透过率可调的增强现实显示结构及头戴式显示装置

摘要

本发明提供了一种透过率可调的增强现实显示结构及头戴式显示装置，包括：虚拟现实成像模块，用于显示虚拟图像；光透过率调节模块，所述光透过率调节模块位于虚拟现实成像模块之前；所述光透过率调节模块用于调节透过的自然光线亮度。本发明所述透过率可调的增强现实显示结构使用户在不同光线亮度的场景中，通过调节自然光线进入人眼的透过率，对自然光线和数字图像的亮度比例进行调节，提升增强现实显示的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实设备领域，具体涉及了一种透过率可调的增强现实显示结构；及包括该增强现实显示结构的头戴式显示装置。

背景技术

目前，现有的增强现实显示器一般使用自由曲面反射镜或波导镜片，将数字图像投影到人眼前方几米的位置，供人眼观看。其中的自由曲面反射镜或波导镜片是透明的，人眼既可以看到投影出来的数字图像，也能直接看到前方的现实场景，从而产生增强现实的效果。比较代表性的产品是google glass和微软的Hololens，这两款产品至多只是在反射镜片前端加上了一个起保护作用的镜片，但并未对自然光线做任何的衰减。在户外使用时，由于自然光的亮度比投影出来的数字图像高出许多，导致人眼几乎无法看清投影出来的数字图像，从而失去了增强现实的效果，影响实际使用。

发明内容

本发明提供了一种透过率可调的增强现实显示结构，可以显著提升户外强烈光线下的增强现实显示效果，且结构紧凑，使用便捷。

本发明提供了一种透过率可调的增强现实显示结构，包括：虚拟现实成像模块，用于显示虚拟图像；光透过率调节模块，所述光透过率调节模块位于虚拟现实成像模块之前；所述光透过率调节模块用于调节透过的自然光线亮度。

本发明所述透过率可调的增强现实显示结构的有益效果在于：使用户在不同光线亮度的场景中，通过调节自然光线进入人眼的透过率，对自然光线和数字图像的亮度比例进行调节，提升增强现实显示的效果。

优选的，所述光透过率调节模块包括保护镜片和光强衰减片；光强衰减片位于保护镜片之前；所述光强衰减片的光强透过率为T，其中0

优选的，所述光透过率调节模块包括第一光学偏振片和第二光学偏振片；第一光学偏振片位于第二光学偏振片之前；所述第一光学偏振片具有第一偏振方向，第二光学偏振片具有第二偏振方向；其中第一偏振方向和第二偏振方向存在夹角A，0°≤A≤90°；当夹角A＝0°时，叠加后的透过率T最高；当夹角A＝90°时，叠加后的透过率T最低；通过改变第一光学偏振片和第二光学偏振片的偏振方向的夹角A，调节自然光线亮度。

优选的，所述光透过率调节模块包括第一光学偏振片、左眼光学偏振片和右眼光学偏振片；第一光学偏振片位于左眼光学偏振片和右眼光学偏振片之前；左眼光学偏振片和右眼光学偏振片平行设置；所述第一光学偏振片具有第一偏振方向；左眼光学偏振片和右眼光学偏振片偏振方向一致，具有第二偏振方向；其中第一偏振方向和第二偏振方向存在夹角A，0°≤A≤90°；当夹角A＝0°时，叠加后的透过率T最高；当夹角A＝90°时，叠加后的透过率T最低；通过改变第一光学偏振片、左眼光学偏振片和右眼光学偏振片的偏振方向的夹角A，调节自然光线亮度。

优选的，左眼光学偏振片和右眼光学偏振片通过传动机构关联旋转运动。

优选的，所述传动机构包括电机或手动驱动的齿轮传动机构或皮带传动机构。

优选的，所述光强衰减片或第一光学偏振片或第二光学偏振片，通过插槽插入或螺钉紧固或魔术贴或磁吸方式与显示装置活动连接。

本发明还提供了一种头戴式显示装置，包括：前述透过率可调的增强现实显示结构。

本发明所述头戴式显示装置的有益效果在于：头戴式显示装置能够解放双手，使用户在不同光线亮度的场景中，通过调节自然光线进入人眼的透过率，对自然光线和数字图像的亮度比例进行调节，提升增强现实显示的效果。

