Очки дополненной реальности
Полезная модель относится к области оптики, а именно к устройствам для воспроизведения стереоскопического изображения, а также воспроизведения комбинации из виртуального изображения и изображения окружающей обстановки, и может быть использована в геолокационных сервисах, системах навигации, обучающих программах, системах визуализации в медицине. Очки дополненной реальности содержат оправу, на которой закреплены правый и левый оптические рефлекторы, каждый из которых выполнен из слоев поликарбонатного прозрачного стекла, между которыми имеется электроуправляемая пленка. Внутренняя поверхность оптических рефлекторов покрыта полупрозрачным отражающим слоем, между рефлекторами на носовой перемычке над правым и левым носовыми упорами установлены правая и левая эмиссионные жидкокристаллические матрицы, размещенные с возможностью формирования оптического пути через соответствующий рефлектор к глазу пользователя. Корпуса дужек оправы выполнены полыми, в корпусе правой дужки размещен правый электронный блок, включающий процессор с блоком памяти, к шине которого подключены модуль беспроводной связи Bluetooth, разъем MicroUSB, датчик освещенности, микрофон и звуковой генератор. В корпусе левой дужки размещен левый электронный блок, включающий подключенные к шине правого электронного блока видеопроцессор, ИК-камеру, МЭМС-датчик движения и устройство ввода. Видеопроцессор связан с правой и левой эмиссионными жидкокристаллическими матрицами, а на разъемной носовой перемычке выполнен узел регулировки для изменения расстояния между оптическими рефлекторами.
Полезная модель относится к области оптики, а именно к устройствам для воспроизведения стереоскопического изображения, а также воспроизведения комбинации из виртуального изображения и изображения окружающей обстановки, и может быть использована в геолокационных сервисах, системах навигации, обучающих программах, системах визуализации в медицине, игровых программах, системах проектирования, виртуальной рекламе.
Известно устройство воспроизведения стереоскопического изображения (US 2002/0122145), которое содержит средство отображения, выполненное с возможностью поочередного формирования левого и правого изображений стереопары соответственно для левого и правого глаза пользователя, а также оптические системы левого и правого окуляра, каждая из которых включает в себя первый поляризатор, расположенный между средством отображения и глазом пользователя, второй поляризатор, расположенный между первым поляризатором и глазом пользователя, причем оси поляризации первого и второго поляризаторов ортогональны, а также управляемый вращатель плоскости поляризации, расположенный между первым и вторым поляризаторами и соединенный с электронной схемой синхронизации, которая подключена к средству отображения и выполнена с возможностью управления вращателями плоскости поляризации и синхронизации вращателей плоскости поляризации со средством отображения. Недостаток данного устройства заключается в том, что в случае использования устройства отображения с линейно поляризованным излучением (например, ЖК дисплея) при вращении очков вокруг нормали к поверхности окуляров будет происходить изменение яркости изображения. Таким образом, качество стереоскопического изображения воспроизводимого системой прототипа нестабильно при вращении очков вокруг нормали к поверхности окуляров, что затрудняет их эксплуатацию и ухудшает зрение.
Известно также устройство одновременного воспроизведения виртуального изображения и изображения окружающей обстановки (US 6,147,807), которое содержит средство отображения (дисплей) виртуального изображения, первую призму, выполненную с возможностью дифрагирования виртуального изображения и изображения внешней обстановки, отражения дифрагировавших виртуального изображения и изображения окружающей обстановки в зрачок глаза пользователя устройством, а также вторую призму, примыкающую к первой призме и выполненную с возможностью направления изображения окружающей обстановки на первую призму. Устройство не позволяет наблюдать окружающую обстановку без применения дифракционной поверхности, которая снижает эффективность работы всего устройства. В случае использования дифракционной поверхности для обеспечения приемлемой яркости необходимо применять средство отображения (дисплей) с увеличенным световым потоком, что приводит к увеличению энергопотребления и веса. Кроме того, устройство не позволяет наблюдать стереоизображение.
