CN111948821A - Ar镜片、ar头显设备以及可穿戴系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AR镜片、AR头显设备以及可穿戴系统，该AR镜片包括透明衬底、发光显示层和触控感应层，透明衬底包括相背设置的第一表面和第二表面；发光显示层设置于第一表面所朝向的一侧；触控感应层设置于发光显示层朝向透明衬底所在一侧，触控感应层能够感应第二表面所在一侧的电容变化以实现触控。AR镜片可以应用于AR头显设备(例如AR眼镜)，由于AR镜片具有能感应电容变化以实现触控的触控感应层，故AR头显设备在使用时可以取消手柄的设置，用户在AR镜片背向眼睛的一侧触摸即可实现对AR图像的操作控制，减小了AR头显设备的体积、简化了结构，并且方便用户携带。

Description

AR镜片、AR头显设备以及可穿戴系统

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种AR镜片、AR头显设备以及可穿戴系统。

背景技术

增强现实(Augmented Reality)是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度，并加上相应图像、视频、3D模型的技术。AR头显设备是一种实现AR技术且可佩戴在人体头部进行展示的可穿戴式设备，它通过计算机技术将虚拟的信息叠加到真实世界，使真实的环境和虚拟的物体能够实时地叠加到同一个画面中，实现两种信息的相互补充，并通过AR头显设备在用户的眼前进行画面展示。

相关技术中，AR头显设备都具有配套设置的手柄，在用户佩戴AR头显设备并进行使用时，用户需要利用手柄对AR头显设备所展示的虚拟图像内容进行操作。然而，手柄的设置使得AR头显设备体积过大、结构复杂和携带不便。

发明内容

基于此，有必要提供一种AR镜片、AR头显设备以及可穿戴系统，以解决手柄的设置使得AR头显设备体积过大、结构复杂和携带不便的技术问题。

一种AR镜片，包括：

透明衬底，包括相背设置的第一表面和第二表面；

发光显示层，设置于所述第一表面所朝向的一侧；以及

触控感应层，设置于所述发光显示层朝向所述透明衬底所在一侧，所述触控感应层能够感应所述第二表面所在一侧的电容变化以实现触控。

上述AR镜片可以应用于AR头显设备(例如AR眼镜)，当具有AR镜片的AR头显设备被佩戴至用户头部时，AR镜片中的发光显示层朝向用户的眼睛，AR头显设备的摄像头能够采集发光显示层照射至用户眼球的光线，以捕捉用户的眼球活动，从而根据用户的眼球活动呈现AR图像。由于AR镜片背向眼睛的一侧具有能够感应电容变化以实现触控的触控感应层，故AR头显设备在具体使用时可以取消手柄的设置，用户在AR镜片背向眼睛的一侧触摸即可实现对AR图像的操作控制，减小了AR头显设备的体积、简化了结构，并且方便用户携带。

在其中一个实施例中，所述发光显示层透明。如此，不仅可以避免不透明而带来摄像头捕捉效果差的问题，而且还优化了AR镜片的外观和视觉效果。

在其中一个实施例中，所述发光显示层为透明的OLED显示薄膜制成的显示功能层，所述发光显示层覆盖所述第一表面。如此，采用OLED形成的发光显示层相比在透明衬底上制作铜线路和红外LED而言，使得发光显示层具有更薄的厚度，而且OLED可以发出红绿蓝等更多颜色的光，能耗低、亮度高。

在其中一个实施例中，所述发光显示层包括基板、阳极层、有机材料层和阴极层，所述基板、所述阳极层、所述有机材料层和所述阴极层依次层叠设置，所述基板设置于所述阳极层与所述透明衬底之间。如此，阳极层和阴极层在外加电场的作用下能够激发中间的有机材料层发光显示，结构简单便于实现。

在其中一个实施例中，所述触控感应层设置于所述第二表面所在一侧，所述触控感应层包括第一电极条、第二电极条、桥接线路和绝缘层；所述第一电极条和所述第二电极条交叉设置，在所述第一电极条和所述第二电极条的交叉处，所述第一电极条断开形成位于所述第二电极条相对两侧并与所述第二电极条间隔设置的第一电极和第二电极；所述桥接线路相对的两端分别与所述第一电极和所述第二电极连接，所述绝缘层设于所述桥接线路与所述第二电极条之间，以绝缘隔离所述桥接线路和所述第二电极条。可以降低触控感应层的厚度。

