[发明专利]轻便的高分辨率AR眼镜

说明书

本发明涉及一种轻便的高分辨率AR眼镜。包括镜架以及两组设置于镜架上的AR光学元件，每组AR光学元件包括沿光线入射方向设置于镜架上的物镜、微显示装置、目镜、倒像棱镜，物镜和目镜采用相同形状相同焦距的正透镜，倒像棱镜的入射面和出射面均与光轴相垂直，微显示装置位于目镜一倍焦距的光学长度以内，物镜到物镜的焦平面的光学长度与目镜到物镜的焦平面的光学长度相等。本发明的物镜和目镜形成一个对称的光学系统，使人眼通过目镜、微显示装置和该光学系统能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，不仅结构简单，制造成本低，而且能克服光学传播过程中的发散效应，显示高分辨率图像。

技术领域

本发明涉及增强和混合现实领域，特别涉及一种轻便的高分辨率AR眼镜。

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。

现有的AR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。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种轻便的高分辨率AR眼镜，该眼镜的物镜和目镜形成一个对称的光学系统，使人眼通过目镜、微显示装置和该光学系统能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，不仅结构简单，制造成本低，而且能克服光学传播过程中的发散效应，显示高分辨率图像。

本发明是这样实现的：一种轻便的高分辨率AR眼镜，其特征在于：包括镜架以及两组设置于镜架上的AR光学元件，每组AR光学元件包括沿光线入射方向设置于镜架上的物镜、微显示装置、目镜、倒像棱镜，所述物镜和目镜采用相同形状相同焦距的正透镜，所述倒像棱镜的入射面和出射面均与光轴相垂直，所述微显示装置位于目镜一倍焦距的光学长度以内，所述物镜到物镜的焦平面的光学长度与目镜到物镜的焦平面的光学长度相等。

优选的，所述物镜和目镜为平凸透镜或双凸透镜或菲涅尔透镜。

优选的，所述倒像棱镜采用别汉倒像棱镜，所述倒像棱镜由一个半五角棱镜和一个屋脊棱镜组成。

优选的，所述物镜和目镜为平凸透镜或双凸透镜时，所述目镜位于微显示装置和倒像棱镜之间。

优选的，所述物镜和目镜为菲涅尔透镜时，所述目镜固设于半五角棱镜和屋脊棱镜的两个贴合面之间。

优选的，所述物镜和目镜的焦距范围为6mm～50mm。

优选的，所述物镜和目镜的折射率为1.5～1.8。

优选的，所述倒像棱镜的折射率为1.5～2.0。

优选的，所述镜架包括镜架本体、两个铰接于镜架本体上的眼镜腿以及两个固定安装于镜架本体上的镜筒，每组AR光学元件均安装在对应的镜筒内。

优选的，所述镜架还包括固定安装于镜架本体前端面上且对镜筒的前端起限位作用的前镜盖以及固定安装于镜架本体后端面上且对镜筒的后端起限位作用的后镜盖。