CN107942512A - 一种光调节单元、光调节器件及头戴显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光调节单元、光调节器件及头戴显示装置，所述光调节单元包括透明基板；设置在所述透明基板上方的光学工作板和电控伸缩器件，与所述电控伸缩器件连接的电极；所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。本发明实施例提供了一种新的对外界环境光进行调节的方式，在光调节单元的光通道处于开启状态时，外界环境光能够进入人眼，使得用户可以观察到外界的环境，由于光调节单元对外界环境光的损耗较低，从而提高用户看到的真实物理环境的视觉效果；进一步，在光调节单元的光通道处于关闭状态时，外界环境光被阻挡，无法进入人眼，从而实现对外界环境光的调节。

Description

一种光调节单元、光调节器件及头戴显示装置

技术领域

本发明涉及增强现实领域，尤其涉及一种光调节单元、光调节器件及头戴显示装置。

背景技术

增强现实(Augmented Reality；AR)，是利用虚拟物体或信息对真实场景进行现实增强的技术。增强现实技术通过计算机系统识别分析及查询检索，将与真实物理环境图像存在关联的文本内容、图像内容或图像模型等虚拟生成的扩展信息或虚拟场景显示在真实物理环境影像中，从而使用户能够获得身处的现实物理环境中的真实物体的标注、说明等相关扩展信息，或者体验到现实物理环境中真实物体的立体的、突出强调的增强视觉效果。

头戴式显示器(Head-mounted displays；HMD)被广泛应用于AR系统中，用以增强用户的视觉沉浸感。其中，光学穿透式HMD就是在AR系统中广泛应用的一种，光学穿透式HMD具备较好的透光性，使用者可以同时观察到HMD中投射的虚拟影像和外界的环境。

现有技术中，为了使用户看到的虚拟图像信息更加真实，光学穿透式HMD需要对外界环境光进行调节，一般来讲，可以通过液晶阵列对外界环境光进行调节，虽然液晶阵列可以对外界环境光起到调节开关的作用，但是液晶阵列由两层偏光片组成，其对外界环境光的损耗较大，使得能够被人眼接收的环境光能量会大大减小，从而影响用户看到的真实物理环境的视觉效果。

可见，现有技术中存在的技术问题为：在通过液晶阵列对外界环境光进行调节时，会导致用户看到的真实物理环境的视觉效果变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种光调节单元、光调节器件及头戴显示装置，用于解决现有技术中存在的在通过液晶阵列对外界环境光进行调节时，会导致用户看到的真实物理环境的视觉效果变差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供一种光调节单元，包括：透明基板；设置在所述透明基板上方的光学工作板和电控伸缩器件，与所述电控伸缩器件连接的电极；所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。

可选的，所述光学工作板包括光学平板或光学曲面板，所述光学工作板的上表面有第一膜层，在入射角在第一角度范围内时，所述第一膜层高透，所述入射角在第二角度范围内时，所述第一膜层高反，所述光学工作板的下表面有第二膜层，所述第二膜层高透，所述入射角为环境光入射到所述光学工作板时的入射角；

所述光调节单元还包括支撑器件；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学工作板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学工作板的下表面相抵接。

可选的，所述电控伸缩器件的伸缩端具有凸起，所述光学工作板的下表面具有与所述凸起匹配的向下倾斜的斜面。

可选的，所述电控伸缩器件为透明压电陶瓷，所述凸起为所述透明压电陶瓷的悬臂。

可选的，所述光学工作板包括上工作板、下工作板、液体和弹性薄膜，所述上工作板呈直角三角形状或者直角梯形状，所述下工作板呈直角梯形状，所述上工作板的斜边和所述下工作板的斜边相对；

所述光调节单元还包括封装外壁，所述弹性薄膜设置在所述下工作板和所述封装外壁之间；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述弹性薄膜抵接；在所述电控伸缩器件伸展，所述弹性薄膜处于形变状态时，所述下工作板的斜边、所述上工作板的斜边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成封闭通道，所述液体位于所述封闭通道内；在所述电控伸缩器件收缩，所述弹性薄膜处于非形变状态时，所述下工作板的上底边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成底部存储空间，所述液体位于所述底部存储空间；

所述上工作板和所述下工作板的折射率相同，所述液体的折射率与所述上工作板的折射率之间的差值小于阈值。

可选的，所述电控伸缩器件位于所述下工作板的下方，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边平行；或

所述电控伸缩器件位于所述下工作板的左侧或右侧，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边垂直。

可选的，所述电控伸缩器件的伸缩端为弧形；或

所述电控伸缩器件还包括活塞结构，所述活塞结构的一端与所述电控伸缩器件的伸缩端连接，另一端与所述弹性薄膜抵接，所述活塞结构的另一端为弧形。

可选的，所述光学工作板包括光学平板、两个弹性元件和液体，所述液体的折射率大于所述光学平板的折射率；

所述光调节单元还包括支撑器件和封装外壁；所述两个弹性元件分别设置在所述光学平板的两端，所述弹性元件的一端与所述光学平板固定连接，另一端与所述封装外壁固定连接；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板的下表面相抵接；所述光学平板、所述弹性元件和所述封装外壁组成封闭空间，所述液体位于所述封闭空间。

