本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組。

背景技術(shù)：

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（augmentedreality，簡稱ar），是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3d模型的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。目前，ar顯示主要采用兩種方式：基于lcos（液晶附硅）的波導(dǎo)技術(shù)和基于液晶屏幕和分光鏡的半透半反射技術(shù)。前者體積小，但很難實(shí)現(xiàn)大的視域和高清顯示；后者可以實(shí)現(xiàn)高清顯示和大的視域，但體積比較大，只適合做頭盔類應(yīng)用。同時(shí)，因?yàn)檫@兩種技術(shù)都利用了半透技術(shù)，顯示屏光路上有較高的光損失，所以在能耗、亮度、色彩上存在很大的缺陷；此外，人機(jī)交互是目前ar終端產(chǎn)品的一個(gè)短板，尤其是波導(dǎo)片的面積比較小，很難在圖像上實(shí)現(xiàn)直接的點(diǎn)擊。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供的一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，將透明顯示屏直接設(shè)置在環(huán)境光路上，避免了半反射所做成的光損失，因此在能耗、亮度和色彩方面具有很大優(yōu)勢(shì)；并且，本發(fā)明通過設(shè)置透明顯示屏或液晶快門，使應(yīng)用多元化，具有vr虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)的特性；此外，本發(fā)明可選擇性的在透明顯示屏外側(cè)設(shè)置觸摸屏，使用戶可通過在屏幕上點(diǎn)擊等方法進(jìn)行直觀操作，實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，包括鏡組和密封固定外殼，所述密封固定外殼設(shè)置于鏡組外部并包覆所述鏡組，其中，所述鏡組還包括第一凸透鏡、透明顯示屏和第一凹透鏡，其中，所述第一凸透鏡設(shè)置于所述透明顯示屏前方，所述第一凹透鏡設(shè)置于透明顯示屏后方，所述第一凹透鏡的外側(cè)設(shè)置為平面，使第一凹透鏡的第二主焦點(diǎn)與第一凸透鏡的第一主焦點(diǎn)重合，形成伽利略式反望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)。

所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，其中，所述鏡組的第一凹透鏡平面?zhèn)冗€設(shè)置有以平面?zhèn)葹閷?duì)稱軸對(duì)稱的第二凹透鏡和第二凸透鏡，形成對(duì)稱式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，用于光路在人眼中1:1的影像還原。

所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，其中，所述第一凸透鏡為第一正焦距菲涅爾透鏡，所述第二凸透鏡為第二正焦距菲涅爾透鏡，所述第一凹透鏡為第一負(fù)焦距菲涅爾透鏡，所述第二凹透鏡為第二負(fù)焦距菲涅爾透鏡。

所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，其中，所述第二負(fù)焦距菲涅爾透鏡與第二正焦距菲涅爾透鏡之間還設(shè)置有光線調(diào)節(jié)器。

所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，其中，所述光線調(diào)節(jié)器為液晶快門或變色鏡片。

所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，其中，所述第二正焦距菲涅爾透鏡外側(cè)還緊貼設(shè)置有觸摸屏。

所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，其中，所述透明顯示屏為液晶、oeld或microled。

一種使用所述的基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組的產(chǎn)品。

有益效果：本發(fā)明提供一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，通過將透明顯示屏直接安置在環(huán)境光路上，避免了半反射所造的光損失，在能耗、亮度和色彩方面具有很大優(yōu)勢(shì)；采用高精度菲涅爾透鏡，使產(chǎn)品輕量和小型化，廣泛適用于各種ar增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用；通過設(shè)置液晶快門或變色鏡片的方法，使應(yīng)用多元化，使其具有vr虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)的特性；此外，本發(fā)明可選擇在透明顯示屏外側(cè)設(shè)置觸摸屏，使用戶可通過在屏幕上點(diǎn)擊等方法進(jìn)行直觀操作，實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組的伽利略式反望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)稱式的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組示意圖。

