CN105842863A - 一种大视场近眼显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要解决的技术问题是提供一种大视场近眼显示装置，包括成像装置与壳体，所述成像装置设置在所述壳体内，所述成像装置包括：第一显示装置、第二显示装置、第一半透半反镜以及第一反射镜；所述第一半透半反镜位于所述第一显示装置与所述第二显示装置之间；所述第一显示装置出射的光线经第一半透半反镜在人眼视界范围内形成第一成像区域，所述第二显示装置出射的光线经第一半透半反镜的第二曲面和第一反射镜在人眼视界范围内形成第二成像区域；所述第一成像区域和/或第二成像区域中的影像可与现实光线叠加后用于增强现实；所述第一成像区域和第二成像区域中影像的光线叠加后用于虚拟现实。

Description

一种大视场近眼显示装置及方法

技术领域

本发明涉及视频成像领域，特别是一种大视场近眼显示装置及方法。

背景技术

近眼显示，又称头戴式显示，是一种使得佩戴者能够看清近眼内容的显示技术，目前头戴显示分为单眼显示和双眼显示，双眼显示技术分别在人眼投射视差图，从而形成立体效果，但现有技术多为虚拟现实，只能看到显示设备中的画面，并不能很好的将增强现实和虚拟现实的效果完美的结合。

增强现实技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的技术，可以实现超越电子屏幕的视觉体验，在展现真实世界的同时，将虚拟信息同时展现出来，进行现实与虚拟的互补和叠加，给用户刚好的视觉体验。而现有的近眼式显示设备只能从单一一方面将虚拟现实和增强现实展现出来，如何更好的兼容和切换两种显示效果，是现在需要解决的技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种大视场近眼显示装置，通过在人体的左右眼各设置一个成像装置，成像装置中设置两个显示装置，两个显示装置通过半透半反镜在人眼视界范围内形成两个成像区域，两个成像区域中任意一个与现实景象叠加后用于增强现实，解决现有技术中增强现实设备与虚拟现实设备不能结合的困难。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种大视场近眼显示装置，包括成像装置与壳体，所述成像装置设置在所述壳体内，所述成像装置包括：

第一显示装置、第二显示装置、第一半透半反镜以及第一反射镜；所述第一半透半反镜位于所述第一显示装置与所述第二显示装置之间，第一反射镜设置于第一半透半反镜的第二工作面所在侧面；

所述第一显示装置出射的光线经第一半透半反镜在人眼视界范围内形成第一成像区域，所述第二显示装置出射的光线经第一半透半反镜的第二工作面和第一反射镜在人眼视界范围内形成第二成像区域；

所述第一成像区域和/或第二成像区域中的影像与现实光线叠加后用于增强现实；所述第一成像区域和第二成像区域中影像的光线叠加后用于虚拟现实。

进一步地，所述成像装置还包括：第一透镜组，所述第一透镜组设置在第一半透半反镜的一侧，所述第一透镜组用于放大第一成像区域和/或第二成像区域。

更进一步地，所述成像装置上开设有供外部光线入射的光孔，所述第一成像区域的光线与外部射入的光线叠加后产生的混光实现增强现实。

进一步地，所述成像装置上开设有供外部光线入射的光孔，所述第二成像区域的光线与外部射入的光线叠加后产生的混光实现增强现实。

进一步地，所述第一成像区域的光线与所述第二成像区域的光线叠加后产生的混光实现虚拟现实。

进一步地，所述第一显示装置为投影屏或电子显示屏；所述第二显示装置为投影屏或电子显示屏。

更进一步地，所述第一半透半反镜为凹面镜或平面镜。

更进一步地，所述第一半透半反镜上设有调节装置，所述调节装置根据第一显示装置和第二显示装置的位置，调节所述第一半透半反镜的位置和/或角度。

更进一步地，所述第一反射镜为反射镜或半透半反镜，且所述第一反射镜的两侧曲面具有相同的曲率。

为解决上述技术问题本发明还提供一种近眼显示方法，包括下述步骤：

第一显示装置与第二显示装置出射的光线通过第一半透半反镜和第一反射镜，在人眼视界范围内形成第一成像区域和第二成像区域；

所述第一成像区域或第二成像区域中的影像与现实光线叠加后用于实现增强现实；所述第一成像区域和第二成像区域中影像的光线叠加后用于实现虚拟现实。

本发明的有益效果是：本发明通过在设置一个成像装置，成像装置中设置两个显示装置，两个显示装置通过半透半反镜在人眼视界范围内形成两个成像区域，两个成像区域中任意一个与现实景象叠加后用于增强现实，两个成像区域光线叠加后用于虚拟现实，采用简单的光学原理，在同一部设备内实现增强现实与虚拟现实。