在其中一个实施例中，所述触控感应层包括第一触控层和第二触控层，所述第一触控层设置于所述透明衬底与所述发光显示层之间，所述第二触控层设置于所述透明衬底背向所述第一触控层所在一侧；所述第一触控层具有多个间隔排布的第一电极条，所述第二触控层具有多个间隔排布的第二电极条，所述第一电极条与所述第二电极条交叉设置。如此，可以降低触控感应层的厚度。

在其中一个实施例中，所述AR镜片包括第一硬化层，所述第一硬化层贴设于所述第一表面；及/或，所述AR镜片包括第二硬化层，所述第二硬化层贴设于所述第二表面；及/或，所述AR镜片包括绝缘保护层，所述绝缘保护层设置于所述触控感应层背向所述透明衬底的一侧；及/或，所述AR镜片包括封装盖板，所述封装盖板设置于所述透明衬底的以及所述触控感应层的背向所述发光显示层所在一侧。

一种AR头显设备，包括：

镜架；

如权利要求1至7中任意一项所述的AR镜片，安装于所述镜架；

摄像头，与所述镜架连接，在所述镜架被佩戴至用户头部时，所述摄像头用于采集所述发光显示层照射至用户眼球的光线，以捕捉用户的眼球活动；及

显示模组，与所述镜架连接并用于根据用户的眼球活动呈现AR图像。

当AR头显设备被佩戴至用户头部时，AR镜片中的发光显示层朝向用户的眼睛，摄像头能够采集发光显示层照射至用户眼球的光线，以捕捉用户的眼球活动，从而根据用户的眼球活动呈现AR图像。由于AR镜片背向眼睛的一侧具有能够感应电容变化以实现触控的触控感应层，故AR头显设备在具体使用时可以取消手柄的设置，用户在AR镜片背向眼睛的一侧触摸即可实现对AR图像的操作控制，减小了AR头显设备的体积、简化了结构，并且方便用户携带。

在其中一个实施例中，所述AR头显设备为AR眼镜，所述镜架包括镜框和镜腿，所述镜腿与所述镜框的相对两侧连接，所述AR镜片设置于所述镜框，以通过所述镜框夹持和保护所述AR镜片；或者，所述AR头显设备为头盔，所述镜架用于罩设于用户头部。

一种可穿戴系统，包括：

上述AR头显设备；以及

电子设备，所述电子设备用于将电子设备输出的图像信息、音频信息和控制指令传输给所述AR头显设备，并用于接收所述AR头显设备输出的信息。

上述可穿戴系统中，电子设备与AR头显设备连接，以实现图像信息、音频信息和控制指令等的传输，方便用户通过电子设备控制AR头显设备。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的AR头显设备的结构示意图；

图2为图1中一实施例AR镜片的结构示意图；

图3为图2中发光显示层的结构示意图；

图4为图2中AR镜片的局部剖面结构示意图；

图5为图4中触控感应层的局部结构示意图；

图6为图1中另一实施例AR镜片的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1所示，本申请将以AR眼镜为例对AR头显设备10进行说明。本领域技术人员容易理解，本申请的AR头显设备10还可以为头盔形态。需要说明的是，本申请的AR头显设备10是一种实现AR技术(增强现实技术)且可佩戴在人体头部进行展示的可穿戴式设备，它通过计算机技术将虚拟的信息叠加到真实世界，使真实的环境和虚拟的物体能够实时地叠加到同一个画面中，实现两种信息的相互补充，并通过AR头显设备10在用户的眼前进行画面展示。

在一实施例中，所述AR头显设备10包括镜架100和AR镜片200，AR镜片200安装于镜架100。当AR头显设备10为AR眼镜时，镜架100包括镜框110和镜腿120，镜腿120与镜框110的相对两侧连接，AR镜片200设置于镜框110，以通过镜框110夹持和保护AR镜片200。佩戴时，用户可以将镜腿120搭在用户两侧耳朵上，以使AR镜片200面向用户眼睛。图1示意了AR镜片200的数量为两个，AR镜片200的数量也可以为一个，本申请对此不作限定。当AR头显设备10为头盔形态时，佩戴时，镜架100能够罩设于用户头部。