可选的，所述光学工作板的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽；或

所述光学工作板的下表面具有半球形凹槽，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凹槽对应的半球形凸起。

可选的，所述电极为透明电极。

本发明实施例第二方面提供一种光调节器件，包括光调节单元阵列，所述光调节单元阵列中的每个光调节单元为第一方面中的任一种光调节单元。

可选的，所述光调节单元阵列中的一个光调节单元与一头戴显示装置的光学通道模块的一个像素光通道对应。

本发明实施例第三方面提供一种头戴显示装置，包括光学通道模块和与所述光学通道模块重叠的光调节器件，其中，所述光调节器件位于所述光学通道模块的远眼侧；

所述光调节器件包括光调节单元阵列，所述光调节单元阵列中的每个光调节单元包括光学工作板、电控伸缩器件和与所述电控伸缩器件连接的电极，所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。

可选的，所述相关光学参数包括环境光入射到所述光学工作板时的入射角和/或所述光学工作板的折射率。

可选的，所述装置还包括主控系统，用于确定所述光调节器件上与所述光学通道模块投射的虚拟图像信息重叠的重叠区域，并生成与所述重叠区域内的光调节单元对应的电信号，所述电信号用于对所述重叠区域内的光调节单元的光学工作板的相关光学参数进行调整，以关闭所述重叠区域内的光调节单元的光通道。

可选的，所述光调节单元阵列中的一个光调节单元与光学通道模块的一个像素光通道对应。

可选的，所述光学工作板包括光学平板，所述光学平板的上表面有第一膜层，在所述入射角在第一角度范围内时，所述第一膜层高透，所述入射角在第二角度范围内时，所述第一膜层高反，所述光学平板的下表面有第二膜层，所述第二膜层高透；

所述光调节单元还包括支撑器件和透明基板；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板的下表面相抵接。

可选的，所述光学平板的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽；或

所述光学平板的下表面具有半球形凹槽，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凹槽对应的半球形凸起。

可选的，所述电控伸缩器件的伸缩端具有凸起，所述光学平板的下表面具有与所述凸起匹配的向下倾斜的斜面。

可选的，所述电控伸缩器件为透明压电陶瓷，所述凸起为所述透明压电陶瓷的悬臂。

可选的，所述光学工作板包括上工作板、下工作板、液体和弹性薄膜，所述上工作板呈直角三角形状或者直角梯形状，所述下工作板呈直角梯形状，所述上工作板的斜边和所述下工作板的斜边相对；

所述光调节单元还包括封装外壁和透明基板，所述弹性薄膜设置在所述下工作板和所述封装外壁之间；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述弹性薄膜抵接；在所述电控伸缩器件伸展，所述弹性薄膜处于形变状态时，所述下工作板的斜边、所述上工作板的斜边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成封闭通道，所述液体位于所述封闭通道内；在所述电控伸缩器件收缩，所述弹性薄膜处于非形变状态时，所述下工作板的上底边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成底部存储空间，所述液体位于所述底部存储空间；

所述上工作板和所述下工作板的折射率相同，所述液体的折射率与所述上工作板的折射率之间的差值小于阈值。

可选的，所述电控伸缩器件位于所述下工作板的下方，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边平行；或

所述电控伸缩器件位于所述下工作板的左侧或右侧，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边垂直。

可选的，所述电控伸缩器件的伸缩端为弧形；或

所述电控伸缩器件还包括活塞结构，所述活塞结构的一端与所述电控伸缩器件的伸缩端连接，另一端与所述弹性薄膜抵接，所述活塞结构的另一端为弧形。

可选的，所述光学工作板包括光学平板、两个弹性元件和液体，所述液体的折射率大于所述光学平板的折射率；

所述光调节单元还包括支撑器件、透明基板和封装外壁；所述两个弹性元件分别设置在所述光学平板的两端，所述弹性元件的一端与所述光学平板固定连接，另一端与所述封装外壁固定连接；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板的下表面相抵接；所述光学平板、所述弹性元件和所述封装外壁组成封闭空间，所述液体位于所述封闭空间。

可选的，所述光学平板的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽；或

所述光学平板的下表面具有半球形凹槽，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凹槽对应的半球形凸起。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本发明实施例提供的光调节单元，包括透明基板；设置在所述透明基板上方的光学工作板和电控伸缩器件，与所述电控伸缩器件连接的电极；所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。通过调整光学工作板的相关光学参数，可以开启或关闭光调节单元的光通道，可见，本发明实施例提供了一种新的对外界环境光进行调节的方式，在光调节单元的光通道处于开启状态时，外界环境光能够进入人眼，使得用户可以观察到外界的环境，由于光调节单元对外界环境光的损耗较低，从而解决现有技术中存在的在通过液晶阵列对外界环境光进行调节时，会导致用户看到的真实物理环境的视觉效果变差的技术问题，提高用户看到的真实物理环境的视觉效果。

