CN107966821A - 增强现实眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强现实眼镜，包括：透明显示模组，用于显示图像；导光部件，所述导光部件用于将透明显示模组显示的图像反射至佩戴所述眼镜的用户人眼视角范围内。该眼镜不会对用户侧面的视线造成遮挡，提高用户的使用安全性。

Description

增强现实眼镜

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及增强现实眼镜。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术，也被称之为混合现实技术，其通过图像处理将虚拟的信息应用到真实环境中，可将真实环境的实物和虚拟的信息融合到同一个画面或者是空间中，增加用户观察到物体的维度，具有立体显示效果。

现有的增强现实眼镜，如图1所示，该眼镜包括眼镜框架1，在眼镜框架的侧面设置有显示模组2和光波导元件3，显示模组2用于显示图像，经过光波导元件3将显示模组2显示的图像投射到人眼前方，该图像与人眼看到的真实环境中的实物融合，实现增强现实效果。

但当用户佩戴该增强现实眼镜后，会影响用户人眼在显示模组所在的侧面方向的视线。

发明内容

本发明提供一种增强现实眼镜，以解决相关技术中的不足。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种增强现实眼镜，包括：

眼镜框架；

透明显示模组，设置于所述眼镜框架的侧面，用于显示图像；

导光部件，设置于所述眼镜框架上，所述导光部件用于将透明显示模组显示的图像反射至佩戴所述眼镜的用户人眼视角范围内。

可选的，所述导光部件包括：

半透半反元件，与所述透明显示模组显示图像的面相对设置，用于将透明显示模组显示的图像全反射至导光结构；

导光结构，用于接收经过所述半透半反元件反射后的图像并将其全反射至用户人眼视角范围内。

可选的，所述半透半反元件包括多个半透半反斜面；

其中，所述半透半反斜面与所述透明显示模组的出光方向成预设角度，用于将来自所述透明显示模组的光线全反射至导光结构。

可选的，所述导光结构包括：

第一反射面，所述第一反射面与所述半透半反元件的反射图像的面平行，用于接收经过所述半透半反元件反射后的图像并将其全反射至第二反射面；

第二反射面，所述第二入射面与所述第一反射面呈预设角度设置，所述第二入射面接收第一反射面反射的图像后将其全反射至用户人眼视角范围内。

可选的，所述透明显示模组为液晶显示模组或者有机发光二极管显示模组。

可选的，所述增强现实眼镜还包括：

镜片，其中，所述导光部件将透明显示模组显示的图像反射至所述镜片区域。

可选的，所述增强现实眼镜还包括：

眼镜框架，其中，所述透明显示模组设置在所述眼睛框架的侧面，用于发出沿预设方向偏振的偏振光；

所述半透半反元件为偏振反射膜，用于将所述沿预设方向偏振的偏振光全反射至导光结构。

可选的，所述半透半反元件为衍射光栅。

可选的，所述导光结构采用玻璃材料制作。

可选的，第一反射面和所述第二反射面一体设置。

根据上述实施例可知，该增强现实眼镜，采用的是透明显示模组，由于其是透明的，不会对用户人眼的视线进行遮挡，通常不影响上述所述的人眼的有效视角和诱导视角，并且，由于导光部件也可以透光，因此，将其设置在眼镜上，也不会对用户人眼前方视线(人眼有效视角)造成遮挡，因此，用户佩戴该增强现实眼镜后不仅可以体验增强现实效果，并且，不会对其视线造成遮挡，提高用户的使用安全性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术提供的增强现实眼镜的结构示意图；

