CN110749997A - 一种ar显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AR显示设备，包括设备本体和设于设备本体的波导镜片，设备本体还设有：用于将虚像距离拉近的负透镜，负透镜位于波导镜片用于朝向眼睛的一侧；用于抵消负透镜对外界环境影响的正透镜，正透镜位于波导镜片用于背向眼睛的一侧。该AR显示设备通过在设备本体上增设负透镜和正透镜，并利用负透镜拉近了虚拟画面的显示距离，同时，利用正透镜抵消了负透镜对外界环境的影响，在保证辐辏冲突满足要求的前提下，扩展了AR产品的使用环境。

Description

一种AR显示设备

技术领域

本发明涉及AR产品技术领域，更具体地说，涉及一种AR显示设备。

背景技术

随着增强现实(AR)技术的发展，市场上逐渐出现了AR眼镜和AR头显等AR产品。AR产品利用AR技术将现实世界和虚拟世界的光线叠加后投入人眼，达到一种增强现实的显示效果，同时，AR产品还可以集成环境感知和交互等功能，给用户带来全方位体验，受到越来越多用户的青睐。

光学显示技术是AR产品的核心技术，现有技术中的AR产品大多采用光波导显示技术，光波导显示技术具有大eye box和轻薄等特点，可以实现较小的机身体积，例如，使AR眼镜接近普通眼镜外形。

然而，光波导显示技术的劣势是图像质量存在部分问题，为了最大化利用分辨率，提高画面质量，基于光波导的AR显示技术的虚相距位于无穷远，否则其光学性能将受到影响，这是受到设计上的限制而无法改变的，这就使得左右眼通过辐辏可以显示的最近距离为4m，否则当画面距离小于4m时，辐辏冲突会比较严重，极容易造成视觉疲劳。

也即，基于光波导的AR显示技术只能显示距离大于4m的画面，显然，这限制了AR产品的使用场景，例如，当AR产品用于办公时，AR产品可以代替显示器，基于人的使用习惯，需要将画面距离置于显示器的距离，如0.3-0.5m，然而，由于显示距离小于4m，使得AR产品无法满足办公需求，同样地，基于光波导的AR产品也无法满足其它显示距离小于4m的使用场景需求。

综上所述，如何提供一种在保证辐辏冲突满足要求的前提下，使虚拟画面显示距离拉近的AR显示设备，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种AR显示设备，在保证辐辏冲突满足要求的前提下，拉近了虚拟画面的显示距离，扩展了AR产品的使用环境。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种AR显示设备，包括设备本体和设于所述设备本体的波导镜片，所述设备本体还设有：

用于将虚像距离拉近的负透镜，所述负透镜位于所述波导镜片用于朝向眼睛的一侧；

用于抵消所述负透镜对外界环境影响的正透镜，所述正透镜位于所述波导镜片用于背向眼睛的一侧。

优选地，还包括第一镜架，所述负透镜通过所述第一镜架设于所述设备本体。

优选地，所述负透镜可拆卸的嵌设于所述第一镜架。

优选地，所述第一镜架与所述设备本体固定连接。

优选地，还包括第二镜架，所述正透镜通过所述第二镜架设于所述设备本体。

优选地，所述正透镜可拆卸的嵌设于所述第二镜架。

优选地，所述第二镜架与所述设备本体固定连接。

优选地，所述设备本体包括眼镜式设备本体或头盔式设备本体。

优选地，所述负透镜的屈光度的绝对值大于所述正透镜的屈光度，以对近视进行矫正。

优选地，所述负透镜的屈光度的绝对值小于所述正透镜的屈光度，以对远视进行矫正。

本发明提供的AR显示设备，由于负透镜位于波导镜片用于朝向眼睛的一侧，因此，由设备本体内的光机发出的图像光线经由波导镜片后，以近似平行光的形式进入负透镜，因为负透镜对光线具有发散的作用，发散后的光线沿着其反向延长线，在投射光线的同一侧交于一点，形成虚焦点。也即，负透镜能够将无穷远的虚像距拉近人眼，进而使人眼单眼聚焦的画面的屈光度大于0D，在此基础上，两眼辐辏调整后的画面对应的人眼屈光度可以相应地变大，也即，两眼辐辏调整后的画面对应的人眼屈光度可以大于0.25D，从而可以使通过两眼辐辏调整后的画面距离变小，也即，可以使通过两眼辐辏调整后的画面距离小于4m，进而使本发明提供的AR显示设备适用于显示距离小于4m的使用场景。