1-第一凸透鏡；2-透明顯示屏；3-第一凹透鏡；4-密封固定外殼；5-凸透鏡第一正焦距和凹透鏡第二正焦距的重合點(diǎn)；6-排線；7-透明顯示屏虛像位置；8-眼睛；9-第一正焦距菲涅爾透鏡；10-第一負(fù)焦距菲涅爾透鏡；11-第二正焦距菲涅爾透鏡；12-第二負(fù)焦距菲涅爾透鏡；13-觸摸屏；14-液晶快門；15-第二凸透鏡；16-第二凹透鏡。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，包括鏡組和密封固定外殼4，密封固定外殼4設(shè)置于鏡組外部并包覆所述鏡組，其中，鏡組還包括第一凸透鏡1、透明顯示屏2和第一凹透鏡3，其中，第一凸透鏡1設(shè)置于透明顯示屏2前方，第一凹透鏡3設(shè)置于透明顯示屏2后方，第一凹透鏡3的外側(cè)設(shè)置為平面(外側(cè)為遠(yuǎn)離人眼的一側(cè))，使第一凹透鏡3的第二主焦點(diǎn)與第一凸透鏡1的第一主焦點(diǎn)5重合，形成伽利略式反望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)（反望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)多用于廣角鏡頭設(shè)計(jì)，就是將望遠(yuǎn)鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)倒轉(zhuǎn)過來使用，原物方變?yōu)橄穹?，原像方變?yōu)槲锓?，原放大作用變?yōu)榭s小，伽利略反望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)是將伽利略望遠(yuǎn)鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)作反望遠(yuǎn)鏡使用）。本發(fā)明通過將透明顯示屏2直接設(shè)置在環(huán)境光路(環(huán)境光路是人眼視度范圍內(nèi)物體到眼睛的入射光路)上，避免了半反射所造成的的光損失，從而在能耗、亮度和色彩方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)；近眼第一凸透鏡1使眼睛8能夠看到第一凸透鏡1焦距以內(nèi)的物體，使用透明顯示屏2代替該物體，在透明顯示屏2的虛像位置可以讓顯示屏上的影像在人眼內(nèi)成像，在透明顯示屏2后方設(shè)置第一凹透鏡3，使第一凹透鏡3的第二主焦點(diǎn)f1和第一凸透鏡1的第一主焦點(diǎn)f2重合，這時(shí)候環(huán)境光路的光學(xué)結(jié)構(gòu)符合伽利略式望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。但是，經(jīng)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)將伽利略望遠(yuǎn)鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)作反望遠(yuǎn)鏡使用，使前方光路平行光進(jìn)平行光出，使人眼在觀察到透明顯示屏2影像的同時(shí)，也能看到環(huán)境的情況，因而使人眼觀看到的是縮小了的影像，不符合人的視覺習(xí)慣，在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)造成障礙。因此，本發(fā)明人設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)稱式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，使其能實(shí)現(xiàn)環(huán)境光路在人眼中1:1的影像還原。

進(jìn)一步的，如圖2所示，鏡組的第一凹透鏡3平面?zhèn)冗€設(shè)置有以平面?zhèn)葹閷?duì)稱軸對(duì)稱的第二凹透鏡16和第二凸透鏡15，形成對(duì)稱式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，用于光路在人眼中1:1的影像還原。對(duì)稱式的光學(xué)結(jié)構(gòu)在保留原伽利略式反望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)所避免的半反射所造成的光損失外，還能將環(huán)境光路在人眼中按1:1的影像還原，解決了人眼觀看縮小了的影像，不符合人的視覺習(xí)慣的技術(shù)問題。

再進(jìn)一步的，如果僅僅采用傳統(tǒng)透鏡的方式，只適合較大的應(yīng)用場(chǎng)景，例如望遠(yuǎn)鏡等。若要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量和小型化，則需要薄尺寸的透鏡。在結(jié)合實(shí)際需求的情況下，本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，用高精度的菲涅爾透鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凹透鏡和凸透鏡不僅可以提供高清大視域，還能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的便攜小型化。此外，為了保障獲得優(yōu)質(zhì)的光學(xué)質(zhì)量，本發(fā)明人提供了一種完善光學(xué)模組。參見圖3，所述第一凸透鏡1為第一正焦距菲涅爾透鏡9，所述第二凸透鏡15為第二正焦距菲涅爾透鏡11，所述第一凹透鏡3為第一負(fù)焦距菲涅爾透鏡10，所述第二凹透鏡16為第二負(fù)焦距菲涅爾透鏡12。本實(shí)施例采用高精度的菲涅爾透鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凹透鏡和凸透鏡，菲涅爾透鏡的厚度一般不超過2mm，可以實(shí)現(xiàn)0.1mm以內(nèi)的正負(fù)短焦距，因使模組的厚度最薄化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量和小型化。

