CN207663149U - 增强和混合现实的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种增强和混合现实的装置，包括机架、物镜、微显示装置和目镜、微处理器和微显示屏、分显示器、半透半反显示器、透明显示器，该装置能实现用户与周围环境的交互，不仅无延时，而且利用结构简单、成本低的部件能克服光学传播过程中的发散效应，显示高分辨率图像，此外，设有负焦距的物镜来对目镜进行补偿，使得看到的现实实景清晰不变形或变形极小；设有手势接收控制装置，能用手势进行控制，方便快捷；设有眼球跟踪装置，能对用户的眼球进行跟踪，使画面向用户所注视的方向移动，用户体验更好；体积小，重量轻，成本低，现实实景不需经过摄像头拍摄、处理器叠加处理，不存图像延迟卡顿现象。

Description

增强和混合现实的装置

技术领域

本实用新型涉及增强和混合现实领域，特别涉及一种增强和混合现实的装置。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术，也被称之为混合现实(Mixed Reality,简称MR)。是利用虚拟物体对真实场景进行现实增强的技术。增强现实是基于摄像头等采集器件采集到的真实物理环境，通过将文本、二维图像、三维图像模型等虚拟生成的信息标注在显示屏所显示的真实物理环境中的物体上，从而实现对用户身处的现实物理环境的注释、说明、或者增强、强调现实环境的某些效果。增强现实技术给用户一种虚拟对象与现实环境相融合的体验，它能有效地帮助用户认知周围环境，增添周围环境的信息，实现用户与周围环境的交互。

现有增强现实设备主要有视频透视式和光学透视式两种，视频透视式利用摄像头将外界环境拍摄下来后，再与虚拟环境图像融合在一起显示给用户，这种形式最大的问题是存在延时；光学透视式利用组合镜将虚拟环境和现实环境的信息合成后显示给用户，用户通过组合镜直接观看外界环境，克服了视频透视式存在延时的问题，光学透视式，目前的技术是将虚拟环境通过组合镜片、棱镜或波导片等投影到用户视野内进行成像，无法克服光学传播过程中的发散效应，不适合显示高分辨率图像，且结构复杂，成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服以上缺陷，提供一种增强和混合现实的装置，该装置能使人眼看到虚拟图像和现实场景的叠加，实现用户与周围环境的交互，不仅无延时，而且利用结构简单、成本低的部件能克服光学传播过程中的发散效应，显示高分辨率图像，此外，设有负焦距的物镜来对目镜进行补偿，使得看到的现实实景清晰不变形或变形极小。

本实用新型是这样实现的：

一种增强和混合现实的装置，其特征在于：该装置包括机架以及一组以上设置于机架上的增强和混合现实光学元件，每组增强和混合现实光学元件包括沿光线入射方向依次设置于光轴上的物镜、微显示装置和目镜，所述物镜为负焦距透镜，所述目镜为正焦距透镜，所述目镜和微显示装置之间的距离小于目镜的焦距；所述微显示装置包括微处理器和微显示屏，所述微处理器与微显示屏相连接，用于控制微显示屏上的虚拟图像显示，所述微显示屏为能在只显示微处理器输出图像和完全透明无图像呈现两种状态之间交替切换的时分显示器，或者为既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏看到前方实景的半透半反显示器，或者为既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏不显示图像部分看到前方实景的透明显示器，或者为既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏不显示图像部分和显示图像部分看到前方实景的透明显示器。

本实用新型还进一步做了如下改进：所述物镜和微显示装置的距离为0-5mm。

所述微显示装置还包括数据接口和耳机；所述数据接口与微处理器相连接，用于接收外部的声音、图像和文字数据并传送给微处理器；所述耳机与微处理器相连接，用于播放微处理器传送过来的声音数据；所述微显示装置还包括充电电池和充电接口或者所述微显示装置还包括电源接口；所述充电电池分别与微处理器、微显示屏和耳机相连接，用于向微处理器、微显示屏和耳机供电；所述充电接口与充电电池相连接，用于连接外部电源并为充电电池进行充电；所述电源接口分别与微处理器、微显示屏和耳机相连接，用于与连接外部电源对微处理器、微显示屏和耳机进行供电。

