用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種頭戴顯示器，尤其是用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器。
【背景技術(shù)】
[0002]人們?cè)谌粘Ｉ钪型ㄟ^(guò)人體各個(gè)感官，尤其是眼睛獲得外部大量外部環(huán)境信息，這些信息傳入到大腦后大腦對(duì)其進(jìn)行處理，然后得出決策指導(dǎo)人體行為方式。時(shí)至今日，夕卜部的信息越來(lái)越多元，只用人腦來(lái)處理已經(jīng)稍顯不夠，于是人們就開始隨身攜帶平板電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品以幫助自己處理日漸增多的信息。但是，這些設(shè)備仍然有著一些功能上和用戶體驗(yàn)上的限制。試想，如果我們能夠把移動(dòng)信息處理設(shè)備直接戴在眼睛前，這些設(shè)備獲得外部信息后直接對(duì)其進(jìn)行處理，然后將處理得到的結(jié)果直接顯示于人眼前，它將更方便快捷地指導(dǎo)人們的行動(dòng)與決策，這就是可穿戴式智能設(shè)備頭戴顯示器。
[0003]頭戴顯示器根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合可以分為兩種。一種是用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AugmentedReality)的穿透式(See-through)顯示器，另一種是用于虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)的非穿透式(Non-see-through)顯示器。當(dāng)用戶佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴式顯示器時(shí)，可以觀察到頭戴顯示器內(nèi)部像源上的圖像，同時(shí)還可以看到外部環(huán)境；該像源上的圖像可以是對(duì)外部環(huán)境的補(bǔ)充與說(shuō)明，能夠提升用戶的判斷力，方便用戶的生活。用戶佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器時(shí)，外部場(chǎng)景光線不能夠穿透設(shè)備進(jìn)入人眼，只能觀察到內(nèi)部像源上顯示的圖像，故稱其為“非穿透式顯示器”;其特點(diǎn)在于其光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角很大，對(duì)該圖像加以嚴(yán)格的設(shè)定，就可以在人眼前營(yíng)造出具體的場(chǎng)景，使得用戶有沉浸于該環(huán)境中的感覺。
[0004]中國(guó)專利“頭戴式顯示器”(CN 103217791 A)提出了一種包括顯示部、支撐部和輸入操作單元的頭戴式顯示器，此顯示器是一種眼鏡式的裝置，可實(shí)現(xiàn)顯示裝置的可穿戴化，能夠在人眼前顯示預(yù)設(shè)的圖像。頭戴顯示器的核心在于其光學(xué)系統(tǒng)，即如何實(shí)現(xiàn)光線從像源進(jìn)入人眼而又不遮擋外部環(huán)境光線。該裝置利用的是全息衍射光柵偏折光線和導(dǎo)光板傳播光線的方式，實(shí)現(xiàn)了裝置的“可穿透式顯示”特性。
[0005]美國(guó)專利“WEARABLE DISPLAY APPARARUS”(US20150192777A1)提出了一種利用光波導(dǎo)傳播光線的頭戴顯示器，此顯示器同樣也是一種眼鏡式的裝置，除了其特有的外形工業(yè)設(shè)計(jì)、控制電路和算法，其光學(xué)系統(tǒng)中的像源斜置于光波導(dǎo)側(cè)邊，發(fā)出的光線在導(dǎo)光板中經(jīng)過(guò)幾次平面鏡的反射，最終由一塊非球面對(duì)稱的反射面反射進(jìn)入人眼。實(shí)現(xiàn)了該裝置的“可穿透式顯示”的特性。
[0006]在 “ The use of opt ical waveguides in Head Up Di sp 1 ay (HUD)applicati〇nS”(SPIE 87360E 1 2013)中提出了使用兩塊或者一塊光波導(dǎo)作為光線傳輸介質(zhì)，在光波導(dǎo)中加入全息元件用來(lái)控制光束的傳播方向，并提出使用LED照射下的數(shù)字微透鏡器件作為光源和投影圖像源，能夠極大地減小頭戴式顯示器等此類裝置的體積與復(fù)雜度，提高光線傳播過(guò)程中的衍射效率和投影圖像的對(duì)比度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器，利用多次反射原理，將諸如0LED和LC0S等像源上的圖像投射入人眼，同時(shí)不遮擋外部環(huán)境的光線進(jìn)入人眼的具有see-through特性。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0009]一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器，包括:
[0010]光學(xué)部件，設(shè)置為將成像光線射入用戶眼瞳內(nèi)構(gòu)成畫面的配置；
[0011]攝像部件，設(shè)置為以用戶為中心攝取360°的全景鏡像并輸送至上述光學(xué)部件的配置；
[0012]支撐部件，支撐上述光學(xué)部件、上述攝像部件并佩戴在用戶頭部。
[0013]進(jìn)一步地，上述光學(xué)部件包括:
[0014]像源，接收攝像部件的信號(hào)并發(fā)出光線；
[0015]折光棱鏡，接收上述像源發(fā)出的光線并將光線射入用戶眼瞳內(nèi)構(gòu)成畫面。
[0016]進(jìn)一步地，上述折光棱鏡包括:
[0017]平面折返面，上述像源發(fā)出的光線被上述平面折返面折射進(jìn)入折光棱鏡；
