CN112305765B - 光学装置和增强现实显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种光学装置和增强现实显示装置，涉及光学领域，该光学装置包括：可调节光学元件、光传感模块和调节模块；光传感模块连接所述调节模块，用于检测外界的环境光强度；所述调节模块连接所述可调节光学元件，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件以使得所述可调节光学元件的一面呈浅色，另一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件呈无色。本技术方案能够根据环境光强度适配性地调节该可调节光学元件的颜色，实现适配性地调节该可调节光学元件的透光率和反射率。

Description

光学装置和增强现实显示设备

技术领域

本申请实施例涉及光学领域，具体而言，涉及一种光学装置和增强现实显示装置。

背景技术

AR(Augmented Reality，增强现实)显示设备是一种实现AR技术且可佩戴在人体头部进行展示的穿戴式设备，它通过计算机技术可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，并通过头盔、眼镜等设备在用户的眼前进行画面展示，增强用户的现实感。

相关技术中，AR显示设备的显示镜片采用透明镜片设计，显示镜片外还可以设有一层遮光罩，遮光罩的透光率恒定不变。

上述相关技术中，当用户在户外等光照较强的环境下，AR设备显示的虚拟画面亮度比外界环境光的亮度低，用户无法看清虚拟画面，同时，遮光罩的透光度恒定不变，在室内等光照较暗的情况下，屏幕亮度较高，外界物体透光遮光罩后传入人眼的画面光线很大一部分被遮光罩吸收，亮度较低，以使得用户无法看清外界画面。

发明内容

本申请的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是光照强度强或弱时，影响图像对比度，无法看清虚拟画面或真实画面的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种光学装置，包括：可调节光学元件、光传感模块和调节模块；所述可调节光学元件为薄膜状的可调节光学元件；

光传感模块连接所述调节模块，用于检测外界的环境光强度；

所述调节模块连接所述可调节光学元件，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件以使得所述可调节光学元件的一面呈浅色，另一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件呈无色。

在一实施例中，所述调节模块还用于调节所述可调节光学元件，以使得所述可调节光学元件一面的局部区域呈浅色，另一面的局部区域呈深色。

在一实施例中，所述可调节光学元件包括第一透明基板、介质层和第二透明基板，所述介质层位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间，所述第一透明基板和所述第二透明基板的至少一者上设置有图案化的透明电极；

所述介质层包括浅色带电粒子、深色带电粒子和透明分散液；所述浅色带电粒子和深色带电粒子分散在透明分散液，并封装在封闭腔体内。

在一实施例中，所述透明电极包括面电极和至少两个间隔分布的条形状电极，所述面电极与所述条形状电极相互绝缘；

位于第一透明基板上的条形状电极和位于第二透明基板上的条形状电极一一对应。

在一实施例中，所述调节模块包括第一驱动单元和第二驱动单元；

所述第一驱动单元连接所述可调节光学元件，用于施加第一电信号驱动所述浅色带电粒子和所述深色带电粒子向垂直于所述第一透明基板或所述第二基板的方向进行移动，以使得浅色带电粒子聚集于靠近所述可调节光学元件的所述第一透明基板或所述第二透明基板中的其中一面以使得该面呈现出浅色，所述深色带电粒子聚集于靠近所述可调节光学元件的所述第一透明基板或所述第二透明基板中的另一面以使得该另一面呈现出深色；

所述第二驱动单元连接所述可调节光学元件，用于施加第二电信号驱动所述浅色带电粒子和所述深色带电粒子向平行于所述第一透明基板和所述第二基板的方向进行移动，以使得浅色带电粒子和深色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的侧面所在的面以使得所述可调节光学元件呈现出无色。

在一实施例中，所述可调节光学元件包括电子纸膜层元件和电润湿膜层元件。

在一实施例中，光学装置还包括：透明镜片；

所述可调节光学元件嵌入在所述透明镜片之内；或，所述可调节光学元件贴敷在所述透明镜片的表面。

第二方面，本申请实施例还提供一种增强现实显示设备，包括如第一方面任一实施例所提及的光学装置，还包括显示镜片；所述可调节光学元件位于透明的所述显示镜片上；

所述显示镜片，用于透过来自外界环境的真实图像光线；

所述光传感模块连接所述调节模块，用于检测外界的环境光强度；

所述调节模块连接所述可调节光学元件，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件以使得所述可调节光学元件靠近人眼一面呈浅色，远离人眼一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件呈无色，以改变所述真实图像光线透过所述显示镜片的透过率。

