CN108267856A - 一种增强现实头戴显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强现实头戴显示设备，其特征在于，包括光纤扫描器阵列、第一目镜镜组、光波导、物镜镜组、导光镜组、空间光调制器和第二目镜镜组。由于已经遮挡了外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实领域，尤其涉及一种增强现实头戴显示设备。
背景技术
增强现实(英文：Augmented Reality；简称：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。增强现实技术通常基于摄像头等图像采集设备获得的真实物理环境影像，通过计算机系统识别分析及查询检索，将与之存在关联的文本内容、图像内容或图像模型等虚拟生成的增强图像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。
但是，在将增强图像显示在在真实物理环境影像中的时候，由于没有对增强图像所覆盖的真实物理环境对应的光线进行遮挡，所以该部分光线仍然会进入人眼，若该部分光线较强，则会使得增强图像所在区域的对比度较低，导致用户无法识别出该增强图像的内容，或者识别效果较差，最终导致增强现实技术提供给用户的视觉体验较差。
因此，现有技术存在因增强现实技术没有遮挡增强图像覆盖的真实物理环境对应的光线，而导致增强现实技术提供给用户的视觉体验较差的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种增强现实头戴显示设备，用以解决现有技术中存在的因增强现实技术没有遮挡增强图像覆盖的真实物理环境对应的光线，而导致增强现实技术提供给用户的视觉体验较差的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供了增强现实头戴显示设备，其特征在于，包括光纤扫描器阵列、第一目镜镜组、光波导、物镜镜组、导光镜组、空间光调制器和第二目镜镜组；
所述光纤扫描器阵列出射的光线经过所述第一目镜镜组后入射至所述光波导，再从所述光波导出射后进入人眼；
外界光线依次通过所述物镜镜组和所述导光镜组入射到所述空间光调制器上，所述空间光调制器对外界光线进行调制，以遮挡需要根据所述光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分，经过所述空间光调制器调制后再经过所述第二目镜镜组后入射至所述光波导，再从所述光波导出射后进入人眼。
可选地，所述光纤扫描器阵列包括多个光纤扫描器，所述光纤扫描器阵列能够构造具有不同深度的图像。
可选地，所述导光镜组包括平面反射镜和偏振型分光镜；
所述平面反射镜将从所述物镜镜组出射的光线反射至所述偏振型分光镜；
被所述平面反射镜反射的光线透射过所述偏振型分光镜且入射至所述空间光调制器，所述偏振型分光镜将从所述空间光调制器出射的光线反射至所述第一目镜镜组。
可选地，所述导光镜组包括偏振型分光镜、半波片和检偏器；
所述偏振型分光镜将从所述物镜镜组出射的光线反射至所述空间光调制器，以及将被所述空间光调制器调制的光线透射至所述半波片，以及将从所述半波片出射的光线反射后经过所述检偏器再入射至所述第二目镜镜组；
所述半波片将从所述偏振型分光镜透射的光线进行偏振转换，并反射至所述偏振型分光镜。
可选地，所述偏振型分光镜为P偏振可透S偏振可反平面镜或P偏振可反 S偏振可透平面镜。
可选地，所述空间光调制器用于对光线的偏振状态进行转换。
可选地，所述半波片远离所述偏振型分光镜的一面涂覆有反射膜，或者所述半波片远离所述偏振型分光镜的一侧设置有平面反射镜。
可选地，所述导光镜组包括平面反射镜和半透半反平面镜；
所述平面反射镜从所述物镜镜组出射的光线反射至所述半透半反平面镜；
从所述物镜镜组出射的光线透射过所述半透半反平面镜的光线入射至所述空间光调制器，以及所述半透半反平面镜将被所述空间光调制器调制的光线反射至所述第二目镜组。
可选地，所述空间光调制器为反射型空间光调制器，所述反射型空间光调制器的反射率能够被控制以不反射来自需要根据所述光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线。
可选地，所述空间光调制器为透射型空间光调制器，所述透射型空间光调制器的透射率能够被控制以透射来自需要根据所述光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线。
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：
由于已经遮挡了外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
附图说明
图1为本发明实施例提供的增强现实头戴显示设备的第一种实现方式和第二种实现方式的结构图；
图2为本发明实施例提供的增强现实头戴显示设备的第三种实现方式和第二种实现方式的结构图。
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。
本发明实施例提供一种增强现实头戴显示设备，用以解决现有技术中存在的因增强现实技术没有遮挡增强图像覆盖的真实物理环境对应的光线，而导致增强现实技术提供给用户的视觉体验较差的技术问题。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的增强现实头戴显示设备的第一种实现方式的结构图，如图1所示，该增强现实头戴显示设备包括光纤扫描器阵列101、第一目镜镜组102、光波导103、物镜镜组104、导光镜组105、空间光调制器106和第二目镜镜组107；箭头为光线传播方向，光纤扫描器阵列101 出射的光线经过第一目镜镜组102后入射至光波导103，再从光波导103出射后进入人眼；
