本發(fā)明涉及一種AR和VR成像方法及可用于AR和VR的眼鏡。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有AR成像方法，主要采用反射原理成像。但是，該成像方法存在以下不足：

1、影像存在較大變形。

2、AR眼鏡重心靠前，使額頭處的支點受力較大，影響使用者的感受。

3、現(xiàn)有AR眼鏡的半透半反鏡片的透光效果差。

4、現(xiàn)有AR眼鏡結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件較多，生產(chǎn)成本過高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種AR成像方法及AR眼鏡，其解決了現(xiàn)有AR成像方法及AR眼鏡影像存在變形、AR眼鏡重心靠前、顯示屏較大的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種VR成像方法，包括以下步驟：

1)顯示單元上仰傾斜10°至40°發(fā)出VR分屏圖像；

2)全反射鏡將VR分屏圖像分別反射至下方的菲涅爾透鏡或菲涅爾透鏡組進行梯形校正與第一次放大；

3)曲面全反射鏡將VR分屏圖像分別反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像；所述曲面全反射鏡為凹曲面鏡或凸曲面鏡。

上述菲涅爾透鏡及曲面鏡的焦距之和(凹曲面鏡為正焦距、凸曲面鏡為負焦距)大于屏幕到使用者眼中光路的總長度的2倍。

本發(fā)明還提供一種AR成像方法，包括以下步驟：

1)顯示單元上仰傾斜10°至40°發(fā)出AR分屏圖像；

2)全反射鏡將AR分屏圖像分別反射至下方的菲涅爾透鏡進行梯形校正與第一次放大；

3)貼有全息膜的透明曲面鏡分別將AR分屏圖像反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像；同時，使用者前方的實景透過貼有全息膜的透明曲面鏡，直接在使用者眼中成像，所述貼有全息膜的透明曲面鏡為凹曲面鏡或凸曲面鏡。

上菲涅爾透鏡及曲面鏡的焦距之和(凹曲面鏡為正焦距、凸曲面鏡為負焦距)大于屏幕到使用者眼中光路的總長度的2倍。

本發(fā)明還提供一種可用于AR或VR的眼鏡，包括頭戴支架、設(shè)置在頭戴支架上的顯示單元和反射單元，其特殊之處在于：還包括中置分光板；

上述反射單元包括依次設(shè)置在顯示單元光路上的全反射鏡、菲涅爾透鏡以及曲面鏡片；上述曲面鏡片設(shè)置在使用者的眼前；

上述曲面鏡片為貼有全息膜的透明曲面鏡或曲面全反射鏡；上述貼有全息膜的透明曲面鏡或曲面全反射鏡為凹曲面鏡或凸曲面鏡；上述顯示單元的朝向與正前方的上仰夾角范圍為10°至40°；

上述中置分光板設(shè)置在顯示單元與全反射鏡之間，或者設(shè)置在菲涅爾透鏡與曲面鏡片之間，用于隔開左右的AR分屏圖像；

上述菲涅爾透鏡對全反射鏡反射的AR分屏圖像分別進行梯形校正與第一次放大；

上述凹曲面全反射鏡將VR分屏圖像分別反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像；上述貼有全息膜的透明曲面鏡分別將AR分屏圖像反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像，同時將使用者眼前的場景透射入使用者眼中；

上述凸曲面全反射鏡將VR分屏圖像分別反射并進行縮小，在使用者眼中成像；所述貼有全息膜的透明曲面鏡分別將AR分屏圖像反射并進行縮小，在使用者眼中成像，同時將使用者眼前的場景透射入使用者眼中。

上述曲面鏡片為單曲面、雙曲面或自由曲面的凹面鏡或凸面鏡。

上述曲面鏡片通過卡接、鉸接或磁鐵吸合方式與頭戴支架連接，實現(xiàn)曲面鏡片的角度調(diào)節(jié)與收納。

上述顯示單元是與頭戴支架一體的顯示屏幕，或者是獨立的移動顯示終端。

上述中置分光板為柔性材料。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1、本發(fā)明在保證AR眼鏡重心貼近額頭的情況下，影像變形較小。

2、本發(fā)明可采用小焦距，顯示屏高度可以是現(xiàn)有技術(shù)的一半，使用者佩戴時的負重感較小?？梢耘c人額頭傾斜角度基本貼合，從而可以在結(jié)構(gòu)上大幅度減少力臂長度，減輕設(shè)備對額頭的壓力。由于圖像放大倍率較小，所以在光路上可根據(jù)透視近大遠小的原理，減小透鏡處結(jié)構(gòu)的體積，結(jié)構(gòu)可制作為梯形，靠近額頭處截面最大，遠離額頭處截面最小。從而減小設(shè)備體積及重量。進一步減少力臂長度，減少設(shè)備對人頭部的壓力。

3、本發(fā)明采用全息膜，在保證反射效果清晰的情況下，增加景物光線的透射，增加了虛擬圖像與現(xiàn)實景物的融合感。

4、當菲涅爾透鏡的焦距過小時，通過凸曲面鏡增大焦距，配合菲涅爾透鏡實現(xiàn)清晰成像。

5、本發(fā)明的菲涅爾透鏡及曲面鏡的焦距之和(凹曲面鏡為正焦距、凸曲面鏡為負焦距)，大于屏幕到使用者眼中光路的總長度的2倍，可保證屏幕顯示內(nèi)容的清晰。

6、本發(fā)明在使用者眼前采用凹曲面鏡，對虛像進行再次放大，擴大了視角范圍。當采用凸曲面鏡時，對虛像進行縮小，保證使用者觀察到清晰的圖像；可根據(jù)不同的需求，采用與其相適應(yīng)的方案。