进一步，在光调节单元的光通道处于关闭状态时，外界环境光被阻挡，无法进入人眼，从而实现对外界环境光的调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1A和图1B为本发明实施例提供的第一种光调节单元的结构示意图；

图2A为本发明实施例提供的光学平板的示意图；

图2B为本发明实施例提供的光学曲面板的示意图；

图3A和图3B为本发明实施例提供的第一种光调节单元的原理图；

图4A和图4B为本发明实施例提供的光调节单元的凸起和斜面的示意图；

图5为本发明实施例提供的光调节单元的保护罩的示意图；

图6A和图6B为本发明实施例提供的第二种光调节单元的结构示意图；

图7A和图7B为本发明实施例提供的第二种光调节单元的原理图；

图8A和图8B为本发明实施例提供的电控伸缩器件的第二种设置方式的示意图；

图9A和图9B为本发明实施例提供的第三种光调节单元的结构示意图；

图10A和图10B为本发明实施例提供的第三种光调节单元的原理图；

图11为本发明实施例提供的光调节单元阵列的示意图；

图12为本发明实施例提供的头戴显示装置的示意图；

图13A为本发明实施例提供的虚拟图像信息在光学通道模块上所占的区域的示意图；

图13B为本发明实施例提供的光调节器件上与虚拟图像信息重叠的重叠区域的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种光调节单元，如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种可能的光调节单元的示意图。其中，光调节单元包括透明基板100；设置在所述透明基板100上方的光学工作板101和电控伸缩器件102，与所述电控伸缩器件102连接的电极103；所述电控伸缩器件102用于带动所述光学工作板101运动，以调整所述光学工作板101的相关光学参数。

其中，透明基板100可以为透明玻璃基板；光学工作板101可以为由透明材料制成的光学器件，例如：透明玻璃、透明塑料或透明晶体等；电控伸缩器件102为透明器件，例如：透明压电陶瓷或透明压电晶体等；电极103为透明电极，例如：ITO(Indium tin oxide；氧化铟锡)等。

光学工作板101的相关光学参数不同时，光学工作板101对环境光的透过率不同。本发明实施例中，光学工作板101对环境光的透过率高时，则认为该光调节单元的光通道处于开启状态，光学工作板101对环境光的透过率低时，则认为该光调节单元的光通道处于关闭状态，例如：透过率大于85％时，认为光调节单元的光通道处于开启状态，透过率小于30％时，认为光调节单元的光通道处于关闭状态。本发明实施例中，相关光学参数包括以下两种情况，一种情况为：相关光学参数为环境光入射到光学工作板101上时，环境光的入射角。另一种情况为：相关光学参数为光学工作板101的折射率。

接下来，以相关光学参数为光线入射到光学工作板101上时的入射角为例进行说明，假设入射到一个光调节单元上的环境光入射光线的方向不变，则通过电控伸缩器件102调整光学工作板101相对环境光入射光线的相对位置，就可以改变环境光入射到光学工作板101时的入射角。

进一步，如果光学工作板101上镀的膜层的功能为：具有两个角度范围的膜层，分别为第一角度范围和第二角度范围，入射角在第一角度范围内，膜层高透，此时，光调节单元的光通道处于开启状态，环境光能够透过光学工作板101；入射角在第二角度范围内，膜层高反，光调节单元的光通道处于关闭状态。可见，本发明实施例中，通过电控伸缩器件102调整环境光入射到光学工作板101时的入射角，能够使得光调节单元的光通道在开启状态和关闭状态之间切换。

本发明实施例中，膜层高透可以为膜层对环境光的透过率大于第一阈值，例如：假设第一阈值为85％，如果透光率大于85％，则认为膜层对环境光高透，在实际应用中，第一阈值也可以为90％或者95％等。膜层高反可以为膜层对环境光的透过率小于第二阈值，例如：假设第二阈值为15％，如果透光率小于15％，则认为膜层对环境光高反，在实际应用中，第二阈值也可以为10％或者5％等。

从上述方案可以看出，本发明实施例提供了一种新的光调节单元，通过电控伸缩器件102对光学工作板101的相关光学参数进行调整，开启或关闭光调节单元的光通道，由于光调节单元包括透明基板和透明材料制成的光学工作板，因此，光线穿过光调节单元时，外界环境光的损耗较低，从而提高用户看到的真实物理环境的视觉效果，而光调节单元的光通道处于关闭状态时，外界环境光无法被人眼接收，从而实现对外界环境光的调节。