为了能用手势进行控制，所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器相连接的手势接收控制装置，所述手势接收控制装置包括：捕捉摄像头，设置于机架前端，用于捕捉用户的手势信号；信号分析装置，分别与捕捉摄像头和微处理器相连接，用于获取捕捉摄像头捕捉到的用户手势信号，对手势信号进行分析后传送给微处理器；微处理器根据信号分析装置传输过来的信号控制微显示屏执行相应的动作。

为了能对用户的眼球进行跟踪，使画面向用户所注视的方向移动，所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器相连接的眼球跟踪装置，所述眼球跟踪装置包括：眼球跟踪摄像头，设置于机架上且位于眼球前端，用于捕捉眼球的注视方向和眼球在注视方向的停留时间信息；分析判断装置，分别与眼球跟踪摄像头和微处理器相连接，用于获取眼球跟踪摄像头捕捉到的信息并对眼球在所述注视方向的停留时间进行判断，当在所述注视方向的停留时间没达到预设时间时，分析判断装置不输出信号，当在所述注视方向的停留时间达到预设时间时，分析判断装置输出信号给微处理器，微处理器接收到信号后控制微显示屏上的显示画面向所述注视方向移动。

优选的，所述微显示屏为透明LCD屏或透明OLED微显示屏。

优选的，所述物镜和目镜为球面单透镜或非球面单透镜或透镜组或菲涅耳透镜或微透镜阵列或复眼透镜中的一种。

优选的，所述机架为眼镜架，所述增强和混合现实光学元件的数量为两组且分设于眼镜架的两侧。

较之现有技术而言，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的增强和混合现实的装置，该装置能使人眼看到虚拟图像和现实场景的叠加，实现用户与周围环境的交互，不仅无延时，而且利用结构简单、成本低的部件能克服光学传播过程中的发散效应，显示高分辨率图像，此外，设有负焦距的物镜来对目镜进行补偿，使得看到的现实实景清晰不变形或变形极小；

(2)本实用新型提供的增强和混合现实的装置，采用微显示屏，在微显示屏靠近眼睛一侧堆叠或装有目镜，并在微显示屏的另一侧堆叠或装有物镜，人眼可以通过目镜看到近距离微显示屏经过目镜产生的放大的虚像，而透过微显视屏靠近实景侧的负透镜正好又可以在光学上抵消目镜对人眼观察实景的影响，所述微显示屏可以是既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏看到前方实景的半透半反显示器，使人眼看到虚拟图像和实景图像的叠加；所述微显示屏可以是能在只显示微处理器输出图像和完全透明无图像呈现两种状态之间交替切换的时分显示器，使人眼在很短的时间间隙分别看到虚拟图像和实景，由于人眼感观的延时，这样人眼就看到似乎是虚拟图像和实景的叠加；所述微显示屏可以是透明显示器，所述微显示屏中显示微处理器输出图像的部分是不透明的，微显示屏其余部分是透明的，透过透明部分就可以看到实景，使人眼看到虚拟图像和实景图像的叠加；所述微显示屏可以是透明显示器，所述微显示屏中显示微处理器输出图像的部分是半透明的，微显示屏其余部分是透明的，透过不显示图像部分和显示图像部分就可以看到实景，使人眼看到虚拟图像和实景图像的叠加；

(3)本实用新型提供的增强和混合现实的装置，设有手势接收控制装置，能用手势进行控制，方便快捷；

(4)本实用新型提供的增强和混合现实的装置，设有眼球跟踪装置，能对用户的眼球进行跟踪，使画面向用户所注视的方向移动，用户体验更好；

(5)本实用新型提供的增强和混合现实的装置，体积小，重量轻，成本低，现实实景不需经过摄像头拍摄、处理器叠加处理，不存图像延迟卡顿现象。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型增强和混合现实的装置的结构示意图；