附图说明

图1为本发明整体结构框图；

图2为本发明第一成像装置结构示意图；

图3为本发明大视场近眼显示装置整体结构示意图；

图4为本发明流程图。

附图说明：100、壳体；110、第一容纳腔；120、第二容纳腔；201、第一透镜组；202、第一反射镜；203、第二透镜组；204、第二反射镜；211、第一显示装置；212、第二显示装置；213、第三显示装置；214、第四显示装置；221、第一半透半反镜；222、第二半透半反镜。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

请参阅图1，一种大视场近眼显示装置，包括两个第一成像装置第二成像装置与壳体100，壳体100内部隔离形成第一容纳腔110与第二容纳腔120，第一容纳腔110内设置第一成像装置，第二容纳腔120内设置第二成像装置。其中，第一成像装置包括：第一显示装置211、第二显示装置212与第一半透半反镜221，第一半透半反镜221位于第一显示装置211与第二显示装置212之间。第二成像装置包括第三显示装置213、第四显示装置214与第二半透半反镜222，第二半透半反镜222位于第三显示装置213与第四显示装置214之间。第一显示装置211出射的光线经第一半透半反镜221在人眼视界范围内形成第一成像区域P1，第二显示装置212出射的光线经第一半透半反镜221在人眼视界范围内形成第二成像区域P2；第一成像区域P1或第二成像区域P2中的影像与现实光线叠加后用于增强现实；第一成像区域P1和第二成像区域P2中影像的光线叠加后用于虚拟现实。第三显示装置213出射的光线经第二半透半反镜222在人眼视界范围内形成第三成像区域，第四显示装置214出射的光线经第二半透半反镜222在人眼视界范围内形成第四成像区域；第三成像区域或第四成像区域中的影像与现实光线叠加后用于增强现实；第三成像区域和第四成像区域中影像的光线叠加后用于虚拟现实。

第一显示装置211、第二显示装置212第三显示装置213和第四显示装置214均为(不限于)：投影屏或电子显示屏。

本实施例中的大视场近眼显示装置，通过在人体的左右眼各设置一个成像装置，成像装置中设置两个显示装置，两个显示装置通过半透半反镜在人眼视界范围内形成两个成像区域，两个成像区域中任意一个与现实景象叠加后用于增强现实，两个成像区域光线叠加后用于虚拟现实，采用简单的光学原理，在同一部设备内实现增强现实与虚拟现实。

请参阅图2、图3，具体地，由于第一成像装置与第二成像装置的结构构成完全一致，在具体说明第一成像装置与第二成像装置时，仅对第一成像装置进行描述。第一成像装置中第一半透半反镜221的中心位于第一容纳腔110的中心，在具体的应用中第一半透半反镜221的位置不局限于此，第一半透半反镜221的具体位置与角度能够根据第一显示装置211、第二显示装置212所在的位置不同而进行相应的调节。第一显示装置211设置在第一半透半反镜221的上方，第二显示装置212设置在第一半透半反镜221的下方。第一半透半反镜221包括：第一工作面S1与第二工作面S2，第一显示装置211投射出的光线在第一工作面发生部分反射，第二显示装置212投射出的光线在第二工作面发生部分反射。成像装置还包括：第一透镜组201，第一透镜组201设置在第一半透半反镜221第一工作面的一侧，第一透镜组201能够为凹面镜或平面镜。在近眼显示设备中人眼的世界范围受到限制，为放大人眼捕捉到的图像的大小与清晰度，在壳体100近人眼的位置放置第一透镜组201。成像装置还包括：第一反射镜202，第一反射镜202设置在第一半透半反镜221第二工作面的一侧，第一反射镜202为全透镜或半透半反镜，第一反射镜202两侧曲面具有相同的曲率。需要指出的是，第一反射镜202具有两个不同的工作面，分别为第三工作面S3与第四工作面S4，其中，第三工作面位于面向第一半透半反镜221，第四工作面位于另一侧。当第一反射镜202为全透镜时，第三工作面上镀有增反膜，增反膜能够减少透光量，增加反射光的强度。在一些选择性实施例中，第一反射镜202具体为半透半反镜时，在第一反射镜202的第四工作面上渡有增透膜，增透膜能够增加透光量。第一反射镜202所具有的一个作用是，用于更广的获取外部景象。