接下来，对本发明实施例中几种可能的光调节单元的实现方式进行说明，在具体实施过程中，不限于以下几种实现方式。

第一种实现方式：如图1A和图1B所示，所述光学工作板101的上下两面组成无焦系统，举例来讲，光学工作板101可以为光学平板，如图2A所示，光学工作板101也可以为具有一定弧度的光学曲面板，如图2B所示。进一步，光学工作板101的上下表面镀有不同的膜层，分别为上表面的第一膜层和下表面的第二膜层，第一膜层的功能为：具有两个角度范围，入射角在第一角度范围内时，所述第一膜层对外界环境光高透，入射角在第二角度范围内时，所述第一膜层对外界环境光高反，所述第二膜层对外界环境光高透。

所述光调节单元还包括支撑器件104，所述支撑器件104的一端固定在所述透明基板100上，另一端与所述光学工作板101转动连接；所述电控伸缩器件102的一端固定在所述透明基板100上，另一端与所述光学工作板101的下表面相抵接。

电极103用于向电控伸缩器件102提供电压，在电控伸缩器件102上加载电压时，电控伸缩器件102将电能转化为机械能并进行伸缩运动，也就是说，电控伸缩器件102在电场作用下带动光学工作板101绕支撑器件104的纵向法线方向ON旋转，而入射到光调节单元上的环境光入射光线的方向不变，从而改变环境光的入射角。

本发明实施例中，假设第一膜层的第一角度范围为(30°，40°)，入射角在第一角度范围内，第一膜层对环境光高透，第二角度范围为(60°，75°)，入射角在第二角度范围内，第一膜层对环境光高反。如图3A和图3B所示，图3A和图3B为本发明实施例提供的第一种光调节单元的原理图，假设在初始时刻，环境光的入射角为35°，第一膜层对环境光高透，该光调节单元21的光通道处于开启状态，光线能够透过光调节单元21；如图3B所示，为了关闭光调节单元的光通道，可以通过电极103向电控伸缩器件102加载电压，使得电控伸缩器件102做伸缩运动，带动光学工作板101旋转，使得环境光入射到光学工作板101时的入射角增大，当入射角增大到第二角度范围内时，例如：环境光的入射角增大为65°时，则第一膜层对环境光高反，该光调节单元的光通道处于关闭状态，光线发生反射，不能够透过光调节单元。

可见，上述方案中，通过在光学工作板101的上下表面镀不同的膜层，并通过电控伸缩器件102的伸缩运动带动光学工作板101旋转，以调整入射光入射到光学工作板101时的入射角，使得入射角位于膜层的不同角度范围内，从而开启或关闭光调节单元的光通道。

在第一种实现方式中，为了使光学工作板101在电控伸缩器件102的带动下旋转，根据一种可能的实施方式，如图4A所示，所述光学工作板101的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件104的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽。在实际应用中，也可以在支撑器件104的上部设置一半球形凸起，相应的，在光学工作板101的下表面设置与该半球形凸起对应的半球形凹槽。在实际应用中，还可以采用其他实施方式，使得光学工作板101能够围绕支撑器件104旋转，本发明对此不做限制。

进一步，为了消除环境光在半球形凸起和半球形凹槽处的光调制，可以在半球形凸起和半球形凹槽处涂覆吸光材料。

本发明实施例中，为了增大光学工作板101的旋转角度a和电控伸缩器件102的伸长量的比值，也就是说，在电控伸缩器件102的伸长量较小时，使得光板工作板101旋转较大的角度，从而节省光调节单元带来的功耗，则根据一种可能的实施方式，如图4A和图4B所示，可以在电控伸缩器件102的伸缩端设置一凸起1021，所述光学工作板101的下表面具有与所述凸起1021匹配的向下倾斜的斜面1011。在实际应用中，所述电控伸缩器件102可以为透明压电陶瓷或者透明压电晶体等，以电控伸缩器件102为透明压电陶瓷为例，则所述凸起1021为所述透明压电陶瓷的悬臂。

进一步，为了消除环境光在凸起1021和斜面1011处的光调制，可以在凸起1021和斜面1011的表面涂覆吸光材料。

在第一种实现方式中，可以在每一个光调节单元上单独覆盖一层透明保护罩，或者在整个光调节单元阵列上覆盖一层透明保护罩107，如图5所示。

第二种实现方式：如图6A和图6B所示，图6A和图6B为本发明实施例提供的第二种光调节单元的结构示意图，所述光学工作板101包括上工作板1012、下工作板1013、液体1014和弹性薄膜1015，所述上工作板1012呈直角三角形状或者直角梯形状，所述下工作板1013呈直角梯形状，所述上工作板2012的斜边和所述下工作板1013的斜边相对。

其中，上工作板1012和下工作板1013可以为由相同的透明材料制成，或者由具有相同或者相近折射率的不同透明材料制成，液体1014的折射率与上工作板1012之间的差值小于阈值，也就是说，液体1014的折射率和上工作板1012的折射率相同或者非常接近。

举例来讲：上工作板1012和下工作板1013可以为bk7玻璃，液体1014可以为浓度为80％的糖水，浓度80％的糖水的折射率约为1.49；又例如：上工作板1012和下工作板1013可以为石英玻璃，液体1014可以为聚苯乙烯，聚苯乙烯的折射率约为1.55。