外界光线依次通过物镜镜组104和导光镜组105入射到空间光调制器106 上，空间光调制器106对外界光线进行调制，以遮挡需要根据光纤扫描器阵列 101出射的光线进行遮挡的部分，经过空间光调制器106调制后再经过第二目镜镜组107后入射至光波导103，再从光波导103出射后进入人眼。
可以看出，由于通过空间光调制器对外界光线进行调制，实现了遮挡了需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分的目的，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
先介绍光纤扫描器阵列101向人眼输出增强图像的过程。
在具体实施过程中，光纤扫描器阵列101包括多个光纤扫描器，光纤扫描器阵列101能够构造具有不同深度的图像，也即光场图像，具体来讲，光纤扫描器阵列101包括多个独立的光纤扫描器，增强现实头戴显示设备可以根据待显示的增强图像，对每个光纤扫描器的扫描参数进行控制，以通过多个光纤扫描器向空间中扫描增强图像对应的光线，使得这些光线进入人眼时，看起来就像是真实物体发出的光。
这样，光纤扫描器阵列101构造的具有不同深度的图像再经过第一目镜镜组102后，即能够入射至光波导103中，再从光波导103中出射后即能够进入人眼，从而使得用户获得增强图像的视觉体验。
在接下来的部分中，将介绍外界光线进入人眼的过程。
在实际应用中，第一目镜镜组102、光波导103、物镜镜组104、空间光调制器106和第二目镜镜组107均可以采用现有技术中的器件，具体性能参数根据实际情况选择即可，在此不做限制。
请继续参考图1，导光镜组105包括平面反射镜1051和偏振型分光镜1052；
如图1所示，平面反射镜1051将从物镜镜组104出射的光线反射至偏振型分光镜1052；
如图1所示，被平面反射镜反射的光线透射过偏振型分光镜且入射至空间光调制器106，偏振型分光镜1052将从空间光调制器106出射的光线反射至第二目镜镜组107。
在具体实施过程中，偏振型分光镜1052具体为P偏振可透S偏振可反平面镜或P偏振可反S偏振可透平面镜，在实际应用中，可以根据实际情况选择合适类型的偏振型分光镜，在此不做限制。在本实施例中，将以偏振型分光镜 1052具体为P偏振可透S偏振可反平面镜为例，来介绍本发明实施例中的技术方案。
请继续参考图1，外界光线一般包括S偏振光和P偏振光，外界光线在通过物镜镜组104后，S偏振光和P偏振光均会入射到平面反射镜1051上，平面反射镜1051即会将S偏振光和P偏振光反射至偏振型分光镜1052，由于偏振型分光镜1052具体为P偏振可透S偏振可反平面镜，所以外界光线中的S 偏振光会被反射，而P偏振光会透射过偏振型分光镜1052到空间光调制器106 上。
空间光调制器106能够对光线的偏振状态进行转换，例如，可以将P偏振光转换为S偏振光，也可以将S偏振光转换为P偏振光，当然了，也可以选择不进行转换，在本实施例中，空间光调制器106不转换需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，保持其为P偏振光，而将这部分之外的其他光线的偏振状态由P偏振光调制为S偏振光，这样，从空间光调制器 106出射的光线包括P偏振光和S偏振光，其中P偏振光为需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的外界光线，S偏振光为不需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的外界光线。需要说明的是，空间光调制器106对光线的偏振状态进行调整时是像素级别的。
从空间光调制器106出射的光线再入射到偏振型分光镜1052之后，P偏振光会透射过偏振型分光镜1052，S偏振光会被反射至第二目镜镜组107中，即能够再通过光波导103进入人眼，也就是说，外界光线中需要根据光纤扫描器阵列101出射的光线进行遮挡的部分对应的光线不会再进入人眼，不需要根据光纤扫描器阵列101出射的光线进行遮挡的部分对应的光线仍然会进入人眼。
这样，结合前述部分的介绍的光纤扫描器阵列输出的增强图像，由于已经遮挡了外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
在接下来的部分中，将介绍本发明实施例提供的增强现实头戴显示设备的第二种实现方式。
在增强现实头戴显示设备的第二种实现方式中，光纤扫描器阵列101、第一目镜镜组102、光波导103、物镜镜组104以及第二目镜镜组107与增强现实头戴显示设备的第一种实现方式中的相同器件一致，在此就不再赘述了。
请继续参考图1，在本实施例中，导光镜组105具体包括平面反射镜1051 和半透半反平面镜1052，平面反射镜1051从物镜镜组出射的光线反射至半透半反平面镜1052；
从物镜镜组出射的光线透射过半透半反平面镜1052的光线入射至空间光调制器，以及半透半反平面镜1052将被空间光调制器106调制的光线反射至第二目镜组107。
具体来讲，外界光线经过物镜镜组104后入射到平面反射镜1051上，被平面反射镜1051反射至半透半反平面镜1052，外界光线一部分被反射至远离第二目镜组107的一侧，另一部分透射过半透半反平面镜1052并入射到空间光调制器106。
在增强现实头戴显示设备的第二种实现方式中，空间光调制器106有两种可能的结构，一种是反射型空间光调制器，该反射型空间光调制器的反射率能够被控制以不反射来自需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，另一种是透射型空间光调制器，透射型空间光调制器的透射率能够被控制以透射来自需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线。需要说明的是，空间光调制器106在进行反射率调整或者透射率调整时均是像素级别的调整。
