CN111123519A - 一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及近眼显示技术领域，特别涉及一种透明度可手动调节的近眼显示系统，所述近眼显示系统包括：微显示屏，所述微显示屏显示图像；波导系统，所述波导系统包括波导片，所述波导片呈现所述自然光以供观看，并且在所述自然光上呈现来自所述微显示屏所显示图像进入人眼；透明度调节系统，所述透明度调节系统设于波导系统上方，并使所述波导片呈现自然光的部分变暗或使其无法被看到。该近眼显示系统可手动调节透明度，使用户在户外强光作用下也可以正常使用，扩展显示设备的场景适用范围，并且可实现增强现实(AR)模式转换成了虚拟现实(VR)模式，即可以实现AR和VR模式的即时转换。

Description

一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，特别涉及一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备及近眼显示设备。

背景技术

增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像，受微显示屏图像光源亮度限制，人眼看到的虚拟图像亮度有限，当用户在户外使用近眼显示设备时外界光源太强会导致虚拟图像对比度下降，从而难以看清叠加在真实世界上的虚拟图像，影响用户使用体验。目前常用的方式是在近眼显示设备前面加一片滤光片，减少外界光源的进光量，这种方案存在明显缺陷，即透明度不可调节，不能对外界光线强弱变化做出相应调整，适用场景范围有限，在光线不足的室内使用时需要将滤光片取下，操作繁琐。

专利US20190324274A1提出了一种可调节透明度的头戴式显示器，该专利在显示器中设置了紫外线光源和光致变色层，可以控制紫外线的发射来调节光致变色层的透明度，从而改善虚拟图像的对比度。但该专利过于复杂，不但需要增添紫外线光源，还需要添加紫外线吸收层防止紫外线进入用户眼睛，另外还需要设计额外的光学器件，添加加热元件，明显提升了显示设备的成本、体积和功耗。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备及近眼显示设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明解决现有技术中的问题所采用的技术方案为：一种透明度可手动调节的近眼显示系统，所述近眼显示系统包括：

微显示屏，所述微显示屏显示图像；

波导系统，所述波导系统包括波导片，所述波导片呈现所述自然光以供观看，并且在所述自然光上呈现来自所述微显示屏所显示图像进入人眼；

透明度调节系统，所述透明度调节系统设于波导系统上方，并使所述波导片呈现自然光的部分变暗或使其无法被看到。

作为本发明的优选方案，所述微显示屏、波导系统设于头戴式支撑结构上，所述透明度调节系统设于所述头戴式支撑结构上并位于所述波导系统的上方。

作为本发明的优选方案，所述透明度调节系统被配置为接收自然光，所述透明度调节系统包括第一状态和第二状态，在所述第一状态中，所述透明度调节系统将自然光引导向所述波导系统，在所述第二状态中，所述透明度调节系统阻止自然光到达所述波导系统内。

作为本发明的优选方案，所述透明度调节系统包括两个平行放置的第一偏光片和第二偏光片，所述第一偏光片和第二偏光片被配置为接收自然光，并将自然光转变为偏振光，所述第一偏光片和第二偏光片可沿着各自的中心轴相对旋转调节自然光在该透明度调节系统的偏振角度并将该调节后自然光导入所述波导系统内。

作为本发明的优选方案，所述头戴式支撑结构包括设于该结构上的磁吸结构，所述透明度调节系统通过所述磁吸结构可拆卸设于所述头戴式支撑结构上并位于所述波导系统的上方。

作为本发明的优选方案，所述透明度调节系统一体式设置在所述头戴式支撑结构上。

作为本发明的优选方案，所述透明度调节系统通过夹片式活动设置所述头戴式支撑结构上。

作为本发明的优选方案，所述波导片可采用阵列波导、浮雕光栅波导和全息体光栅波导等。

一种近眼显示设备，所述近眼显示装置设有上述任意一项所述的近眼显示系统。

与现有技术相比，本发明中一种利用电致色变材料调节透明度的近眼显示系统及设备，该近眼显示系统具有以下几点技术效果：

1、近眼显示系统的透明度可调节，当外界光线过强时，通过可手动调节透明度调节系统降低近眼显示系统的透明度，使用户在户外强光作用下也可以正常使用，扩展了近眼显示设备的场景适用范围。

