一种头戴式AR设备的制作方法

本发明实施例涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种头戴式AR设备。

背景技术：

AR(Active Reality)，即增强现实显示技术，综合了计算机图形技术，计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。

但是，为了满足合适的视角，目前AR设备存在着体积大，配戴不方便的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种头戴式AR设备，用以解决现有技术中存在的AR设备体积大的问题。

本发明实施例提供一种头戴式AR设备，包括：AR外壳，以及设置于所述AR外壳内侧的显示屏支架、偏光镜、和反射镜；

所述偏光镜的两端固定在所述AR外壳上，且所述偏光镜的镜面与所述显示器支架上固定的显示屏倾斜的相对设置，所述偏光镜具有透射和反射作用，所述显示屏发出的光在所述偏光镜发生透射后进入人眼；

所述AR外壳的一侧设置有一旋转壳体，所述反射镜设置在所述旋转壳体的内侧表面，所述反射镜的镜面朝向所述偏光镜设置；

所述旋转壳体围绕所述AR外壳旋转，在所述旋转壳体由所述AR外壳表面旋转至所述AR外壳外部时，所述反射镜的镜面朝向所述AR外壳外部，以接收外部环境光，并将所述外部环境光反射至所述偏光镜，所述外部环境光在所述偏光镜发生反射后进入人眼。

进一步地，所述AR外壳包括围绕所述偏光镜设置的三个侧面壳体；

其中，所述第一侧面壳体与所述偏光镜相对设置；所述第二侧面壳体和所述第三侧面壳体相对设置；

所述显示屏支架设置在所述第一侧面壳体内侧，以使所述显示屏支架内固定的所述显示屏发出的光透射到所述偏光镜。

进一步地，所述第二侧面壳体靠近所述第一侧面壳体的一侧固定第一橡胶垫；

所述第三侧面壳体上远离所述第一侧面壳体的一侧固定有第二橡胶垫；

所述偏光镜的两端分别固定在所述第一橡胶垫和所述第二橡胶垫内。

进一步地，所述旋转壳体为所述第二侧面壳体的一部分壳体；

所述旋转壳体的内侧表面设置所述反射镜；

所述旋转壳体的端面包括第一端面、第二端面、第三端面和第四端面；

其中，所述第一端面通过一旋转轴固定在所述第二侧面壳体上，以使所述旋转壳体围绕所述旋转轴旋转；

所述第一端面和所述第四端面相对设置，所述第二端面和所述第三端面相对设置；所述第二端面至所述第四端面上各自设置有限位槽，所述限位槽与所述第二侧面壳体上不同位置的限位组件配合连接，以将所述旋转壳体限位在不同的位置。

进一步地，所述第四端面上设置有第一限位槽；所述第二侧面壳体靠近所述第四端面的位置设置有第一限位组件；

所述第一限位组件包括一个滑键槽、一个滑键主体和一个弹簧主体；

所述滑键主体的第一端面与所述弹簧主体接触，所述滑键主体的第二端面包括一个凸起部；所述滑键主体的第三端面包括一个滑键；

所述滑键受外力拨动在所述滑键槽内滑动；在所述滑键滑到所述滑键槽的第一端时，所述凸起部插入所述第一限位槽，将所述旋转壳体限位至第一位置，使得所述旋转壳体固定在所述第二侧面壳体表面；

在所述滑键滑动到所述滑键槽的第二端时，所述凸起部离开所述第一限位槽，所述旋转壳体脱离所述第一限位组件的限位。

进一步地，所述第二端面上设置有第二限位槽，所述第三端面上设置第三限位槽；所述第二侧面壳体靠近所述第二端面一侧设置第二限位组件，所述第二侧面壳体靠近所述第三端面一侧设置第三限位组件；

所述第二限位组件的一端通过一固定轴固定在所述第二侧面壳体上，所述第二限位组件的另一端固定有第一滑块，所述第一滑块内嵌于所述第二限位槽内；在所述旋转壳体旋转时，所第一滑块在所述第二限位槽内滑动；

所述第三限位组件的一端通过一固定轴固定在所述第二侧面壳体上，所述第三限位组件的另一端固定有第二滑块，所述第二滑块内嵌于所述第三限位槽内，在所述旋转壳体旋转时，所第二滑块在所述第三限位槽内滑动；