在一实施例中，增强现实显示设备还包括：图像投影器；

所述图像投影器，用于获取本地存储的虚拟图像，并将所述虚拟图像对应的虚拟图像光线投射到所述显示镜片的反射面上；

所述显示镜片，还用于反射所述虚拟图像光线，以使得所述虚拟图像光线反射进入人眼；

所述可调节光学元件，还用于改变所述虚拟图像光线在所述显示镜片上的反射率。

在一实施例中，增强现实显示设备还包括：处理模块；

所述处理模块连接所述调节模块，用于计算所述环境光强度和所述预设阈值之间的差值，根据所述差值得到对应等级的驱动电信号，以控制所述调节模块在该等级的驱动电信号调节所述可调节光学元件。

在一实施例中，增强现实显示设备还包括：摄像头和图像处理模块；

所述摄像头，用于采集透过所述显示镜片后的真实图像光线对应的真实图像；

所述图像处理模块连接所述摄像头，用于获取所述真实图像和本地存储的虚拟图像，将所述真实图像和所述虚拟图像进行融合，渲染得到增强现实显示画面。

本实施例提供的光学装置和增强现实显示装置，该光学装置包括：可调节光学元件、光传感模块和调节模块；光传感模块连接所述调节模块，用于检测外界的环境光强度；所述调节模块连接所述可调节光学元件，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件以使得所述可调节光学元件的一面呈浅色，另一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件呈无色。本技术方案能够根据环境光强度适配性地可调节光学元件的颜色，以使得在环境光强度高于预设阈值时，可调节光学元件的一面呈现出深色而降低透光率，另一面呈现出浅色增加光反射率，在环境光强度低于预设阈值时，可调节光学元件呈现出无色，提高光透光率，从而实现适配性地可调节光学元件的透光率和反射率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是一实施例提供的光学装置的结构示意图；

图2A是一实施例提供的光学装置的另一结构示意图；

图2B是一实施例提供的光学装置的再一结构示意图；

图3是一实施例提供的增强现实显示设备的结构示意图；

图4是一实施例提供的AR眼睛的结构示意图；

图5是基于AR眼睛中的可调节光学元件的第一工作原理图；

图6是基于AR眼睛中的可调节光学元件的第二工作原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例一

图1是一实施例提供的光学装置的结构示意图，如图1所示，该光学装置10包括：可调节光学元件110、光传感模块120和调节模块130。所述可调节光学元件为薄膜状的可调节光学元件。

其中，光传感模块120连接所述调节模块130，用于检测外界的环境光强度；所述调节模块130连接所述可调节光学元件110，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件110以使得所述可调节光学元件110的一面呈浅色，另一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件110呈无色。

可调节光学元件110是一种光学元件，呈膜层状或薄片状，在电信号驱动下可以改变其光透过率和光反射率，从而达到可调节的效果。

在实施例中，可调节光学元件110在电信号的驱动下呈现出不同的颜色，如深色、浅色和无色，由于深色的一面对光线具有较强的吸收能力而影响光透光率，浅色的一面对光线具有较强的反射能力而影响光反射率。需要说明的是，无色是相对深色和浅色而言的。在本实施例中，无色可以理解为透明状态。

在本实施例中，光学装置10可以根据环境光强度的高低施加对应的电信号至可调节光学元件100，从而使得当环境光强度较高时，可调节光学元件能够吸收更多的光线而使得透光率降低，当环境光强度较低时，可调节光学元件110能够吸收较少光线而尽可能让更多地光线透光，提高透光率。

具体的，在本实施例中，光传感模块120检测外界的环境光强度，并将所检测到的环境光强度传输至调节模块130。调节模块130将环境光强度与预设阈值做比较。其中，预设阈值可以根据用户个人的实际情况进行设置，也可以是系统默认的数值。可选的，该预设阈值可以是标准环境光强度或者与标准光强度相对应的其他物理量。

当环境光强度高于预设阈值，通过调节模块120调节该可调节光学元件110以使得该可调节光学元件的一面呈现出浅色，另一面呈现出深色。可选的，可以是可调节光学元件的一面的整个区域呈现出浅色，另一面的整个区域呈现出深色；还可以是一面的局部区域呈现出浅色，另一面的局部区域呈现出深色。

可调节光学元件中呈现出深色的一面对光线具有较高的光吸收特性，呈现出浅色的一面具有较高的光反射特性。其中，深色是黑色、灰色和棕色等暗淡的颜色，浅色是白色、黄色和杏色等明亮的颜色。

通常而言，颜色越深越暗淡，吸光特性越好，即透光率越低，颜色越浅越明亮，反光特性越好，即反射率越高。在一些实施例中，深色为黑色，浅色为白色。

当环境光强度低于预设阈值，通过调节模块120调节该可调节光学元件110以使得该可调节光学元件110的呈现出无色，以便于外界环境光线能够以最大范围地透射过去。

本实施例提供的光学装置，能够根据环境光强度适配性地可调节光学元件的颜色，以使得在环境光强度高于预设阈值时，可调节光学元件的一面呈现出深色，另一面呈现出浅色，在环境光强度低于预设阈值时，可调节光学元件呈现出无色，从而适配性地可调节光学元件的透光率和反射率。