2、当近眼显示系统的透明度从最高转换成最低时相当于从增强现实(AR)模式转换成了虚拟现实(VR)模式，即可以实现AR和VR模式的即时转换。

附图说明

图1是本发明一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备的原理图；

图2是本发明一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备的结构图；

图3是本发明一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备中透明度调节系统的结构图。

图中标号：10、微显示屏；20、透镜组；30、波导片；40、透明度调节系统；50、眼睛；60、自然光；70、图像；80、眼镜框架；90、磁吸框架；401、第一偏光片；402、第二偏光片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，近眼显示系统包括微显示屏10，该微显示屏10可用于为近眼显示系统的用户显示图像70。微显示屏10可以是透明微显示屏10，使得用户可以通过微显示屏10观察真实世界物体，同时通过在显示器上呈现计算机生成的图像70，将计算机生成的内容覆盖在真实世界物体上。微显示屏10可由可由透明像素阵列(例如，透明有机发光二极管显示面板)形成，或者可由显示设备形成，该显示设备通过分束器、全息耦合器或其他光学耦合器(例如，显示设备诸如硅显示器上的液晶)向用户提供图像70。

近眼显示系统包括波导系统，微显示屏10创建的图像70由波导系统反射入用户眼睛50里。波导系统包括呈现所述自然光60以供观看，并且在所述自然光60上呈现来自所述微显示屏10所显示图像70进入人眼的波导片30，在本实施例中该波导片30采用的是阵列波导，除此之外，波导片30还可以是浮雕光栅波导和全息体光栅波导等。

如果需要，在微显示屏10与波导系统之间可设置透镜组20，微显示屏10创建的图像70经透镜组20的调整后，由波导系统反射入用户眼睛50里。

如图2所示：波导系统设于头戴式支撑结构上，透明度调节系统40设于所述头戴式支撑结构上并位于所述波导系统的上方，透明度调节系统40和波导系统可被放置在用户眼睛50前面并且为透明的，并使得用户可通过波导片30和透明度调节系统40观察真实世界物体。可通过手动调节透明度调节系统40实现近眼显示系统透明度的调节。具体地，本实施例中头戴式支撑结构采用眼镜框架80，微显示屏10、波导系统和透明度调节系统40均设置在该眼镜框架80上，进一步地，波导系统设于眼镜框架80上人眼所看的两个中空位置上，微显示屏10设于眼镜框架80内，并且位于让所述波导系统可将来自微显示屏10所显示图像70呈现在人眼上的位置上，此外，该眼镜框架80位于鼻梁处的位置上设置有磁吸框架90，透明度调节系统40通过该磁吸框架90可拆卸地安装在所述眼镜框架80上。

当然，透明度调节系统40与眼镜框架80的连接方式除了本实施例中的以外，还包括该透明度调节系统40与眼镜框架80一体式设置，或者透明度调节系统40通过传统夹片式活动设置眼镜框架80上。

如图3所示：透明度调节系统40被配置为接收自然光60，所述透明度调节系统40包括第一状态和第二状态，在第一状态中，所述透明度调节系统40将自然光60引导向所述波导系统，当所处于在第二状态中，透明度调节系统40阻止自然光60到达所述波导系统内，在透明状态下，透射率可为100％或接近100％(例如，大于99％、大于95％等)。在不透明状态下，透射率为0％或接近0％(例如，小于1％、小于5％等)。透明度调节系统40的每个像素还可选择性地产生中间水平的光透射率(例如，0％和100％之间的透射率值。

具体地，透明度调节系统40包括两个平行放置的第一偏光片401和第二偏光片402，所述第一偏光片401和第二偏光片402被配置为接收自然光60，并将自然光60转变为偏振光，第一偏光片401和第二偏光片402可沿着各自的中心轴相对旋转调节自然光60在该透明度调节系统40的偏振角度并将该调节后自然光60导入所述波导系统内。在本实施例中，当第一偏光片401和第二偏光片402之间的光轴夹角为0°，则自然光60可通过该透明度调节系统40，从而实现微显示屏10所产生的虚拟影像和真实世界图像70叠加；若第一偏光片401和第二偏光片402之间的光轴夹角为90°，则自然光60不能通过该透明度调节系统40进入到波导系统内，此时用户只能看到微显示屏10所产生的虚拟图像70，另外，调节第一偏光片401和第二偏光片402之间的光轴夹角0°～90°可实现该近眼显示系统透明度的调节。