在所述旋转壳体脱离所述第一限位槽的限位后，所述第一滑块从所述第二限位槽的一端滑动到所述第二限位槽的另一端，所述第二滑块从所述第三限位槽的一端滑动到所述第三限位槽的另一端，以将所述旋转壳体限位在第二位置。

进一步地，所述偏光镜的镜面与所述第二侧面壳体、所述第三侧面壳体呈45°角设置；

所述第一限位组件将所述旋转壳体限位在所述第一位置时，所述反射镜的镜面与所述偏光镜的镜面呈45°角。

进一步地，所述偏光镜的镜面与所述第二侧面壳体、所述第三侧面壳体呈45°角设置；

所述第二限位组件、所述第三限位组件将所述旋转壳体限位在所述第二位置时，所述反射镜的镜面与所述第二侧面壳体呈45°，所述反射镜的镜面与所述偏光镜的镜面互相平行。

进一步地，所述显示屏支架内固定的所述显示屏为手机显示屏。

进一步地，所述偏光镜为半反半透镜。

上述头戴式AR设备中，在使用头戴式AR设备时，反射镜可随旋转壳体向侧面壳体外部旋转设定角度，反射镜将外界环境的真实世界图像光反射至与反射镜相对的偏光镜上，在偏光镜的镜面发生反射后，与来自显示屏显示的虚拟现实图像光叠加形成AR图像，在不使用头戴式AR设备时，将旋转壳体旋转至侧面壳体表面，将反射镜收回到AR外壳内部，这样的设计可以灵活实现反射镜相对于AR外壳的伸缩，与将反射镜固定在AR外壳外部相比，能够减小头戴式AR设备体积。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a和图1b为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图2a和图2b为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种头戴式AR设备的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种双屏显示的头戴式AR设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有效果更加清楚明白，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1a所示，本发明实施例提供一种头戴式AR设备，包括：

AR外壳1，以及设置于AR外壳1内侧的显示屏支架2、偏光镜3、和反射镜4。

其中，偏光镜3的两端固定在AR外壳1上，且偏光镜3的镜面与显示器支架上固定的显示屏倾斜的相对设置，偏光镜3具有透射和反射作用，偏光镜3的镜面既能使入射光透过，又能使入射光发生反射，显示屏发出的光在偏光镜3发生透射后进入人眼。

AR外壳1的一侧设置有一旋转壳体5，反射镜4设置在旋转壳体5的内侧表面，反射镜4的镜面朝向偏光镜3设置；旋转壳体5围绕AR外壳1旋转，如图1b所示，在旋转壳体5由AR外壳1表面旋转至AR外壳1外部时，反射镜4的镜面朝向AR外壳1外部，以接收外部环境光，以及将外部环境光反射至偏光镜3，外部环境光在偏光镜3发生反射后进入人眼。

上述AR设备中，设置在AR外壳1内的偏光片和外壳一侧的旋转壳体5内侧的反光镜构成AR透镜组，旋转壳体5不旋转时，AR设备作为一个VR设备使用，旋转壳体5由AR外壳1表面旋转至AR外壳1外部时，反射镜4的镜面朝向AR外壳1外部，以接收外部环境光，并将外部环境光反射至偏光镜3，外部环境光在偏光镜3发生反射后，与显示屏显示的虚拟现实图像结合，形成AR图像，AR图像中既包括虚拟现实图像，又包括真实世界的图像。因反射镜4在旋转壳体5上，在使用AR设备时，将旋转壳体5向外壳外侧旋转，以便反射镜4裸露在AR外壳1外部接收真实世界的光，并将真实世界的光反射到AR外壳1内部的偏光镜3上，在不使用AR设备时，将旋转壳体5收回AR外壳1表面即可，AR外壳1上设置旋转壳体5，使得反射镜4可伸缩，进而缩小了AR设备的体积。

下面进一步说明上述AR设备的AR外壳1的主要结构，AR外壳1包括支撑显示屏支架2的外壳结构，支撑偏光镜3的外壳结构，以及支撑旋转壳体5的外壳结构，以及对旋转壳体5的旋转角度进行限位的外壳结构。