对于可调节光学元件110，在一实施例中，可调节光学元件110包括第一透明基板、介质层和第二透明基板，所述介质层位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间，所述第一透明基板和所述第二透明基板的至少一者上设置有图案化的透明电极；介质层包括浅色带电粒子、深色带电粒子和透明分散液；所述浅色带电粒子和深色带电粒子分散在透明分散液，并封装在封闭腔体内。浅色带电粒子和深色带电粒子可以在透明分散液中自由移动。当向可调节光学元件110施加设定电信号，如设定方波电信号等，浅色带电粒子和深色带电粒子可以在透明分散液中定向移动，定向移动的方向与速度与施加的电信号的大小波形和透明电极所设置的位置有关。

在本实施例中，透明电极可以设置在第一透明基板或第二透明基板上，也可以同时设置在第一透明基板和第二透明基板，透明电极可以是图案化电极，如圆环形、圆形、指叉状、矩形等。在实施例中，可调节光学元件110可以是薄膜状元件，如薄片状元件，可调节光学元件110可以包括相对设置的上下衬底，上下衬底之间包括相对设置的透明电极层，浅色带电粒子、深色带电粒子和透明分散液位于透明电极层之间，并封装在封闭腔体内，以避免浅色带电粒子、深色带电粒子和透明分散液泄露。

在一实施例中，调节模块120包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元连接所述可调节光学元件，用于施加第一电信号驱动所述浅色带电粒子和所述深色带电粒子向垂直于第一透明基板或第二基板的方向进行移动，以使得浅色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的第一透明基板或第二透明基板中的其中一面以使得该面呈现出浅色，所述深色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的第一透明基板或第二透明基板中的另一面以使得该另一面呈现出深色。所述第二驱动单元连接所述可调节光学元件，用于施加第二电信号驱动所述浅色带电粒子和所述深色带电粒子向平行于第一透明基板和第二透明基板的方向进行移动，以使得浅色带电粒子和深色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的侧面所在的面，以使得可调节光学元件呈现出无色。

可选的，第一电信号和第二电信号可以为大小相等或不同的电压信号，或电流信号。第一电信号和第二电信号所施加的位置可以不同，以使得浅色带电粒子和深色带电粒子发生不同的定向移动。

在一实施例中，透明电极包括面电极和间隔排列的条形状电极，面电极和条形状电极相互绝缘，第一透明基板上和第二透明基板上的条形状电极一一对应。如图2A所示，图2A是一实施例提供的光学装置的另一结构示意图；第一透明基板201a和第二透明基板201b上分别设置有面电极202，面电极202上设置有间隔设置的条形状电极203，面电极202之间和条形状电极203之间设置有绝缘层(未图示)。

当向第一透明基板201a和第二透明基板201b上的面电极分别施加正负相反的电信号，此时，浅色带电粒子204和深色带电粒子205分别向垂直于第一透明基板201a或第二透明基板201b的方向进行移动，继续参考图2A，浅色带电粒子204聚集于微胶囊腔体206的靠近第一透明基板201a的位置，使得可调节光学元件靠近第一透明基板201a所在面呈现出浅色，深色带电粒子205聚集于微胶囊腔体206的靠近第二透明基板201b的位置，使得可调节光学元件靠近第二透明基板201b所在面呈现出深色。

当向同一第一透明基板201a和第二透明基板201b上的条形状电极203间隔施加正负相反的电信号，且第一透明基板201a的条形状电极和第二透明基板201b上与之一一对应的条形状电极203所施加的电信号的极性相同，如第一透明基板201a/第二透明基板201b的一一对应的第一个条形状电极203均施加正电信号，第二个条形状电极203均施加负电信号，第三个条形状电极203均施加正电信号，以此类推。此时，浅色带电粒子204和深色带电粒子205分别向水平于第一透明基板201a或第二透明基板201b的方向进行移动，如图2B所示，浅色带电粒子204聚集于微胶囊腔体中靠近带正电的条形状电极203的一侧，深色带电粒子205聚集于微胶囊腔体中靠近带负电的条形状电极203的一侧，以使得微胶囊腔体的中部无深色带电粒子205或浅色带电粒子204分布而呈现出透明间隙，从而使得可调节光学元件呈现出无色，有利于光线从透明间隙中透过。