同时，位于波导镜片用于背向眼睛的一侧的正透镜可以抵消负透镜对外界环境所带来的影响。

由此可以看出，本发明提供的AR显示设备，通过在设备本体上增设负透镜和正透镜，利用负透镜拉近了虚拟画面的显示距离，同时，利用正透镜抵消了负透镜对外界环境的影响，在保证辐辏冲突满足要求的前提下，扩展了AR产品的使用环境。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施例所提供的AR显示设备的原理示意图；

图2为本发明一个具体实施例所提供的AR显示设备中负透镜模组的结构示意图；

图3为本发明一个具体实施例所提供的AR显示设备中设备本体的结构示意图；

图4为图2所示负透镜模组与图3所示设备本体组装后的结构示意图；

图5为本发明一个具体实施例所提供的AR显示设备中正透镜模组的结构示意图；

图6为图3所示设备本体的另一视角的结构示意图；

图7为图5所示正透镜模组与图6所示设备本体组装后的结构示意图。

图1至图7中的附图标记如下：

1为设备本体、11为第一永磁铁、12为螺丝孔、2为波导镜片、3为负透镜、4为正透镜、5为第一镜架、6为第二镜架、61为定位孔、7为螺丝、8为光机、9为人眼。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种AR显示设备，在保证辐辏冲突满足要求的前提下，拉近了虚拟画面的显示距离，扩展了AR产品的使用环境。

请参考图1-图7，图1为本发明具体实施例所提供的AR显示设备的原理示意图；图2为本发明一个具体实施例所提供的AR显示设备中负透镜模组的结构示意图；图3为设备本体的结构示意图；图4为负透镜模组与设备本体组装后的结构示意图；图5为AR显示设备中正透镜模组的结构示意图；图6为设备本体的另一视角的结构示意图；图7为正透镜模组与设备本体组装后的结构示意图。

本发明提供一种AR显示设备，包括设备本体1和设于设备本体1的波导镜片2，设备本体1还设有负透镜3和正透镜4，负透镜3主要用于将虚像距离拉近，负透镜3设置在波导镜片2用于朝向眼睛的一侧；正透镜4主要用于抵消负透镜3对外界环境的影响，正透镜4设置在波导镜片2用于背向眼睛的一侧。

需要说明的是，本发明对设备本体1的主体结构不做限定，优选地，设备本体1包括眼镜式设备本体或头盔式设备本体，例如，当设备本体1为眼镜式设备本体时，该AR显示设备为AR眼镜，设备本体1的主体结构与现有技术中常规AR眼镜的主体结构相同；当设备本体1为头盔式设备本体时，该AR显示设备为AR头显时，设备本体1的主体结构与现有技术中常规AR头显的主体结构相同。

进一步地，设备本体1集成有AR显示设备所必须的所有功能部件，例如，包括光机8和波导镜片2等，具体请参见现有技术，本文不再赘述。

本发明的主要改进在于，在AR显示设备中增设负透镜3和正透镜4，以利用负透镜3将AR显示设备的虚像距离拉近，并利用正透镜4抵消负透镜3对外界环境所带来的影响。

可以理解的是，由于受到光学性能的限制，现有AR显示设备的虚像距位于无穷远处，也即，光机8发出的图像光线经由波导镜片2后，以近似平行光的形式进入人眼9，对应地，人眼9单眼聚焦画面的屈光度为0D。

所公知的是，为了避免视觉辐辏调节冲突，通过两眼辐辏调整后的画面对应的人眼9屈光度与单眼聚焦画面的屈光度之差需要小于或等于0.25D，否则将造成辐辏冲突严重，极容易造成视觉疲劳。

因此，当现有技术中常规AR显示设备的虚像距位于无穷远处时，通过两眼辐辏调整后的画面对应的人眼9屈光度需小于或等于0.25D，由于屈光度与焦距成反比，也即，通过两眼辐辏调整后的画面距离需大于或等于4m。

而当在波导镜片2用于朝向眼睛的一侧设置负透镜3时，光机8发出的图像光线经由波导镜片2后，以近似平行光的形式进入负透镜3，因为负透镜3对光线具有发散的作用，发散后的光线沿着其反向延长线，在投射光线的同一侧交于一点，形成虚焦点。也即，负透镜3能够将无穷远的虚像距拉近人眼9，进而使人眼9单眼聚焦的画面的屈光度大于0D，在此基础上，两眼辐辏调整后的画面对应的人眼9屈光度可以相应地变大，也即，两眼辐辏调整后的画面对应的人眼9屈光度可以大于0.25D，从而可以使通过两眼辐辏调整后的画面距离变小，也即，可以使通过两眼辐辏调整后的画面距离小于4m，从而使本发明提供的AR显示设备适用于显示距离小于4m的使用场景。

