CN109799614A - 一种基于双光学模组的混合现实成像设备及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了显示设备技术领域的一种基于双光学模组的混合现实成像设备及其成像方法，包括水平设置的工字型塑料块、第一全透镜、单向透镜、侧遮光镜、半透镜、正遮光镜和摄像模组，实物影像通过竖向第二全透镜进入摄像模组，经过两组反光镜反射后再通过压在智能手机摄像头上的第二全透镜被摄像头拍摄，智能手机自带的图像处理APP对拍摄的图像进行识别或动态处理，智能手机的屏幕图像通过第一全透镜后再经过单向透镜和半透镜反射后，佩戴者通过单向透镜观察，经过智能手机处理后的图像与现实图像在半透镜上重合，实现一种经济实用轻便的混合现实头戴设备，该装置结构简单，便于操作，具有广泛的市场运用前景。

Description

一种基于双光学模组的混合现实成像设备及其成像方法

技术领域

本发明涉及显示设备技术领域，具体为一种基于双光学模组的混合现实成像设备及其成像方法。

背景技术

混合现实指的是在现实环境中叠加虚拟图像的成像方式，物理实体和数字对象共存并能实时相互作用，以用来模拟真实物体，混合了虚拟现实、增强现实、增强虚拟和虚拟现实的一项技术。此类设备通常依赖于独立的计算设备和复杂的光学***，成本较高，例如：基于光波导的混合现实设备。目前存在的混合现实成像方法，多采用半透半反镜与菲涅尔透镜相结合的方法，这种方法的成像效果受光线强度影响较大，光线强度越强，成像效果越差。由于其利用两块菲涅尔透镜将屏幕分割为两块独立头像区域，受菲涅尔透镜视场角的限制，使用者通常观察到的显示图像有明显的压缩感，故亟需设计一种轻便简单的显示设备，基于此，本发明设计了一种基于双光学模组的混合现实成像设备及其成像方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双光学模组的混合现实成像设备及其成像方法，以解决上述背景技术中提出的亟需设计一种轻便简单的显示设备的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双光学模组的混合现实成像设备，包括水平设置的工字型塑料块，所述工字型塑料块的前端两侧均一体胶粘有弹性头箍条，所述工字型塑料块的上表面设有矩形凹槽，所述矩形凹槽和工字型塑料块的后侧内壁之间通过卡槽插接有第一全透镜，所述矩形凹槽的沿口垂直固定有限位螺栓，所述限位螺栓上套接有带通槽的转向臂，所述第一全透镜的上表面贴合有摄像模组，所述摄像模组的上表面通过螺丝与转向臂的通槽滑动连接，所述第一全透镜的底部前侧垂直胶粘有半透镜，所述第一全透镜的底部左右两侧均垂直胶粘有侧遮光镜，且侧遮光镜的外侧与半透镜的外侧胶粘连接，所述工字型塑料块的后端底部两侧均垂直胶粘固定有塑料弧形板，且塑料弧形板位于半透镜的外侧，所述第一全透镜的底部左侧与半透镜的内壁底部之间通过凹槽倾斜四十五度胶粘有单向透镜，两组所述塑料弧形板的相对内壁之间通过卡槽垂直插接有正遮光镜，所述正遮光镜位于半透镜的前侧。

优选的，所述工字型塑料块的前侧内壁呈弧形状。

优选的，所述弹性头箍条的外壁包覆胶粘有带通孔的海绵套和透气布，且透气布裹合在海绵套的外侧。

优选的，所述限位螺栓外壁上套接有弹簧。

优选的，所述摄像模组包括两组垂直胶粘的第二全透镜，两组所述第二全透镜的左侧和顶部均倾斜胶粘有反光镜，两组所述反光镜的左侧通过第三全透镜胶粘连接，两组所述第二全透镜、两组反光镜和第三全透镜组成五边形框架，所述反光镜的侧面胶粘有五边形遮光镜，所述反光镜、第三全透镜和五边形遮光镜的表面均胶粘固定有塑料板。