需要说明的是，深色带电粒子205和浅色带电粒子204的直径很小，即便集中聚集在微胶囊腔体的侧壁时密集程度高，其所呈现出的细小的深色或浅色的细线对透明状态的影响可以忽略不计，让应用于显示应用上时，对显示效果的影响也极小，在一定程度上可以忽略不计。

在其他实施例中，封闭腔体除了微胶囊腔体外，还可以是微杯腔体，其具体的实现原理可以参照上述实施例，在此不再详细赘述。

在一实施例中，可调节光学元件包括电子纸膜层元件和电润湿膜层元件。

对于电子纸膜层元件，其可以包括：透明悬浮液、深色电泳粒子和浅色电泳粒子；浅色电泳粒子和深色电泳粒子分散在透明悬浮液中。

可选的，以白色电泳粒子和黑色电泳粒子为例进行说明。在未施加电压或施加零电压时，黑色电泳粒子均匀分散在透明悬浮液中，当施加电压时，黑色电泳粒子或白色电泳粒子根据透明电极层所设置的位置和形状有规律地发生运动，聚集在设定区域，以使得该设定区域呈现黑色状态或白色状态，其余区域因未存在黑色电泳粒子而呈现透明状态。光线经过黑色区域更多地被吸收，光线经过白色区域更多地被反射，光线经过呈现透明状态的区域而被透光，从而动态适配性地可调节光学元件的颜色，动态改变光线透过可调节光学元件的面积，从而调节可调节光学元件的透光率和反射率。

对于电润湿膜层元件，其可以包括互不混溶的第一流体和第二流体；第一流体和第二流体中的其中一者包括透明流体，另一者包括深色流体。

可选的，以黑色油性流体和透明水性流体为例进行说明。当第一流体与透明电极层相接触，通过透明电极层将电压施加到第一流体，此时，第一流体为黑色流体，可以为黑色油性疏水电介质，第二流体为无色透明水性物质。

当未施加电压或施加零电压时，黑色油性流体均匀铺开，以使得可调节光学元件的一面呈现黑色状态，吸光能力最强。在施加电压时，黑色油性流体发生移动，聚集在可调节光学元件的局部区域，以使得该局部区域呈现黑色状态，在其余区域呈现出透明状态，从而动态调节可调节光学元件的吸光面积。光线经过黑色区域而被吸收，光线经过呈现透明状态的区域而被透光，从而动态适配性地可调节光学元件的颜色，动态改变光线透过可调节光学元件的面积，从而调节可调节光学元件的透光率。

在一实施例中，光学装置还包括透明镜片。所述可调节光学元件嵌入在所述透明镜片之内；或，所述可调节光学元件贴敷在所述透明镜片的表面。

在本实施例中，透明镜片可以是片状镜片，可调节光学元件可以嵌入在透明镜片之内，以通过透明镜片保护可调节光学元件。在另一实施例中，可调节光学元件贴敷在透明镜片的表面。可选的，该可调节光学元件可以是一片或多片。

实施例二

图3是一实施例提供的增强现实显示设备的结构示意图，如图3所示，该增强现实显示设备20可以包括上述任一实施例提供的光学装置，还可以包括透明的显示镜片。

其中，所述可调节光学元件110位于透明的所述显示镜片210上；

所述显示镜片210，用于透过来自外界环境的真实图像光线；

所述光传感模块120连接所述调节模块130，用于检测外界的环境光强度；

所述调节模块130连接所述可调节光学元件110，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件110以使得所述可调节光学元件110靠近人眼一面呈浅色，远离人眼一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件110呈无色，以改变所述真实图像光线透过所述显示镜片的透过率。

对于，增强现实显示设备(AR显示设备)包括但不限于显示镜片210、可调节光学元件110、光传感模块120和调节模块130等，当然增强显示显示设备还可以包括一些支撑部件，如框架等。在本实施例中，增强现实显示设备通过透过来自外界环境真实物体的真实图像光线和反射图像投影器投射的虚拟图像光线，将真实图像光线和虚拟图像光线进行结合处理，得到增强现实显示画面。

以AR眼镜为例进行说明，AR眼镜可以包括镜片框架，还可以包括显示镜片210，该显示镜片210为透明设计，以使得外界的真实物体发出的真实图像光线能够透过该显示镜片210。同时，该显示镜片210的一面内置有反光材料，能够反射光线进行人眼。

可选的，显示镜片为柔性可弯折的，且呈薄膜状态的，可以贴敷于任意曲面上，还可以应用于便携式设备。

光传感模块120包括感光元件，感光元件是可以设置在显示镜片上，也可以设置在镜片框架上，能够灵敏地检测到AR眼镜周围的环境光强度的变化。需要注意的是，光传感模块120的体积较小，设置光传感器模块的位置应能够方便准确地检测出远离人眼侧的环境光强度。