本申请的AR头显设备10能够与电子设备配合使用以形成可穿戴系统，AR头显设备10能够通过有线或者无线的方式与电子设备连接。其中，电子设备用于将电子设备输出的图像信息、音频信息和控制指令传输给所述AR头显设备，并用于接收AR头显设备10输出的信息。本领域技术人员容易理解，本申请的电子设备可以是任何具备通信和存储功能的设备，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、便携电话机、视频电话、数码静物相机、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器(PMP)、移动医疗装置等智能终端，电子设备10的表现形式在此不作任何限定。在其它实施例中，本申请具有集成芯片的AR头显设备10也可以单独使用，即用户将AR头显设备10穿戴至用户头部即可观测AR图像。

需要说明的是，本申请的镜片200透光且能够通电发光，且本申请的AR头显设备还包括摄像头(图未示)和显示模组(图未示)，摄像头与镜架100连接，在镜架100被佩戴至用户头部时，在光线不好时(例如室内黑暗区域)，摄像头用于采集镜片200照射至用户眼球的光线，以捕捉用户的眼球活动。在光线比较好时(例如室外明亮区域)，摄像头可以直接采集外界穿透镜片200并照射至用户眼球的光线，以捕捉用户的眼球活动。显示模组与镜架100连接并用于根据用户的眼球活动呈现AR图像。一实施例中，显示模组包括显示芯片、显示屏和反射光学元件。显示芯片用于产生具有AR内容的光学图像，显示屏用于显示显示芯片产生的AR图像，显示屏可以在小体积的情况下看到大视野高清晰度的显示效果，反射光学元件包括凹面反射镜、反射棱镜或者反射光栅等部件，用于将显示屏上的AR图像反射至显示镜片上，以使人眼能够观测到AR图像。

参考图2所示，AR镜片200包括透明衬底210、发光显示层220和触控感应层230。透明衬底210具有相背的第一表面211和第二表面212，透明衬底210的材质可选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methyl Methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚对笨二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、环烯烃共聚物(COC)和环烯烃聚合物(COP)中的一种。

发光显示层220设置于第一表面211所朝向的一侧。发光显示层220能够透光，且发光显示层220用于为设置在镜架100上的摄像头提供光源，以便于摄像头对眼球的追踪。在一实施例中，发光显示层220透明，发光显示层220可以为透明的OLED显示薄膜制成的显示功能层，此时发光显示层220覆盖第一表面211。可以理解，在其它实施例中，发光显示层220也可以不透明，例如发光显示层220可以为设置在透明衬底210上的铜线路以及与铜线路连接的红外LED。由于铜线路和红外LED并非透明，这将导致AR镜片200的外观视觉效果较差，影响用户体验。基于此，采用OLED形成的发光显示层220相比在透明衬底上制作铜线路和红外LED而言，使发光显示层220还具有更薄的厚度，而且OLED可以发出红绿蓝等更多颜色的光，能耗低、亮度高。

以发光显示层220为透明的OLED显示薄膜制成的显示功能层为例，参考图3所示，发光显示层220包括基板221、阳极层222、有机材料层223和阴极层224。基板221、阳极层222、有机材料层223和阴极层224依次层叠设置，基板221设置于阳极层222与透明衬底210之间。其中，基板221可选自与透明衬底210独立设置的硅基板，当基板221直接贴设于第一表面211时，基板221也可以与透明衬底210为一体成型结构，本申请对此不作限制。阳极层222和阴极层224在外加电场的作用下能够激发中间的有机材料层223发光显示。

请继续参考图2所示，触控感应层230设置于发光显示层220朝向透明衬底210所在一侧，触控感应层230能够感应第二表面212所在一侧的电容变化以实现触控。由于AR镜片200背向眼睛的一侧具有能够感应电容变化以实现触控的触控感应层230，故用户在佩戴AR头显设备10进行具体使用时可以取消手柄的设置，用户在AR镜片200背向眼睛的一侧触摸即可实现对AR图像的操作控制，减小了AR头显设备10的体积、简化了结构，并且方便用户携带。