所述光调节单元还包括封装外壁105，所述电控伸缩器件102的一端固定在所述透明基板100上，另一端与所述弹性薄膜1015抵接；如图6A所示，在所述电控伸缩器件102伸展，所述弹性薄膜1015处于形变状态时，所述下工作板1013的斜边、所述上工作板1012的斜边、所述封装外壁105和所述弹性薄膜1015组成封闭通道106，所述液体1014位于所述封闭通道106内。如图7A所示，图7A为本发明实施例提供的第二种光调节单元的原理图，液体1014充满整个封闭通道106时，由于液体1014、上工作板1012和下工作板1013的折射率相同或者接近，液体1014、上工作板1012和下工作板1013构成平行平板，光调节单元的光通道处于开启状态，光线可以穿透上工作板1012、液体1014和下工作板1013。

如图6B所示，在所述电控伸缩器件102收缩，所述弹性薄膜1015处于非形变状态时，所述下工作板1013的上底边、所述封装外壁105和所述弹性薄膜1015组成底部存储空间，底部存储空间与封闭通道106连通，由于封闭通道106为斜面，注满液体时，封闭通道106的两端具有势差，封闭通道106内的液体1014推动弹性薄膜1015，液体1014落到底部存储空间。此时，在上工作板1012和封闭通道106间形成了大折射率差的分界面，光线被反射回外界环境，光调节单元的光通道处于关闭状态，如图7B所示。

本发明实施例中，为了消除环境光在底部存储空间处的光调制，可以在围成液体存储空间的部分封装外壁上涂覆吸光材料。

可见，上述方案中，通过上工作板1012和下工作板1013形成封闭通道106，封闭通道106内注满液体1014时，液体1014、上工作板1012和下工作板1013的折射率相同或接近，此时，光调节单元的光通道处于开启状态；封闭通道106内的液体1014落到底部存储空间内时，在上工作板1012和封闭通道106间形成了大折射率差的分界面，此时，光调节单元的光通道处于关闭状态，从而通过调整光学工作板101的折射率对光调节单元的光通道通断进行控制。

在第二种实现方式中，电极103用于向电控伸缩器件102提供电压，在电控伸缩器件102上加载电压时，电控伸缩器件102将电能转化为机械能并进行伸缩运动。电控伸缩器件102进行伸缩运动时，能够推动弹性薄膜1015产生形变，本发明实施例中，在弹性薄膜1015处于形变状态时，液体1014位于封闭通道106内，在弹性薄膜1015处于非形变状态时，液体1014位于底部存储空间。

具体的，电控伸缩器件102可以为透明压电陶瓷或者透明压电晶体等。本发明实施例中，一种可能的情况为：如图6A所示，电控伸缩器件102还包括活塞结构1022，活塞结构1022的另一端为弧形，并与弹性薄膜1015抵接；第二种可能的情况为：如图6B所示，电控伸缩器件102与弹性薄膜1015直接抵接，电控伸缩器件102的伸缩端为弧形。

进一步，电控伸缩器件102可以为以下两种设置方式，在实际应用中，不限于以下两种设置方式。

第一种设置方式：如图6A所示，所述电控伸缩器件102位于所述下工作板1013的下方，所述电控伸缩器件102的伸缩方向与所述下工作板1013的直角边平行。电控伸缩器件102向左伸展时，弹性薄膜1015处于形变状态，液体1014位于封闭通道106中；如图6B所示，电控伸缩器件102向右收缩时，弹性薄膜1015处于非形变状态，光调节单元的底部形成与封闭通道106连通的底部存储空间，液体1014落到底部存储空间中。

第二种设置方式：所述电控伸缩器件102位于所述下工作板1013的左侧或右侧，如图8A所示，所述电控伸缩器件102位于所述下工作板1013的左侧，所述电控伸缩器件102的伸缩方向与所述下工作板1013的直角边垂直。电控伸缩器件102向上伸展时，弹性薄膜1015处于形变状态，液体1014位于封闭通道106中；如图8B所示，电控伸缩器件102向下收缩时，弹性薄膜1015处于非形变状态，光调节单元的底部形成与封闭通道106连通的底部存储空间，液体1014落到底部存储空间中。

第三种实现方式：如图9A和图9B所示，所述光学工作板101包括光学平板1016、两个弹性元件1017和液体1018。其中，光学平板1016和弹性元件1017可以由透明材料制成，所述液体1018的折射率大于所述光学平板1016的折射率。

光调节单元还包括支撑器件104和封装外壁105；所述两个弹性元件1017分别设置在所述光学平板1016的两端，所述弹性元件1017的一端与所述光学平板1016固定连接，另一端与所述封装外壁105固定连接；所述支撑器件104的一端固定在所述透明基板100上，另一端与所述光学平板1016转动连接；所述电控伸缩器件102的一端固定在所述透明基板100上，另一端与所述光学平板1016的下表面相抵接；所述光学平板1016、所述弹性元件1017和所述封装外壁105组成封闭空间，所述液体1018位于所述封闭空间。

