[發(fā)明專利]增強現(xiàn)實光學(xué)模塊

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380069770.5
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN104903777A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·德內(nèi)夫勒;Z·劉
• 申請（專利權(quán)）人: 拉斯特公司
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/01;G02B5/30
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 周博俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及便攜式增強現(xiàn)實光學(xué)設(shè)備的領(lǐng)域，尤其是安裝在用戶頭上的便攜式增強現(xiàn)實光學(xué)設(shè)備的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

實際上存在允許由安裝在用戶頭上的顯示系統(tǒng)進行的圖像顯示的多個方案。這些設(shè)備中的大多數(shù)不允許透明視覺并且因此不能在不顯著降低用戶的自然視場的情況下集成在增強顯示系統(tǒng)中，該自然視場對于水平自然視場約為180°并且對于垂直自然視場約為120°。

一些光學(xué)方案是透明的但是其使用“離軸”光學(xué)路徑，也就是說在用戶的視覺的主軸線之外，這導(dǎo)致強光學(xué)像差，尤其是像散、場曲和畸變，這降低了投射在視網(wǎng)膜中的圖像的質(zhì)量。為了補償這些像差，這些設(shè)備使用一定數(shù)量的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件不與針對希望能夠被集成在人體工程眼鏡對中的設(shè)備所要求的精細度相兼容。

對于當(dāng)前設(shè)備的另一問題涉及出射瞳的尺寸。看平均強度的投射圖像的眼睛的瞳的直徑約為3mm。為了具有人體工程學(xué)顯示系統(tǒng)，出射瞳，也就是說用戶接收場集合的眼睛放置區(qū)域，應(yīng)該至少3倍于用戶的眼睛的瞳孔，以使得即使用戶相對于系統(tǒng)移動，用戶也繼續(xù)感知銳利圖像而沒有漸暈。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的尤其是提供一種設(shè)備，其尺寸和復(fù)雜度相對于現(xiàn)有顯示系統(tǒng)顯著減小，并且被設(shè)計為使得能夠在保持透明用于觀看的同時被固定到用戶的頭部。此外，這樣的設(shè)備將有利地容易用于其中人體工程學(xué)和簡易型是關(guān)鍵元素的通用應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明，這樣的增強現(xiàn)實設(shè)備的特征在于該設(shè)備包括：

－顯示器，用于發(fā)射以光束形式的至少一個圖像；

－定位裝置，用于相對于用戶的眼睛在側(cè)部定位所述顯示器，以使得所述顯示器相對于所述眼睛的主光軸基本橫向地發(fā)射所述圖像；

－視覺返回屈光片，相對于所述主光軸基本橫向地設(shè)置以使得把所述圖像返回到眼睛的方向上；

－重定向裝置，對所述圖像在所述顯示器和所述屈光片之間重定向；以及

－偏振裝置，消除雜散光。

該設(shè)備還可包括用于使圖像適于用戶的視覺的眼校正裝置。

顯示器優(yōu)選地是從LCD、OLED和LCOS類型中選擇的。該設(shè)備還可包括設(shè)置在顯示器下游且在重定向裝置上游的至少一個透鏡或一組透鏡，尤其是用于獲得圖像的所希望的放大，優(yōu)選地同時補償色差。

重定向裝置有利地是半反射平面或曲面片，被設(shè)置為使來自顯示器的圖像光束朝著屈光片的內(nèi)面的方向折疊，所述片使由所述屈光片反射的至少一部分光束不反射地通過。該半反射片包括偏振結(jié)構(gòu)，偏振結(jié)構(gòu)能夠一方面保證所述片的透射和反射功能，并且另一方面顯著減少由于來自所述片的另一側(cè)的光引起的雜散反射。

該設(shè)備還可包括微相機、慣性單元、磁羅盤以及GPS以便允許根據(jù)用戶的視點和運動來與所觀察到的增強現(xiàn)實環(huán)境進行虛擬交互，微相機的軸線被放置為與用戶的定向眼睛的光軸基本平行。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括電池和計算通信電子裝置，計算通信電子裝置被設(shè)計為允許連同智能手機或計算機的無線使用。

本發(fā)明還涉及一種增強現(xiàn)實光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括兩個根據(jù)本發(fā)明所述的增強現(xiàn)實光學(xué)設(shè)備，其中的每一個用于用戶的相應(yīng)眼睛。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或系統(tǒng)有利地包括用于把設(shè)備固定到用戶頭部的承載結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地是眼鏡架、滑雪帽、防護面罩或安全帽類型的承載結(jié)構(gòu)。

附圖說明

下面參照附圖，通過以非限定性示例方式，描述本發(fā)明的多個實施方式，在附圖中：

－圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的垂直軸向剖面；以及

－圖2示出用于圖1的設(shè)備的半反射條的厚度中的剖面。

具體實施方式

圖1使用便攜式光學(xué)設(shè)備1，用于向該設(shè)備的用戶引起增強現(xiàn)實。該設(shè)備處于稱作“軸上”的光學(xué)配置，也就是說，沿著光軸X1的光學(xué)配置，光軸X1是當(dāng)用戶觀看其前面的無限遠處時基本上為用戶的觀看軸線；這允許減小該設(shè)備的復(fù)雜度和重量。在所示示例中，該設(shè)備1包括顯示器2、半反射條3、屈光片4、延遲片5、極化膜6以及眼校正裝置7。

顯示器2可以是微顯示器類型，LCOS、LCD或OLED；其用于以光束的形式形成且發(fā)射固定或動畫圖像。反射條3是PBS(極化分束器)類型，被用于把來自顯示器2的光束的光學(xué)路徑朝向屈光片4的方向折疊。屈光片4是用于使光束準(zhǔn)直以便把無限遠的圖像投射到用戶的眼睛10中的半透明折反射元件。延遲片5是四分之一波長類型的偏振片。