一种头戴式增强现实智能显示装置的制造方法
【专利说明】一种头戴式増强现实智能显示装置
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及智能显示技术领域，尤其涉及一种头戴式增强现实智能显示装置。
【背景技术】
[0003]当今时代，患有视力问题的人群数量日渐增多，仅就近视这一普遍的眼科疾病来说，仅中国近视患者就已超过三亿人口，其中青少年近视的发病率更高达50%。同时，中国近视的发病率仍在迅速地逐年上升，其患病者中绝大部分为学生，在重点高中和大学中，近视者比例已达到90%的程度。除此之外，在机关单位、研究机构以及中小学校等机构工作的人由于从事高强度的近距离阅读工作，发生近视的概率也达到了80%左右。与此同时，世界范围内近视与远视的患病者也维持着较高的人数水平，因此在患有近视与远视的这一人群之中蕴藏着巨大的市场空间，但目前上市发行的增强现实的智能显示装置对患有此类眼科疾病的使用者的使用要求没有给予充分的考虑与满足。
[0004]目前具有成熟技术的增强现实智能显示设备大部分是以智能眼镜的形式开发，而智能眼镜的大部分产品均需要在眼镜框或已有矫正形医学眼镜的基础上在外部固定额外的增强现实显示设备，例如2013年Google公司发布的智能眼镜，其主要功能的光学显示部分被置于矫正镜片外部，这样就增加了近视者或远视者的承受重量，一定程度上影响了智能显示装置的使用舒适度，有碍于用户体验。因此开发一种结构简单、轻便舒适、将增强现实显示与视力矫正功能整合统一的增强现实显示装置有很大的必要性。
[0005]投影显示技术包括各种投影芯片技术，如数字微镜(DMD)、硅基液晶(LCoS)、有机发光二极管(0LED)、激光投影等等。随着投影技术的日新月异，高分辨率投影芯片成为了主流，这样就为应用高分辨率投影芯片的增强现实技术的实现奠定了基础。
[0006]图像采集技术是通过光学镜头将物体成像在光敏器件如电荷耦合元件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等，并形成数字图像的方式。
[0007]全息技术，也称全息三维显示技术，是利用光的干涉原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。其第一步是利用干涉曝光记录物体的光场信息，此即拍摄过程:被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，便成为一张全息图，或称全息照片;其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程:全息图犹如多个光栅的组合，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象(又称初始象)和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。
[0008]目前上市发行的增强现实的智能显示装置除了上述对患有此类眼科疾病的使用者的使用要求没有给予充分的考虑以外，另一方面，也没有综合利用上述技术提出一种更加理想适用的智能显示装置。
【发明内容】
[0009]本发明针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种结构简单轻便、基于全息技术的增强现实显示器件，其可以同时满足患有近视、远视以及散光等视力疾病的消费人群的使用需求。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种头戴式增强现实智能显示装置，其包括一个可头戴的框架，在所述框架上具有:
显示模块，用于发出携带图像信息的光线；
投影光学模块，用于将所述显示模块出射的光线投射至镀膜镜片；
镀膜镜片，用于视力矫正以及对所述投影光学模块出射的光线进行衍射，使得外部真实环境和投影出的虚拟场景的光线同时进入人眼，并于视网膜清晰成像；
所述镀膜镜片包括光学透明基体及在其上形成的单层或多层全息膜和最外层形成的透明保护膜;所述显示模块和所述投影光学模块共同构成集成显示组件。
[0011]作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述可头戴的框架是眼镜或者类似眼镜的形状，或者是具有环扣固定于头部的头盔或类似头盔的形状。
[0012]作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述显示模块为有机发光二极管显示、量子点发光显示、数字微镜显示、硅基液晶显示中的一种或多种。
[0013]作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述投影光学模块为单个光学透镜或多个光学元件的组合。
[0014]作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述镀膜镜片的光学透明基体为平面镜、凹透镜、凸透镜、柱面镜中的一种或者多种。
[0015]作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述显示模块和所述投影光学模块放置于所述镀膜镜片的正上方、斜上方、侧后方位置中的一个或多个位置处。
