于获取由所述反射光学元件反射，并由所述平面透镜透射后的所述虚拟像和现实像。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述平面透镜的至少一侧的透镜表面设有半反半透膜层。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述投影装置包括显示屏或投影镜头；所述反射光学元件包括平面反射镜或凹面反射镜，

当所述投影装置为所述显示屏时，所述反射光学元件为所述平面反射镜；

当所述投影装置为所述投影镜头时，所述反射光学元件为所述凹面反射镜。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述投影镜头和微摄像头邻近并行放置。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述平面透镜的所在平面与所述投影装置的所在平面呈30°～50°的夹角，所述反射光学元件的所在平面与所述投影装置的所在平面平行。一般选取45°的夹角设置。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述微摄像头、所述投影装置、所述反射光学元件和所述平面透镜的连接方式是通过中介机架而胶合、粘结、机械固连。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述投影装置的数量为2，轴对称设置，或者，所述投影装置为2个显示屏或2个投影镜头，2个所述显示屏或2个所述投影镜头为轴对称的设置。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述光学装置包括平面透镜，所述平面透镜的数量为2，轴对称设置，或者，所述平面透镜为轴对称的双侧透镜。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述光学装置还包括反射光学元件，所述反射光学元件的数量为2，轴对称设置，或者，所述反射光学元件为轴对称的双侧反光镜。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述单板反射式AR眼镜还包括保护透明层，所述保护透明层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。

进一步地，所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，所述外部显示设备包括投影仪、显示屏、智能移动设备或者可穿戴显示器。微摄像头获取的虚实结合的影像，再通过AR眼镜的通信系统进行传播。

本发明及其实施例至少包括以下一项技术效果：

1、本发明克服了原有单平面透镜反射式AR眼镜的投屏方案，要么借用外有摄像设备，设备笨重，在使用时只以第三视角呈现，而不是第一视角。

2、本发明克服了原有单平面透镜反射式AR眼镜的第一视角投屏方案，存在视角差和距离差的问题，这样使用者在佩戴AR眼镜的同时，在第一视角进行的真实使用情况的直播、转播或者录播。播放的使用者与虚拟显示物的交互画面也更真实、可信。

3、本发明提供的单平面透镜反射式AR眼镜的投屏装置整体结构简单、体积小，重量轻、减轻对佩戴者的压力。

4、本发明中微摄像头的位置设计巧妙，AR眼镜佩戴者几乎感受不到微摄像头的存在，不会影响佩戴者的视觉感受。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为单板反射式AR眼镜的工作原理

图2为单板反射式AR眼镜的外观侧视图

图3为本发明单板反射式AR眼镜的投屏装置第一实施例

图4为本发明单板反射式AR眼镜的投屏装置第二实施例

图5为本发明单板反射式AR眼镜的投屏装置第三实施例

图6为影像式AR投屏的工作原理图；

图7为本发明创造AR眼镜投屏功能的信息流走向图。

附图说明

20-投影装置；30-半反半透平面透镜；50-微摄像头；31-平面反射镜；32-凹反射镜；80-真实世界；100-眼睛。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

具体实现中，本申请实施例中描述的终端设备包括但不限于诸如具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的移动电话、膝上型计算机、家教机或平板计算机之类的其他便携式设备。还应当理解的是，在某些实施例中，所述终端设备并非便携式通信设备，而是具有触摸敏感表面(例如：触摸屏显示器和/或触摸板)的台式计算机。

在接下来的讨论中，描述了包括显示器和触摸敏感表面的终端设备。然而，应当理解的是，终端设备可以包括诸如物理键盘、鼠标和/或控制杆的一个或多个其他物理用户接口设备。

终端设备支持各种应用程序，例如以下中的一个或多个：绘图应用程序、演示应用程序、网络创建应用程序、文字处理应用程序、盘刻录应用程序、电子表格应用程序、游戏应用程序、电话应用程序、视频会议应用程序、电子邮件应用程序、即时消息收发应用程序、锻炼支持应用程序、照片管理应用程序、数码相机应用程序、数字摄像机应用程序、Web浏览应用程序、数字音乐播放器应用程序和/或数字视频播放器应用程序。

可以在终端设备上执行的各种应用程序可以使用诸如触摸敏感表面的至少一个公共物理用户接口设备。可以在应用程序之间和/或相应应用程序内调整和/或改变触摸敏感表面的一个或多个功能以及终端上显示的相应信息。这样，终端的公共物理架构(例如，触摸敏感表面)可以支持具有对用户而言直观且透明的用户界面的各种应用程序。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例一