将光传感模块120所检测到的远离人眼侧的环境光强度传输到调节模块，以通过调节模块将远离人眼侧的环境光强度与预设阈值进行比较，得到输出到可调节光学元件上的电信号，在该电信号的驱动作用下，调节该可调节光学元件的透过率和反射率，以使得显示画面的对比度达到最佳。

在一实施例中，预设阈值可以根据用户个人的实际情况进行设置，也可以是系统默认的数值。可选的，该预设阈值可以是标准环境光强度或者与标准光强度相对应的其他物理量。由于不同用户对对比度的要求不同，用户可以根据实际需要设置不同的对比度，得到该对比度对应的预设阈值，如标准环境光强度。

可调节光学元件110可以根据光传感模块120所检测到的环境光强度的强弱在调节模块的作用下改变透过率和反射率。具体的，当环境光强度高于预设阈值，调节模块130向可调节光学元件110施加对应的电信号，调节可调节光学元件110以使得可光学组件靠近人眼以呈现浅色，远离人眼一面呈现出深色。

在实施例中，可调节光学元件110的深色面的颜色越深，吸收真实图像光线的能力越强，可调节光学元件110的浅色面的颜色越浅，反射虚拟图像光线的能力越强。

当环境光强度高于预设阈值，可调节光学元件110远离人眼一面呈现出深色，此时，外界真实物体发出的真实图像光线可被显示镜片210上的可调节光学元件110的深色面所吸收，使得显示镜片210的透光率降低，减少真实图像光线，避免过多的真实图像光线透射在显示区域；同时，虚拟图像光线经可调节光学元件110的浅色面所反射，由于浅色面具有较高的光反射能力，以使得更多的虚拟图像光线能够得到反射，显示镜片210的反射率提高，增加虚拟图像光线，提高显示画面的对比度，提高显示画面的质量。

当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件110呈无色。此时，无色的可调节光学元件110类似于透明的显示镜片210，外界环境发出的真实图像光线可透过呈现无色的可调节光学元件110，使得真实图像光线能够正常地透过显示镜片210而几乎不受可调节光学元件的影响。

需要说明的是，无色是相对深色和浅色而言的，在本实施例中，可选的，无色可以是与显示镜片的颜色一致，如显示镜片为泛黄的玻璃镜片，则可调节光学元件的无色状态呈现出泛黄的颜色。

在室外环境下，外界环境光强度较强，可调节光学元件110发生变暗现象，远离人眼一面呈现出深色，透光率降低，以此阻挡外界环境的强光(即真实图像光线)进入人眼，靠近人眼一面呈现出浅色，提高反射率，以增强进入人眼的虚拟图像光线，提高虚拟图像画面和外界真实画面的对比度，用户可以更清楚地看出虚拟图像画面。在室内场景下，外界环境光强度较弱，可调节光学元件100不发生变暗现象，呈现出透明态，让足够的外界环境光透射进入人眼，用户可以透过透明的可调节光学元件看清外界真实画面。

需要说明的是，本实施例所提及的远离人眼一面呈现出深色可以是呈现深色的透明状态，靠近人眼一面呈现出浅色可以是呈现出浅色的透明状态。

本实施例提供的增强现实显示设备，包括显示镜片、可调节光学元件、光传感模块和调节模块，述可调节光学元件位于透明的所述显示镜片上，光传感模块检测环境光强度；调节模块在环境光强度高于预设阈值调节可调节光学元件，以使得可调节光学元件靠近人眼一面呈浅色且远离人眼一面呈深色，当环境光强度低于预设阈值，调节可调节光学元件呈无色，有效解决在光线较强的室外场景下虚拟图像画面与外界真实画面对比度过低导致的看不清虚拟图像画面的问题，以及在光线较弱的室内场景下虚拟图像画面与外界真实画面对比度过高导致的看不清外界真实画面的问题，从而能够根据环境光强度自动调节显示镜片的透光率和反射率，提高显示画面的对比度。

在相关技术中，透明的显示镜片为半透射半反射曲面屏，即为50％比例透射，50％比例反射的曲面镜片，即显示镜片的透射率和反射率固定不变，而本技术方案提供的显示镜片由于可调节光学元件的存在，能够根据环境光强度自适应调节透射率和反射率，具有更好的光学性能，能够增强现实显示画面的对比度。

在一实施例中，所述可调节光学元件包括电子纸膜层元件和电润湿膜层元件。

可选的，该电子纸膜层元件可以呈现薄片状，嵌入到透明的显示镜片的内部。其中，电子纸元件所占据的显示镜片的位置和面积大小，可以根据实际情况来确定。例如电子纸元件设置在AR眼镜的其中一个显示镜片上，占据在显示镜片中央的局部区域。