本发明实施例中，液体1018可以为高折射率液体，也就是说，液体1018的折射率远大于光学平板1016的折射率，当环境光与光学平板1016之间的入射角小于临界角时(临界角为环境光发生全反射的临界角度)，光调节单元的光通道处于开启状态，光线可以透过液体1018和光学平板1016；当环境光与光学平板1016之间的入射角大于等于临界角时，光调节单元的光通道处于关闭状态，光线发生全反射，不能透过光调节单元。

本发明实施例中，电极103用于向电控伸缩器件102提供电压，如图10A所示，在电控伸缩器件102上未加载电压时，光学平板1016和液体1018构成平行平板，光线能够穿过液体1018和光学平板1016。如图10B所示，在电控伸缩器件102上加载电压时，电控伸缩器件102将电能转化为机械能并进行伸缩运动，进而带动光学平板1016做旋转运动，从而增大光线入射到光学平板1016时的入射角，当入射角大于或者等于临界角时，光线发生全反射。

可见，上述方案中，通过在光学平板1016上形成注满液体1018的封闭空间，并通过转动光学平板1016改变光线入射到光学平板1016时的入射角，当入射角小于临界角时，光调节单元的光通道被开启，当入射角大于等于临界角时，光调节单元的光通道被关闭。

进一步，为了使光学平板1016在电控伸缩器件102的带动下旋转，如图9A所示，所述光学平板1016的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件104的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽。在实际应用中，也可以在支撑器件104的上部设置一半球形凸起，相应的，在光学平板1016的下表面设置与该半球形凸起对应的半球形凹槽。在实际应用中，还可以采用其他实施方式，使得光学平板1016能够围绕支撑器件104旋转，本发明对此不做限制。

本发明的另一实施例中，提供一种光调节器件，如图11所示，光调节器件包括光调节单元阵列。

其中，光调节单元阵列中的每个光调节单元21的光通道的状态可以单独被控制。光调节单元阵列中的每个光调节单元21的实现方式已在上述实施例中进行说明，本申请在此不再赘述。

由于光调节器件能够对自身的光通道通断进行调节，因此，光调节器件可以应用在光学穿透式HMD中，如图12所示，图12为光学穿透式HMD的示意图，其中，光学穿透式HMD包括光学通道模块1和光调节器件2，光学通道模块1将光学穿透式HMD发出的光线108投射至人眼，使得用户可以看到光学穿透式HMD中的虚拟图像信息，在光调节器件2的光通道处于开启状态时，真实环境的环境光线109能够穿过光调节器件2和光学通道模块1，被人眼接收，因此，用户可以同时观察到穿透式HMD中投射的虚拟图像信息和外界的真实环境。

其中，光学通道模块1为穿透式HMD的显示组件，穿透式HMD通过光学通道模块1向人眼投射光线，光线代表虚拟图像信息。光调节器件2与光学通道模块1重叠，光调节器件2和光学通道模块1可以为同样的尺寸，或者，光调节器件2的尺寸也可以大于光学通道模块1的尺寸。

光学通道模块1包括多个像素光通道，一个像素光通道可以与一个或多个光调节单元对应，以实现像素级调光，或者多个像素光通道可以与一个光调节单元对应，以通过一个光调节单元实现相邻几个像素光通道的调光。在一种可能的实施方式中，光学通道模块1中的一个光调节单元可以与光调节单元阵列中的一个像素光通道对应，因此，光调节器件2能够对光学通道模块1的每个像素光通道是否透过环境光线进行调节。

从上述方案可以看出，本发明实施例提供了一种新的光调节器件，通过对光调节器件中的光学工作板的相关光学参数进行调整，开启或关闭光调节单元的光通道，由于光调节器件包括透明基板和透明材料制成的光学工作板，因此，光线穿过光调节器件时，外界环境光的损耗较低，从而提高用户看到的真实物理环境的视觉效果，而光调节器件的光通道处于关闭状态时，外界环境光无法被人眼接收，从而使得用户看到的虚拟图像信息更加真实。

本发明的另一实施例中，还提供一种头戴显示装置，如图11和图12所示，包括光学通道模块1和与所述光学通道模块1重叠的光调节器件2，其中，所述光调节器件2位于所述光学通道模块1的远眼侧，即在用户佩戴头戴显示装置时，光学通道模块1位于光调节器件2和人眼之间；所述光调节器件2包括光调节单元阵列，所述光调节单元阵列在上述实施例中已经说明，本申请在此不再赘述。

本发明实施例中，为了增加穿透式HMD投射的虚拟图像的真实性，根据一种可能的实施方式，所述装置还包括主控系统，用于确定光学通道模块1需要投射的虚拟图像信息在光调节器件2上的叠加情况，即叠加区域，然后关闭叠加区域内的所有光调节单元21的光通道，使得与叠加区域对应的外界环境的光线不被人眼接收，达到遮蔽的效果，从而消除外界环境光对HMD投射的虚拟图像信息的影响，使得用户看到的虚拟图像信息更加真实。