[0016]作为对本发明所述技术方案的一种改进，所述全息膜为反射式全息光栅或者透射式全息光栅。
[0017]作为对本发明所述技术方案的一种改进，还包括:
摄像模块，用于获取位于第一视角方向的真实场景图像，其包括可见光摄像头、红外摄影头、深度摄影头中的一种或多种；
麦克风，用于采集用户的语音。
[0018]作为对本发明所述技术方案的一种改进，还包括头部跟踪模块，用于获取用户的头部姿态和运动轨迹，其包括陀螺仪、加速度计、磁力计等传感器中的一种或多种。
[0019]作为对本发明所述技术方案的一种改进，还包括无线通信模块，用于无线传输数据。
[0020]本发明提供的头戴式增强现实智能显示装置，结构简单轻便，其是基于全息技术的增强现实显示器件，同时满足患有近视、远视以及散光等视力疾病的消费人群的使用需求。
【附图说明】
[0021]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中的光路原理图；
图3a是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中镀膜镜片的一种结构示意图；
图3b是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中镀膜镜片的另一种结构示意图；
图4是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中集成显示组件内部的一种投影光学模块的结构示意图；
图5是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中镜腿内部的结构示意图； 图6是本发明第二实施例的头戴式增强现实智能显示装置的结构示意图；
图7是本发明第二实施例的头戴式增强现实智能显示装置中的光路原理图；
图8是本发明第三实施例的头戴式增强现实智能显示装置中的结构示意图；
图9是本发明第三实施例的头戴式增强现实智能显示装置中的光路原理图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]第一实施例
图1是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置的结构示意图，图2是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中的光路原理图，图3a是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中镀膜镜片的一种结构示意图，图3b是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中镀膜镜片的另一种结构示意图，图4是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中集成显示组件内部的一种投影光学模块的结构示意图，图5是本发明第一实施例的头戴式增强现实智能显示装置中镜腿内部的结构示意图。
[0024]如图1所示，本实施例的头戴式增强现实智能显示装置，其包括一个可头戴的框架(本实施例中为镜框104)，在框架上具有:
显示模块，用于发出携带图像信息的光线；
投影光学模块，用于将显示模块出射的光线投射至镀膜镜片；
镀膜镜片102，用于视力矫正以及对投影光学模块出射的光线进行衍射，使得外部真实环境和投影出的虚拟场景的光线同时进入人眼，并于视网膜清晰成像；
结合图1至图5，本发明具体实施例中，镀膜镜片102包括光学透明基体301及在其上形成的单层或多层全息膜302和最外层形成的透明保护膜303;显示模块和投影光学模块共同构成集成显示组件101。本实施例中，集成显示组件101被倾斜放置于镀膜镜片102侧后方的镜腿内侧，投射孔径403朝向镀膜镜片102方向；摄像头被放置于智能眼镜正面镜框104的中央;镀膜镜片102选用的全息膜302为反射式全息光栅。
[0025]如图2所示，当该智能眼镜显示虚拟信息时，集成显示组件101内部的显示模块作为光源，并加载图像信息，投射出光线。投影光学模块对加载图像信息的光线进行扩束、准直等光路调节，并使其以正确的方向射向侧前方的镀膜镜片102。镀有反射式全息光栅的镀膜镜片102可将倾斜入射的光线进行衍射，使出射光线成功入射人眼201进行成像。由于反射式全息光栅具有波长选择性，因此只对特定谱段的光产生衍射效果。当需要显示彩色图像时，必须在镀膜镜片102上镀上三层反射式全息光栅，每层光栅分别针对红、绿、蓝三种颜色的光进行衍射，最后合成彩色图像信息进入人眼201。同时，外界光线的一部分会被全息光栅衍射出视线，其余部分则可以几乎无损地通过智能眼镜的镀膜镜片102，进入人眼201，保证了使用者在观看虚拟图像的同时也可以看到周围真实景象，达到增强现实的效果。
[0026]投影光学模块的主要作用为对由显示模块发出的光束，进行出射方向的控制，并将光线的传播方向调整至需要投射的角度与位置。该模块的结构较为灵活，可以根据实际情况进行设计，以显示模块为有机发光二极管(OLED)为例，由于OLED具有自发光的特点，可以省去额外的发光光源。所以最简单的投影光学模块可以仅为一块光学透镜，并与显示模块一起倾斜放置以对准镀膜镜片102。透镜的选取也可以根据投影光路的具体设计而确定，例如当投影区域面积较小时，可以选择凸透镜，