CN112305758A - 一种ar显示眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显示设备技术领域，更具体地说，涉及一种具有光学屈光度的AR显示眼镜。该AR显示眼镜，包括平面波导镜片和设置在平面波导镜片内侧的视力矫正镜片，平面波导镜片上具有耦入区和耦出区，其中：耦入区用于接收某一入射角进入的图像光线，并将图像光线转化为第一衍射光经平面波导镜片传递至耦出区；耦出区用于接收第一衍射光和来自现实物体的实体光线，并将第一衍射光和实体光线通过视力矫正镜片传递到人眼。本发明的有益之处在于：通过平面波导镜片和设置在平面波导镜片内侧的视力矫正镜片，能够同时实现AR显示和视力矫正，无需另外佩戴眼镜来进行视力矫正，简单方便，成像效果好，便于携带。
Description
技术领域
本发明涉及显示设备技术领域，更具体地说，涉及一种具有光学屈光度的 AR显示眼镜。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，简称AR)，是1990年提出的一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的技术，把原本在现实世界很难体验到的实体信息(视觉、触觉等)，通过电脑等科学技术，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。可以结合真实和虚拟世界，创造新的可视化环境，在军事、医疗、教育、游戏和生活等重要领域有着广泛的应用前景。目前主流的近眼式增强现实显示设备大多采用光波导原理，主要由微显示器、光栅和平面波导组成。
现今各种各样的电子产品占据了人们的生活，频繁的使用这些电子产品带来的弊端之一就是视力问题日益严重。仅中国就有大约4.5亿人需要长期配戴眼镜，然而目前近眼显示装置并没有针对视力有问题的人群提出特殊的设计方案。这使得很多需要使用近眼显示装置的人不得不再佩戴一副可以矫正视力的眼镜。
如图1所示，现有AR显示眼镜所用的镜片为不具有屈光度的镜片。对于无视力缺陷的人群，这种镜片可以很好地融合真实世界信息和虚拟世界信息。一些用户因为眼屈光系统的屈光力减弱，真实世界信息在通过眼的屈光系统曲折后，焦点无法落在视网膜上。比如，焦点落在视网膜之前的屈光状态称为近视，如图1；焦点落在视网膜之后的屈光状态称为远视。有视力缺陷的用户无法通过不具有屈光度的镜片的AR显示眼镜看清现实物体。而且，不具屈光度的镜片可能也无法将虚拟信息的焦点落在此类用户的视网膜上。因此有视力缺陷的人只能佩戴视力矫正眼镜后再佩戴AR显示眼镜，但是，舒适性很差。所以，这种镜片无法为有视力缺陷的用户提供实用、舒适的AR显示眼镜。因此亟需一种可以与现有AR显示眼镜有机结合的视力矫正镜片，便于近视人士方便舒适的使用AR 显示眼镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使得具有视力缺陷的人士可以无需佩戴眼镜就可以直接使用AR显示眼镜，体验的舒适性和便利性大大提高，制备简单，成本低的一种视力矫正功能的AR显示眼镜。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种AR显示眼镜，其特征在于，所述AR显示眼镜包括平面波导镜片和设置在所述平面波导镜片内侧的视力矫正镜片，所述平面波导镜片上具有耦入区和耦出区，其中：
所述耦入区用于接收某一入射角进入的图像光线，并将图像光线转化为第一衍射光；
所述耦出区接收所述第一衍射光和来自现实物体的实体光线，并将所述第一衍射光和实体光线通过视力矫正镜片传递到人眼。
进一步地，所述视力矫正镜片在所述平面波导镜片的正投影覆盖所述耦出区。
进一步地，所述视力矫正镜片的正投影与所述耦出区的边界重叠。
进一步地，所述视力矫正镜片在所述平面波导镜片上的正投影大于所述耦出区，所述视力矫正镜片被定义有与所述耦出区重叠的投射区和超出所述耦出区的非投射区，所述非投射区与所述平面波导镜片之间设置有使所述平面波导镜片与非投射区重叠部分发生全反射的导光介质。
进一步地，所述投射区与所述耦出区之间设置有所述导光介质。
进一步地，所述视力矫正镜片在所述平面波导镜片上的正投影大于所述耦出区，所述视力矫正镜片被定义有与所述耦出区重叠的投射区和超出所述耦出区的非投射区，所述视力矫正镜片与所述平面波导镜片之间形成有密闭腔。
进一步地，所述密闭腔的高度为80-120微米。
进一步地，所述密闭腔内为空气。
进一步地，所述视力矫正镜片通过框胶固定在所述平面波导镜片上。
进一步地，所述导光介质为氟化镁。
进一步地，所述视力矫正镜片和所述平面波导镜片分别通过胶合剂与所述导光介质固定。
进一步地，所述视力矫正镜片为近视镜片或远视镜片。
进一步地，所述视力矫正镜片朝向所述耦出区一面上设置有增透抗反膜。