图2是相关技术一实施例示出的增强现实眼镜的光路示意图；

图3是根据本发明一实施例示出的增强现实眼镜的结构示意图；

图4是根据本发明一实施例示出的增强现实眼镜的光路示意图；

图5是图4所示实施例中虚线区域的放大示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

人眼可观察到的区域是有限的，并且因人而异，一般而言，映在人眼视网膜上的图像，只有中心部分能分辨清楚，称为分辨视角，约为人眼水平方向15度范围内，人眼水平方向15度到30度之间的范围称为有效视角，人眼能立刻看清物体的存在和动作等，不到需要转动头部才能辨别清楚，但分辨能力已经下降了。超过人眼水平方向30度的左右部分称为诱导视角，俗称眼睛的余光，只能感觉到物体的存在或有动作出现，并不能看清楚是什么物体或什么动作。当人们感觉到有动体或变化的时候，就会把眼珠或头颈转过去，让物体落入分辨视角，诱导视角约为人眼水平方向的30度到100度，不同人之间的差异就更大。

视野按眼球的工作状态可分为：静视野、注视野和动视野三类。静视野是指在头部固定，眼球静止不动的状态下人眼自然可见的范围；注视野是指在头部固定，而转动眼球注视某一中心点时可见的范围；动视野是指头部固定而自由转动眼球时可见的范围。在这三种视野中，注视野范围最小，动视野范围最大。一般以静视野为依据设计视觉显示器等有关部件，以减少人眼的疲劳。

相关技术中提供的增强现实眼镜(以下简称眼镜)包括显示模组10、准直单元11和导光结构12，准直元件11和导光结构12也可称为光波导元件，其光路图如图2所示，显示模组10用于显示图像，显示模组10显示的图像经过准直单元11后进入导光结构12，通过导光结构12将图像反射至用户人眼13前方，该图像与用户人眼观察到的真实环境中的实物融合，实现增强现实效果。

由于显示模组通常设置在眼镜中人眼的侧面，显示模组会影响用户人眼在显示模组所在的侧面方向的视线，基于此，本发明实施例提供一种增强现实眼镜，如图3所示，该眼镜包括：

透明显示模组200，用于显示图像；

导光部件300，用于将透明显示模组200显示的图像反射至佩戴眼镜框架的用户人眼视角范围内，该视角范围可以为上述所述的静视野下的有效视角范围。

眼镜通常包括眼镜框架100，可将上述透明显示模组200和导光部件300均设置在眼镜框架100的侧面或者设置在其他位置均是可以的。

透明显示模组是一种能够显示图像的透明显示器，透明显示器在关闭时，类似一块透明玻璃，当其工作时，观看者不仅能够观看到在显示的图像，同时还能透过显示器观看到显示器后的物体。

透明显示模组可以为液晶显示模组或者是有机发光二极管显示模组，对于液晶显示模组而言，为非自发光的显示器件，利用外界光或者背光源的光进行显示图像，对有机发光二极管显示模组而言，为自发光的显示器，对于实现透明显示的技术，例如可以采用透明度高的材料替代或者去除原来器件中不透明的部分，提高器件的整体透明度以实现透明显示。

导光部件不仅可以透过光线，还可以对透明显示模组显示的图像进行反射，将图像反射至佩戴眼镜的用户人眼视野范围内，用户不仅可以看到真实环境中的实物，还可以看到透明显示模组显示的图像，该图像可与人眼看到的真实环境中的图像融合，实现增强现实效果。

本实施例中采用的是透明显示模组，可以设置在眼镜框架的侧面或其他位置，但是由于其是透明的，将其设置在眼镜上后，不会对用户人眼的视线(特别是侧面方向视线)进行遮挡，通常不影响上述所述的人眼的有效视角和诱导视角，并且，由于导光部件也可以透光，因此，将其设置在眼镜上，也不会对用户人眼前方视线(人眼有效视角)造成遮挡，因此，用户佩戴该增强现实眼镜后不仅可以体验增强现实效果，并且，不会对其视线造成遮挡，提高用户的使用安全性，特别是当用户在户外使用时，不影响用户观察侧面方向的路况等，安全性大幅提升。