[0018]多個(gè)反射面，進(jìn)入上述折光棱鏡內(nèi)的光線由多個(gè)上述反射面以及上述平面折返面多次折疊反射后，由上述平面折返面折射射入用戶眼瞳內(nèi)。
[0019]進(jìn)一步地，多個(gè)上述反射面為自由曲面的非常規(guī)曲面。
[0020]進(jìn)一步地，多個(gè)上述反射面為非球面、自由曲面、擴(kuò)展雙二次曲面中的任意一種或任意多種。
[0021]進(jìn)一步地，上述光學(xué)部件還包括:
[0022]補(bǔ)償鏡，與上述折光棱鏡無(wú)間隙拼合構(gòu)成前后表面相互平行的光學(xué)鏡，外部環(huán)境的光線通過(guò)上述補(bǔ)償鏡以及上述折光棱鏡射入用戶眼瞳內(nèi)。
[0023]進(jìn)一步地，上述支撐部件包括:
[0024]鏡框；
[0025]鼻托，設(shè)置在上述鏡框正前方；
[0026]耳掛，設(shè)置在上述鏡框后防的兩端。
[0027]進(jìn)一步地，上述攝像部件包括多個(gè)攝像頭，多個(gè)上述攝像頭固定在上述支撐部件并覆蓋以用戶為中心攝取360°的全景。
[0028]進(jìn)一步地，用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器還包括控制電路，上述控制電路裝載操作系統(tǒng)并與上述攝像部件、光學(xué)部件連接。
[0029]進(jìn)一步地，用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器還包括人機(jī)交互模塊，上述人機(jī)交互模塊包括:
[0030]面向用戶眼瞳的觸摸屏；
[0031]操作按鍵；
[0032]系統(tǒng)開關(guān)鍵。
[0033]進(jìn)一步地，用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器還包括給予用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器用電單元供電的電源模塊。
[0034]本發(fā)明的有益效果:
[0035]1、本發(fā)明提出了一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器，具有可穿透式顯示的性質(zhì)，使用者在觀察到重現(xiàn)三維圖像的同時(shí)，還能看到人眼前方的環(huán)境。
[0036]2、本發(fā)明提出了一種新型的光學(xué)系統(tǒng)用于將像源上圖像傳遞進(jìn)佩戴者眼睛。該光學(xué)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔有效，不需要很復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)。
[0037]3、本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)雙通道顯示的同時(shí)，還集成了 360°全景拍攝攝像機(jī)，可以使用戶看到自己背后的情景。
[0038]4、本發(fā)明將觸摸屏置于眼鏡上，不需要其他的附加人機(jī)交互設(shè)備。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為本發(fā)明用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器其中折光棱鏡與補(bǔ)償鏡分開時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3為本發(fā)明用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器其中折光棱鏡與補(bǔ)償鏡整體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]圖1為本發(fā)明用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器的總體結(jié)構(gòu)示意圖，參照?qǐng)D1，本發(fā)明，用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭戴顯示器，包括了光學(xué)部件、支撐部件、攝像部件、控制電路、人機(jī)交互模塊、電源模塊。
[0044]對(duì)于支撐部件，包括鏡框101，鼻托102和耳掛103，鏡框101眼鏡為所有其他功能模塊的承載物體，加裝了用來(lái)承載其他功能模塊的支撐架，其外形類似于一般近視眼鏡的工業(yè)設(shè)計(jì)，具體形狀結(jié)構(gòu)并無(wú)特殊要求，并不屬于本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。
[0045]鼻托102設(shè)置在鏡框101的正前方，通過(guò)鼻托102將鏡框的前端固定在用戶鼻梁，在本實(shí)施案例中鼻托102為整體式結(jié)構(gòu)，同樣也可設(shè)置為兩瓣式結(jié)構(gòu)，同鏡框101類似，其具體形狀結(jié)構(gòu)并無(wú)特殊要求，并不屬于本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。
[0046]耳掛103有兩個(gè)，分別設(shè)置在鏡框101后面的兩端，用于將鏡框101的后端固定在用戶的耳上。
[0047]對(duì)于攝像部件，其設(shè)置為以用戶為中心攝取360°的全景鏡像并輸送至上述光學(xué)部件的配置，具體地，其包括多個(gè)攝像頭，多個(gè)攝像頭固定在支撐部件并覆蓋以用戶為中心攝取360°的全景，對(duì)于攝像頭的數(shù)量可根據(jù)用戶需求以及產(chǎn)品設(shè)定等因素綜合考慮，只需滿足覆蓋以用戶為中心攝取360°的全景即可。
[0048]在本實(shí)施案例中，攝像頭共設(shè)置有四個(gè)，即攝像頭401、攝像頭402、攝像頭403、攝像頭404，其中攝像頭401、攝像頭402設(shè)置在用戶視角的右前側(cè)、左前側(cè)，即固定在鏡框101的右前側(cè)、左前側(cè)，攝像頭403、攝