7、因為采用卡接或磁鐵吸合的方式，曲面鏡片可根據(jù)使用者的需求選擇凸曲面鏡或凹曲面鏡，并可隨時更換。

8、擋板如放在第一光路內(nèi)，不影響第二光路的美觀性，同時也不影響第二光路的折疊收納。亦可使用柔性材料的擋板，放在第二光路內(nèi)，實現(xiàn)收納。收納后可減小設(shè)備體積及保護第二反射鏡鏡片。

9、本發(fā)明只用一套頭戴設(shè)備就可以實現(xiàn)AR與VR之間的切換。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體示意圖；

圖2是本發(fā)明的正面視圖；

圖3是本發(fā)明的部分分解示意圖；

圖4是本發(fā)明的全部分解示意圖；

圖5是本發(fā)明收攏狀態(tài)的側(cè)視圖；

圖6是本發(fā)明打開狀態(tài)的側(cè)視圖；

圖7是本發(fā)明曲面鏡為凸曲面鏡的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖8是圖7的光路原理圖；

圖9是本發(fā)明采用曲面鏡為凹曲面鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖9的光路原理圖；

圖中：1-頭戴支架，11-鏡片支架，2-顯示單元，31-中置分光板，32-全反射鏡，33-菲涅爾透鏡，34-曲面反射鏡或貼有全息膜的透明曲面鏡。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。

如圖1至4所示，本發(fā)明包括頭戴支架、設(shè)置在頭戴支架上的顯示單元和反射單元，顯示單元是與頭戴支架一體的顯示屏幕，或者是獨立的移動顯示終端；還包括柔性中置分光板；反射單元包括依次設(shè)置在顯示單元光路上的全反射鏡、菲涅爾透鏡以及曲面鏡片；曲面鏡片設(shè)置在使用者的眼前；曲面鏡片為貼有全息膜的透明曲面鏡或曲面全反射鏡；貼有全息膜的透明曲面鏡或曲面全反射鏡為凹曲面鏡或凸曲面鏡；顯示單元的朝向與正前方的上仰夾角范圍為10°至40°；中置分光板設(shè)置在顯示單元與全反射鏡之間，或者設(shè)置在菲涅爾透鏡與曲面鏡片之間，用于隔開左右的AR分屏圖像；菲涅爾透鏡對全反射鏡反射的AR分屏圖像分別進行梯形校正與第一次放大；凹曲面全反射鏡將VR分屏圖像分別反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像；貼有全息膜的透明曲面鏡分別將AR分屏圖像反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像，同時將使用者眼前的場景透射入使用者眼中；凸曲面全反射鏡將VR分屏圖像分別反射并進行縮小，在使用者眼中成像；貼有全息膜的透明曲面鏡分別將AR分屏圖像反射并進行縮小，在使用者眼中成像，同時將使用者眼前的場景透射入使用者眼中。曲面鏡通過卡接、鉸接或磁鐵吸合方式與頭戴支架連接，實現(xiàn)曲面鏡片的角度調(diào)節(jié)與收納。貼有全息膜的透明曲面鏡片支架，為兩體式的鉸接結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)全息鏡片的角度調(diào)節(jié)與收納。鏡片支架前端的寬度，沿視線方向向內(nèi)收縮。

本發(fā)明原理：

屏幕的不同位置會與菲涅爾放大鏡的物距不同，而產(chǎn)生不同的放大倍率，當使用合適焦距的透鏡，并且物距調(diào)節(jié)到合適的位置，可抵消人眼因透視產(chǎn)生的近大遠小的效果，形成橫向不變，縱向壓縮的虛像，從而通過物理途徑，提高可視面積內(nèi)縱向的分辨率或可視范圍。

在光路中用于放大的透鏡，需選擇大于屏幕到透鏡光路總長度焦距的透鏡，來保證屏幕顯示內(nèi)容的清晰。由于透鏡焦距變大，放大倍數(shù)變小，以上光路成像的虛像僅略大于原始圖像，視角范圍較小，所以，在人眼前的半透半反鏡面則需選用合適的雙曲面反光鏡，對虛像進行再次放大，擴大視角范圍。

全息膜，會比半透半反鏡面，有更高的透光率，當無發(fā)光反射時，會很清晰的看到現(xiàn)實物體，當有光時，又有較高的反射率，呈現(xiàn)出清晰的畫面，更有利于虛擬畫面與現(xiàn)實的融合。

本發(fā)明的VR成像方法，顯示單元上仰傾斜10°至40°發(fā)出VR分屏圖像；因屏幕上仰傾斜，水平觀察會產(chǎn)生梯形變形。全反射鏡將VR分屏圖像分別反射至下方的菲涅爾透鏡或菲涅爾透鏡組進行梯形校正與第一次放大；曲面全反射鏡將VR分屏圖像分別反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像；所述曲面全反射鏡為凹曲面鏡或凸曲面鏡。其中菲涅爾透鏡及曲面鏡的焦距之和大于屏幕到使用者眼中光路的總長度的2倍。

本發(fā)明一種AR成像方法，顯示單元上仰傾斜10°至40°發(fā)出AR分屏圖像；全反射鏡將AR分屏圖像分別反射至下方的菲涅爾透鏡進行梯形校正與第一次放大；貼有全息膜的透明曲面鏡分別將AR分屏圖像反射并進行第二次放大，在使用者眼中成像；同時，使用者前方的實景透過貼有全息膜的透明曲面鏡，直接在使用者眼中成像，所述貼有全息膜的透明曲面鏡為凹曲面鏡或凸曲面鏡。其中菲涅爾透鏡及曲面鏡的焦距之和大于屏幕到使用者眼中光路的總長度的2倍。