Известны очки GoogleGlass дополнительной реальности для смартфонов на базе Android и iOS, разрабатываемые компанией Google (http://habrahabr.ru/company/rozetked/blog/181948/), в основе которых лежит процессор, микрофон, прозрачный дисплей, камера с гироскопом и сенсорная панель, все это крепится на дужке очков. Дисплей располагается чуть выше правого глаза. Камера оснащена 5 мегапиксельным датчиком высокого качества, которая позволяет снимать HD видео, звук передается прямо через кости черепа. Связь с сетью и другими устройствами обеспечивается модулями беспроводной связи Wi-Fi 802.11 b/g/n и Bluetooth 4.0. Имеется аккумуляторная батарея, и для подзарядки очков - интерфейс microUSB. GoogleGlass понимает голосовые команды, навигационные жесты сенсорной панели, некоторые команды выполняются при помощи наклона головы, встряхивания и т.д., для этого используются возможности акселерометра и гироскопа. Однако, конструктивное решение оправы очков не позволяет формировать стереоскопическое, объемное изображение и использовать их для широкого круга людей, т.к. в них не учитываются индивидуальные анатомические особенности пользователей, что приведет к ухудшению зрения.
Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на устранение перечисленных выше недостатков и заключается в повышении комфортности ношения и исключении нарушений зрения за счет учета анатомических особенностей каждого пользователя при наблюдении стереоизображения.
Технический результат достигается за счет создания очков дополненной реальности, содержащих оправу, на которой закреплены правый и левый оптические рефлекторы, каждый из которых выполнен из слоев поликарбонатного прозрачного стекла, между которыми имеется электроуправляемая пленка, внутренняя поверхность оптических рефлекторов покрыта полупрозрачным отражающим слоем, между рефлекторами на носовой перемычке над правым и левым носовыми упорами установлены правая и левая эмиссионные жидкокристаллические матрицы, размещенные с возможностью формирования оптического пути через соответствующий рефлектор к глазу пользователя, корпуса дужек оправы выполнены полыми, и в корпусе правой дужки размещен правый электронный блок, включающий процессор с блоком памяти, к шине которого подключены модуль беспроводной связи Bluetooth, разъем MicroUSB, датчик освещенности, микрофон и звуковой генератор, а в корпусе левой дужки размещен левый электронный блок, включающий подключенные к шине правого электронного блока видеопроцессор, ИК-камеру, МЭМС-датчик движения и устройство ввода, при этом видеопроцессор связан с правой и левой эмиссионными жидкокристаллическими матрицами, а на разъемной носовой перемычке размещен узел регулировки, выполненный с возможностью изменения расстояния между оптическими рефлекторами.
Для функционирования полезной модели целесообразно чтобы каждый электронный блок был снабжен аккумулятором, установленным на конце полой дужки.
Устройство ввода может быть выполнено в виде сенсорной панели и выведено на внешнюю боковую поверхность корпуса левой полой дужки.
ИК-камера дополнительно снабжена ИК-светодиодом подсветки, оптические окна которых перекрыты прозрачным для ИК-излучения слоем.
Электроуправляемая пленка рефлектора предпочтительно подключена к процессору правого электронного блока и выполнена с возможностью регулирования степени прозрачности в зависимости от уровня освещенности.
Корпус оправы может быть выполнен полым с возможностью размещения в нем электрических связей жидкокристаллических матриц и электроуправляемых пленок с электронными блоками.
Разъемная носовая перемычка выполнена с дополнительной перемычкой, а узел регулировки на ней включает два разъема, установленных на носовой и дополнительной перемычках, каждый из которых состоит из полой трубки прямоугольного сечения, закрепленной на одной стороне разъема, в которой с возможностью продольного перемещения установлен прямоугольный стержень, закрепленный на другой стороне разъема, при этом на одной из боковых сторон трубки имеется продольный волнообразный разрез, а стержень снабжен боковым цилиндрическим стерженьком, установленным с возможностью перемещения в разрезе.
Целесообразно чтобы носовая перемычка была выполнена из гибкого материала.