在一实施例中，请继续参考图2所示，触控感应层230包括第一触控层230a和第二触控层230b，第一触控层230a设置于透明衬底210与发光显示层220之间，第二触控层230b设置于透明衬底210背向第一触控层230a所在一侧。其中，第一触控层230a具有多个间隔排布的第一电极条，第二触控层230b具有多个间隔排布的第二电极条，第一电极条与第二电极条交叉设置，例如第一电极条的延伸方向与第二电极条的延伸方向可以相互垂直但不限定于此，此时第一触控层230a与第二触控层230b形成耦合电容。需要说明的是，第一触控层230a和第二触控层230b中的一者例如是发射电极层(简称TX电极层)，另一者例如是接收电极层(简称为RX电极层)。为了实现触控功能，透明衬底210还设有多条信号线(图未示)，多条信号线分别与第一触控层230a和第二触控层230b电性连接，以将第一触控层230a和第二触控层230b的电信号传递至FPC。信号线例如可以为印刷感光或镭射得到的银线(Ag)或金线(Au)。

参考图2所示，在一实施例中，AR镜片200还包括硬化层240，硬化层240设置在透明衬底210上，以用于提高透明衬底210的硬度和耐久度。其中，硬化层240为Hard Coating的缩写，硬化层240可以是由涂布在透明衬底210上的聚氨酯胶等固化后形成。在一实施例，例如硬化层240的层数为两层，分别设置在透明衬底210的第一表面211和第二表面212，定义设置在第一表面211的硬化层240为第一硬化层241，此时第一硬化层241设于第一表面211与第一触控层230a之间。定义设置在第二表面212的硬化层240为第二硬化层242，此时第二硬化层242设于第二表面212与第二触控层230b之间。可以理解，在其它实施例中，硬化层240的层数也可以是一层，此时硬化层240可设置在透明衬底210的第一表面211，也可以设置在透明衬底210的第二表面212。

在一实施例中，AR镜片200还包括绝缘保护层250，即PAS层，绝缘保护层250设于触控感应层230背向透明衬底210的一侧，以有效避免触控感应层230受到外物刮损。在一实施例中，例如绝缘保护层250的层数为两层，分别设置在第一触控层230a与第二触控层230b，定义设置第一触控层230a背向透明衬底210一侧的绝缘保护层250为第一绝缘保护层251，第一绝缘保护层251设置在发光显示层220与第一触控层230a之间。定义设置在第二触控层230b背向透明衬底210一侧的绝缘保护层250为第二绝缘保护层252。需要说明的是，第一绝缘保护层251和第二绝缘保护层252可以是干膜等防护层但不限定于此。

在一实施例中，AR镜片200还包括封装盖板260，封装盖板260设置于透明衬底210背向发光显示层220所在一侧，且封装盖板260还满足其位于触控感应层230背向发光显示层220所在一侧，例如图2示意了封装盖板260位于第二触控层230b背向第一触控层230a所在一侧。封装盖板260位于AR镜片200的最外侧，封装盖板260例如可以为玻璃盖板，以起到强化和保护作用。

以上触控感应层230为两层并设置在透明衬底210的相对两侧(即DITO)，在一实施例中，参考图4所示，触控感应层230还可以设置在透明衬底210的单侧(即SITO)，例如触控感应层230设置在第二表面212背向第一表面211所在一侧。参考图5和图6所示，此时触控感应层230包括第一电极条231、第二电极条232、桥接线路233和绝缘层234。第一电极条231和第二电极条232条皆设于第二表面212。当透明衬底210在第二表面212设置有第二硬化层242时，第一电极条231和第二电极条232直接设置于第二硬化层242。第一电极条231与第二电极条232交叉设置以形成电容触点。在第一电极条231和第二电极条232的交叉处，第一电极条231断开设置，以形成位于第二电极条232相对两侧并与第二电极条232间隔设置的第一电极231a和第二电极231b。桥接线路233相对的两端分别与第一电极231a和第二电极231b连接。绝缘层234设于桥接线路233与第二电极条232之间，以绝缘隔离桥接线路233和第二电极条232。