优选的，还包括：热像仪模块，所述热像仪模块用于获得目标物的红外信息；虚拟现实成像模块，用于显示出热像仪模块采集的红外图像；热像仪模块和虚拟现实成像模块集合为一体，位于头戴式显示装置前面部分；电池模块和充电模块集合为一体，位于头戴式显示装置后面部分；两部分通过固定装置连接在一起。

优选的，所述固定装置为弹性固定带或可旋紧固定带；所述光强衰减片或第一光学偏振片或第二光学偏振片，通过插槽插入或螺钉紧固或魔术贴或磁吸方式与显示装置活动连接；还包括：激光器，用于指示热像仪模块当前成像的目标位置；存储模块，用于存储现场拍摄的红外数据；无线通信模块，用于将红外图像实时传输到手机或远程的后台终端或网络服务器，或者将热像仪模块内部存储的红外数据传输到手机或远程的后台终端或网络服务器；所述虚拟现实成像模块位置可调，用于满足不同人佩戴时的观测舒适度；所述虚拟现实成像模块可翻转到上面，用于不需要观看时，不阻挡人眼视线；所述热像仪模块角度可调，用于使热像仪模块成像的场景，与人眼直接看到的场景一致，将红外图像与实物对应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中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为本发明实施例一所述装置的示意图；

图2为本发明实施例二所述装置的示意图；

图3为本发明实施例三所述装置的示意图；

图4为本发明实施例四所述头戴式显示装置的示意图。

附图标记说明：

101、光强衰减片；

102、保护镜片；

103、虚拟现实成像模块；

104、第一光学偏振片

105、第二光学偏振片；

106、左眼光学偏振片；

107、右眼光学偏振片；

201、热像仪模块；

202、头盔；

203、虚拟现实成像模块调节支架；

204、增强现实显示装置；

205、前后模块固定装置；

206、电池模块和充电模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明说明书、权利要求书和附图中出现的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同的对象，并非用于描述特定的顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于己列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

实施例一、

如图1所示，本实施例所述透过率可调的增强现实显示结构，虚拟现实成像模块103为近眼显示镜片，其实现方式可以是类似google glass的棱镜反射方式，也可以是类似Hololens的波导镜片，或是其他产品采用的自由曲面反射镜的方式，其功能是将数字图像通过光学成像的方式，投影到人眼之前几米的地方，以便人眼能够比较舒适地观看。在虚拟现实成像模块103之前，有保护镜片102，用于保护反射镜片，在保护镜片102之前，有光强衰减片101，光强衰减片101的光强透过率为T，其中0

本实施例所述光强衰减片101叠加到保护镜片102时，可以采用插槽插入、螺钉紧固、魔术贴、磁吸等方式，实现快速而简便的拆装。

本发明所述的透过率可调的增强现实显示结构可以用于各种头戴式显示装置上，包括但不限于虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、头戴式热像仪等等。

实施例二、

如图2所示，其与实施例一的不同在于，自然光线的透过率是由第一光学偏振片104和第二光学偏振片105的叠加效果来实现的。在本实施例中，第一光学偏振片104具有第一偏振方向，第二光学偏振片105具有第二偏振方向，其中第一偏振方向和第二偏振方向存在一个夹角A，0°≤A≤90°，当A＝0°时，叠加后的透过率T最高，理论上T可以达到接近1的水平；当A＝90°时，叠加后的透过率T最低，理论上T最低可以达到接近0的水平。这样，通过改变第一光学偏振片104和第二光学偏振片105的偏振方向的夹角A，即可达到调节自然光线亮度的效果。如果固定第二光学偏振片105的第二偏振方向，只需要采用一系列偏振方向与第二偏振方向呈不同夹角的第一光学偏振片104,叠加在第二光学偏振片105之前，即可实现调节自然光线亮度的目的。本实施例比实施例一的优点在于，实施例一中，对光强衰减片的透过率T的设计和修改都很困难，成本很高。而本实施例中，只需要在切割加工第一光学偏振片104时，选取与第二光学偏振片105不同的截取方向，即可得到一个偏振方向与第二偏振方向呈夹角A的第一光学偏振片104，实现不同的叠加后的透过率。通过切割加工的方式来实现不同的透过率，其成本比实施例一具有显著的优势。本实施例由于需要使用不同的第一光学偏振片104来与第二光学偏振片105叠加，因此，透过率的调节不是严格连续的，其连续调节的程度取决于一系列第一光学偏振片104的偏振方向的细密程度。