在一些例子中，如图4所示，上述的导光部件包括：

半透半反元件301，与透明显示模组200显示图像的面相对设置，用于将透明显示模组200显示的图像全反射至导光结构302；

导光结构302，用于接收经过半透半反元件301反射后的图像并将其全反射至用户人眼400视角范围内。

半透半反元件指即可以对光线进行反射又可以透过光线，其透过率和反射率具有一定比值，当然该比值不一定为1:1，也可以为其他比值，可以根据需要选择具体的比值的半透半反元件。

半透半反元件可以为具有反射层的透明的光学膜层，或者半透半反元件为衍射光栅，衍射光栅指具有多个间距相等的窄狭缝，狭缝之间的间距为光栅常数，通过调整其光栅常数可调整对光线的反射角度，以将图像全反射至导光结构。

半透半反元件与透明显示模组显示图像的面相对设置指，半透半反元件面对透明显示模组显示图像的面，半透半反元件可以与显示图像的面平行或者呈一定角度均可。

导光结构也具有透光效果，不仅可以对图像进行全反射并且可以透过光线，避免对用于人眼实现造成遮挡。

本实施例中，半透半反元件和导光结构对图像进行全反射可减小反射过程中图像的亮度损失，首先通过半透半反元件对图像进行全反射，然后再经过导光结构全反射至用户人眼视角范围内，进入用户人眼中，可使设置在眼镜侧面的透明显示模组显示的图像改变方向后进入用户人眼视角范围内，使用户可以观察到图像。

在一些例子中，例如图5所示，在图4所示实施例的基础上，半透半反元件301可以包含多个半透半反斜面3011；

其中，半透半反斜面3011与透明显示模组的出光方向成预设角度，用于将来自透明显示模组的光线全反射至导光结构。

半透半反斜面3011可以对透明显示模组射出的光线进行全反射，从而变透明显示模组射出的光线的反射角度，使得透明显示模组形成的图像经过该斜面反射后可以在较小的范围内改变方向，一方面可以相对灵活的调整进入用户人眼图像的角度，便于灵活设计图像与用户人眼观察到的真实环境中的实物融合效果，实现更好的增强现实效果，另一方面可以避免透明显示模组形成的图像透过半透半反斜面进入人眼，导致在多个方向上观看到透明显示模组形成的图像而影响观看效果。

半透半反斜面3011还可以透射外界光线(例如从远离透明显示模组出光方向一侧穿过透明显示模组的光线)，从而避免透明显示模组和半透半反元件遮挡用户的视线。

在一个可选的实施方式中，如图4所示，所述导光结构302包括：

第一反射面3021，第一反射面3021与半透半反元件301的反射图像的面平行，用于接收经过半透半反元件301反射后的图像并将其全反射至第二反射面3022；

第二反射面3022，第二反射面3022与第一反射面3021呈预设角度设置，第二反射面3022接收第一反射面3021反射的图像后将其全反射至用户人眼400视角范围内。

本实施例中，导光结构包括两个反射面，经过两次全反射后将透明显示模组显示的图像反射至用于人眼视角范围内，设置两个反射面经过两次反射可以更大范围的改变图像的反射方向，有利于将图像反射至用户人眼的正前方，即人眼的分辨视角范围内，使用户可以更好地视角观察图像。

当然，导光结构也可以为其他结构，例如包括一个或者若干个反射面，经过一次或者若干次反射后将图像反射至用户人眼视角范围内也是可行的。

导光结构可以采用玻璃材料制作，玻璃具有较好的透光性，可提高反射图像的透过率，减少图像的亮度损失，可通过对玻璃进行加工，加工成一定形状，然后通过设置反射面即可作为导光结构，例如在对玻璃加工过程中，设置一平面，并在平面上设置反射层，作为第一反射面；设置另一平面，该面与第一反射面呈一定角度，并在该平面上设置反射层，作为第二反射面。或者是通过两块玻璃材料制作的导光结构，其中一块玻璃材料的具有第一反射面，另一块玻璃材料具有第二反射面。

