一种多参数可调的双目增强现实实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学成像领域，尤其是一种多参数可调的双目增强现实实验装置。
【背景技术】
[0002] 增强现实技术指运用光学原理及电子设备，将计算机生成的二维或三维的虚拟物 体、虚拟场景或者系统的提示信息叠加到用户所看到的真实场景中，创造一个虚实结合的 世界的技术，从而实现对现实的增强，以达到超越现实的感官体验。增强现实技术不仅在尖 端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛 的应用，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训 练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域，均有着十分 广阔的前景。
[0003] 如今，市面上基于该技术的各种新产品虽层出不穷，但目前对增强现实技术设备 的研究开发尚处于起步阶段，现有技术存在的问题是：其显示效果通常为单目、单色，且视 场普遍过小，或无法叠加外景仅能显示虚拟图像，成像效果不佳，放大倍数固定、不可拆卸， 故障时维护成本高。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了解决上述现有问题，本发明提出一种多参数可调的双目增强现实 实验装置。
[0005] 技术方案：
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种多参数可调的双目增强 现实实验装置，包括目距调节模块、目距调节模块连接有一对轴对称的成像模块，每个成像 模块下方装有高度调节模块；成像模块包括成像系统和成像壳体，成像系统安装在成像壳 体内；所述成像壳体包括组合件和内筒，组合件一端设有外筒，内筒可沿外筒内壁伸缩。
[0007] 进一步的，所述成像系统包括：光源模块：包括微显示像源，提供彩色高清晰度的 平面发散光图像，所显示为实像；光源驱动模块：给光源模块供电并控制显示图像；光路转 换模块：包括半透半反棱镜；放大调节模块：包括一凹面镜，安装在所述成像壳体的内筒 中，并通过内筒的伸缩以改变凹面镜与半透半反棱镜的距离来调节放大倍率；视窗：包括 一透明窗口，用于人眼观察；
[0008] 进一步的，光源模块发出的光经由光路转换模块半透半反一次后，传递给放大调 节模块；放大调节模块进行放大处理后反射回光路转换模块，光路转换模块再次进行半透 半反，并从视窗中送出至人眼，成放大虚像。
[0009] 进一步的，所述组合件包括半透半反棱镜分光镜支架和光源支架，所述外筒设在 半透半反棱镜分光镜支架的一端，半透半反棱镜分光镜支架的另一端安装光源支架。
[0010] 进一步的，所述半透半反棱镜为正方体形态。
[0011] 进一步的，内筒外径比外筒内径小l-2mm。
[0012] 进一步的，所述内筒由内筒上盖和内筒下盖通过接触面上的圆柱形小型齿槽互相 嵌扣拼装而成。
[0013] 进一步的，所述目距调节模块包括一对通过万向接头活动连接在一起的横杆，每 根横杆的一端铰接在成像模块的顶端。
[0014] 进一步的，所述高度调节模块包括调节杆和底座，调节杆上部与成像模块连接，调 节杆下部设有外螺纹，底座内壁设有与外螺纹相适配的内螺纹，调节杆旋接在底座上。
[0015] 进一步的，所述视窗的透明窗口为边长IOcm的正方形。
[0016] 有益效果：与现有技术相比，本发明提供多项增强现实显示参数调节，其具有大视 场、全彩色显示、图像放大倍数可调、高度可调、双视窗距离可调、双目叠加度可调等优点， 可以实现双目视觉成像，清晰可靠显示预定图像，并合理进行虚实图像叠加的功能。此外， 本发明还提供便捷的元器件更换渠道，比集成化程度较高的现有增强现实设备具有更高的 开发拓展性，同时也能节约故障时的维护成本。它可用于今后增强现实类应用的界面设计 模拟和相关测试，给开发者提供一个多功能，多角度，多方位的实验平台。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的结构示意图；
[0018] 图2为本发明的示意图；
[0019] 图3为本发明相轴对称的成像模块原理示意图；
[0020] 图4为本发明的光路原理图；
[0021] 图5为本发明中内筒上盖示意图；
[0022] 图6为本发明中内筒下盖示意图；
[0023] 图7为本发明中中光源支架示意图；
[0024] 图8为本发明中半透半反棱镜分光镜支架示意图；
[0025] 图9为本发明中调节杆示意图；