自然光60依次穿过透明度调节系统40中的第一偏光片401、第二偏光片402和波导片30进入人眼。在操作期间，来自微显示屏10中的光可被引导至波导片30，波导片30可将光引导向用户的眼睛50，来自真实世界的自然光60也可穿过可变色层和波导片30到达用户的眼睛50。这样，用户可同时看到真实世界内容和叠放图像70(例如，计算机生成的图像70)，从而实现虚拟图像与现实环境的叠加。

运用在近眼显示设备的近眼显示系统可用于向用户提供覆盖在真实世界内容顶部的计算机生成的内容。真实世界内容可由用户直接查看(例如，通过透明显示面板观察真实世界物体，或通过透明显示系统中的波导系统来观察，该波导系统将来自真实世界物体的光与来自显示面板的光合并)。还可使用其中真实世界物体的图像70由前向相机捕获并且在显示器上显示给用户的构型。

近眼显示系统可用于近眼显示设备。这些设备可包括便携式消费电子设备(如，便携式电子设备，诸如移动电话、平板电脑、眼镜、其他可穿戴设备)、在驾驶舱、车辆等中的头顶显示器、基于显示器的设备(投影仪、电视机等)。诸如这些设备的设备可包括透明显示器和其他光学部件。将其中虚拟现实和/或增强现实内容提供给具有头戴式显示器的用户的设备构型在本文中作为示例描述。然而，这仅为例示性的。任何合适的设备都可用于向用户提供虚拟现实和/或增强现实内容)。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明中一种透明度可手动调节的近眼显示系统及设备，该近眼显示系统具有以下技术效果，近眼显示系统的透明度可调节，当外界光线过强时，随外界光线增强设备自动降低透明度，使用户在户外强光作用下也可以正常使用，扩展显示设备的场景适用范围。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于，所述近眼显示系统包括：

微显示屏，所述微显示屏显示图像；

波导系统，所述波导系统包括波导片，所述波导片呈现所述自然光以供观看，并且在所述自然光上呈现来自所述微显示屏所显示图像进入人眼；

透明度调节系统，所述透明度调节系统设于波导系统上方，并使所述波导片呈现自然光的部分变暗或使其无法被看到。

2.根据权利要求1所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述微显示屏、波导系统设于头戴式支撑结构上，所述透明度调节系统设于所述头戴式支撑结构上并位于所述波导系统的上方。

3.根据权利要求2所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述透明度调节系统被配置为接收自然光，所述透明度调节系统包括第一状态和第二状态，在所述第一状态中，所述透明度调节系统将自然光引导向所述波导系统，在所述第二状态中，所述透明度调节系统阻止自然光到达所述波导系统内。

4.根据权利要求1所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述透明度调节系统包括两个平行放置的第一偏光片和第二偏光片，所述第一偏光片和第二偏光片被配置为接收自然光，并将自然光转变为偏振光，所述第一偏光片和第二偏光片可沿着各自的中心轴相对旋转调节自然光在该透明度调节系统的偏振角度并将该调节后自然光导入所述波导系统内。

5.根据权利要求2所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述头戴式支撑结构包括设于该结构上的磁吸结构，所述透明度调节系统通过所述磁吸结构可拆卸设于所述头戴式支撑结构上并位于所述波导系统的上方。

6.根据权利要求2所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述透明度调节系统一体式设置在所述头戴式支撑结构上。

7.根据权利要求2所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述透明度调节系统通过夹片式活动设置所述头戴式支撑结构上。

8.根据权利要求1所述的一种透明度可手动调节的近眼显示系统，其特征在于：所述波导片可采用阵列波导、浮雕光栅波导和全息体光栅波导等。

9.一种近眼显示设备，其特征在于：所述近眼显示装置设有如权利要求1～5中任意一项所述的近眼显示系统。

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