从空间光调制器106出射的光线再入射到半透半反平面镜1052上之后，一部分光线会透射过半透半反平面镜1052，另一部分光线会被反射至第二目镜镜组107中，即能够再通过光波导103进入人眼，也就是说，外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线不会再进入人眼，不需要根据光纤扫描器阵列101出射的光线进行遮挡的部分对应的光线仍然会进入人眼。
这样，结合光纤扫描器阵列输出的增强图像，由于已经遮挡了外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
在接下来的部分中，将介绍本发明实施例提供的增强现实头戴显示设备的第三种实现方式。
请参考图2，图2为本发明实施例提供的增强现实头戴显示设备的第三种实现方式的结构图，如图2所示，增强现实头戴显示设备包括光纤扫描器阵列 201、第一目镜镜组202、光波导203、物镜镜组204、导光镜组205、空间光调制器206和第二目镜镜组207；箭头为光线传播方向，光纤扫描器阵列201 出射的光线经过第一目镜镜组202后入射至光波导203，再从光波导203出射后进入人眼；
外界光线依次通过物镜镜组204和导光镜组205入射到空间光调制器206 上，空间光调制器206对外界光线进行调制，以遮挡需要根据光纤扫描器阵列 201出射的光线进行遮挡的部分，经过空间光调制器206调制后再经过第二目镜镜组207后入射至光波导203，再从光波导203出射后进入人眼。
在增强现实头戴显示设备的第三种实现方式中，光纤扫描器阵列201、第一目镜镜组202、光波导203、物镜镜组204、空间光调制器206以及第二目镜镜组207与增强现实头戴显示设备的第一种实现方式中的相同器件一致，在此就不再赘述了。
在具体实施过程中，请参考图2，如图2所示，该导光镜组205包括偏振型分光镜2051、半波片2052和检偏器2053；偏振型分光镜2051将从物镜镜组204出射的光线反射至空间光调制器206，以及将被空间光调制器206调制的光线透射至半波片2052，以及从将被半波片2052出射的光线反射后经过检偏器再入射至第二目镜镜组207；半波片2052将从偏振型分光镜2051透射的光线进行偏振转换，并反射至偏振型分光镜2051。
在接下来的部分中，同样以偏振型分光镜2051具体为P偏振可透S偏振可反平面镜为例来进行介绍。
请继续参考图2，外界光线一般包括S偏振光和P偏振光，外界光线在通过物镜镜组204后，S偏振光和P偏振光均会入射至偏振型分光镜2051，由于偏振型分光镜2051具体为P偏振可透S偏振可反平面镜，所以外界光线中的 S偏振光会被反射至空间光调制器206，而P偏振光会透射过偏振型分光镜2051 至检偏器2053，并且被检偏器2053阻挡，在本实施例中，检偏器2053被设置为阻挡P偏振光而通过S偏振光。
空间光调制器206能够对光线的偏振状态进行转换，具体可以是不转换需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，保持其为P偏振光，而将这部分之外的其他光线的偏振状态由P偏振光调制为S偏振光，这样，从空间光调制器206出射的光线包括P偏振光和S偏振光，其中P偏振光为需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的外界光线，S偏振光为不需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的外界光线。当然了，空间光调制器206对光线的偏振状态进行调整时也是像素级别的。
从空间光调制器206出射的光线再入射到偏振型分光镜2051之后，S偏振光会被反射至远离检偏器2053的一侧，P偏振光会透射过偏振型分光镜2051 至半波片2052，半波片2052会将P偏振光转换为S偏振光并反射至偏振型分光镜2051，当然了，半波片205可以通过两种方式来反射转换后的S偏振光，一种是在半波片2052上远离偏振型分光镜2051的一面涂覆反射膜，另一种是在半波片2052远离偏振型分光镜2051的一侧设置平面反射镜，在此不做限制。
由于偏振型分光镜2051为具体为P偏振可透S偏振可反平面镜，因此，S 偏振光会被反射至检偏器2053，由于检偏器2053被设置为阻挡P偏振光而通过S偏振光，因此S偏振光能够透射过检偏器2053至第二目镜镜组207中，即能够再通过光波导103进入人眼，外界光线中需要根据光纤扫描器阵列201 出射的光线进行遮挡的部分对应的光线不会再进入人眼，不需要根据光纤扫描器阵列201出射的光线进行遮挡的部分对应的光线仍然会进入人眼。
这样，结合光纤扫描器阵列输出的增强图像，由于已经遮挡了外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
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：
由于已经遮挡了外界光线中需要根据光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线，所以被遮挡的部分对应的光线即不会再进入人眼，也就不会影响光纤扫描器阵列输出的增强图像的对比度，使得用户能够很容易地识别出增强图像中的内容，提高了增强现实技术给用户的视觉体验。
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 (10)