本发明的有益效果在于：本发明涉及的AR显示眼镜通过将视力矫正镜片和平面波导镜片相结合，由耦出区接收第一衍射光和来自现实物体的现实光线，并将第一衍射光和现实光线然后通过视力矫正镜片传递到人眼，以同时实现AR 显示和视力矫正，从而使得具有视力障碍的人群，可以直接使用该AR显示眼镜，无需另外佩戴眼镜来进行视力矫正，简单方便，另外通过将视力矫正镜片设置在平面波导镜片的内侧，能够同时对于第一衍射光和现实光线同时进行矫正，不仅提高对第一衍射光和现实光线的融合效果，提高了显示效果，而且对第一衍射光和现实光线同时进行矫正，减少了对第一衍射光和现实光线的处理步骤，进而提高了AR显示眼镜的空间利用率，另外，还可以使得AR显示眼镜的体积更小，重量更轻，从而方便携带，降低佩戴者的负担。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是无屈光度镜片的AR显示眼镜用于视力缺陷用户的示意图。
图2是本发明的第一种实施例所示的AR显示眼镜的结构示意图。
图3是本发明的第二种实施例所示的AR显示眼镜的结构示意图。
图4是本发明的第三种实施例所示的VR显示眼镜的结构示意图。
图5是本发明的第四种实施例所示的VR显示眼镜的结构示意图。
图6是本发明的第五种实施例所示的VR显示眼镜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照图2在本发明的第一种实施例中，AR显示眼镜包括平面波导镜片 1和设置在平面波导镜片1内侧的视力矫正镜片，在本实施例中，视力矫正镜片采用平凹透镜2，该平凹透镜2朝向平面波导镜片1的下表面23为平面，背向平面波导镜片1的上表面24为内凹面(即该平凹透镜为单凹面镜)。平面波导镜片1上具有耦入区11和耦出区12，其中：耦入区11用于接收某一入射角进入的图像光线，并将图像光线转化为第一衍射光经平面波导镜片1传递至耦出区12；耦出区12用于接收来自耦入区11的第一衍射光和来自现实物体的实体光线，并将第一衍射光和实体光线通过平凹透镜2传递到人眼。在此需要说明的是，在图2中，虚线a所代表的为在无视力矫正镜片时，第一衍射光和实体光线于耦出区12至眼球之间的光路走向，实线b所代表的为在设置平凹透镜2 后，第一衍射光和实体光线于耦出区12至眼球之间的光路走向，通过光路走向的表示可以看出，当设置有平凹透镜2后，焦点落于视网膜上，从而使得人眼接收到清晰的画面，满足具有近视障碍的人群的使用需求。
在上述实施例中，平凹透镜2在平面波导镜片1上的正投影大于耦出区12，平凹透镜2被定义有与所述耦出区12重叠的投射区21和超出耦出区12的非投射区22。在实际应用中，由于耦出区12的厚度较小，若直接让平凹透镜2与平面波导镜片1贴合，平面波导镜片1的非投射区22相当于直接贴合在平面波导镜片1上，由于平凹透镜2的折射率在1.4左右，平面波导镜片1的折射率在为 1.8-1.9，第一衍射光在平面波导镜片1无法实现全反射，可能部分漏出并折射入非投射区22内，从而与投射区21内进入的第一衍射光和实体光线发生干扰，而影响最终的成像效果。因此，在非投射区22与平面波导镜片1之间设置有超低折射率的导光介质，以使第一衍射光在与非投射区22重叠的平面波导镜片1 内发生全反射。通过设置平面波导镜片1与非投射区22之间的导光介质5，可以防止平面波导镜片1中的第一衍射光在非投射区22漏出，对平凹透镜2的成像造成干扰，提高显示质量。投射区22与耦出区12之间也设置有相同的导光介质。在一实施例中，在平面波导镜片1上与平凹透镜2重叠的区域包括耦出区12镀上一层约几百纳米的超低折射率的导光介质，例如氟化镁等，然后使用胶合剂将平凹透镜2粘合在一起。
参照图3，在第二种实施例中，AR显示眼镜的主要结构与第一种实施例相同，不同之处在于：平凹透镜2通过设置在其下表面的框胶4固定在平面波导镜片1上，在平凹透镜2与平面波导镜片1之间形成密闭腔3，高度为80微米 -120微米，密闭腔3内为空气。由于空气的折射率小于氟化镁的折射率，能够使得平面波导镜片1更容易满足全反射的条件，降低对第一衍射光的射入角度的要求，进而能够更有效防止平面波导镜片1向非投射区22漏光，从而更有效的保证视力矫正镜片的成像质量。
参照图4，在第三种实施例中，AR显示眼镜的主要结构与第二种实施例相同，不同之处在于：在平凹透镜2的下表面镀设有增透抗反膜25，通过增透抗反膜25的设置可以减少空气上下表面的反射光，进而减少重影现象，进一步提高AR显示眼镜的成像质量。
上述增透抗反膜25，也被称为减反射膜或增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。
参照图5，在第四种实施例中，AR显示眼镜的主要结构与第一种实施例相同，不同之处在于：视力矫正镜片采用双曲面的凹透镜2＇，该凹透镜2＇朝向平面波导镜片1的下表面23＇为内凹面，凹透镜通过设置在其下表面的框胶4 固定在平面波导镜片1上，在凹透镜2＇与平面波导镜片1之间形成密闭腔3，高度为80微米-120微米，密闭腔3内为空气。由于空气的折射率小于氟化镁的折射率，能够使得平面波导镜片1更容易满足全反射的条件，进而能够更有效防止平面波导镜片1向非投射区22漏光，保证视力矫正镜片的成像质量，能够用于有近视的视力障碍的佩戴者的矫正需求。