Предлагаемая полезная модель является частью программно-аппаратного комплекса дополненной реальности и предназначена для использования совместно с различными мобильными устройствами, в качестве которых может выступать смартфон под управлением операционной системы iOS, Android или WindowsMobile или другие подобные устройства. Основное ее назначение состоит в формировании виртуального дисплея с трехмерным интерфейсом дополненной реальности для пользователя. Помимо обеспечения доступа к сервисам дополненной реальности, полезная модель позволяет использовать стандартный набор сервисов современного мобильного устройства (прием и совершение звонков, прослушивание музыки и просмотр видеофайлов, отправка сообщений и прочее), выступая в качестве беспроводной гарнитуры, наушников, виртуальной клавиатуры.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид очков в трех проекциях; на фиг. 2 показан узел регулировки в крайних положениях; на фиг. 3 изображены оптические пути оптической части полезной модели; на фиг. 4 представлена блок-схема полезной модели.
Очки дополненной реальности имеют оправу 2 (фиг. 1), на которой закреплены правый и левый оптические рефлекторы 1. Исходная форма заготовки для изготовления рефлекторов - сферическая. Материал для изготовления - поликарбонатное оптическое стекло. Внутренняя вогнутая поверхность 7 обоих стекол покрыта полупрозрачным отражающим слоем для улучшения отражающих свойств рефлекторов, формирования более яркого изображения для пользователя, исключения эффекта двойного отражения, так как передняя поверхность стекла дает свое незначительное по интенсивности отражение. Для регулировки прозрачности используются технологии смарт-стекла (электрохром, либо Suspended particle devices, SPD). Стекла оптических рефлекторов изготавливаются путем триплексования двух или более листов поликарбоната и электроуправляемой пленки (на рисунках не показана), изменяющей свои оптические свойства при приложении электрического поля. Управление пленкой осуществляется через процессор правого электронного блока 10 (фиг. 4)
Между рефлекторами 1 на разъемной носовой перемычке 15 над правым и левым носовыми упорами 5 установлены правая и левая эмиссионные жидкокристаллические матрицы 3, размещенные с возможностью формирования оптического пути через соответствующий рефлектор на глаз пользователя (фиг. 3). Оптическая схема полезной модели является коллиматорной, бинокулярной и создает трехмерное изображение дополненной реальности при помощи стереоскопического эффекта, возникающего при сложении виртуальных экранов двух телевизионных независимых каналов для левого и правого глаза. Так как полезная модель имеет оптически прозрачные элементы, то в поле зрения пользователя смешивается графические трехмерные элементы виртуального интерфейса и окружающая обстановка. Изображения, полученные через видеопроцессор 17 левого электронного блока 16 матрицами 3 (DLP, FLCOS), подаются на рефлекторы 1 и отражаются в глаза пользователя. При этом происходит перенос изображения с матрицы на определенное расстояние (коллиматорный эффект). Так как оптических и телевизионных каналов два, то формируется трехмерное, объемное изображение.
Жидкокристаллические матрицы 3 связаны с видеопроцессором 17 левого электронного блока 16 (фиг. 1, 4). Правый электронный блок 10 включает процессор 12 с блоком памяти, к шине которого подключены модуль беспроводной связи Bluetooth, разъем MicroUSB, датчик освещенности, микрофон и звуковой генератор, установленные в корпусе правой полой дужки 11 оправы, а также - ИК-камера 19, МЭМС-датчик движения 4 и устройство ввода 9, установленные вместе с ИК-камерой 19 в корпусе левой полой дужки 18 оправы.
Ориентация очков в пространстве для точного совмещения реальных и виртуальных объектов обеспечивается посредством совместного использования систем спутникового позиционирования (GPS, Глонасс), а также МЭМС-датчика (фиг. 4), включающего акселерометр, гироскоп и магнитометрический датчик. С помощью модуля Bluetooth производится обмен данными с базовым мобильным устройством. Разъем MicroUSB используется для подключения к компьютеру при обновлении программного обеспечения, выполнении настройки, обмене данными и для зарядки аккумуляторов (на рисунках не показаны). МЭМС-датчик 4 используется для получения данных о пространственном положении очков. Датчик освещенности дает информацию процессору 12 для установки соответствующей яркости изображения на жидкокристаллических эмиссионных матрицах 3 (чем ярче окружающий свет, тем ярче изображение) и для установки уровня затемнения электроуправляемой пленки рефлекторов (чем ярче окружающий свет, тем сильнее затемнение).