具体的，如图13A和图13B所示，其中，矩形框内区域为某一时刻下光学通道模块1所需投射的虚拟图像信息与光调节器件2的重叠区域，重叠区域内的所有光调节单元21为需要关闭光通道的光调节单元。

进一步，主控系统在确定重叠区域后，生成与所述重叠区域内的所有光调节单元21对应的电信号，所述电信号用于对重叠区域内的光调节单元21的光学工作板的相关光学参数进行调整，以关闭所述重叠区域内的所有光调节单元21的光通道，使得重叠区域对应的外界环境视场被遮挡。

具体的，电信号可以通过光调节单元21的电极加载到电控伸缩器件上，从而通过电控伸缩器件带动光调节单元21的光学工作板运动，调整光学工作板的相关光学参数，并且，光调节单元阵列中的每个光调节单元21可以单独控制，具体的控制方式在前述实施例中已经说明，本发明在此不再赘述。

从上述方案可以看出，本发明实施例中，通过对光调节器件中的光学工作板的相关光学参数进行调整，开启或关闭光调节单元的光通道，由于光调节器件包括透明基板和透明材料制成的光学工作板，因此，光线穿过光调节器件时，外界环境光的损耗较低，从而提高用户看到的真实物理环境的视觉效果，而在重叠区域内的光调节单元的光通道处于关闭状态时，重叠区域对应的外界环境视场被遮挡，外界环境光无法被人眼接收，从而使得用户看到的虚拟图像信息更加真实。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本发明实施例提供的光调节单元，包括透明基板；设置在所述透明基板上方的光学工作板和电控伸缩器件，与所述电控伸缩器件连接的电极；所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。通过调整光学工作板的相关光学参数，可以开启或关闭光调节单元的光通道，可见，本发明实施例提供了一种新的对外界环境光进行调节的方式，在光调节单元的光通道处于开启状态时，外界环境光能够进入人眼，使得用户可以观察到外界的环境，由于光调节单元对外界环境光的损耗较低，从而解决现有技术中存在的在通过液晶阵列对外界环境光进行调节时，会导致用户看到的真实物理环境的视觉效果变差的技术问题，提高用户看到的真实物理环境的视觉效果。

进一步，在光调节单元的光通道处于关闭状态时，外界环境光被阻挡，无法进入人眼，从而实现对外界环境光的调节。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (24)

1.一种光调节单元，其特征在于，包括：

透明基板；

设置在所述透明基板上方的光学工作板和电控伸缩器件，与所述电控伸缩器件连接的电极；

所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。

2.如权利要求1所述的光调节单元，其特征在于，所述光学工作板包括光学平板或光学曲面板，所述光学工作板的上表面有第一膜层，在入射角在第一角度范围内时，所述第一膜层高透，所述入射角在第二角度范围内时，所述第一膜层高反，所述光学工作板的下表面有第二膜层，所述第二膜层高透，所述入射角为环境光入射到所述光学工作板时的入射角；

所述光调节单元还包括支撑器件；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学工作板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学工作板的下表面相抵接。

3.如权利要求2所述的光调节单元，其特征在于，所述电控伸缩器件的伸缩端具有凸起，所述光学工作板的下表面具有与所述凸起匹配的向下倾斜的斜面。

4.如权利要求3所述的光调节单元，其特征在于，所述电控伸缩器件为透明压电陶瓷，所述凸起为所述透明压电陶瓷的悬臂。

5.如权利要求1所述的光调节单元，其特征在于，所述光学工作板包括上工作板、下工作板、液体和弹性薄膜，所述上工作板呈直角三角形状或者直角梯形状，所述下工作板呈直角梯形状，所述上工作板的斜边和所述下工作板的斜边相对；

所述光调节单元还包括封装外壁，所述弹性薄膜设置在所述下工作板和所述封装外壁之间；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述弹性薄膜抵接；在所述电控伸缩器件伸展，所述弹性薄膜处于形变状态时，所述下工作板的斜边、所述上工作板的斜边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成封闭通道，所述液体位于所述封闭通道内；在所述电控伸缩器件收缩，所述弹性薄膜处于非形变状态时，所述下工作板的上底边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成底部存储空间，所述液体位于所述底部存储空间；

所述上工作板和所述下工作板的折射率相同，所述液体的折射率与所述上工作板的折射率之间的差值小于阈值。

6.如权利要求5所述的光调节单元，其特征在于，所述电控伸缩器件位于所述下工作板的下方，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边平行；或

所述电控伸缩器件位于所述下工作板的左侧或右侧，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边垂直。

7.如权利要求5所述的光调节单元，其特征在于，所述电控伸缩器件的伸缩端为弧形；或

所述电控伸缩器件还包括活塞结构，所述活塞结构的一端与所述电控伸缩器件的伸缩端连接，另一端与所述弹性薄膜抵接，所述活塞结构的另一端为弧形。

8.如权利要求1所述的光调节单元，其特征在于，所述光学工作板包括光学平板、两个弹性元件和液体，所述液体的折射率大于所述光学平板的折射率；

所述光调节单元还包括支撑器件和封装外壁；所述两个弹性元件分别设置在所述光学平板的两端，所述弹性元件的一端与所述光学平板固定连接，另一端与所述封装外壁固定连接；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板的下表面相抵接；所述光学平板、所述弹性元件和所述封装外壁组成封闭空间，所述液体位于所述封闭空间。