1.一种增强现实头戴显示设备，其特征在于，包括光纤扫描器阵列、第一目镜镜组、光波导、物镜镜组、导光镜组、空间光调制器和第二目镜镜组；
所述光纤扫描器阵列出射的光线经过所述第一目镜镜组后入射至所述光波导，再从所述光波导出射后进入人眼；
外界光线依次通过所述物镜镜组和所述导光镜组入射到所述空间光调制器上，所述空间光调制器对外界光线进行调制，以遮挡需要根据所述光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分，经过所述空间光调制器调制后再经过所述第二目镜镜组后入射至所述光波导，再从所述光波导出射后进入人眼。
2.如权利要求1所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述光纤扫描器阵列包括多个光纤扫描器，所述光纤扫描器阵列能够构造具有不同深度的图像。
3.如权利要求1所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述导光镜组包括平面反射镜和偏振型分光镜；
所述平面反射镜将从所述物镜镜组出射的光线反射至所述偏振型分光镜；
被所述平面反射镜反射的光线透射过所述偏振型分光镜且入射至所述空间光调制器，所述偏振型分光镜将从所述空间光调制器出射的光线反射至所述第一目镜镜组。
4.如权利要求1所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述导光镜组包括偏振型分光镜、半波片和检偏器；
所述偏振型分光镜将从所述物镜镜组出射的光线反射至所述空间光调制器，以及将被所述空间光调制器调制的光线透射至所述半波片，以及将从所述半波片出射的光线反射后经过所述检偏器再入射至所述第二目镜镜组；
所述半波片将从所述偏振型分光镜透射的光线进行偏振转换，并反射至所述偏振型分光镜。
5.如权利要求3或4所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述偏振型分光镜为P偏振可透S偏振可反平面镜或P偏振可反S偏振可透平面镜。
6.如权利要求3或4所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述空间光调制器用于对光线的偏振状态进行转换。
7.如权利要求4所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述半波片远离所述偏振型分光镜的一面涂覆有反射膜，或者所述半波片远离所述偏振型分光镜的一侧设置有平面反射镜。
8.如权利要求1所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述导光镜组包括平面反射镜和半透半反平面镜；
所述平面反射镜从所述物镜镜组出射的光线反射至所述半透半反平面镜；
从所述物镜镜组出射的光线透射过所述半透半反平面镜的光线入射至所述空间光调制器，以及所述半透半反平面镜将被所述空间光调制器调制的光线反射至所述第二目镜组。
9.如权利要求8所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述空间光调制器为反射型空间光调制器，所述反射型空间光调制器的反射率能够被控制以不反射来自需要根据所述光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线。
10.如权利要求8所述的增强现实头戴显示设备，其特征在于，所述空间光调制器为透射型空间光调制器，所述透射型空间光调制器的透射率能够被控制以透射来自需要根据所述光纤扫描器阵列出射的光线进行遮挡的部分对应的光线。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN112213860A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-01-12 | 闪耀现实(无锡)科技有限公司 | 一种增强现实装置、穿戴式增强现实设备及控制增强现实装置的方法 |
| CN114578554A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 华为技术有限公司 | 实现虚实融合的显示设备 |
-
2017
- 2017-12-21 CN CN201711398170.XA patent/CN108267856A/zh active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108710209A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-10-26 | 北京小米移动软件有限公司 | 光学系统及增强现实眼镜 |
| CN108710209B (zh) * | 2018-08-07 | 2024-02-06 | 北京小米移动软件有限公司 | 光学系统及增强现实眼镜 |
| CN112213860A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-01-12 | 闪耀现实(无锡)科技有限公司 | 一种增强现实装置、穿戴式增强现实设备及控制增强现实装置的方法 |
| CN114578554A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 华为技术有限公司 | 实现虚实融合的显示设备 |
| CN114578554B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-08-22 | 华为技术有限公司 | 实现虚实融合的显示设备 |
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