Для ввода и вывода информации к процессору 12 подключены микрофон и звуковой генератор (динамик) необходимый для передачи акустических сигналов через костную ткань головы пользователя. Кроме того, устройство ввода 9 управляющей информации в виде сенсорной панели (touchpad) выведено на внешнюю боковую поверхность корпуса левой полой дужки 18.
ИК-камера 19 снабжена ИК-светодиодом подсветки, а их оптические окна перекрыты прозрачным для ИК-излучения слоем. ИК-камера выведена на выступ электронного блока 16 во внешней передней поверхности дужки 18 и выполняет функцию сенсора пространственного меню, который определяет положение рук пользователя в пространстве поля зрения и позволяет интерпретировать положение и движения рук как управляющие команды интерфейса. Принцип действия сенсора основан на применении ИК излучения для подсветки объектов в зоне радиусом 1 м перед полезной моделью, с последующим поступлением изображения на видеокамеру, работающую в ИК диапазоне. Положение объекта определяется по его яркости (дальность) и направлению (координаты объекта при его отображении на матрице видеокамеры).
Дужки 11, 18 изготовлены из пластичного металла с продольными пустотами для размещения электрических микрошлейфов. На их концах закреплены аккумуляторы (на рисунках не показаны), питающие через микро-шлейфы электрические компоненты всего изделия.
Элементы оправы 2 - корпус оправы, дужки 11, 18, носовая перемычка 15 выполнены пустотелыми для прокладки внутри электрических связывающих микро-шлейфов и жгутов. Рефлекторы 1 механически скреплены с корпусом и дужками элементами крепления 8.
Носовые упоры 5 установлены на гибком металлическом креплении и предназначены для подстройки под особенности формы лица пользователя и обеспечения комфортного ношения.
Разъемная носовая перемычка 15 имеет дополнительную перемычку (фиг. 2), а ее узел регулировки включает два разъема, установленных на носовой 13 и дополнительной 14 перемычках. Каждый разъем состоит из полой трубки прямоугольного сечения (на рисунках не показано), закрепленной на одной стороне разъема, в которой с возможностью продольного перемещения установлен прямоугольный стержень, закрепленный на другой стороне разъема, при этом на одной из боковых сторон трубки имеется продольный волнообразный разрез, а стержень снабжен боковым цилиндрическим стерженьком, установленным с возможностью перемещения в разрезе. Разъемы позволяют изменять расстояния между оптическими рефлекторами для регулировки межзрачкового расстояния. Разрез 6 (фиг. 1) - это линия разделения рефлекторов и двух частей носовой перемычки. Стерженек движется в продольном волнообразном вырезе полой прямоугольной трубки, что позволяет пользователю двигать его с перещелкиванием, тем самым регулируя с определенным шагом длину выдвижения прямоугольного стержня, тем самым выставляя необходимое межзрачковое расстояние.
Очки используются следующим образом.
Очки размещаются на пользователе и прикосновением к устройству ввода 9 передвигается курсор виртуального меню в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Возможно также управление с использованием виртуального пространственного меню, управляемого жестами. При этом пальцы рук «касаются» виртуальных элементов управления, созданных в пространстве, находящемся непосредственно перед глазами пользователя. Отслеживание жестов происходит с помощью ИК-камеры 19 размещенной на передней поверхности электронного блока 16. Камера включает монохромную КМОП-матрицу, что позволяет работать при практически любом освещении. Направление на объекты определяется по их положению в поле зрения камеры, дальность определяется за счет уровня освещенности объекта ИК-светодиодом. На расстоянии вытянутой руки в поле зрения пользователя создается 30 область отслеживания. Все предметы, попадающие в данную область, и их передвижение фиксируются по углу и дальности. Информация от камеры поступает на процессор 12. Одновременно для пользователя через оптическую часть формируется виртуальное меню с элементами управления. При включенной настройке использования пространственного меню пользователь видит элементы управления меню на определенном расстоянии от себя, позволяющем дотянуться до них рукой. В алгоритме управления заложен принцип совпадения положения в пространстве конечности пользователя и элемента управления виртуального меню.