9.如权利要求2或8所述的光调节单元，其特征在于，所述光学工作板的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽；或

所述光学工作板的下表面具有半球形凹槽，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凹槽对应的半球形凸起。

10.一种光调节器件，其特征在于，包括光调节单元阵列，所述光调节单元阵列中的每个光调节单元为如权利要求1-9中任一项所述的光调节单元。

11.如权利要求10所述的光调节器件，其特征在于，所述光调节单元阵列中的一个光调节单元与一头戴显示装置的光学通道模块的一个像素光通道对应。

12.一种头戴显示装置，其特征在于，包括光学通道模块和与所述光学通道模块重叠的光调节器件，其中，所述光调节器件位于所述光学通道模块的远眼侧；

所述光调节器件包括光调节单元阵列，所述光调节单元阵列中的每个光调节单元包括光学工作板、电控伸缩器件和与所述电控伸缩器件连接的电极，所述电控伸缩器件用于带动所述光学工作板运动，以调整所述光学工作板的相关光学参数。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述相关光学参数包括环境光入射到所述光学工作板时的入射角和/或所述光学工作板的折射率。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括主控系统，用于确定所述光调节器件上与所述光学通道模块投射的虚拟图像信息重叠的重叠区域，并生成与所述重叠区域内的光调节单元对应的电信号，所述电信号用于对所述重叠区域内的光调节单元的光学工作板的相关光学参数进行调整，以关闭所述重叠区域内的光调节单元的光通道。

15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述光调节单元阵列中的一个光调节单元与光学通道模块的一个像素光通道对应。

16.如权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学工作板包括光学平板，所述光学平板的上表面有第一膜层，在所述入射角在第一角度范围内时，所述第一膜层高透，所述入射角在第二角度范围内时，所述第一膜层高反，所述光学平板的下表面有第二膜层，所述第二膜层高透；

所述光调节单元还包括支撑器件和透明基板；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板的下表面相抵接。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述光学平板的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽；或

所述光学平板的下表面具有半球形凹槽，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凹槽对应的半球形凸起。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述电控伸缩器件的伸缩端具有凸起，所述光学平板的下表面具有与所述凸起匹配的向下倾斜的斜面。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述电控伸缩器件为透明压电陶瓷，所述凸起为所述透明压电陶瓷的悬臂。

20.如权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学工作板包括上工作板、下工作板、液体和弹性薄膜，所述上工作板呈直角三角形状或者直角梯形状，所述下工作板呈直角梯形状，所述上工作板的斜边和所述下工作板的斜边相对；

所述光调节单元还包括封装外壁和透明基板，所述弹性薄膜设置在所述下工作板和所述封装外壁之间；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述弹性薄膜抵接；在所述电控伸缩器件伸展，所述弹性薄膜处于形变状态时，所述下工作板的斜边、所述上工作板的斜边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成封闭通道，所述液体位于所述封闭通道内；在所述电控伸缩器件收缩，所述弹性薄膜处于非形变状态时，所述下工作板的上底边、所述封装外壁和所述弹性薄膜组成底部存储空间，所述液体位于所述底部存储空间；

所述上工作板和所述下工作板的折射率相同，所述液体的折射率与所述上工作板的折射率之间的差值小于阈值。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述电控伸缩器件位于所述下工作板的下方，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边平行；或

所述电控伸缩器件位于所述下工作板的左侧或右侧，所述电控伸缩器件的伸缩方向与所述下工作板的直角边垂直。

22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述电控伸缩器件的伸缩端为弧形；或

所述电控伸缩器件还包括活塞结构，所述活塞结构的一端与所述电控伸缩器件的伸缩端连接，另一端与所述弹性薄膜抵接，所述活塞结构的另一端为弧形。

23.如权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学工作板包括光学平板、两个弹性元件和液体，所述液体的折射率大于所述光学平板的折射率；

所述光调节单元还包括支撑器件、透明基板和封装外壁；所述两个弹性元件分别设置在所述光学平板的两端，所述弹性元件的一端与所述光学平板固定连接，另一端与所述封装外壁固定连接；所述支撑器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板转动连接；所述电控伸缩器件的一端固定在所述透明基板上，另一端与所述光学平板的下表面相抵接；所述光学平板、所述弹性元件和所述封装外壁组成封闭空间，所述液体位于所述封闭空间。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述光学平板的下表面具有半球形凸起，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凸起对应的半球形凹槽；或

所述光学平板的下表面具有半球形凹槽，所述支撑器件的上部具有与所述半球形凹槽对应的半球形凸起。