本发明公开了一种单板反射式AR眼镜的投屏装置，现有单板反射式AR眼镜的实现原理如图1所示，真实世界80的光线透过半反半透平面透镜30射入眼睛100，投影装置20将虚拟物投射在半反半透平面透镜30，经过半反半透平面透镜30反射后进入眼睛100，从而实现增强现实的效果；单板反射式AR眼镜的外观如图2所示，图中还设有所述单板反射式AR眼镜还设置有保护透明层，所述保护透明层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。

半反半透平面透镜，为平面透镜，其至少一侧的透镜表面设有半反半透膜层。所述投影装置的数量为2个，轴对称设置。或者，所述投影装置为2个显示屏或2个投影镜头，2个所述显示屏或2个所述投影镜头为轴对称的设置。所述平面透镜的所在平面与所述投影装置的所在平面呈30°～50°的夹角。一般选取45°的夹角设置。如图3和图7所示，在现有单板反射式AR眼镜的基础上，将微摄像头50设置在投影装置20的对面，分列在半反半透平面透镜30的两侧。真实世界80的光线经过半反半透平面透镜30的反射后，射入微摄像头50；投影装置20将虚拟物投射在半反半透平面透镜30，经过半反半透平面透镜30透射后进入微摄像头50。这样，微摄像头50同时获取真实场景和虚拟物的影像。微摄像头50引出端连接通信部件，由通信部件将影像信息传输给外部显示设备，实现AR投屏功能。如此，微摄像头50获得了如同眼球100几乎一致的增强现实后的内容。双目投屏的话，所有光学元件或投影装置需双份或对称设计，设置2个投影装置20和2个微摄像头50，所述光学装置包括平面透镜，所述平面透镜的数量为2，轴对称设置。或者，所述平面透镜为轴对称的双侧透镜。平面透镜至少一侧的透镜表面设有半反半透膜层，形成半反半透平面透镜30。

实施例二

如图4和图7所示，在现有单板反射式AR眼镜的基础上，将微摄像头50设置在投影装置20的同侧，邻近并行放置。将平面反射镜31设置在投影装置20的对面，微摄像头50与平面反射镜31分列在半反半透平面透镜30的两侧。真实世界80的光线经过半反半透平面透镜30的反射后，射入平面反射镜31，再经过平面反射镜31的反射和半反半透平面透镜30的透视后，射入微摄像头50；投影装置20将虚拟物投射在半反半透平面透镜30，经过半反半透平面透镜30透射后射入平面反射镜31，再经过平面反射镜31的反射和半反半透平面透镜30的再次透射后，射入微摄像头50。这样，微摄像头50同时获取真实场景和虚拟物的影像。微摄像头50引出端连接通信部件，由通信部件将影像信息传输给外部显示设备，实现AR投屏功能。如此，微摄像头50获得了如同眼球100几乎一致的增强现实后的内容。值得一提的是当所述投影装置为所述显示屏时，所述反射光学元件为所述平面反射镜。双目投屏的话，所有光学元件或投影装置需双份或对称设计，设置2个投影装置20和2个微摄像头50，所述平面反射镜的数量为2，轴对称设置。或者，所述平面反射镜为轴对称的双侧平面反射镜。

实施例三

如图5和图7所示，在现有单板反射式AR眼镜的基础上，将微摄像头50设置在投影装置20的同侧，邻近并行放置。将凹反射镜32设置在投影装置20的对面，微摄像头50与凹反射镜32分列在半反半透平面透镜30的两侧。真实世界80的光线经过半反半透平面透镜30的反射后，射入凹反射镜32，再经过凹反射镜32的反射和半反半透平面透镜30的透视后，射入微摄像头50；投影装置20将虚拟物投射在半反半透平面透镜30，经过半反半透平面透镜30透射后射入凹反射镜32，再经过凹反射镜32的反射和半反半透平面透镜30的透射后，射入微摄像头50。这样，微摄像头50同时获取真实场景和虚拟物的影像。微摄像头50引出端连接通信部件，由通信部件将影像信息传输给外部显示设备，实现AR投屏功能。如此，微摄像头50获得了如同眼球100几乎一致的增强现实后的内容。值得一提的是当所述投影装置为所述投影镜头时，所述反射光学元件为所述凹面反射镜。双目投屏的话，所有光学元件或投影装置需双份或对称设计，设置2个投影装置20和2个微摄像头50，所述凹面反射镜的数量为2，轴对称设置。或者，所述凹面反射镜为轴对称的双侧凹面反射镜。