图2是本实用新型增强和混合现实的装置的原理框图。

图中符号说明：1、机架，2、物镜，3、微显示装置，31、微处理器，32、微显示屏，33、数据接口，34、充电电池，35、耳机，36、充电接口，4、目镜，5、手势接收控制装置，51、捕捉摄像头，52、信号分析装置，6、眼球跟踪装置，61、眼球跟踪摄像头，62、分析判断装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型内容进行详细说明：

如图1-2所示，为本实用新型提供的一种增强和混合现实的装置，其特征在于：该装置包括机架1以及一组以上设置于机架1上的增强和混合现实光学元件，每组增强和混合现实光学元件包括沿光线入射方向依次设置于光轴上的物镜2、微显示装置3和目镜4，所述物镜2为负焦距透镜，所述目镜4为正焦距透镜，所述目镜4和微显示装置3之间的距离小于目镜4的焦距；所述微显示装置3包括微处理器31和微显示屏32，所述微处理器31与微显示屏32相连接，用于控制微显示屏32上的虚拟图像显示，所述微显示屏32为能在只显示微处理器31输出图像和完全透明无图像呈现两种状态之间交替切换的时分显示器，或者为既能显示微处理器31输出图像又能透过微显示屏32看到前方实景的半透半反显示器，或者为既能显示微处理器31输出图像又能透过微显示屏32不显示图像部分看到前方实景的透明显示器，或者为既能显示微处理器31输出图像又能透过微显示屏32不显示图像部分和显示图像部分看到前方实景的透明显示器。

本实用新型还进一步做了如下改进：所述物镜2和微显示装置3的距离为0-5mm。

所述微显示装置3还包括数据接口33和耳机35；所述数据接口33与微处理器31相连接，用于接收外部的声音、图像和文字数据并传送给微处理器31；所述耳机35与微处理器31相连接，用于播放微处理器31传送过来的声音数据；所述微显示装置3还包括充电电池34和充电接口36或者所述微显示装置3还包括电源接口；所述充电电池34分别与微处理器31、微显示屏32和耳机35相连接，用于向微处理器31、微显示屏32和耳机35供电；所述充电接口36与充电电池34相连接，用于连接外部电源并为充电电池34进行充电；所述电源接口分别与微处理器31、微显示屏32和耳机35相连接，用于与连接外部电源对微处理器31、微显示屏32和耳机35进行供电。

为了能用手势进行控制，所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器31相连接的手势接收控制装置5，所述手势接收控制装置5包括：捕捉摄像头51，设置于机架1前端，用于捕捉用户的手势信号；信号分析装置52，分别与捕捉摄像头51和微处理器31相连接，用于获取捕捉摄像头51捕捉到的用户手势信号，对手势信号进行分析后传送给微处理器31；微处理器31根据信号分析装置52传输过来的信号控制微显示屏32执行相应的动作。

为了能对用户的眼球进行跟踪，使画面向用户所注视的方向移动，所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器31相连接的眼球跟踪装置6，所述眼球跟踪装置6包括：眼球跟踪摄像头61，设置于机架1上且位于眼球前端，用于捕捉眼球的注视方向和眼球在注视方向的停留时间信息；分析判断装置62，分别与眼球跟踪摄像头61和微处理器31相连接，用于获取眼球跟踪摄像头61捕捉到的信息并对眼球在所述注视方向的停留时间进行判断，当在所述注视方向的停留时间没达到预设时间时，分析判断装置62不输出信号，当在所述注视方向的停留时间达到预设时间时，分析判断装置62输出信号给微处理器31，微处理器31接收到信号后控制微显示屏32上的显示画面向所述注视方向移动。