具体的，如图2a所示，AR外壳1包括围绕偏光镜3设置的三个侧面壳体；第一侧面壳体101与偏光镜3相对设置；第二侧面壳体102和第三侧面壳体103相对设置，第一侧面壳体101和第二侧面壳体102、第三侧面壳体103可以是一体结构，也可以是装配在一起的结构。

值得说明的是，本发明实施例中的AR外壳1不限于包括第一侧面壳体101、第二侧面壳体102和第三侧面壳体103，如图2b所示，除了第一侧面壳体101、第二侧面壳体(图2b示出了第二侧面壳体上的旋转壳体5)和第三侧面壳体103之外，还包括其他侧面的壳体，其他侧面的壳体不是本发明实施例的主要结构，此处不再详述。

第一侧面壳体101用来固定显示屏支架2，显示屏支架2设置在第一侧面壳体101内侧，以使显示屏支架2内固定的显示屏发出的光透射到偏光镜3。

可选的实施例中，第一侧面外壳和显示屏支架2可以是一体结构，也可以是显示屏支架2用胶固定在第一侧面外壳上，通常显示屏支架2固定在第一侧面外壳的中间区域。

第二侧面壳体102和第三侧面壳体103上设置有固定偏光镜3的结构，使得偏光镜3倾斜的与第一侧面壳体101相对设置，以便反射镜4反射回偏光镜3的光在偏光镜3的镜面发生反射。

一种可选的实施例中，如图2a和图6所示，第二侧面壳体102靠近第一侧面壳体101的一侧固定第一橡胶垫302；第三侧面壳体103上远离第一侧面壳体101的一侧固定有第二橡胶垫303；偏光镜3的两端分别固定在第一橡胶垫302和第二橡胶垫303内。通常AR设备的外壳为塑胶壳，因此，第一橡胶垫302、第二橡胶垫303可以用胶固定在第二侧面外壳、第三侧面外壳上。

第二侧面壳体102或者第三侧面壳体103上都可以设置旋转壳体5，根据实际应用场景中偏光片的倾斜位置确定，确保反射镜4的反射光路能够到达偏光镜3，并在偏光镜3的镜面发生反射后的反射光路能够进入人眼。

下面以第二侧面壳体102上设置旋转壳体5进行示例。具体的，第二侧面上的旋转壳体5为第二侧面壳体102的一部分壳体；旋转壳体5的内侧表面设置反射镜4。

如图3所示，旋转壳体5包括内表面和外表面，内表面上固定有反射镜4，旋转壳体5除了内表面和外表面之外，还包括与两个表面相接的四个端面，旋转壳体5的四个端面包括第一端面51、第二端面52、第三端面53和第四端面54；其中，第一端面51通过一旋转轴6固定在第二侧面壳体102上，以使旋转壳体5围绕旋转轴6旋转；第一端面51和第四端面54相对设置，第二端面52和第三端面53相对设置。

第二端面52至第四端面54上各自设置有限位槽，限位槽与第二侧面壳体102上不同位置的限位组件配合连接，以将旋转壳体5限位在不同的位置。

相应的，第二侧面壳体102上包括多个限位组件，分别与第二端面52至第四端面54上设置的限位槽配合，对旋转壳体5的旋转角度进行限位。

一种可选的实施例中，第四端面54上设置有第一限位槽541；第二侧面壳体102靠近第四端面54的位置设置有第一限位组件7，第一限位槽541和第一限位组件7配合，将旋转壳体5限位在第一位置或者将旋转壳体5脱离第一位置。

第一限位组件7将旋转壳体5限位在第一位置，其作用是在不使用AR设备时，将反射镜4收回到AR外壳1内部，一方面可以保护反射镜4不容易损坏，另一方面，反射镜4收回到AR外壳1内部，可以减小AR设备的体积。

具体的，如图4所示，第一限位组件7包括一个滑键槽73、一个滑键主体71和一个弹簧主体72；

其中，滑键主体71的第一端面与弹簧主体72接触，滑键主体71的第二端面包括一个凸起部712(参见图5)；滑键主体71的第三端面包括一个滑键713；滑键槽73与滑键配合，使得滑键713在滑键槽73内运动，其作用是将旋转壳体5限位在第一位置，或者将旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位，滑键713的结构可以是矩形块，也可以是圆柱体，本发明不对滑键713的结构外形进行限定。