优选的，所述侧遮光镜采用低透光透镜，所述正遮光镜采用一面镀有亮光膜，另一面镀有增透膜的透镜，所述单向透镜分为透光面和反射面，所述全透镜两个表面均覆有一层增透膜。

基于双光学模组的混合现实成像设备的成像方法，包括以下步骤：利用摄像模组将智能手机夹持在水平的第一全透镜上表面；实物影像通过摄像模组的竖向第二全透镜进入摄像模组，经过两组反光镜反射后再通过压在智能手机摄像头上的横向第二全透镜被摄像头拍摄，允许入射光线在内部反射两次，使出射光线方向与入射光线方向偏转九十度；智能手机自带的图像处理APP对拍摄的图像进行识别或动态处理，呈现在智能手机屏幕；智能手机屏幕呈现的图像透过第一全透镜，经单向透镜的反射面将图像反射至半透镜，半透镜将图像水平反射到佩戴者眼睛；佩戴者可以透过单向透镜的透光面观察到半透镜反射回的图像；经过智能手机处理后的图像与现实图像在半透镜上重合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用第一全透镜、单向透镜、侧遮光镜、半透镜和正遮光镜等光学元件组成密封和半密封空间，实物影像通过摄像模组的竖向第二全透镜进入摄像模组，经过两组反光镜反射后再通过压在智能手机摄像头上的第二全透镜被摄像头拍摄，允许入射光线在内部反射两次，使出射光线方向与入射光线方向偏转九十度，借此实现了手机摄取的影像不倒置，也不改变影像偏手性，智能手机自带的图像处理APP对拍摄的图像进行识别或动态处理，呈现在智能手机屏幕，智能手机的屏幕图像通过第一全透镜后再经过单向透镜和半透镜反射后，佩戴者通过单向透镜观察，借此实现了用户观察到的影像不倒置，也不改变影像偏手性，经过处理后的图像与现实图像在半透镜上重合，实现一种经济实用轻便的混合现实头戴设备，该装置结构简单，便于操作，具有广泛的市场运用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1后视图；

图3为图1中摄像模组结构示意图；

图4为本发明工作示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-工字型塑料块，2-弹性头箍条，3-矩形凹槽，4-全透镜，5-限位螺栓，6-转向臂，7-摄像模组，8-螺丝，9-塑料弧形板，10-单向透镜，11-侧遮光镜，12-半透镜，13-正遮光镜，70-第二全透镜，71-反光镜，72-第三全透镜，73-五边形遮光板，74-塑料板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于双光学模组的混合现实成像设备，包括水平设置的工字型塑料块1，工字型塑料块1的前端两侧均一体胶粘有弹性头箍条2，工字型塑料块1的上表面设有矩形凹槽3，矩形凹槽3和工字型塑料块1的后侧内壁之间通过卡槽插接有第一全透镜4，矩形凹槽3的沿口垂直固定有限位螺栓5，限位螺栓5上套接有带通槽的转向臂6，第一全透镜4的上表面贴合有摄像模组7，摄像模组7的上表面通过螺丝8与转向臂6的通槽滑动连接，第一全透镜4的底部前侧垂直胶粘有半透镜12，第一全透镜4的底部左右两侧均垂直胶粘有侧遮光镜11，且侧遮光镜11的外侧与半透镜12的外侧胶粘连接，工字型塑料块1的后端底部两侧均垂直胶粘固定有塑料弧形板9，且塑料弧形板9位于半透镜12的外侧，第一全透镜4的底部左侧与半透镜12的内壁底部之间通过凹槽倾斜四十五度胶粘有单向透镜10，两组塑料弧形板9的相对内壁之间通过卡槽垂直插接有正遮光镜13，正遮光镜13位于半透镜12的前侧。

