[发明专利]一种带有超声虚拟触觉的混合现实系统

权利要求书

1.一种带有超声虚拟触觉的混合现实系统，其特征在于：包括头戴式光学设备(1)、超声虚拟触觉设备(2)、便携式数据处理终端(3)；所述头戴式光学设备(1)具有安装接口能够与具有高透光性的超声虚拟触觉设备(2)集成；所述便携式数据处理终端(3)采取分立构架，能随身携带于用户的任意位置，通过无线网络与头戴式光学设备(1)和超声虚拟触觉设备(2)相连；

所述头戴式光学设备(1)包括头盔(101)、透明衍射式平显(102)、虚拟图像产生单元(103)、现实场景采集单元(104)及辅助单元(105)；透明衍射式平显(102)、虚拟图像产生单元(103)、现实场景采集单元(104)及辅助单元(105)通过可拆卸接口与头盔(101)相连；

所述超声虚拟触觉设备(2)包括依次相连的全透明超声相控阵(201)、阻抗匹配单元(202)、功率放大单元(203)和驱动单元(204)；全透明超声相控阵(201)的振元数量决定了阻抗匹配单元(202)、功率放大单元(203)、驱动单元(204)中通道的数量；

所述便携式数据处理终端(3)接收头戴式光学设备(1)采集的环境信息，进行图像和声场的数据处理，并将输出的信息发送至头戴式光学设备(1)和超声虚拟触觉设备(2)。

2.根据权利要求1所述的一种带有超声虚拟触觉的混合现实系统，其特征在于：所述的头盔(101)作为系统中所有部件的机械连接框架，由敷有硅胶外层的工程塑料制成；

所述的透明衍射式平显(102)安装于头盔(101)的正前部，具有平面构型，用户双眼透过其观察外部环境的同时，将虚拟图像产生单元(103)投射的图像发射到用户的视网膜中；

所述的虚拟图像产生单元(103)安装在头盔右侧，其接收便携式数据处理终端(3)发送的虚拟图像数据和现实场景建模数据，充分融合的图像经过数字光处理后投射到透明衍射式平显(102)上，用户从而在视觉上感受到混合现实环境；

所述现实场景采集单元(104)包括安装于头盔(101)前部的双目摄像头、数据采集模块、存储模块和头盔(101)四周的姿态传感器；双目摄像头和数据采集模块用于实时采集外部真实景象，姿态传感器用于获取用户头部在物理空间内的姿态；

所述辅助单元(105)包括为头戴式光学设备(1)中所有单元供电的电源模块，实现头戴式光学设备(1)中所有单元通讯的总线，实现头戴式光学设备(1)、超声虚拟触觉设备(2)和便携式数据处理终端(3)间信息传递的无线模块。

3.根据权利要求1所述的一种带有超声虚拟触觉的混合现实系统，其特征在于：所述全透明超声相控阵(201)是由m行n列的透明介电超声换能器单元组成的矩形阵列，各透明介电超声换能器单元之间无间隔连接；全透明超声相控阵(201)的几何尺寸与透明衍射式平显(102)相同，并堆叠于透明衍射式平显(102)的前方；工作时各透明介电超声换能器单元输出具有系统设定幅值和相位参数的超声信号，在目标位置合成声场；

所述的阻抗匹配单元(202)共有m×n个通道，每个通道实时采样电路中的电流和电压，并分析负载的阻抗特性，从而对阻抗匹配网络进行调整，保证作为负载的透明介电超声换能器单元处于最优工作状态；

所述的功率放大单元(203)共有m×n个通道，每个通道将驱动单元(204)中对应通道输出的信号进行放大，并输出给阻抗匹配单元(202)中的对应通道；

所述的驱动单元(204)共有m×n个通道，每个通道根据便携式数据处理终端(3)发送的参数，输出正弦电信号给功率放大单元(203)的相应通道。