第二成像装置还包括：第二透镜组203与第二反射镜204，第二透镜组203设置在第二半透半反镜222靠近人眼的一侧，第二反射镜204设置在第二半透半反镜222远离人眼的一侧。

第一显示装置211投射的能够实现增强现实或虚拟现实的光线，经过第一半透半反镜221第一工作面的反射与折射，部分光线直接进入人眼，使人脑认定在第一半透半反镜221与第一透镜组201之间的区域内形成第一成像区域P1。第二显示装置212投射的能够实现增强现实或虚拟现实的光线，经过第一半透半反镜221第二工作面的反射与折射，使人脑认定在第一半透半反镜221与第一反射镜202之间的区域内形成第二成像区域P2。

相同的，在第二成像装置中，第三显示装置213投射的能够实现增强现实或虚拟现实的光线，经过第二半透半反镜222第一工作面的反射与折射，部分光线直接进入人眼，使人脑认定在第二半透半反镜222与第二透镜组203之间的区域内形成第三成像区域。第三显示装置213投射的能够实现增强现实或虚拟现实的光线，经过第二半透半反镜222第二工作面的反射与折射，使人脑认定在第二半透半反镜222与第二反射镜204之间的区域内形成第四成像区域。

壳体100在第一反射镜202所在的位置处设有光孔，使人眼通过大视场近眼显示装置能够看到现实景象，当在进行虚拟现实时，大视场近眼显示装置无需获取外部景象，此时需要将光孔关闭。为此在光孔处设有可旋转的盖板(图未示)，盖板用于开启或关闭光孔。相同的壳体100在第二反射镜204所在的位置处也设有光孔。在本实施方式中，第一反射镜能够为(不限于)凹面、凸面或者平面镜。优选地，在一些选择性实施方式中，第一反射镜为凹面镜。

第一半透半反镜221与第二半透半反镜222作为调节成像区域最重要的器件，为适应不同使用环境或使用人群的要求，应该是可调节的，在第一半透半反镜221与第二半透半反镜222均连接一个调节装置(图未示)，调节装置一端与第一半透半反镜221或第二半透半反镜222连接，另一端伸出壳体100外，壳体100上留有供调节装置运动的导向槽(图未示)，调节装置可活动的与导向槽固定。调节第一半透半反镜221或第二半透半反镜222的位置时，调节装置沿导向槽进行移动，调节第一半透半反镜221或第二半透半反镜222的角度时，调节装置在导向槽内进行转动。

以下举例说明大视场近眼显示装置实现增强现实或虚拟现实的方法。

实现增强现实时，人眼摄入的光线由至少两种光源，第一种是实现虚拟的光源，另一种来自于现实景象的光源，两个光源的叠加即能够实现增强现实。第一显示装置211投射的虚拟现实的光源，经过第一半透半反镜221的第一工作面的反射后，进入第一反射镜202的第三工作面，第一反射镜202的第三工作面对该光线进行反射，人眼即能够在第一成像区域P1观看到第一显示装置211投射的画面，与此同时，外界光线由第一反射镜202进入壳体100内，人眼同时摄入第一显示装置211投射的画面与外界景象的光线，当然单一的一个眼睛获取的内容不足以使人脑产生立体感。在第一显示装置211投射的同时，与其配合的第二成像装置中的第三显示装置213同时进行投射，由此人体的左右眼能够同时获取，第一显示装置211、第三显示装置213和外部景象，从而实现增强显示。

在一些选择性实施方式中，实现增强现实时。第二显示装置212投射的虚拟现实的光源，经过第一半透半反镜221的第二工作面的反射后，进入第一反射镜202的第三工作面，第一反射镜202的第三工作面对该光线进行反射，人眼即能够在第二成像区域P2观看到第一显示装置211投射的画面，与此同时，外界光线由第一反射镜202进入壳体100内，人眼同时摄入第一显示装置211投射的画面与外界景象的光线，同样的单一的一个眼睛获取的内容不足以使人脑产生立体感。在第二显示装置212投射的同时，与其配合的第二成像装置中的第四显示装置214同时进行投射，由此人体的左右眼能够同时获取，第二显示装置212、第四显示装置214和外部景象，从而实现增强显示。