实施例四

如图6所示，是影像式AR设备显示/投屏功能信号走向示意图；即通常VR设备的投屏方式。图7是本发明创造单板反射式AR眼镜投屏功能的信息流(光线)走向示意图，由图可见2者的区别，图7中，一路是微摄像头可以透过光学装置的反射或多次反射并透射后，直接获取真实世界的影像信息；另一路是图形系统产生虚拟物，虚拟物通过投影装置20投射进光学装置，在透过光学装置的透射或透射-反射-再透视后，也由微摄像头获取；即微摄像头是同时扑捉外部真实世界和虚拟物，就如同真眼所见的一样，然后将“看到的”外部真实世界和虚拟物的叠加在一起，然后通过通信部件，传播影视/图形/图像等信号给外部显示设备。外部显示设备包括投影仪、显示屏、智能移动设备或者可穿戴显示器。

本发明及其实施例至少包括以下一项技术效果：

1、本发明克服了原有单平面透镜反射式AR眼镜的投屏方案，要么借用外有摄像设备，设备笨重，在使用时只以第三视角呈现，而不是第一视角。

2、本发明克服了原有单平面透镜反射式AR眼镜的第一视角投屏方案，存在视角差和距离差的问题，这样使用者在佩戴AR眼镜的同时，在第一视角进行的真实使用情况的直播、转播或者录播。播放的使用者与虚拟显示物的交互画面也更真实、可信。

3、本发明提供的单平面透镜反射式AR眼镜的投屏装置整体结构简单、体积小，重量轻、减轻对佩戴者的压力。

4、本发明中微摄像头的位置设计巧妙，AR眼镜佩戴者几乎感受不到微摄像头的存在，不会影响佩戴者的视觉感受。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种单板反射式AR眼镜的投屏装置，包括至少一个投影装置和至少一个光学装置，所述光学装置包括至少一个平面透镜，现实像通过所述光学装置构建，虚拟像通过所述投影装置在所述光学装置中反射后构建，其特征在于，还包括至少一个微摄像头，

所述微摄像头，用于同时获取所述现实像和虚拟像，通过有线或者无线通信连接的方式将影像信息传输给外部显示设备。

2.根据权利要求1所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述投影装置位于所述平面透镜的一侧，

在所述平面透镜的另一侧设置有所述微摄像头，所述微摄像头，用于获取由所述平面透镜透射的所述投影装置投射出的所述虚拟像，同时，用于获取由所述平面透镜反射的所述现实像。

3.根据权利要求2所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述平面透镜的所在平面与所述投影装置的所在平面呈30°～50°的夹角。

4.根据权利要求3所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述微摄像头、所述投影装置和所述平面透镜的连接方式是通过中介机架而胶合、粘结、机械固连。

5.根据权利要求1所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述光学装置包括至少一个平面透镜和一个反射光学元件，所述投影装置和所述微摄像头位于所述平面透镜的一侧，所述反射光学元件位于所述平面透镜的另一侧；

所述反射光学元件，用于反射由所述平面透镜透射的所述投影装置投射出的所述虚拟像，并反射由所述平面透镜反射的所述现实像；

所述微摄像头，用于获取由所述反射光学元件反射，并由所述平面透镜透射后的所述虚拟像和现实像。

6.根据权利要求2或5所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述平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5所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述投影装置包括显示屏或投影镜头；所述反射光学元件包括平面反射镜或凹面反射镜，

当所述投影装置为所述显示屏时，所述反射光学元件为所述平面反射镜；

当所述投影装置为所述投影镜头时，所述反射光学元件为所述凹面反射镜。

8.根据权利要求7所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述投影镜头和微摄像头邻近并行放置。

9.根据权利要求5所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述平面透镜的所在平面与所述投影装置的所在平面呈30°～50°的夹角，所述反射光学元件的所在平面与所述投影装置的所在平面平行。

10.根据权利要求9所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述微摄像头、所述投影装置、所述反射光学元件和所述平面透镜的连接方式是通过中介机架而胶合、粘结、机械固连。

11.根据权利要求1所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述投影装置的数量为2，轴对称设置，或者，所述投影装置为2个显示屏或2个投影镜头，2个所述显示屏或2个所述投影镜头为轴对称的设置。

12.根据权利要求11所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述光学装置包括平面透镜，所述平面透镜的数量为2，轴对称设置，或者，所述平面透镜为轴对称的双侧透镜。

13.根据权利要求12所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述光学装置还包括反射光学元件，所述反射光学元件的数量为2，轴对称设置，或者，所述反射光学元件为轴对称的双侧反光镜。

14.根据权利要求1所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述单板反射式AR眼镜还包括保护透明层，所述保护透明层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。

15.根据权利要求1所述单板反射式AR眼镜的投屏装置，其特征在于，所述外部显示设备包括投影仪、显示屏、智能移动设备或者可穿戴显示器。

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