在实施例中，所述电子纸膜层元件包括浅色带电粒子、深色带电粒子和透明分散液；所述浅色带电粒子、深色带电粒子分散在透明分散液，并封装在封闭腔体内。

在相关技术的电子纸膜层元件，呈现出双稳态，即呈现出深色状态和浅色状态。以黑白电子纸膜层元件为例，呈现出黑色和白色。又如，彩色电子纸膜层元件中，彩色电子纸膜层元件可以呈现出黑色、白色和第三种有色颜色。然而，在本申请的技术方案中的电子纸膜层元件除了能够呈现出深色和浅色外，还可以呈现出无色。当呈现出无色时，深色带电粒子和浅色带电粒子汇聚在封闭腔体的侧壁，以使得封闭腔体内的绝大部分区域呈现出透明分散液对应的无色。

在一实施例中，所述调节模块用于在所述环境光强度高于预设阈值调节所述电子纸元件以使得浅色带电粒子聚集于靠近人眼一面以呈现出浅色，所述深色带电粒子聚集于远离人眼一面以呈现出深色，当环境光强度低于预设阈值，调节所述电子纸元件以使得浅色带电粒子和深色带电粒子聚集于两侧以呈现出无色。

以黑色电泳粒子为深色带电粒子，白色电泳粒子为浅色带电粒子为例进行说明，当检测到的环境光强度高于预设阈值，调节模块施加对应的电信号至电子纸膜层元件，在电信号的作用下黑色电泳粒子向远离人眼一面定向移动，白色电泳粒子向靠近人眼一面发生定向运动，以使得黑色电泳粒子聚集在电子纸膜层元件远离人眼的一面，白色电泳粒子聚集在电子纸膜层元件靠近人眼的一面。

电子纸膜层元件远离人眼一面呈现黑色，此时，外界真实物体发出的真实图像光线可被显示镜片上的电子纸膜层元件的黑色面所吸收，使得显示镜片的透光率降低，减少真实图像光线，避免过多的真实图像光线透射在显示区域；同时，虚拟图像光线经电子纸膜层元件的白色面所反射，由于白色面具有较高的光反射能力，以使得更多的虚拟图像光线能够得到反射，增加虚拟图像光线，提高显示画面的对比度，提高显示画面的质量。

当检测到的环境光强度低于预设阈值，调节模块施加对应的电信号至电子纸膜层元件，在电信号的作用下黑色电泳粒子和白色电泳粒子向侧壁定向移动，以使得黑色电泳粒子和白色电泳粒子尽可能聚集在侧壁，电子纸膜层元件的其他区域呈现出透明状态。

在一实施例中，黑色电泳粒子和白色电泳粒子聚集在侧壁所占据的区域尽可能少，此时，无色的电子纸膜层元件类似于透明的显示镜片，外界环境发出的真实图像光线可透过呈现无色的电子纸膜层元件，使得真实图像光线能够正常地透过显示镜片而几乎不受电子纸膜层元件的影响。

电子纸膜层元件可以根据环境光强度自适应改变透过率和反射率，在环境光强度高的环境下，电子纸膜层元件的透光率降低，反射率升高，从而避免过多的外界的真实图像光线透射到显示画面上，影响虚拟图像光线对应的虚拟图像画面的可见度；在环境光强度弱的环境下，电子纸膜层元件的透过率增强，反射率降低，从而避免由于透过率过低导致光线太暗，影响外界环境发出的真实图像光线对应的外界真实画面的可见度。

需要说明的是，可调节光学元件嵌入到透明的显示镜片，远离人眼一面呈现出黑色，靠近人眼一面呈现出白色，使得可调节光学元件可以最大程度地吸收外界环境光线，以最大程度避免光线对虚拟图像画面的可见度或者外界真实画面的可见度的不良影响。在一实施例中，增强现实显示设备还包括图像投影器；

在一实施例中，增强现实显示设备还包括：图像投影器。

所述图像投影器，用于获取本地存储的虚拟图像，并将所述虚拟图像对应的虚拟图像光线投射到所述显示镜片的反射面上；所述显示镜片，还用于反射所述虚拟图像光线，以使得所述虚拟图像光线反射进入人眼；所述可调节光学元件，还用于改变所述虚拟图像光线在所述显示镜片上的反射率。