滑键713将旋转壳体5限位在第一位置，具体为：滑键713受外力拨动在滑键槽73内滑动；在滑键713滑到滑键槽73的第一端时，滑键主体71的凸起712部插入第一限位槽541内，将旋转壳体5限位至第一位置，使得旋转壳体5固定在第二侧面壳体102表面，将反射镜4收回到AR外壳1内部。

滑键713将旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位具体为：在滑键713滑动到滑键槽73的第二端时，滑键主体71的凸起部712离开第一限位槽541，旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位，反射镜4随旋转壳体5旋转至AR外壳1外部。

一种可选的实施例中，除了第四端面54上的第一限位槽541和第二侧面壳体102靠近第四端面54的第一限位组件7之外，如图6所示，还包括：第二端面52上设置有第二限位槽521和第二侧面壳体102靠近第二端面52一侧设置第二限位组件8。

第二限位槽521和第二限位组件8配合，在旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位并向第二侧面壳体102外部旋转时，将旋转壳体5限位到第二位置，以控制旋转壳体5的最大旋转角度为设定角度。

如图6所示，第二限位组件8的一端通过一固定轴82固定在第二侧面壳体102上，第二限位组件8的另一端固定有第一滑块81，第一滑块81为第二限位组件8主体上的一块凸起结构，第一滑块81内嵌于第二限位槽521内；在旋转壳体5旋转时，所第一滑块81在第二限位槽521内滑动；在旋转壳体5脱离第一限位槽541的限位后，第一滑块81从第二限位槽521的一端滑动到第二限位槽521的另一端，以将旋转壳体5限位在第二位置。

第一滑块81的结构可以是矩形块，也可以是圆柱体，本发明不对第一滑块81的结构外形进行限定。

一种可选的实施例中，除了第四端面54上的第一限位槽541和第二侧面壳体102靠近第四端面54的第一限位组件7之外，参见图3，还包括：第三端面53上设置第三限位槽531；第二侧面壳体102靠近第三端面53一侧设置第三限位组件9。

第三限位槽531和第三限位组件9配合，在旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位并向第二侧面壳体102外部旋转时，将旋转壳体5限位到第二位置，以控制旋转壳体5的最大旋转角度为设定角度。

第三限位组件9的一端通过一固定轴固定在第二侧面壳体102上，第三限位组件9的另一端固定有第二滑块91，第二滑块91为第三限位组件9主体上的一块凸起结构，第二滑块91内嵌于第三限位槽531内，在旋转壳体5开始旋转时，所第二滑块91在第三限位槽531内滑动，第二滑块91从第三限位槽531的一端滑动到第三限位槽531的另一端，以将旋转壳体5限位在第二位置。

一种优选的实施例中，除了第四端面54上的第一限位槽541和第二侧面壳体102靠近第四端面54的第一限位组件7之外，还包括：第二端面52上设置有第二限位槽521和第二侧面壳体102靠近第二端面52一侧设置第二限位组件8，以及第三端面53上设置第三限位槽531；第二侧面壳体102靠近第三端面53一侧设置第三限位组件9。

第二限位槽521和第二限位组件8配合，同时第三限位槽531和第三限位组件9配合，在旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位并向第二侧面壳体102外部旋转时，将旋转壳体5限位到第二位置，以控制旋转壳体5的最大旋转角度为设定角度。

第二限位槽521和第二限位组件8配合，同时第三限位槽531和第三限位组件9配合，将旋转壳体5的最大旋转角度进行控制，可以在第二限位槽521和第二限位组件8损坏之后，第三限位槽531和第三限位组件9也能对旋转壳体5起到限位作用。

基于上述头戴式AR设备AR外壳1的主要结构，本发明实施例还可以包括以下优选实施方式：偏光镜3的镜面与第二侧面壳体102、第三侧面壳体103呈45°角设置；第一限位组件7将旋转壳体5限位在第一位置时，反射镜4的镜面与偏光镜3的镜面呈45°角。偏光镜3的镜面与第二侧面壳体102、第三侧面壳体103呈45°角设置；第二限位组件8、第三限位组件9将旋转壳体5限位在第二位置时，反射镜4的镜面与第二侧面壳体102呈45°，反射镜4的镜面与偏光镜3的镜面互相平行。