实现虚拟现实时，第一显示装置211投射的虚拟现实的光源，经过第一半透半反镜221的第一工作面的反射后，进入第一反射镜202的第三工作面，第一反射镜202的第三工作面对该光线进行反射，人眼即能够在第一成像区域P1观看到第一显示装置211投射的画面。与此同时，第二显示装置212投射的虚拟现实的光源，经过第一半透半反镜221的第二工作面的反射后，进入第一反射镜202的第三工作面，第一反射镜202的第三工作面对该光线进行反射，人眼即能够在第二成像区域P2观看到第一显示装置211投射的画面。第一成像区域P1与第二成像区域P2的光线的叠加用于增强虚拟现实。同样的单一的一个眼睛获取的内容不足以使人脑产生立体感。在第一显示装置211与第二显示装置212投射的同时，第二成像装置中的第三显示装置213与第四显示装置214同时进行投射，由此人体的左右眼能够同时获取，第一显示装置211、第二显示装置212第三显示装置213和第四显示装置214投射的图像，从而实现虚拟现实。需要指出的是，在实现虚拟现实的过程中，光孔是关闭的。

实施例2

请参阅图1、图4，一种近眼显示方法，包括下述步骤：

S10、第一显示装置211与第二显示装置212出射的光线通过第一半透半反镜221，在人眼视界范围内形成第一成像区域和第二成像区域P2。

S20、所述第一成像区域或第二成像区域中的影像与现实光线叠加后用于实现增强现实；所述第一成像区域和第二成像区域,中影像的光线叠加后用于实现虚拟现实。

在本实施方式中，第一反射镜能够为(不限于)凹面、凸面或者平面镜。优选地，在一些选择性实施方式中，第一反射镜为凹面镜。

本实施方式中，仅对大视场近眼显示装置中实现增强现实与虚拟现实的方法加以描述，近眼显示方法实现的装置及其原理，请参阅实施例1中的内容，在此不在进行赘述。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种大视场近眼显示装置，其特征在于，包括成像装置与壳体，所述成像装置设置在所述壳体内，所述成像装置包括：

第一显示装置、第二显示装置、第一半透半反镜以及第一反射镜；所述第一半透半反镜位于所述第一显示装置与所述第二显示装置之间，第一反射镜设置于第一半透半反镜的第二工作面所在侧面；

所述第一显示装置出射的光线经第一半透半反镜在人眼视界范围内形成第一成像区域，所述第二显示装置出射的光线经第一半透半反镜的第二工作面和第一反射镜在人眼视界范围内形成第二成像区域；

所述第一成像区域和/或第二成像区域中的影像与现实光线叠加后用于增强现实；所述第一成像区域和第二成像区域中影像的光线叠加后用于虚拟现实。

2.根据权利要求1所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述成像装置还包括：第一透镜组，所述第一透镜组设置在第一半透半反镜的一侧，所述第一透镜组用于放大第一成像区域和/或第二成像区域。

3.根据权利要求1所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述成像装置上开设有供外部光线入射的光孔，所述第一成像区域的光线与外部射入的光线叠加后产生的混光实现增强现实。

4.根据权利要求1所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述成像装置上开设有供外部光线入射的光孔，所述第二成像区域的光线与外部射入的光线叠加后产生的混光实现增强现实。

5.根据权利要求1所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述第一成像区域的光线与所述第二成像区域的光线叠加后产生的混光实现虚拟现实。

6.根据权利要求1～5任意一项所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述第一显示装置为投影屏或电子显示屏；所述第二显示装置为投影屏或电子显示屏。

7.根据权利要求1～5任意一项所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述第一半透半反镜为凹面镜或平面镜。

8.根据权利要求7所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述第一半透半反镜上设有调节装置，所述调节装置根据第一显示装置和第二显示装置的位置，调节所述第一半透半反镜的位置和/或角度。

9.根据权利要求3～5任意一项所述大视场近眼显示装置，其特征在于，所述第一反射镜为反射镜或半透半反镜。

10.一种近眼显示方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一显示装置与第二显示装置出射的光线通过第一半透半反镜和第一反射镜，在人眼视界范围内形成第一成像区域和第二成像区域；

所述第一成像区域或第二成像区域中的影像与现实光线叠加后用于实现增强现实；所述第一成像区域和第二成像区域中影像的光线叠加后用于实现虚拟现实。