在本实施例中，显示镜片210的靠近人眼一侧内置有反光材料，能够反射光线进行人眼。增强现实显示设备的虚拟图像可以存储内置于图像投影器的存储器上，还可以是存储外置于图像投影器的存储器上。图像投影器获取本地存储的虚拟图像，将所述虚拟图像对应的虚拟图像光线投射到所述可调节光学元件的靠近人眼一面，以使得所述虚拟图像光线经所述可调节光学元件的靠近人眼一面反射后射入人眼，以使得佩戴者能够看到虚拟图像。由于在电信号作用下，显示镜片上的可调节光学元件靠近人眼一面呈现出浅色，如白色，以使得显示镜片的反射面能够反射更多的虚拟图像光线，提高显示镜片上的反射率。

在实施例中，图像投影器位于显示镜片的靠近人眼的一面，以便于向可调节光学元件的靠近人眼一面投影出虚拟图像光线。

在一实施例中，增强现实显示设备还包括：处理模块；

所述处理模块连接所述调节模块，用于计算所述环境光强度和所述预设阈值之间的差值，根据所述差值得到对应等级的驱动电信号，以控制所述调节模块在该等级的驱动电信号调节所述可调节光学元件。

由于不同用户对对比度的要求不同，用户可以根据实际需要设置不同的对比度，得到该对比度对应的预设阈值，如标准环境光强度。或者采用系统默认设置的预设阈值。在实施例中，处理模块可以根据环境光强度和所述预设阈值之间的差值，查找对应的光强度等级，以对应等级的驱动电信号对可调节广宣元件进行调节，例如，预设阈值为10个单位的光强度，若当前的环境光强度为20个单位的光强度，则对应施加第一等级的驱动电信号，如30V；若当前的环境光强度为40个单位的光强度，则对应施加第二等级的驱动电信号，如60V等，以使得可调节光学元件内所呈现的颜色的深浅不同，如在高驱动电信号作用下，带电粒子运动更强烈，深色面的颜色深度较之低驱动电信号作用下的深色面的颜色深度高，从而实现呈现出不同灰阶等级的颜色。

在一实施例中，增强现实显示设备，还包括：摄像头和图像处理模块；

所述摄像头，用于采集透过所述显示镜片后的真实图像光线对应的真实图像；所述图像处理模块连接所述摄像头，用于获取所述真实图像和本地存储的虚拟图像，将所述真实图像和所述虚拟图像进行融合，渲染得到增强现实显示画面。

在一实施例中，增强现实显示设备包括摄像头，摄像头可以设置于靠近人眼一侧，以便于采集透过显示镜片后的真实图像光线对应的真实图像。可选的，摄像头包括光传感器和处理器，通过该光传感器能够感应透过显示镜片后的真实图像光线，并转换为对应的物理信号，以便于处理器将该物理信号转换为对应的真实图像。

进一步的，图像处理模块获取所述真实图像和本地存储的虚拟图像，将真实图像和虚拟图像进行叠加处理，得到增强现实显示画面，将该显示画面传输到增强现实显示设备的显示屏进行播放，可选的，该显示屏设于显示镜片上。

为了更清楚地阐述本申请，下面结合以下附图和示例对本方案进行说明。

图4是一实施例提供的AR眼睛的结构示意图，如图4所示，该AR眼睛30包括显示镜片210，显示镜片210上设有可调节光学元件110，还包括图像投影器(未图示)。

图5是基于AR眼睛中的可调节光学元件的第一工作原理图，如图5所示，当环境光强度较高时，可调节光学元件的远离人眼一面由于黑色粒子的聚集呈现出黑色，靠近人眼一面由于白色粒子的聚集呈现出白色。来自外界的真实物体的真实图像光线T1透过显示镜片后，相当部分的光线被可调节光学元件的远离人眼的黑色面所吸收，使得透过可调节光学元件的真实图像光线T1’大大减弱，来自图像投影器的虚拟图像光线P1投影到显示镜片后，被可调节光学元件的靠近人眼侧的白色面所反射，使得反射的虚拟图像光线P’增强，从而使得显示镜片的透光率降低，减少真实图像光线，避免过多的真实图像光线透射在显示区域；显示镜片的反射率提高，增加虚拟图像光线，提高显示画面的对比度，提高显示画面的质量。

图6是基于AR眼睛中的可调节光学元件的第二工作原理图。如图5所示，当环境光强度较低时，黑色粒子和白色粒子横向运动聚集可调节光学元件的侧边，使得可调节光学元件呈现无色透明态，使得真实图像光线能够正常地透过显示镜片而几乎不受可调节光学元件的影响。来自外界的真实物体的真实图像光线T2透过显示镜片后，并经过可调节光学元件的无色透明区域透过，使得较多的真实图像光线T2’能够透过，来自图像投影器的虚拟图像光线P2投影到显示镜片后，得到反射后的虚拟图像光线P2’。相对于图5示例的情况，本示例中真实图像光线T2和虚拟图像光线P2收到可调节光学元件的影响较小，使得透射后的真实图像光线T2’>T1’，反射后的虚拟图像光线P2’<P1’，当环境光强度较低时，能够让足够的外界环境光透射进入人眼，用户可以透过透明的可调节光学元件看清外界真实画面。