實(shí)際應(yīng)用中，第二負(fù)焦距菲涅爾透鏡12與第二正焦距菲涅爾透鏡11之間還設(shè)置有光線調(diào)節(jié)器。安裝的光線調(diào)節(jié)器可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需要控制環(huán)境光路的透光率，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的畫面觀看效果。

進(jìn)一步的，光線調(diào)節(jié)器設(shè)置為液晶快門14或變色鏡片等，本實(shí)施例優(yōu)選的設(shè)置為液晶快門14。例如，在戶外，陽光光線特別強(qiáng)時(shí)，可以通過關(guān)閉液晶快門14來增加一個(gè)較暗的背景，減小透光率，從而可以清楚的看清物體；在室內(nèi)光線較暗時(shí)，可以通過打開液晶快門14來增大透光率，從而達(dá)到清楚看清物體的技術(shù)效果。

實(shí)際應(yīng)用中，如圖3所示，第二正焦距菲涅爾透鏡11外側(cè)還緊貼設(shè)置有觸摸屏13。本發(fā)明通過在第二正焦距菲涅爾透鏡11外側(cè)設(shè)置觸摸屏13，使用戶可以通過在屏幕上點(diǎn)擊或觸摸等方法進(jìn)行直觀的操作，從而實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互。

進(jìn)一步的，透明顯示屏2為液晶、oeld或microled。透明顯示屏2在本質(zhì)上是液晶分子的運(yùn)動(dòng)成像，其特色就在于當(dāng)它點(diǎn)亮?xí)r就呈現(xiàn)了玻璃的特點(diǎn)，不僅透明而且可以在其上播放我們想要的視頻、圖片等各類素材，在用戶需求的情況下可以加上時(shí)下盛行的體感互動(dòng)，科技感和時(shí)尚感兼具。透明顯示屏2可以采用液晶、oeld或microled等作為材料。

實(shí)際應(yīng)用中，透明顯示屏2、液晶快門14和觸摸屏13的一端還共同連接有排線6。排線6的作用是用于連接電路和控制器。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種使用基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組的產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括耳機(jī)、眼鏡、頭盔、導(dǎo)游帽和望遠(yuǎn)鏡等。

以下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

由于在透明顯示屏2到正焦距菲涅爾透鏡的主焦點(diǎn)之間需要設(shè)置負(fù)焦距菲涅爾透鏡，因此模組的厚度主要受制于透明顯示屏2和菲涅爾透鏡的厚度。如采用現(xiàn)有的0.4mm厚度玻璃基板的透明顯示屏2和0.8mm厚度菲涅爾透鏡，則可用22mm正焦距菲涅爾透鏡作凸透鏡，透明顯示屏2像素面安置在距透鏡20.2mm處，采用-0.6mm負(fù)焦距菲涅爾透鏡緊貼透明顯示屏2，則正負(fù)焦距的菲涅爾焦點(diǎn)重合（注：20.2mm+0.4mm+0.8mm+0.6mm=22mm）。此時(shí)，左側(cè)伽利略式光學(xué)結(jié)構(gòu)的放大倍數(shù)是0.027倍。右側(cè)伽利略式光學(xué)結(jié)構(gòu)只需要實(shí)現(xiàn)37倍（1/0.027）光學(xué)放大，整個(gè)模組仍能實(shí)現(xiàn)1:1環(huán)境光路。根據(jù)此比例，如選取右側(cè)負(fù)焦距菲涅爾透鏡焦距為-0.1mm，正焦距菲涅爾透鏡的焦距則為3.7mm，則模組的整體厚度大約為27mm。如采用更薄的透明顯示屏2和負(fù)焦距菲涅爾透鏡和精密的裝配，可實(shí)現(xiàn)更薄的模組。

本發(fā)明提供一種基于透明顯示屏的ar光學(xué)模組，通過將透明顯示屏2直接安置在環(huán)境光路上，避免了半反射所造的光損失，在能耗、亮度和色彩方面具有很大優(yōu)勢(shì)；采用高精度菲涅爾透鏡，使產(chǎn)品輕量和小型化，廣泛適用于各種ar增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用；通過設(shè)置液晶快門14或變色鏡片的方法，使應(yīng)用多元化，使其具有vr虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)的特性；此外，本發(fā)明可選擇在透明顯示屏2外側(cè)設(shè)置觸摸屏13，使用戶可通過在屏幕上點(diǎn)擊等方法進(jìn)行直觀操作，實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。