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一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备

阅读：1016发布：2020-05-20

专利汇可以提供一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，包括：眼镜主体、设于眼镜主体前端的传输波导模块、设于所述传输波导模块上方且与所述传输波导模块位于同一平面的投影光学模块、设于所述眼镜主体靠近所述传输波导模块的红外传感模块、及设于所述眼镜主体上的图像处理模块，所述红外传感器模块及所述投影光学模块均与所述图像处理模块信号连接。本实用新型智能眼镜设备结构简单，整体轻薄，体积小，设计精巧，应用范围广；通过智能眼镜设备，能够实现在弱光、甚至黑暗条件下对周边环境的可视，红外传感模块的设计能够增强人体在弱光、黑暗环境下的视觉感知功能，对弱视人群，弱光及昏暗环境下工作的人群，具有很好的辅助作用。，下面是一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，包括：眼镜主体、设于眼镜主体前端的传输波导模块、设于所述传输波导模块上方且与所述传输波导模块位于同一平面的投影光学模块、设于所述眼镜主体靠近所述传输波导模块的红外传感模块、及设于所述眼镜主体上的图像处理模块，所述红外传感器模块及所述投影光学模块均与所述图像处理模块信号连接，
所述红外传感模块，能够感知环境并成像，将图像传输至所述图像处理模块；
所述图像处理模块，进行图像处理，并将处理后的图像传输至所述投影光学模块；
所述投影光学模块，将采集到的图像实时投影至所述传输波导模块；
所述传输波导模块，将接收到的图像进行传导并出射到人眼。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述红外传感模块包括：感应芯片、镜头、及红外LED 光源。
3.根据权利要求2所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述感应芯片为CMOS图像传感器，或CCD图像传感器，或非制冷阵列铟嫁砷、碲镉汞化合物半导体芯片，所述感应芯片的响应波段为780～1550nm的近红外波段，所述感应芯片的分辨率≥
640×320 像素。
4.根据权利要求2所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述红外LED光源的发光波长为940nm，所述红外LED光源的射程为≤5m。
5.根据权利要求1所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述图像处理模块为图像处理芯片。
6.根据权利要求1所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述投影光学模块包括：投影光学芯片、及透镜，所述投影光学模块的发射光亮度范围为2000-
4000nit。
7.根据权利要求6所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述投影光学芯片为LCOS芯片或OLED芯片，所述透镜为非球面透镜。
8.根据权利要求1所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述传输波导模块包括：传输波导元件、耦合输入元件、耦合输出元件，所述耦合输入元件设于所述传输波导元件靠近所述投影光学模块一端，所述耦合输出元件设于所述传输波导元件的另一端。
9.根据权利要求8所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述耦合输入元件和所述耦合输出元件均为棱镜、或光栅，所述传输波导元件为平板波导镜片，所述传输波导元件的厚度为1-2mm。
10.根据权利要求9所述的一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，其特征在于，所述耦合输入元件和所述耦合输出元件均为全息光栅，所述传输波导元件为衍射型平板波导镜片。

说明书全文

一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备

技术领域

[0001] 本实用新型涉及液晶显示屏技术领域，尤其涉及一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备。

背景技术

[0002] 近年来，随着计算能力、微显示光学、传感技术以及AI(人工智能)技术的发展进步，使得发源于飞行员作战辅助的头盔显示系统，得以能够实现低功耗、轻薄化，成为一种可穿戴智能设备，一种基于增强现实技术(Augmented Reality)的智能眼镜。AR眼镜通过对现实世界的感知、计算产生与之匹配的虚拟信息或者图像，通过光学显示系统与现实世界叠加，以此来增加用户对现实世界感知。AR眼镜能够释放人的双手，广泛认为适用于工业制造、快递物流、培训教育、医疗、交通以及军事等行业，人们通过AR眼镜将数字信息可视化，可以进行远程的协作和辅助，提升工作效率、便利性，降低人力和运维成本；同时，AR眼镜也能应用于游戏、事件直播、运动直播等，提供沉浸、虚实融合的视听感受，丰富人们的生活、娱乐。AR眼镜涉及到环境识别，跟踪与定位，三维注册与建模，图像渲染，投影显示等关键技术。

[0003] 一般AR眼镜系统主要由定位与传感系统，图像处理与计算，图像显示与投影系统，显示光学系统，输入与控制系统，连接与传输系统等组成。传感系统主要由IMU(惯性测量单元)，包括陀螺仪、加速度计、重力计、磁力计等传感器件，麦克、喇叭音频器件，以及多种的光学摄像头所构成，实现定位、跟踪和环境识别的功能，配合独有的三维模型重构算法，快速建立环境的虚拟三维模型数据，用于位置等地图信息读取、图像渲染等处理。