[0026] 图10为本发明中底座示意图；
[0027] 图11为本发明中成像系统彩色图像显示效果图；
[0028] 图12为本发明增强现实效果图。
【具体实施方式】
[0029] 下面通过一个最佳实施例，对本技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围 不局限于所述实施例。
[0030] 如图1、2所示，一种多参数可调的双目增强现实实验装置，包括目距调节模块、目 距调节模块连接有一对轴对称的成像模块，每个成像模块下方装有高度调节模块；成像模 块包括成像系统和成像壳体，成像系统安装在成像壳体内；所述成像壳体包括组合件和内 筒1，组合件一端设有外筒2,内筒1可沿外筒2内壁伸缩。优选的组合件包括半透半反棱 镜分光镜支架和光源支架，所述外筒设在半透半反棱镜分光镜支架的一端，半透半反棱镜 分光镜支架的另一端安装光源支架。
[0031] 如图3所示，成像系统包括：光源模块：包括微显示像源，提供彩色高清晰度的 平面发散光图像，所显示为实像。本例采用OLED微显示像源，像素为1024*768,尺寸为 17mm*17mm*2mm，彩色显示。以Micro-USB接口供电，以HDMI高清视频接口连接电脑液晶显 示器传输图片信息。实际使用过程中，也可更换为同尺寸LCOS像源或LED像源等其他类型 微显示像源。
[0032] 光源驱动模块：给光源模块供电并控制显示图像。本例采用OLED微显示像源配套 驱动模块，功能为通过Micro-USB接口向OLED供电，以点亮显示屏。若光源模块更换为其 他类型的像源，驱动需选用光源配套驱动。
[0033] 光路转换模块：包括半透半反棱镜。本例采用棱长为10cm*10cm的半透半反棱镜 作为光路转换模块的核心部件。将入射光线经一次半透半反处理后传递给后续放大调节模 块，并接收放大调节模块传回的光线，做第二次半透半反处理后经视窗投射至人眼成像。主 要光路图如图4所示。
[0034] 放大调节模块：包括一凹面镜，安装在所述成像壳体的内筒1中，并通过内筒的伸 缩以改变凹面镜与半透半反棱镜的距离来调节放大倍率。本例采用直径l〇cm，焦距为5cm 的柱型平凹面镜，接收光路转换模块传递的光源信号，通过凹面镜成像原理进行放大后传 递回光路转换模块。实际使用中，可更换为同尺寸，其他焦距类型的凹面镜。其中，焦距越 大，凹面镜对距离调节敏感度越低；焦距越小，凹面镜对距离调节的敏感度越高。使用时，内 筒1越向光源方向嵌入外筒2,放大倍数越大；内筒1越向外拔出远离光源，放大倍数越小。
[0035] 视窗3 :包括一透明窗口，用于人眼观察。本发明优选的透明窗口为边长IOcm的 正方形，半透半反分光棱镜的光线出射面及其对面保持大面积透光，构建双目视觉成像的 大视场。
[0036] 所述放大调节模块工作原理如下：
[0037] 坐标原点取在凹面镜中心，设凹面镜的焦距为f(f〈0)，物的位置s (s〈0)，物距离 凹面镜中心距离为d= |s|，像的位置为s'。根据凹面镜成像公式
[0043] 由于在本系统中要求凹面镜成放大的虚像，以实现虚实叠加，因此有f_s < 0且f < 0,因此
[0045] 下面依据公式（1. 4)对实验中的两种现象进行分析。
[0046] 放大率与f的关系：
[0047] 实验现象显示，凹面镜放于同一位置，但焦距不同时，像的放大率不同，因此这里 需要求放大率对f的偏导，由上式（1. 4)得：
[0049] 因此放大率随着焦距的增大而增大，因此选用小焦距（取焦距的绝对值）的凹面 镜，放大效果要明显于大焦距的凹面镜。
[0050] 放大率的变化率与f的关系：
[0051] 实验现象显示，焦距不同的凹面镜，移动相同的距离时，像的放大率的变化不同。 因此这里需要求放大率对s的偏导，求得放大率与s的关系，然后再对f求偏导，求得f对 放大率变化率的影响。由上式（1.5)得
[0053] 可以得到结论：随着s的增大，即物体离面镜越近时，放大倍数越小。再由上式 (1. 6)得
[0055] 因此随着f的增大（也就是I f I的减小），放大率随s的变化率会增大，因此会观 察到焦距较小的凹面镜的放大率变化率会远大于焦距较大的凹面镜。
[0056] 因此，焦距较小的凹面镜可以实现系统放大倍率的粗调，而焦距较大的凹面镜可 以实现系统放大倍率的微调。搭建光路时，光源作为物，根据凹面镜成像原理，物放置在一 倍至两倍焦距内成倒立放大虚像，设光源到凹面镜中心的距离作为s。由此可以通过更换不 同型号的凹面镜改变f，或借助结构部件中镜筒的伸缩改变s，使其在f?至2f之间变化，实 现虚像成像和放大倍率的调节。根据凹面镜成像原理，所述放大倍率理论上可以在