其中，工字型塑料块1的前侧内壁呈弧形状，增大与佩戴者额头的接触面积，减少压迫感，弹性头箍条2的外壁包覆胶粘有带通孔的海绵套和透气布，且透气布裹合在海绵套的外侧，利用海绵的弹性和透气布的透气性，减少挤压疼痛感，限位螺栓5外壁上套接有弹簧，便于调节转向臂6，使其可倾斜套接在限位螺栓5外壁，便于利用其带动摄像模组7夹持多种厚度的手机，摄像模组7包括两组垂直胶粘的第二全透镜70，两组第二全透镜70的左侧和顶部均倾斜胶粘有反光镜71，两组反光镜71的左侧通过第三全透镜72胶粘连接，两组第二全透镜70、两组反光镜71和第三全透镜72组成五边形框架，反光镜71的侧面胶粘有五边形遮光镜73，反光镜71、第三全透镜72和五边形遮光镜73的表面均胶粘固定有塑料板74，摄像模组7呈五棱柱状，两组互相垂直连接的第二全透镜70一个作为出射面和一个作为入射面，两个反光镜71的反射面均镀为反射镜面，两个第二全透镜70镀有增透膜，以减少反射，增强透光度，入射光线在内部反射两次，使出射光线方向与入射光线方向偏转九十度，借此实现了反射后的影像不倒置，也不改变影像偏手性，侧遮光镜11采用低透光透镜，正遮光镜13采用一面镀有亮光膜，另一面镀有增透膜的透镜，单向透镜10分为透光面和反射面，光线微弱的一方可通过透镜的透光面看到光线充足的一方，光线充足一方的光线被反射面反射，第一全透镜4两个表面均覆有一层增透膜，用于减少反射光线，增强镜面的透光度。

基于双光学模组的混合现实成像设备的成像方法，包括以下步骤：利用摄像模组7将智能手机夹持在水平的第一全透镜4上表面；实物影像通过竖向第二全透镜70进入摄像模组，经过两组反光镜71反射后再通过压在智能手机摄像头上的横向第二全透镜70被摄像头拍摄，允许入射光线在内部反射两次，使出射光线方向与入射光线方向偏转九十度；智能手机自带的图像处理APP对拍摄的图像进行识别或动态处理，并呈现于智能手机屏幕；智能手机屏幕呈现的图像透过第一全透镜4，经单向透镜10的反射面将图像反射至半透镜12，半透镜12将图像水平反射到佩戴者眼镜；佩戴者可以透过单向透镜10的透光面观察到半透镜12反射回的图像；经过智能手机处理后的图像与现实图像在半透镜12上重合。

本实施例的一个具体应用为：通过首先启动智能手机应用程序，然后将智能手机利用摄像模组7夹持在水平的第一全透镜4上表面，调整智能手机位置，直至手机屏幕无遮挡的呈现全部入射影像，手机屏幕呈现的图像透过第一全透镜4，经单向透镜10的反射面将图像反射至半透镜12，半透镜12将图像水平反射到佩戴者眼镜，由于装置内部光线强度总小于外侧的光线强度，佩戴者可以透过单向透镜10的透光面观察到半透镜12反射回的图像，同时包含的所有透镜均可采用安全耐用的防爆材质，同时可以在半透镜12表面镀一层防蓝光膜，保护观察者视力，在外界光线较强的情况下，可***正遮光镜13，降低光线强度，优化成像效果，同时还可以防止外界看到投影成像；