[0004] AR眼镜光学系统是其核心技术之一，其性能不但影响图像处理模块的成像效果，包括FOV(视场角)，解析度、亮度以及色彩等体验，还与智能眼镜的体积大小，重量等佩戴体验有着密切的关系。AR眼镜光学系统包括了图像处理模块、传输部件、以及显示镜片。

[0005] 投影图像处理模块与投影仪的原理相同，但是显示器件尺寸要小得多，成为一个微型投影分支，包括微型OLED、DLP、LCOS等显示器件，甚至还出现新型的硅基OLED、m-LED显示，在显示解析度、尺寸方面发展迅速。微型投影器件产生的图像，经由光学传输部件耦合、传输，最后通过显示镜片进入人眼。当前行业常见的显示技术方案主要包括棱镜、自由曲面棱镜(TIR)、自由反射镜片，平板波导等。

[0006] 光学系统在设计时需要综合考虑视场角、亮度等视觉体验，色彩、像差和畸变等图像质量参数，以及体积、重量等佩戴体验，同时还必须兼顾成本因素。棱镜、自由曲面棱镜方案目前比较成熟，可获得性较好，成本也较低，但是因受到厚度因素的约束难以实现比较大视场角，图像显示的环境下观看体验较差。自由反射方案实现简单、成本较低，视场、光效率也都比较高，但外形尺寸大，设备比较笨重。平板方案又可以根据耦合方式的不同，分为反射式、衍射式两种，具备轻薄的特点，能够实现与日常眼镜相近的外形更容易被消费者接受，同时也可以获得比较大的视场角，但是由于设计、工艺复杂和成熟度较低，成本和可获得性尚存在一定瓶颈。

[0007] 因此，现有技术存在不足，需要改进。实用新型内容

[0008] 本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备。

[0009] 本实用新型的技术方案如下：提供一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，包括：眼镜主体、设于眼镜主体前端的传输波导模块、设于所述传输波导模块上方且与所述传输波导模块位于同一平面的投影光学模块、设于所述眼镜主体靠近所述传输波导模块的红外传感模块、及设于所述眼镜主体上的图像处理模块。所述红外传感器模块及所述投影光学模块均与所述图像处理模块信号连接。所述红外传感模块，能够感知环境并成像，将图像传输至所述图像处理模块；所述图像处理模块，进行图像处理，并将处理后的图像传输至所述投影光学模块；所述投影光学模块，将采集到的图像实时投影至所述传输波导模块；所述传输波导模块，将接收到的图像进行传导并出射到人眼。

[0010] 进一步地，所述红外传感模块包括：感应芯片、镜头、及红外LED 光源。

[0011] 进一步地，所述感应芯片为CMOS图像传感器，或CCD图像传感器，或非制冷阵列铟嫁砷、碲镉汞化合物半导体芯片，所述感应芯片的响应波段为780～1550nm的近红外波段，所述感应芯片的分辨率≥640×320 像素。

[0012] 进一步地，所述红外LED光源的发光波长为940nm，所述红外LED光源的射程为≤5m。

[0013] 进一步地，所述图像处理模块为图像处理芯片。

[0014] 进一步地，所述投影光学模块包括：投影光学芯片、及透镜，所述投影光学模块的发射光亮度范围为2000-4000nit。

[0015] 进一步地，所述投影光学芯片为LCOS芯片或OLED芯片，所述透镜为非球面透镜。

[0016] 进一步地，所述传输波导模块包括：传输波导元件、耦合输入元件、耦合输出元件，所述耦合输入元件设于所述传输波导元件靠近所述投影光学模块一端，所述耦合输出元件设于所述传输波导元件的另一端。

[0017] 进一步地，所述耦合输入元件和所述耦合输出元件均为棱镜、或光栅，所述传输波导元件为平板波导镜片，所述传输波导元件的厚度为1-2mm。

[0018] 进一步地，所述耦合输入元件和所述耦合输出元件均为全息光栅，所述传输波导元件为衍射型平板波导镜片。

[0019] 采用上述方案，本实用新型智能眼镜设备结构简单，整体轻薄，体积小，设计精巧，应用范围广；通过智能眼镜设备，能够实现在弱光、甚至黑暗条件下对周边环境的可视，红外传感模块的设计能够增强人体在弱光、黑暗环境下的视觉感知功能，对弱视人群，弱光及昏暗环境下工作的人群，具有很好的辅助作用。附图说明

