[发明专利]增强现实或混合现实头戴式设备

说明书

一种用于佩戴在用户头部上的头戴式设备(1)，从而提供虚拟现实、增强现实和混合现实。所述头戴式设备(1)包括：用于容纳设置有显示屏的电子设备的支架(3)；设置在所述支架(3)与所述用户的眼睛之间的部分透明的第一反射元件(4)；捕捉场景图像的第二反射元件(5)。所述第一反射元件(4)和所述第二反射元件(5)用于将场景图像反射到所述用户的眼睛，而所述用户可以通过所述部分透明的反射元件(4)看见所述电子设备上的图像。

技术领域

本发明涉及一种用于佩戴在用户头部上的头戴式设备，用于提供增强现实或混合现实，特别是用于结合环境场景提供数字3D虚拟图像。

背景技术

现实头戴式设备可以分为几个主要类别，用于增强现实(augmented reality，AR)、虚拟现实(virtual reality，VR)和混合现实(mixed reality，MR)。VR头戴式设备通过将周围环境排除在外来适应静态体验，例如，通过使用户完全沉浸在电影或游戏中。另一方面，AR头戴式设备和MR头戴式设备必须使周围环境清晰可见，通过允许用户在不受限制的视觉下移动，同时将场景与虚拟图像相结合等提供动态体验。

AR头戴式设备和MR头戴式设备的挑战在于，它们通常需要使用透视投影和聚焦元件来生成近眼虚拟图像。由于虚拟图像位于眼睛与环境场景之间，因此它需要有非常高的亮度来适应明亮的环境光。另外，来自光学系统的照明损耗要求源显示器具有固有的高亮度。为了获得较高的对比度，使用了遮阳片，遮蔽了大部分环境光线，但代价是降低场景图像的颜色(颜色深度)。虚拟图像制作需要在眼睛与场景之间产生光学元件。已知的解决方案涉及光束分离器，而分束器会导致源显示屏的照明度明显下降，因此需要具有高本机亮度能力的源显示屏。这导致了高功耗、操作寿命短和热问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服或至少减少上述问题的头戴式设备。

前述和其他目的通过独立权利要求的特征实现。其他实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

根据第一方面，提供了一种用于佩戴在用户头部上的头戴式设备，其中，所述头戴式设备包括：用于容纳显示屏的支架；设置在所述支架与所述用户的眼睛之间的部分透明的第一反射元件；第二反射元件，其中，所述第一反射元件和所述第二反射元件用于将场景图像反射到所述用户的眼睛。

例如，所述第二反射元件可以是反射镜或棱镜或其组合，设置在相对于所述第一反射元件的一定位置，使得来自场景(例如，真实)图像的入射光由所述第二反射元件偏转到所述第一反射元件，并从所述第一反射元件偏转到所述用户的眼睛。这样一来，即使从场景图像到所述用户的眼睛的直接光路径被置于所述用户眼睛前方的对象(即虚拟图像的来源)阻挡，仍可将真实世界图像偏转到用户的眼睛。在本公开中，场景图像用于指示与用户设备(如智能手机等)生成的虚拟图像形成对照的真实(真实世界)图像。

例如，所述第一反射元件可以是半透明镜或棱镜或其组合。因此，所述第一反射元件可以反射来自第二反光镜的光，并使所述光向所述用户的眼睛偏转。来自用户设备的显示器的光通过所述第一反射元件向所述用户的眼睛偏转。这样一来，所述用户设备生成的所述虚拟图像与所述图像场景的光线重叠。

在所述第一方面的一种可能的实现方式中，用于允许将所述显示器上的虚拟图像下施加到所述场景图像上，通过所述第一反射元件和所述第二反射元件，将所述场景图像反射到所述用户的眼睛。换句话说，所述显示器上的所述虚拟图像与所述场景图像重叠，从而创建合成图像或增强图像或混合图像。

在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述头戴式设备包括光学元件，其中，所述光学元件设置在所述支架与所述第一反射元件之间，用于使所述用户的眼睛聚焦到所述显示屏上以观看所述虚拟图像。

所述光学元件可以是聚焦透镜。

在所述第一方面的一种可能的实现方式中，将所述第一反射元件布置成与所述用户到所述支架的视线成一定角度。