借助半透镜12半透半反的特性，外界光线也可以透过半透镜12直接射入佩戴者眼睛，佩戴者可以同时看到由智能手机下载的APP处理后的图像和现实中的实物，手机图像来源是利用摄像模组7的竖向第二全透镜70进入图像，经过两组反光镜71反射后再通过压在智能手机摄像头上的横向第二全透镜70被摄像头拍摄，当观察者将视觉聚焦于半透镜12时，手机图像更清晰，而佩戴者将视觉聚焦于远处时，现实实物更清晰。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于双光学模组的混合现实成像设备，包括水平设置的工字型塑料块（1），其特征在于：所述工字型塑料块（1）的前端两侧均一体胶粘有弹性头箍条（2），所述工字型塑料块（1）的上表面设有矩形凹槽（3），所述矩形凹槽（3）和工字型塑料块（1）的后侧内壁之间通过卡槽插接有第一全透镜（4），所述矩形凹槽（3）的沿口垂直固定有限位螺栓（5），所述限位螺栓（5）上套接有带通槽的转向臂（6），所述第一全透镜（4）的上表面贴合有摄像模组（7），所述摄像模组（7）的上表面通过螺丝（8）与转向臂（6）的通槽滑动连接，所述第一全透镜（4）的底部前侧垂直胶粘有半透镜（12），所述第一全透镜（4）的底部左右两侧均垂直胶粘有侧遮光镜（11），且侧遮光镜（11）的外侧与半透镜（12）的外侧胶粘连接，所述工字型塑料块（1）的后端底部两侧均垂直胶粘固定有塑料弧形板（9），且塑料弧形板（9）位于半透镜（12）的外侧，所述第一全透镜（4）的底部左侧与半透镜（12）的内壁底部之间通过凹槽倾斜四十五度胶粘有单向透镜（10），两组所述塑料弧形板（9）的相对内壁之间通过卡槽垂直插接有正遮光镜（13），所述正遮光镜（13）位于半透镜（12）的前侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于双光学模组的混合现实成像设备，其特征在于：所述工字型塑料块（1）的前侧内壁呈弧形状。

3.根据权利要求1所述的一种基于双光学模组的混合现实成像设备，其特征在于：所述弹性头箍条（2）的外壁包覆胶粘有带通孔的海绵套和透气布，且透气布裹合在海绵套的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于双光学模组的混合现实成像设备，其特征在于：所述限位螺栓（5）外壁上套接有弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种基于双光学模组的混合现实成像设备，其特征在于：所述摄像模组（7）包括两组垂直胶粘的第二全透镜（70），两组所述第二全透镜（70）的左侧和顶部均倾斜胶粘有反光镜（71），两组所述反光镜（71）的左侧通过第三全透镜（72）胶粘连接，两组所述第二全透镜（70）、两组反光镜（71）和第三全透镜（72）组成五边形框架，所述反光镜（71）的侧面胶粘有五边形遮光镜（73），所述反光镜（71）、第三全透镜（72）和五边形遮光镜（73）的表面均胶粘固定有塑料板（74）。

6.根据权利要求1所述的一种基于双光学模组的混合现实成像设备，其特征在于：所述侧遮光镜（11）采用低透光透镜，所述正遮光镜（13）采用一面镀有亮光膜，另一面镀有增透膜的透镜，所述单向透镜（10）分为透光面和反射面，所述第一全透镜（4）两个表面均覆有一层增透膜。

7.一种权利要求1-6任一项所述的基于双光学模组的混合现实成像设备的成像方法，其特征在于：包括以下步骤：利用摄像模组（7）将智能手机夹持在水平的第一全透镜（4）上表面；实物影像通过竖向第二全透镜（70）进入摄像模组，经过两组反光镜（71）反射后再通过压在智能手机摄像头上的横向第二全透镜（70）被摄像头拍摄，允许入射光线在内部反射两次，使出射光线方向与入射光线方向偏转九十度；智能手机自带的图像处理APP对拍摄的图像进行识别或动态处理，并呈现于智能手机屏幕；智能手机屏幕呈现的图像透过第一全透镜（4），经单向透镜（10）的反射面将图像反射至半透镜（12），半透镜（12）将图像水平反射到佩戴者眼镜；佩戴者可以透过单向透镜（10）的透光面观察到半透镜（12）反射回的图像；经过智能手机处理后的图像与现实图像在半透镜（12）上重合。