由此可以看出，本发明提供的AR显示设备，既能够保证辐辏冲突满足要求，又能够使通过两眼辐辏调整后的画面显示距离小于4m，既保证了视觉舒适性，又扩展了AR显示设备的使用环境。

需要说明的是，通过两眼辐辏调整后的画面距离与负透镜3的屈光度相关，负透镜3的屈光度的绝对值越大，则通过两眼辐辏调整后的画面距离越近。本实施例对负透镜3的屈光度的具体值不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要来设定。

另外，由于负透镜3同时也作用于外界环境光线，因此，本发明通过在波导镜片2用于背向眼睛的一侧设置正透镜4，来抵消负透镜3对外界环境的影响。

可以理解的是，正透镜4的屈光度的大小由负透镜3的屈光度大小来决定，当正透镜4的屈光度与负透镜3的屈光度的绝对值相等时，两者刚好相互抵消，正透镜4能够完全消除负透镜3对外界环境造成的影响，同时，正透镜4不会对外界环境带来额外的影响。

另一方面，考虑到近视人群使用该AR显示设备时，为了使该AR显示设备能够矫正视力，作为一种优选方案，负透镜3的屈光度的绝对值大于正透镜4的屈光度，以对近视进行矫正。

也就是说，本实施例中，负透镜3和正透镜4的作用叠加后，呈现负屈光度，此时，该AR显示设备具有近视矫正的作用。例如，当负透镜3的屈光度为-2D，正透镜4的屈光度为+0.5D时，负透镜3和正透镜4叠加后的屈光度为-1.5D，对应的视力矫正度数为150度。同时，屈光度为-2D的负透镜3对应的通过两眼辐辏调整后的画面距离为0.5m。

也即，本实施例提供的AR显示设备，既保证了在满足辐辏冲突的要求下使通过两眼辐辏调整后的画面显示距离小于4m，又达到了矫正近视的目的，一举两得。

需要说的是，本实施例对负透镜3的屈光度的绝对值与正透镜4的屈光度之间的差值不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要来确定。

同理，考虑到远视人群使用该AR显示设备时，为了使该AR显示设备能够矫正视力，作为一种优选方案，负透镜3的屈光度的绝对值小于正透镜4的屈光度，以对远视进行矫正。

也就是说，本实施例中，负透镜3和正透镜4的作用叠加后，呈现正屈光度，此时，该AR显示设备具有远视矫正的作用。例如，当负透镜3的屈光度为-2D，正透镜4的屈光度为+2.5D时，则负透镜3和正透镜4叠加后的屈光度为+0.5D，对应的远视矫正度数为50度。同时，屈光度为-2D的负透镜3对应的通过两眼辐辏调整后的画面距离仍然为0.5m。

也即，本实施例提供的AR显示设备，既保证了在满足辐辏冲突的要求下使通过两眼辐辏调整后的画面显示距离小于4m，又达到了矫正远视的目的，一举两得。

本实施例对正透镜4的屈光度与负透镜3的屈光度的绝对值之间的差值不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要来确定。

需要说明的是，不管是该AR显示设备具有近视矫正的作用，还是远视矫正的作用，在实际使用过程中，需要首先根据需要的辐辏调整后的画面距离，来选定负透镜3的屈光度，然后再根据负透镜3的屈光度以及需要视力矫正度数，来确定正透镜4的屈光度。

进一步地，本发明对负透镜3和正透镜4分别与设备本体1的连接方式不做具体限定，只要能够使负透镜3和正透镜4设置在设备本体1上，以保证负透镜3和正透镜4分别与波导镜片2的相对位置即可。

下面以AR眼镜为例，来介绍负透镜3和正透镜4的具体设置方式。

考虑到负透镜3设置的方便性，在上述实施例的基础之上，该AR显示设备还包括第一镜架5，负透镜3通过第一镜架5设于设备本体1。

具体地，本实施例中的负透镜3(两个镜片)设置在第一镜架5上，再通过第一镜架5与设备本体1的连接，实现负透镜3与设备本体1的连接，也即，负透镜3(两个镜片)与第一镜架5组成一个负透镜模组，以便于负透镜3与设备本体1的组装。

为了提高AR显示设备的通用性，在上述实施例的基础之上，负透镜3可拆卸的嵌设于第一镜架5，以便于通过拆卸的方式，来更换不同的负透镜3，使用户可以根据虚拟画面显示距离的需要来选择合适的负透镜3，进而提高AR显示设备的通用性。