较佳的第一反射面和第二反射面一体设置，即第一反射面和第二反射面集成设置一块材料中，例如，第一反射面和第二反射面均设置在一块玻璃材料制作的导光结构中，可以提高眼镜的集成度，简化眼镜结构。

在一些例子中，眼镜框架上设置有镜片，导光部件将透明显示模组显示的图像反射至镜片区域。

镜片位于眼镜框架上位于用户人眼所在位置，镜片可以为平面镜片或者可以用于矫正近视或者远视的镜片。

通过设置镜片可满足不同用户的需求，例如，具有近视或远视的用户，方便用户使用，并且，透光光学微结构将图像反射至镜片区域，也就是用户人眼正前方视线范围内，在人眼有效视角范围内，有利于用户观察图像，减低用户的人眼观察图像的疲劳度，有助于实现更好的增强现实效果。

在一些例子中，如图3和图4所示，增强现实眼镜还包括：

眼镜框架100，其中，透明显示模组200设置在眼睛框架100的侧面，用于发出沿预设方向偏振的偏振光；

半透半反元件301为偏振反射膜，用于将沿预设方向偏振的偏振光全反射至导光结构302。

由于外界光线穿过透明显示模组后，也会照射在半透半反元件上，如果半透半反元件还将外界光线反射至用户眼睛，那么将会导致透明显示模组的图像与来自眼睛框架的侧面的环境中的图像叠加显示，影响观看效果。

通过设置透明显示模组发出沿预设方向偏振的偏振光，以及将半透半反元件设置为偏振反射膜，使得半透半反元件可以将透明显示模组发出的沿预设方向偏振的偏振光全反射至导光结构，而对于穿过透明显示模组的外界光线，由于是非偏振光，因此不会被偏振反射膜所反射，而是会直接透射过偏振反射膜，从而避免透明显示模组的图像与来自眼睛框架的侧面的环境中的图像叠加显示，有利于保证观看效果。

另外，眼镜框架的材料可以为塑料或者树脂，与金属相比塑料或者树脂材料较轻，并且不容易损坏，不仅方便用户佩戴，且可以提高眼镜的使用寿命。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种增强现实眼镜，其特征在于，包括：

透明显示模组，用于显示图像；

导光部件，用于将透明显示模组显示的图像反射至佩戴所述眼镜的用户人眼视角范围内。

2.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述导光部件包括：

半透半反元件，与所述透明显示模组显示图像的面相对设置，用于将透明显示模组显示的图像全反射至导光结构；

导光结构，用于接收经过所述半透半反元件反射后的图像并将其全反射至用户人眼视角范围内。

3.根据权利要求2所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述半透半反元件包括多个半透半反斜面；

其中，所述半透半反斜面与所述透明显示模组的出光方向成预设角度，用于将来自所述透明显示模组的光线全反射至导光结构。

4.根据权利要求2所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述导光结构包括：

第一反射面，所述第一反射面与所述半透半反元件的反射图像的面平行，用于接收经过所述半透半反元件反射后的图像并将其全反射至第二反射面；

第二反射面，所述第二入射面与所述第一反射面呈预设角度设置，所述第二入射面接收第一反射面反射的图像后将其全反射至用户人眼视角范围内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述透明显示模组为液晶显示模组或者有机发光二极管显示模组。

6.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实眼镜，其特征在于，还包括：

镜片，其中，所述导光部件将透明显示模组显示的图像反射至所述镜片区域。

7.根据权利要求2-4任一项所述的增强现实眼镜，其特征在于，还包括：

眼镜框架，其中，所述透明显示模组设置在所述眼睛框架的侧面，用于发出沿预设方向偏振的偏振光；

所述半透半反元件为偏振反射膜，用于将所述沿预设方向偏振的偏振光全反射至导光结构。

8.根据权利要求2-4任一项所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述半透半反元件为衍射光栅。

9.根据权利要求2-4任一项所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述导光结构采用玻璃材料制作。

10.根据权利要求4所述的增强现实眼镜，其特征在于，第一反射面和所述第二反射面一体设置。