Виртуальное меню полезной модели формируется за счет генерирования изображения эмиссионными матрицами 3 и совмещением этого изображения с окружающей реальностью. В итоге пользователь видит совмещенное изображение. Электронный рельеф и форма окружающих объектов (зданий) загружается в память заранее или подгружается из базового мобильного устройства и отображается в центральной части меню. За счет системы датчиков и данных навигационных систем происходит процесс совмещения. Элементы управления меню могут быть представлены линейкой виртуальных кнопок в нижней части экрана. В верхней части экрана выводится полезная для пользователя информация. На электронную трехмерную карту накладываются навигационные инфографические элементы.
1. Очки дополненной реальности, содержащие оправу, на которой закреплены правый и левый оптические рефлекторы, каждый из которых выполнен из слоев поликарбонатного прозрачного стекла, между которыми имеется электроуправляемая пленка, внутренняя поверхность оптических рефлекторов покрыта полупрозрачным отражающим слоем, между рефлекторами на носовой перемычке над правым и левым носовыми упорами установлены правая и левая эмиссионные жидкокристаллические матрицы, размещенные с возможностью формирования оптического пути через соответствующий рефлектор к глазу пользователя, корпуса дужек оправы выполнены полыми, и в корпусе правой дужки размещен правый электронный блок, включающий процессор с блоком памяти, к шине которого подключены модуль беспроводной связи Bluetooth, разъем MicroUSB, датчик освещенности, микрофон и звуковой генератор, а в корпусе левой дужки размещен левый электронный блок, включающий подключенные к шине правого электронного блока видеопроцессор, ИК-камеру, МЭМС-датчик движения и устройство ввода, при этом видеопроцессор связан с правой и левой эмиссионными жидкокристаллическими матрицами, а на разъемной носовой перемычке размещен узел регулировки, выполненный с возможностью изменения расстояния между оптическими рефлекторами.
2. Очки по п.1, отличающиеся тем, что каждый электронный блок снабжен аккумулятором, установленным на конце полой дужки.
3. Очки по п.1, отличающиеся тем, что устройство ввода в виде сенсорной панели выведено на внешнюю боковую поверхность корпуса левой полой дужки.
4. Очки по п.1, отличающиеся тем, что ИК-камера дополнительно снабжена ИК-светодиодом подсветки, оптические окна которых перекрыты прозрачным для ИК-излучения слоем.
5. Очки по п.1, отличающиеся тем, что электроуправляемая пленка рефлектора подключена к процессору правого электронного блока и выполнена с возможностью регулирования степени прозрачности в зависимости от уровня освещенности.
6. Очки по п.1, отличающиеся тем, что корпус оправы выполнен полым с возможностью размещения в нем электрических связей жидкокристаллических матриц и электроуправляемых пленок с электронными блоками.
7. Очки по п.1, отличающиеся тем, что разъемная носовая перемычка выполнена с дополнительной перемычкой, а узел регулировки на ней включает два разъема, установленных на носовой и дополнительной перемычках, каждый из которых состоит из полой трубки прямоугольного сечения, закрепленной на одной стороне разъема, в которой с возможностью продольного перемещения установлен прямоугольный стержень, закрепленный на другой стороне разъема, при этом на одной из боковых сторон трубки имеется продольный волнообразный разрез, а стержень снабжен боковым цилиндрическим стерженьком, установленным с возможностью перемещения в разрезе.
8. Очки по п.1, отличающиеся тем, что носовая перемычка выполнена из гибкого материала.