需要说明的是，第一电极条231和第二电极条232可以通过黄光光刻工艺制作而得，第一电极条231和第二电极条232的材料可以为氧化铟锡(ITO)或石墨烯等透明导电材料，桥接线路233可以为金属走线(例如铜走线)，绝缘层234可以采用透明的光阻材料完全填充第一电极231a和第二电极231b之间的间隙，以提高绝缘效果，并避免影响触控感应层230的透光性能。其中，第一电极条231和第二电极条232的数量均为多条，各第一电极条231平行间隔设置，各第二电极条232平行间隔设置。另外，第一电极条231的延伸方向和第二电极条232的延伸方向可以是垂直设置，也可以是呈夹角相交设置。

以图4所示为例，在触控感应层230设置在透明衬底210的单侧时，若AR镜片200还包括绝缘保护层250和封装盖板260，则此时的绝缘保护层250为一层，该层绝缘保护层250设置于触控感应层230与封装盖板260之间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种AR镜片，其特征在于，包括：

透明衬底，包括相背设置的第一表面和第二表面；

发光显示层，设置于所述第一表面所朝向的一侧；以及

触控感应层，设置于所述发光显示层朝向所述透明衬底所在一侧，所述触控感应层能够感应所述第二表面所在一侧的电容变化以实现触控。

2.根据权利要求1所述的AR镜片，其特征在于，所述发光显示层透明。

3.根据权利要求2所述的AR镜片，其特征在于，所述发光显示层为透明的OLED显示薄膜制成的显示功能层，所述发光显示层覆盖所述第一表面。

4.根据权利要求3所述的AR镜片，其特征在于，所述发光显示层包括基板、阳极层、有机材料层和阴极层，所述基板、所述阳极层、所述有机材料层和所述阴极层依次层叠设置，所述基板设置于所述阳极层与所述透明衬底之间。

5.根据权利要求1所述的AR镜片，其特征在于，所述触控感应层设置于所述第二表面所在一侧，所述触控感应层包括第一电极条、第二电极条、桥接线路和绝缘层；所述第一电极条和所述第二电极条交叉设置，在所述第一电极条和所述第二电极条的交叉处，所述第一电极条断开形成位于所述第二电极条相对两侧并与所述第二电极条间隔设置的第一电极和第二电极；所述桥接线路相对的两端分别与所述第一电极和所述第二电极连接，所述绝缘层设于所述桥接线路与所述第二电极条之间，以绝缘隔离所述桥接线路和所述第二电极条。

6.根据权利要求1所述的AR镜片，其特征在于，所述触控感应层包括第一触控层和第二触控层，所述第一触控层设置于所述透明衬底与所述发光显示层之间，所述第二触控层设置于所述透明衬底背向所述第一触控层所在一侧；所述第一触控层具有多个间隔排布的第一电极条，所述第二触控层具有多个间隔排布的第二电极条，所述第一电极条与所述第二电极条交叉设置。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的AR镜片，其特征在于，所述AR镜片包括第一硬化层，所述第一硬化层贴设于所述第一表面；及/或，所述AR镜片包括第二硬化层，所述第二硬化层贴设于所述第二表面；及/或，所述AR镜片包括绝缘保护层，所述绝缘保护层设置于所述触控感应层背向所述透明衬底的一侧；及/或，所述AR镜片包括封装盖板，所述封装盖板设置于所述透明衬底的以及所述触控感应层的背向所述发光显示层所在一侧。

8.一种AR头显设备，其特征在于，包括：

镜架；

如权利要求1至7中任意一项所述的AR镜片，安装于所述镜架；

摄像头，与所述镜架连接，在所述镜架被佩戴至用户头部时，所述摄像头用于采集所述发光显示层照射至用户眼球的光线，以捕捉用户的眼球活动；及

显示模组，与所述镜架连接并用于根据用户的眼球活动呈现AR图像。

9.根据权利要求8所述的AR头显设备，其特征在于，所述AR头显设备为AR眼镜，所述镜架包括镜框和镜腿，所述镜腿与所述镜框的相对两侧连接，所述AR镜片设置于所述镜框，以通过所述镜框夹持和保护所述AR镜片；或者，

所述AR头显设备为头盔，所述镜架用于罩设于用户头部。

10.一种可穿戴系统，其特征在于，包括：

如权利要求8或9所述的AR头显设备；以及

电子设备，所述电子设备用于将电子设备输出的图像信息、音频信息和控制指令传输给所述AR头显设备，并用于接收所述AR头显设备输出的信息。

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