本实施例所述第一光学偏振片104叠加到第二光学偏振片105时，也可以采用插槽插入、螺钉紧固、魔术贴、磁吸等方式，实现快速而简便的拆装。

本发明所述的透过率可调的增强现实显示结构可以用于各种头戴式显示装置上，包括但不限于虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、头戴式热像仪等等。

实施例三、

如图3所示，其与实施例二的不同之处在于，将实施例二中的第二光学偏振片拆分成了两片圆形的偏振片，即左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107。通过旋转左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107，即可使其偏振方向与第一光学偏振片104的偏振方向呈一个夹角A，从而实现透过率T的调节。由于左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107的旋转可以是连续的，因此透过率T的调节是连续的，因此，相比实施例二，无论在调节效果、简便程度和成本上，本实施例都具有明显的优势。在大部分的使用场景，左眼和右眼的亮度一致时，人眼观看的舒适程度是最优的，因此，可以通过传动机构的设计，将左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107的旋转运动关联起来，以保证在调节时，左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107的偏振方向保持一致。

为保证左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107的偏振方向一致，可以设计齿轮传动、皮带传动等方式，使得左眼光学偏振片106和右眼光学偏振片107的旋转保持同步。

本发明所述的透过率可调的增强现实显示结构可以用于各种头戴式显示装置上，包括但不限于虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、头戴式热像仪等等。

实施例四、

如图4所示，本实施例提供了一种头戴式显示装置，本实施例以头戴式热像仪为例进行说明，其他可能的头戴式显示装置，如使用前述实施例所述的透过率可调的增强现实显示结构，也可以采用相似的结构。

本实施例所述头戴式热像仪包括：

热像仪模块，所述热像仪模块用于获得目标物的红外信息；热像仪模块可以调节角度，以便使热像仪模块成像的场景，与人眼直接看到的场景一致，便于将红外图像与实物对应。热像仪模块可以包含一个激光器，以更直观的指示热像仪模块当前成像的目标位置。

虚拟现实成像模块，用于显示热像仪模块采集的红外图像；虚拟现实成像模块位置可调，以满足不同人佩戴时的观测舒适度。虚拟现实成像模块可以翻转到上面，以便不需要观看时，彻底不阻挡人眼视线。虚拟现实成像模块为双目成像方式，可以采用波导镜片、反射曲面等显示技术，在人眼正前方显示出热像仪模块采集的红外图像，供人眼观看。而且观看时不妨碍人眼观看前方自然场景。

光透过率调节模块，所述光透过率调节模块位于虚拟现实成像模块之前；所述光透过率调节模块用于调节透过的自然光线亮度。光透过率调节模块位于虚拟现实成像模块之前。

本实施所述头戴式热像仪可以采用前述实施例所述的透过率可调的增强现实显示结构。也可以采用电子液晶镜片，其透过率可以通过电压调节，从而可以调节人眼透过光透过率调节模块看到的前方自然光线的亮度，而虚拟现实成像模块在光透过率调节模块之后(更靠近人眼)，不受光透过率调节模块透过率的影响。因此，调节光透过率调节模块的透过率，可以增强虚拟现实成像模块呈现出来的红外图像的对比度。

