CN108614360B - 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；偏振元件，设置在所述透明显示模组的与显示图像的面相对的一面，用于将外界入射至透明显示模组的光线转换成第一方向偏振光；分光元件，与透明显示模组显示图像的面呈第一预设角度设置，用于透过透明显示模组发出的用于显示图像的自然光线中的第一方向偏振光和外界入射的通过透明显示模组的所述第一方向偏振光，并将透明显示模组发出的用于显示图像的自然光线中的第二方向偏振光反射至反光结构；反光结构，用于接收经过分光元件反射的第二方向偏振光并将其全反射至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：

透明显示模组，用于显示图像；

偏振元件，设置在所述透明显示模组的与显示图像的面相对的一面，用于将外界入射至所述透明显示模组的光线转换成第一方向偏振光；

分光元件，与所述透明显示模组显示图像的面呈第一预设角度设置，用于透过所述透明显示模组发出的用于显示图像的自然光线中的第一方向偏振光和外界入射的通过所述透明显示模组的所述第一方向偏振光，并将所述透明显示模组发出的用于显示图像的自然光线中的第二方向偏振光反射至反光结构；

反光结构，用于接收经过所述分光元件反射的第二方向偏振光并将其全反射至用户人眼视角范围内。

可选的，所述第一预设角度为45度。

可选的，所述反光结构包括：

第一反射面，与所述分光元件平行相对设置，用于接收经过所述分光元件反射的所述第二方向偏振光并将其全反射至第二反射面；

第二反射面，与所述第一反射面呈第二预设角度设置，用于接收第一反射面反射的所述第二方向偏振光并将其全反射至用户人眼视角范围内。

可选的，所述反光结构还用于透过经所述增强现实眼镜前方入射的外界光线。

可选的，所述透明显示模组为有机发光二极管显示模组。

可选的，还包括：

镜片，其中，所述导光部件反光结构将透明显示模组显示的图像反射至所述镜片所在区域。

可选的，还包括：

眼镜框架，其中，所述透明显示模组设置在所述眼镜框架的侧面。

可选的，所述分光元件为衍射光栅或偏振分光镜。

可选的，所述反光结构采用玻璃材料制作。

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。

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，显示模组不能透过光线，因此会影响显示模组所在的侧面方向光线进入人眼，影响人眼侧面方向的视线，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，如图4所示，该导光部件300可以包括：

偏振元件301，设置在透明显示模组200的与显示图像的面相对的一面，用于将外界入射至透明显示模组200的光线转换成第一方向偏振光；

分光元件302，与透明显示模组200显示图像的面呈第一预设角度设置，用于透过透明显示模组200发出的用于显示图像的自然光线中第一方向偏振光和外界入射的通过透明显示模组200的第一方向偏振光，并将透明显示模组200发出的用于显示图像的自然光线中的第二方向偏振光反射至反光结构303；

反光结构303，用于接收经过分光元件302反射的第二方向偏振光并将其全反射至用户人眼视角范围内。

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。

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。

该透明显示模组为利用自然光显示图像的显示模组，显示模组中不具有偏振元件，用于显示图像的自然光线不具有偏振特性，该透明显示模组例如为有机发光二极管OLED(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)显示模组。

导光部件不仅可以透过外界光线，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实物融合，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。

外界光线为自然光，是非偏振光，偏振元件为用于将自然光转换成偏振光的光学元件，偏振元件具有某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振元件只允许平行于偏振化方向的光线通过，同时过滤掉垂直于该方向振动的光，透过偏振片的光线的振动方向会限制在某一振动方向上，因此自然光经过偏振元件后，转换成具有一定振动方向的光。

如果建立一坐标系，偏振元件所在的面作为坐标系所在的平面，偏振方向平行该平面的光线称为p偏振光，偏振方向垂直于该平面的光线称为s偏振光。

偏振元件例如可以为透过p偏振光的偏振片，或者为透过s偏振光的偏振片，本文中透过偏振元件的光称为第一方向偏振光，该第一方向偏振光可以为p偏振光或者s偏振光。

参照图4所示，透明显示模组200包括显示图像的一面和与显示图像的面相对的一面，显示图像的一面可称为正面，与显示图像的面相对的一面可称为背面，偏振元件301设置在透明显示模组200的背面，从透明显示模组200背面入射的外界光线经过偏振元件301后变成第一方向偏振光。

分光元件302与透明显示模组200显示图像的正面呈第一预设角度设置，该第一预设角度可以根据需要设置，例如为45°，分光元件可起到分光作用，可透过第一方向偏振光，而反射第二方向偏振光，因此，透明显示模组200发出的用于显示图像的自然光线(图4中实线所示的光线)中的第一方向偏振光(图4中带有上下箭头的实线所示光线，该第一方向偏振光例如为p偏振光)可以透过分光元件302；外界入射的光线(外界入射的光线也为自然光线，例如图4中从眼镜侧面入射的外界光线)经过偏振元件301后也转换为第一方向偏振光(图4中带有上下箭头的虚线所示光线，该第一方向偏振光例如为p偏振光)，该外界的第一方向偏振光通过透明显示模组200后也可透过分光元件302；并且，分光元件302还可以将透明显示模组200发出的用于显示图像的自然光线中的第二方向偏振光(图4中带有黑点的实线所示光线，该第二方向偏振光例如为S偏振光)反射至反光结构303，即第二方向偏振光不能透过分光元件302，而被反光元件302反射。

