[发明专利]用于增强现实的头戴显示器

说明书

技术领域

本发明涉及一种头戴显示器，尤其是用于增强现实的头戴显示器。

背景技术

人们在日常生活中通过人体各个感官，尤其是眼睛获得外部大量外部环境信息，这些信息传入到大脑后大脑对其进行处理，然后得出决策指导人体行为方式。时至今日，外部的信息越来越多元，只用人脑来处理已经稍显不够，于是人们就开始随身携带平板电脑、手机等电子产品以帮助自己处理日渐增多的信息。但是，这些设备仍然有着一些功能上和用户体验上的限制。试想，如果我们能够把移动信息处理设备直接戴在眼睛前，这些设备获得外部信息后直接对其进行处理，然后将处理得到的结果直接显示于人眼前，它将更方便快捷地指导人们的行动与决策，这就是可穿戴式智能设备头戴显示器。

头戴显示器根据其应用场合可以分为两种。一种是用于增强现实(AugmentedReality)的穿透式(See-through)显示器，另一种是用于虚拟现实(VirtualReality)的非穿透式(Non-see-through)显示器。当用户佩戴增强现实的头戴式显示器时，可以观察到头戴显示器内部像源上的图像，同时还可以看到外部环境；该像源上的图像可以是对外部环境的补充与说明，能够提升用户的判断力，方便用户的生活。用户佩戴虚拟现实显示器时，外部场景光线不能够穿透设备进入人眼，只能观察到内部像源上显示的图像，故称其为“非穿透式显示器”；其特点在于其光学系统视场角很大，对该图像加以严格的设定，就可以在人眼前营造出具体的场景，使得用户有沉浸于该环境中的感觉。

中国专利“头戴式显示器”(CN103217791A)提出了一种包括显示部、支撑部和输入操作单元的头戴式显示器，此显示器是一种眼镜式的装置，可实现显示装置的可穿戴化，能够在人眼前显示预设的图像。头戴显示器的核心在于其光学系统，即如何实现光线从像源进入人眼而又不遮挡外部环境光线。该装置利用的是全息衍射光栅偏折光线和导光板传播光线的方式，实现了装置的“可穿透式显示”特性。

美国专利“WEARABLEDISPLAYAPPARARUS”(US20150192777A1)提出了一种利用光波导传播光线的头戴显示器，此显示器同样也是一种眼镜式的装置，除了其特有的外形工业设计、控制电路和算法，其光学系统中的像源斜置于光波导侧边，发出的光线在导光板中经过几次平面镜的反射，最终由一块非球面对称的反射面反射进入人眼。实现了该装置的“可穿透式显示”的特性。

在“TheuseofopticalwaveguidesinHeadUpDisplay(HUD)applications”(SPIE87360E12013)中提出了使用两块或者一块光波导作为光线传输介质，在光波导中加入全息元件用来控制光束的传播方向，并提出使用LED照射下的数字微透镜器件作为光源和投影图像源，能够极大地减小头戴式显示器等此类装置的体积与复杂度，提高光线传播过程中的衍射效率和投影图像的对比度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于增强现实的头戴显示器，利用多次反射原理，将诸如OLED和LCOS等像源上的图像投射入人眼，同时不遮挡外部环境的光线进入人眼的具有see-through特性。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种用于增强现实的头戴显示器，包括：

光学部件，设置为将成像光线射入用户眼瞳内构成画面的配置；

摄像部件，设置为以用户为中心摄取360°的全景镜像并输送至上述光学部件的配置；

支撑部件，支撑上述光学部件、上述摄像部件并佩戴在用户头部。

进一步地，上述光学部件包括：

像源，接收摄像部件的信号并发出光线；

折光棱镜，接收上述像源发出的光线并将光线射入用户眼瞳内构成画面。

进一步地，上述折光棱镜包括：

平面折返面，上述像源发出的光线被上述平面折返面折射进入折光棱镜；

多个反射面，进入上述折光棱镜内的光线由多个上述反射面以及上述平面折返面多次折叠反射后，由上述平面折返面折射射入用户眼瞳内。

进一步地，多个上述反射面为自由曲面的非常规曲面。

进一步地，多个上述反射面为非球面、自由曲面、扩展双二次曲面中的任意一种或任意多种。

进一步地，上述光学部件还包括：

补偿镜，与上述折光棱镜无间隙拼合构成前后表面相互平行的光学镜，外部环境的光线通过上述补偿镜以及上述折光棱镜射入用户眼瞳内。

进一步地，上述支撑部件包括：

镜框；