进一步地，考虑到第一镜架5与设备本体1的具体连接方式的实现，在上述各个实施例的基础之上，第一镜架5与设备本体1固定连接。

本发明对第一镜架5与设备本体1的具体固定方式不做限定，例如，第一镜架5与设备本体1可以通过磁铁吸附固定或通过卡扣固定或通过螺丝固定等，只要能够实现两者的固定连接即可。

例如，如图3所示，可以在设备本体1的主镜框内嵌设第一永磁铁11，在第一镜架5的对应位置嵌设第二永磁铁，并使第一永磁铁11与第二永磁铁的磁极相反，以通过第一永磁铁11与第二永磁铁的异极相吸作用，实现第一镜架5与设备本体1的固定。

优选地，第一永磁铁11设置在主镜框靠近鼻梁的上方。

当然，也可以通过在设备本体1的主镜框与第一镜架5的对应位置设置常规的卡接结构，使第一镜架5与设备本体1通过卡扣实现固定连接。

考虑到正透镜4设置的方便性，在上述各个实施例的基础之上，该AR显示设备还包括第二镜架6，正透镜4通过第二镜架6设于设备本体1。

具体地，本实施例中的正透镜4(两个镜片)设置在第二镜架6上，再通过第二镜架6与设备本体1的连接，实现正透镜4与设备本体1的连接，也即，正透镜4(两个镜片)与第二镜架6组成一个正透镜模组，以便于正透镜4与设备本体1的组装。

为了进一步提高AR显示设备的通用性，在上述实施例的基础之上，正透镜4可拆卸的嵌设于第二镜架6，以便于通过拆卸的方式，来更换不同的正透镜4，使用户可以根据负透镜3的屈光度和/或需要矫正的视力度数，来选择合适的正透镜4，进一步提高AR显示设备的通用性。

进一步地，考虑到第二镜架6与设备本体1的具体连接方式的实现，在上述各个实施例的基础之上，第二镜架6与设备本体1固定连接。

本发明对第二镜架6与设备本体1的具体固定方式不做限定，例如，第二镜架6与设备本体1可以通过磁铁吸附固定或通过卡扣固定或通过螺丝固定等，只要能够实现两者的固定连接即可。

例如，如图5和图6所示，在设备本体1的主镜框上设有用于锁定第二镜架6的螺丝孔12，第二镜架6上与螺丝孔12对应的位置设有定位孔61，通过穿设于定位孔61并与螺丝孔12配合连接的螺钉实现第二镜架6与设备本体1的锁紧。

需要说明的是，本发明对螺丝孔12和定位孔61的具体设置位置及数量不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况来设定。

优选地，螺丝孔12设于设备本体1的主镜框的鼻梁处。

需要说明的是，以上是以AR眼镜为例，介绍了负透镜3与正透镜4的具体设置方式，对于AR头显等其它AR显示设备，也可以采用相同的发明构思来设置负透镜3和正透镜4。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的AR显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种AR显示设备，包括设备本体(1)和设于所述设备本体(1)的波导镜片(2)，其特征在于，所述设备本体(1)还设有：

用于将虚像距离拉近的负透镜(3)，所述负透镜(3)位于所述波导镜片(2)用于朝向眼睛的一侧；

用于抵消所述负透镜(3)对外界环境影响的正透镜(4)，所述正透镜(4)位于所述波导镜片(2)用于背向眼睛的一侧。

2.根据权利要求1所述的AR显示设备，其特征在于，还包括第一镜架(5)，所述负透镜(3)通过所述第一镜架(5)设于所述设备本体(1)。

3.根据权利要求2所述的AR显示设备，其特征在于，所述负透镜(3)可拆卸的嵌设于所述第一镜架(5)。

4.根据权利要求2所述的AR显示设备，其特征在于，所述第一镜架(5)与所述设备本体(1)固定连接。

5.根据权利要求1所述的AR显示设备，其特征在于，还包括第二镜架(6)，所述正透镜(4)通过所述第二镜架(6)设于所述设备本体(1)。

6.根据权利要求5所述的AR显示设备，其特征在于，所述正透镜(4)可拆卸的嵌设于所述第二镜架(6)。

7.根据权利要求5所述的AR显示设备，其特征在于，所述第二镜架(6)与所述设备本体(1)固定连接。

8.根据权利要求1所述的AR显示设备，其特征在于，所述设备本体(1)包括眼镜式设备本体或头盔式设备本体。

9.根据权利要求1-8任一项所述的AR显示设备，其特征在于，所述负透镜(3)的屈光度的绝对值大于所述正透镜(4)的屈光度，以对近视进行矫正。

10.根据权利要求1-8任一项所述的AR显示设备，其特征在于，所述负透镜(3)的屈光度的绝对值小于所述正透镜(4)的屈光度，以对远视进行矫正。

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