上述的分光元件可以为偏振分光镜。

反光结构303可以将接收到的分光元件302反射的第二方向偏振光全反射至用户人眼400视角范围内，通过全反射可减小反射过程中图像的亮度损失。

本实施例中，通过偏振元件将外界入射光线转换成第一方向偏振光，该第一方向偏正光通过透明显示模组后可透过分光元件，透明显示模组不会对用户人眼的视线进行遮挡，若将透明显示模组设置在眼镜的侧面，侧面光线仍可以进行人眼，人眼利用余光可观察到侧面方向的实物，因此，可提高使用眼镜的安全性，并且，透明显示模组显示图像的自然光线中的第一方向偏振光也可从侧面进入人眼，当人眼利用余光观察侧面时，还可以看到侧面环境中的实物与虚拟的图像进行叠加融合的效果，可提升用户的使用体验。

进一步的，经过分光元件和反光结构还可以将透明显示模组显示图像的自然光线中的第二方向偏振光反射至用户人眼视角范围内，使人眼能看到虚拟的图像，进而与人眼看到的前方真实环境中的实物叠加融合，实现增强现实效果。

在一个可选的实施方式中，如图4所示，所述反光结构303包括：

第一反射面3031，与分光元件302平行相对设置，用于接收经过分光元件302反射的第二方向偏振光并将其全反射至第二反射面3032；

第二反射面3032，与第一反射面3032呈第二预设角度设置，用于接收第一反射面3031反射的第二方向偏振光并将其全反射至用户人眼视角范围内。

本实施例中，反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的用于显示图像的自然光线中的第二方向偏振光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。

第二反射面与第一反射面3032之间的第二预设角度可以根据需要设置，二者之间的角度设置为可使第一反射面反射的第二方向偏振光经过第二反射面后全反射出射，进入用户人眼视角范围内。

当然，反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第二方向偏振光全反射至用户人眼视角范围内也是可行的。

反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反光结构，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反光结构中，可以提高眼镜的集成度，简化眼镜结构。

进一步的，上述的第二反射面还用于透过经过增强现实眼镜前方入射外界光线。

透明显示模组可设置在增强现实眼镜的侧面，为了更好地将透明显示模组的图像反射至用户人眼，使透明显示模组显示的图像的自然光线经过导光部件的反射后能平行的入射用户人眼视角范围内，导光部件的部分结构可能会位于用户眼睛的前方，为了使导光部件不对用户人眼视角造成遮挡，导光部件还可以透过经增强现实眼镜前方入射的外界光线。

举例而言，如图4所示，导光部件包括偏振元件301、分光元件302和反光结构303，反光结构303的一部分位于用户人眼400前方，此时，眼镜前方的外界光线(图4中点画线示出的光线)可能会经过第二反射面3032，此时该部分外界光线可经过第二反射面3032后出射，进而进入用户人眼视角范围内。

在一些例子中，眼镜框架上设置有镜片，上述的反光结构将透明显示模组显示的图像反射至镜片所在区域。

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，反光结构将图像反射至镜片所在区域，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设置在眼镜框架100的侧面。

为了避免影响用户人眼前方视线，即避免影响人眼的有效视角，可将透明显示模组设置在眼镜框架的侧面，眼镜安全性得到大幅提升。

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 (9)

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；

眼镜框架，其中，所述透明显示模组设置在所述眼镜框架的侧面；

偏振元件，设置在所述透明显示模组的与显示图像的面相对的一面，用于将外界入射至所述透明显示模组的光线转换成第一方向偏振光；

分光元件，与所述透明显示模组显示图像的面呈第一预设角度设置，用于透过所述透明显示模组发出的用于显示图像的自然光线中的第一方向偏振光和外界入射的通过所述透明显示模组的所述第一方向偏振光，并将所述透明显示模组发出的用于显示图像的自然光线中的第二方向偏振光反射至反光结构；

反光结构，用于接收经过所述分光元件反射的第二方向偏振光并将其全反射至用户人眼视角范围内；

当用户人眼利用余光观察侧面时，所述第一方向偏振光从侧面进入人眼。

2.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述第一预设角度为45度。

3.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述反光结构包括：

第一反射面，与所述分光元件平行相对设置，用于接收经过所述分光元件反射的所述第二方向偏振光并将其全反射至第二反射面；

第二反射面，与所述第一反射面呈第二预设角度设置，用于接收第一反射面反射的所述第二方向偏振光并将其全反射至用户人眼视角范围内。

4.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述反光结构还用于透过经所述增强现实眼镜前方入射的外界光线。

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，所述反光结构将透明显示模组显示的图像反射至所述镜片所在区域。

7.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，所述分光元件为偏振分光镜。

8.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，所述反光结构采用玻璃材料制作。

9.根据权利要求3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。

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