[0020] 图1为本实用新型基于红外传感的夜视智能眼镜设备的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

[0022] 请参阅图1，本实用新型提供一种基于红外传感的夜视智能眼镜设备，包括：眼镜主体1、设于眼镜主体1前端的传输波导模块2、设于所述传输波导模块2上方且与所述传输波导模块2位于同一平面的投影光学模块3、设于所述眼镜主体1靠近所述传输波导模块2的红外传感模块4、及设于所述眼镜主体1上的图像处理模块5。所述红外传感器模块4及所述投影光学模块3均与所述图像处理模块5信号连接。

[0023] 所述红外传感模块4，能够感知环境并成像，将图像传输至所述图像处理模块5。所述红外传感模块4包括：感应芯片、镜头、及红外LED光源。具体地，本实施例中所述感应芯片可以为CMOS图像传感器，或CCD图像传感器，或非制冷阵列铟嫁砷、碲镉汞化合物半导体芯片。具体地，本实施例中所述感应芯片的响应波段为780～1550nm的近红外波段，所述感应芯片的分辨率≥640×320像素，所述红外LED光源的发光波长为940nm。所述红外LED光源将光线通过所述镜头照射到前方的环境物体上，光线经物体反射再通过所述镜头进入到所述感应芯片并成像，具体地，本实施例中所述红外LED光源的光学射程最远为5m。

[0024] 所述图像处理模块5，能够从所述红外传感模块4接收到图像，并将图像进行图像处理，同时将处理后的图像传输至所述投影光学模块3，现有技术中能够实现上述功能的图像处理技术均可满足本实用新型的需求。具体地，本实施例中所述图像处理模块5为图像处理芯片。

[0025] 所述投影光学模块3，能够接收所述图像处理模块5传输的图像。将采集到的图像实时投影至所述传输波导模块2。所述投影光学模块3包括：投影光学芯片、及透镜。具体地，本实施例中，所述投影光学模块3的发射光亮度范围为2000-4000nit。具体地，本实施例中，所述投影光学芯片将采用LCOS芯片或OLED芯片。LCOS即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置，具有低廉的成本、全面超越的性能、同时还更加节能环保。OLED又称为有机电激光显示、有机发光半导体，具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点，但价格要比液晶显示装置贵。具体地，本实施例中，所述透镜为非球面透镜，这种透镜，具有更佳的曲率半径，可以维持良好的像差修正，能够对出射光进行光学准直，以获得所需要的性能。非球面透镜的应用，带来出色的锐度和更高的分辨率，同时使镜头的小型化设计成为了可能。

[0026] 所述传输波导模块2，能够接收由所述投影光学模块3投射的图像并将图像进行传导出射到人眼。所述传输波导模块2包括：传输波导元件、耦合输入元件、及耦合输出元件，所述耦合输入元件设于所述传输波导元件靠近所述投影光学模块一端，所述耦合输出元件设于所述传输波导元件的另一端。具体地，本实施例中，所述耦合输入元件和所述耦合输出元件均为棱镜、或光栅，较优地，所述耦合输入元件和所述耦合输出元件均为全息光栅。具体地，本实施例中，所述传输波导元件为平板波导镜片，优选衍射型平板波导镜片，所述传输波导元件的厚度为1-2mm。所述平板波导镜片为高折射率玻璃材质，所述耦合输入元件及所述耦合输出元件均采用光栅结构，能够实现对投影的二维扩展出瞳的作用，进一步采用全息光栅技术，集成透镜功能优化MTF(调制传递函数)，减小所述传输波导模块2的体积和重量，便于应用于智能眼镜设备上。

[0027] 使用时，所述红外传感模块4采集到环境图像，并传输至所述图像处理模块5进行图像处理，处理后的图像传输至所述投影光学模块3实时投影至到所述传输波导模块2，图像经过所述传输波导模块2的传导最后将投影的光学偏转后出射入人眼，并与透射来自真实环境的图像进行叠加，呈现在人眼中。佩戴者在光线较暗的环境下仍然可以观看到所述红外传感模块4所采集的图像，达到弱光或者夜间可视的目的，提升安全性、便利性，可应用于夜间巡检、弱光环境作业、夜间骑行等场景。

[0028] 综上所述，本实用新型智能眼镜设备结构简单，整体轻薄，体积小，设计精巧，应用范围广；通过智能眼镜设备，能够实现在弱光、甚至黑暗条件下对周边环境的可视，红外传感模块的设计能够增强人体在弱光、黑暗环境下的视觉感知功能，对弱视人群，弱光及昏暗环境下工作的人群，具有很好的辅助作用。

[0029] 以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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