本发明实施例中，来自外部环境的真实图像光可以以任何方向入射在反射镜4的镜面上，因此，旋转壳体5的最大旋转角度不限于45°，也可以是其他角度，如30°，60°等。

基于上述优选实时方式，AR设备中偏光镜3和反射镜4的光路示意图如图7所示，在使用AR设备时，旋转壳体5由第一位置旋转45°至第二位置，反射镜4的镜面与偏光镜3的镜面互相平行。一方面，AR设备显示屏支架2内的显示屏10发出的入射光λ1为虚拟现实图像光，如显示屏10播放游戏场景时游戏场景的图像光，入射光λ1入射在偏光镜3，并在偏光镜3的镜面发生透射；另一方面，来自AR外壳外面的外部环境光λ2为真实图像光，如佩戴头戴式AR设备的用户正前方的外部环境光，首先入射到反射镜4的镜面，反射镜4将外部环境光λ2反射至偏光镜3，刚好在偏光镜3发生二次反射后的外部环境光λ2与从偏光镜3的镜面透过的入射光λ1的光路重合，使得虚拟图像光和真实世界图像光叠加融合后(入射光λ1和外部环境光λ2叠加融合的光)朝向人眼观察位置传播，并进入人眼，使佩戴头戴式AR设备的用户观察到AR图像。

基于上述头戴式AR设备AR外壳1的主要结构，在使用头戴式AR设备时，拨动侧面壳体上的第一限位组件7的滑键713，将旋转壳体5脱离第一限位组件7的限位，使旋转壳体5向侧面壳体外部旋转设定角度，反射镜4将外界环境的真实世界图像光反射至对应的偏光镜3上，与显示屏显示的虚拟现实图像光叠加形成AR图像，在不使用头戴式AR设备时，将旋转壳体5收回，并波动第一限位组件7的滑键713将旋转壳体5限位在第一位置，这样的设计可以灵活实现反射镜4相对于AR外壳1的伸缩，相对于将反射镜4固定在AR外壳1外部，能够减小头戴式AR设备体积。

基于上述头戴式AR设备AR外壳1的主要结构，本发明实施例还可以包括以下优选实施方式：显示屏支架2内固定的显示屏为手机显示屏。

基于上述头戴式AR设备AR外壳1的主要结构，本发明实施例还可以包括以下优选实施方式：偏光镜3为半反半透镜。

基于上述头戴式AR设备AR外壳1的主要结构，本发明实施例还可以包括以下优选实施方式：如图8所示，头戴式AR设备为双屏显示结构，第一侧面壳体101上包括两组显示屏支架(显示屏支架2和显示屏支架2')，两组上述透镜组，即两个偏光镜(偏光镜3和偏光镜3')和两个反射镜(反射镜4和反射镜4')，还包括两个旋转壳体，即位于第二侧面壳体102表面上的旋转壳体5和第三侧面壳体103上的旋转壳体5'，旋转壳体5内侧固定有反射镜4，旋转壳体5'内侧固定有反射镜4'，位于第二侧面壳体102表面上的旋转壳体5和第三侧面壳体103上的旋转壳体5'可对称设置，以实现两个反射镜相对于AR外壳1的自由伸缩。因反射光路不同，相应的，两个偏光镜的倾斜方向不同，偏光镜3、偏光镜3'关于中间隔板11对称设置，分别与显示屏支架2、显示屏支架2'相对设置，中间隔板11将两个透镜组隔开，双屏显示的头戴式AR设备与本发明实施例的发明构思一致。

在使用双屏头戴式AR设备时，拨动每个旋转壳体对应的第一限位组件的滑键，将旋转壳体脱离第一限位组件的限位，使旋转壳体向侧面壳体外部旋转设定角度，反射镜将外界环境的真实世界图像光反射至对应的偏光镜上，与透过偏光镜的虚拟现实图像光叠加形成AR图像，在不使用头戴式AR设备时，将旋转壳体收回，并波动第一限位组件的滑键将旋转壳体限位在第一位置，这样的设计可以灵活实现反射镜相对于AR外壳的伸缩，相对于将反射镜4固定在AR外壳外部，能够减小头戴式AR设备体积。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。