光透过率调节模块也可以采用光敏材料，在强烈光线条件下，其透过率会降低，达到与上述类似的效果，但其透过率不可控，可用于一些要求不高的场合；

本实施例的头盔热像仪，分体式设计分成前后两个部分。热像仪模块与虚拟现实成像模块集成在一起，装在前面部分；电池模块和充电模块装在后面部分。两部分通过弹性固定带(或可旋紧固定带，或某种装置结构)连接在一起，并可起到夹持在头盔上的作用。分体式的设计也有助于平衡设备重量，使佩戴更加舒适。分体式设计，便于拆装。通过前后部分的夹持，可以方便地固定到各类头盔上，使用灵活方便。

热像仪模块可以包含存储模块，以便存储现场拍摄的红外数据。热像仪模块可以包含无线通信模块，以便将红外图像实时传输到手机或其他远程的后台终端或网络服务器，或者将热像仪模块内部存储的红外数据传输到手机或其他远程的后台终端或网络服务器。

相对于手持式热像仪，本发明所述头戴式热像仪能够解放双手，使巡检效率大大提高；整体结构小巧紧凑；采用透过率可调设计，可以在户外强光线条件下，对自然光进行衰减，从而增强红外图像的显示效果，使户外也能清晰地查看红外图像。采用最新的波导镜片或反射曲面等近眼显示技术，整体结构小巧紧凑。并且显示部分可以自由调节，可以使不同人的佩戴时，都达到最佳观看效果。虚拟现实成像模块还包含光透过率调节模块，采用透过率可调设计，可以在户外强光线条件下，对自然光进行衰减，从而增强红外图像的显示效果，使户外也能清晰地查看红外图像。热像仪模块角度可调，可以使红外图像与人眼直接看到的图像匹配起来，便于定位检测目标。激光器的引入有助于定位检测目标。无线传输模块的引入有助于各终端之间的联合巡检。

本发明所述热像仪模块用于获得目标物的红外信息；所述热像仪模块可以为带有休眠功能的低功耗红外热成像仪，带有休眠功能，以尽可能节省功耗。所述红外热成像仪镜头可以无热化免调焦，保证在户外环境温度的剧烈变化时都能够清晰成像。所述红外热成像模块可以设置防水结构，以适应户外复杂的气候条件。所述红外热成像模块安装方位和角度可以调节。

本发明所述头戴式热像仪可以包括无线数据传输模块，所述无线传输模块连接热像仪模块，用于传输所述红外信息；无线数据传输模块采用3G或4G或5G移动网络对数据进行传输，将数据发送到专用网络或移动互联网上；无线数据传输模块为独立的模块，红外热成像模块通过通用接口将数据发送给无线数据传输模块；或者，无线数据传输模块集成到红外热成像模块的电路设计中；无线传输模块的SIM卡可以从外部插拔和更换；无线数据传输模块还包括天线，天线为内置或外置。无线数据传输模块采用主流的3G、4G移动网络技术对数据进行传输，将数据发送到专用网络或移动互联网上。无线数据传输模块在形态上可以是一个独立的模块，红外热成像模块通过以太网口、串口等通用接口将数据发送给无线数据传输模块；此外无线数据传输模块也可以集成到红外热成像模块的电路设计中，通过更底层的数据传输方式如USB、SPI等接口将红外数据发送给无线数据传输模块。无线数据传输模块还包括天线，天线可以是内置的也可以是外置的。

云端数据管理模块包括接入到互联网或专用网络上的服务器和部署于其上的软件系统。云端数据管理模块接收无线数据传输模块传输到互联网或专用网络上的数据，并对数据进行存储和管理。此外云端数据管理模块还负责对数据进行分发，以便客户端监控模块能够查看。

本发明所述头戴式热像仪还可以包括存储模块，所述存储模块连接热像仪模块，存储热像仪模块获得的红外成像数据。存储器可用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作存储介质、至少一个功能所需的应用程序(比如图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据热像仪模块的使用所创建的数据。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器还可以包括存储器控制器，以提供处理器和输入模块对存储器的访问。

在本实施例中，所述无线数据传输模块和热像仪模块整合在一起，可以是芯片级别的整合，也可以是安装在同一红外成像仪内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。