优选的，所述微显示屏32为透明LCD屏或透明OLED微显示屏。

优选的，所述物镜2和目镜4为球面单透镜或非球面单透镜或透镜组或菲涅耳透镜或微透镜阵列或复眼透镜中的一种。

优选的，所述机架1为眼镜架，所述增强和混合现实光学元件的数量为两组且分设于眼镜架的两侧。

上述具体实施方式只是对本实用新型的技术方案进行详细解释，本实用新型并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本实用新型原理的任何改进或替换，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种增强和混合现实的装置，其特征在于：该装置包括机架(1)以及一组以上设置于机架(1)上的增强和混合现实光学元件，每组增强和混合现实光学元件包括沿光线入射方向依次设置于光轴上的物镜(2)、微显示装置(3)和目镜(4)，所述物镜(2)为负焦距透镜，所述目镜(4)为正焦距透镜，所述目镜(4)和微显示装置(3)之间的距离小于目镜(4)的焦距；所述微显示装置(3)包括微处理器(31)和微显示屏(32)，所述微处理器(31)与微显示屏(32)相连接，用于控制微显示屏(32)上的虚拟图像显示，所述微显示屏(32)为能在只显示微处理器(31)输出图像和完全透明无图像呈现两种状态之间交替切换的时分显示器，或者为既能显示微处理器(31)输出图像又能透过微显示屏(32)看到前方实景的半透半反显示器，或者为既能显示微处理器(31)输出图像又能透过微显示屏(32)不显示图像部分看到前方实景的透明显示器，或者为既能显示微处理器(31)输出图像又能透过微显示屏(32)不显示图像部分和显示图像部分看到前方实景的透明显示器。

2.根据权利要求1所述的增强和混合现实的装置，其特征在于：所述物镜(2)和微显示装置(3)的距离为0-5mm。

3.根据权利要求1所述的增强和混合现实的装置，其特征在于：所述微显示装置(3)还包括数据接口(33)和耳机(35)；

所述数据接口(33)与微处理器(31)相连接，用于接收外部的声音、图像和文字数据并传送给微处理器(31)；

所述耳机(35)与微处理器(31)相连接，用于播放微处理器(31)传送过来的声音数据；

所述微显示装置(3)还包括充电电池(34)和充电接口(36)或者所述微显示装置(3)还包括电源接口；

所述充电电池(34)分别与微处理器(31)、微显示屏(32)和耳机(35)相连接，用于向微处理器(31)、微显示屏(32)和耳机(35)供电；

所述充电接口(36)与充电电池(34)相连接，用于连接外部电源并为充电电池(34)进行充电；

所述电源接口分别与微处理器(31)、微显示屏(32)和耳机(35)相连接，用于与连接外部电源对微处理器(31)、微显示屏(32)和耳机(35)进行供电。

4.根据权利要求1所述的增强和混合现实的装置，其特征在于：所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器(31)相连接的手势接收控制装置(5)，所述手势接收控制装置(5)包括：

捕捉摄像头(51)，设置于机架(1)前端，用于捕捉用户的手势信号；

信号分析装置(52)，分别与捕捉摄像头(51)和微处理器(31)相连接，用于获取捕捉摄像头(51)捕捉到的用户手势信号，对手势信号进行分析后传送给微处理器(31)；微处理器(31)根据信号分析装置(52)传输过来的信号控制微显示屏(32)执行相应的动作。

5.根据权利要求1所述的增强和混合现实的装置，其特征在于：所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器(31)相连接的眼球跟踪装置(6)，所述眼球跟踪装置(6)包括：

眼球跟踪摄像头(61)，设置于机架(1)上且位于眼球前端，用于捕捉眼球的注视方向和眼球在注视方向的停留时间信息；

分析判断装置(62)，分别与眼球跟踪摄像头(61)和微处理器(31)相连接，用于获取眼球跟踪摄像头(61)捕捉到的信息并对眼球在所述注视方向的停留时间进行判断，当在所述注视方向的停留时间没达到预设时间时，分析判断装置(62)不输出信号，当在所述注视方向的停留时间达到预设时间时，分析判断装置(62)输出信号给微处理器(31)，微处理器(31)接收到信号后控制微显示屏(32)上的显示画面向所述注视方向移动。

6.根据权利要求1所述的增强和混合现实的装置，其特征在于：所述物镜(2)和目镜(4)为球面单透镜或非球面单透镜或透镜组或菲涅耳透镜或微透镜阵列或复眼透镜中的一种。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的增强和混合现实的装置，其特征在于：所述机架(1)为眼镜架，所述增强和混合现实光学元件的数量为两组且分设于眼镜架的两侧。