参照图6，在第五种实施例中，AR显示眼镜的主要结构与第一或第二种实施例相同，不同之处在于：视力矫正镜片采用平凸透镜2＇＇，平凸透镜通过设置在其下表面的框胶4固定在平面波导镜片1上，在平凸透镜2＇＇与平面波导镜片1之间形成密闭腔3，高度为80微米-120微米，密闭腔3内为空气。由于空气的折射率小于氟化镁的折射率，能够使得平面波导镜片1更容易满足全反射的条件，进而能够更有效防止平面波导镜片1向非投射区22漏光，保证视力矫正镜片的成像质量，能够用于有远视的视力障碍的佩戴者的矫正需求。
在第六种实施例中，其主要结构与第一种实施例相同，不同之处在于：平凹透镜2可设置成只与平面波导镜片1重叠的投射区21，即：视力矫正镜片的正投影与耦出区12的边界重叠。通过将视力矫正镜片1设置的和耦出区12的边界重叠，不仅可以保证通过耦出区12的第一衍射光和现实光线进入视力矫正镜片，还能够有效防止光线泄露。
综上所述，本发明涉及的AR显示眼镜通过将视力矫正镜片和平面波导镜片 1相结合，由耦出区12接收第一衍射光和来自现实物体的现实光线，并将第一衍射光和现实光线然后通过视力矫正镜片传递到人眼，以同时实现AR显示和视力矫正，从而使得具有视力障碍的人群，可以直接使用该AR显示眼镜，无需另外佩戴眼镜来进行视力矫正，简单方便；另外，通过将视力矫正镜片设置在平面波导镜片1的内侧，能够同时对于第一衍射光和现实光线同时进行矫正，不仅提高对第一衍射光和现实光线的融合效果，提高了显示效果，而且对第一衍射光和现实光线同时进行矫正，减少了对第一衍射光和现实光线的处理步骤，进而提高了AR显示眼镜的空间利用率，使得AR显示眼镜的体积更小，重量更轻，从而方便携带，降低佩戴者的负担。
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 (13)
1.一种AR显示眼镜，其特征在于，所述AR显示眼镜包括平面波导镜片和设置在所述平面波导镜片内侧的视力矫正镜片，所述平面波导镜片上具有耦入区和耦出区，其中：
所述耦入区用于接收某一入射角进入的图像光线，并将图像光线转化为第一衍射光；
所述耦出区接收所述第一衍射光和来自现实物体的实体光线，并将所述第一衍射光和实体光线通过视力矫正镜片传递到人眼。
2.根据权利要求1所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述视力矫正镜片在所述平面波导镜片的正投影覆盖所述耦出区。
3.根据权利要求2所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述视力矫正镜片的正投影与所述耦出区的边界重叠。
4.根据权利要求2所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述视力矫正镜片在所述平面波导镜片上的正投影大于所述耦出区，所述视力矫正镜片被定义有与所述耦出区重叠的投射区和超出所述耦出区的非投射区，所述非投射区与所述平面波导镜片之间设置有使所述平面波导镜片与非投射区重叠部分发生全反射的导光介质。
5.根据权利要求4所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述投射区与所述耦出区之间设置有所述导光介质。
6.根据权利要求2所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述视力矫正镜片在所述平面波导镜片上的正投影大于所述耦出区，所述视力矫正镜片被定义有与所述耦出区重叠的投射区和超出所述耦出区的非投射区，所述视力矫正镜片与所述平面波导镜片之间形成有密闭腔。
7.根据权利要求6所述的AR显示眼镜，其特征在于：所述密闭腔的高度为80-120微米。
8.根据权要求7所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述密闭腔内为空气。
9.根据权利要求6所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述视力矫正镜片通过框胶固定在所述平面波导镜片上。
10.根据权要求4或5所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述导光介质为氟化镁。
11.根据权利要求10所述的AR显示眼镜，其特征在于，所述视力矫正镜片和所述平面波导镜片分别通过胶合剂与所述导光介质固定。
12.权利要求1所述的AR显示眼镜，其特征在于：所述视力矫正镜片为近视镜片或远视镜片。
13.权利要求1所述的AR显示眼镜，其特征在于：所述视力矫正镜片朝向所述耦出区一面上设置有增透抗反膜。
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