应当理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”或“连接”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上或连接到另一元件或层或中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”或“直接连接到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。如本文所用，“连接”包括物理和/或电连接。相同的数字始终代指相同的元素。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等来表述各种元件、部件、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分应该是不受这些条款的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层/部分与另一元件、组件、区域、层/部分区分开。因此，在不脱离本申请的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。

描述为“下方”的元件将相对于其他元件或特征定向在“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方的方向。装置可以以其他方式(旋转90度或在其他方位)，并且相应地结束本文使用的空间相对描述符。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是要限制本申请。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件。

这里参考示意图描述了本申请的实施例，这些图是本申请的理想化实施例(和中间结构)的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公式导致的图示形状的变化。因此，本发明的实施例不应被理解为限于这里示出的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：可调节光学元件、光传感模块和调节模块；所述可调节光学元件为薄膜状的可调节光学元件；其中，所述可调节光学元件包括第一透明基板、介质层和第二透明基板，所述介质层位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间，所述第一透明基板和所述第二透明基板的至少一者上设置有透明电极；所述介质层包括浅色带电粒子、深色带电粒子和透明分散液；所述浅色带电粒子和深色带电粒子分散在透明分散液，并封装在封闭腔体内；所述透明电极包括面电极和至少两个间隔分布的条形状电极，所述面电极与所述条形状电极相互绝缘；位于第一透明基板上的条形状电极和位于第二透明基板上的条形状电极一一对应；

光传感模块连接所述调节模块，用于检测外界的环境光强度；

所述调节模块连接所述可调节光学元件，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件以使得所述可调节光学元件的一面呈浅色，另一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件呈无色；

其中，所述调节模块包括第一驱动单元和第二驱动单元；

所述第一驱动单元连接所述可调节光学元件的面电极，用于施加第一电信号驱动所述浅色带电粒子和所述深色带电粒子向垂直于所述第一透明基板或所述第二透明基板的方向进行移动，以使得浅色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的所述第一透明基板或所述第二透明基板中的其中一面以使得该面呈现出浅色，所述深色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的所述第一透明基板或所述第二透明基板中的另一面以使得该另一面呈现出深色；

所述第二驱动单元连接所述可调节光学元件的条形状电极，用于施加第二电信号驱动所述浅色带电粒子和所述深色带电粒子向平行于所述第一透明基板和所述第二透明基板的方向进行移动，以使得浅色带电粒子和深色带电粒子聚集于所述封闭腔体中靠近所述可调节光学元件的侧面所在的面以使得所述可调节光学元件呈现出无色。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述调节模块还用于调节所述可调节光学元件，以使得所述可调节光学元件一面的局部区域呈浅色，另一面的局部区域呈深色。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还包括：透明镜片；

所述可调节光学元件嵌入在所述透明镜片之内；或，

所述可调节光学元件贴敷在所述透明镜片的表面。

4.一种增强现实显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的光学装置，还包括显示镜片；所述可调节光学元件位于透明的所述显示镜片上；

所述显示镜片，用于透过来自外界环境的真实图像光线；

所述光传感模块连接所述调节模块，用于检测外界的环境光强度；

所述调节模块连接所述可调节光学元件，用于在所述环境光强度高于预设阈值，调节所述可调节光学元件以使得所述可调节光学元件靠近人眼一面呈浅色，远离人眼一面呈深色；当环境光强度低于预设阈值，调节所述可调节光学元件呈无色，以改变所述真实图像光线透过所述显示镜片的透过率。

5.根据权利要求4所述的增强现实显示设备，其特征在于，还包括：图像投影器；

所述图像投影器，用于获取本地存储的虚拟图像，并将所述虚拟图像对应的虚拟图像光线投射到所述显示镜片的反射面上；

所述显示镜片，还用于反射所述虚拟图像光线，以使得所述虚拟图像光线反射进入人眼；

所述可调节光学元件，还用于改变所述虚拟图像光线在所述显示镜片上的反射率。

6.根据权利要求4所述的增强现实显示设备，其特征在于，还包括：处理模块；

所述处理模块连接所述调节模块，用于计算所述环境光强度和所述预设阈值之间的差值，根据所述差值得到对应等级的驱动电信号，以控制所述调节模块在该等级的驱动电信号调节所述可调节光学元件。

7.根据权利要求5所述的增强现实显示设备，其特征在于，还包括：摄像头和图像处理模块；

所述摄像头，用于采集透过所述显示镜片后的真实图像光线对应的真实图像；

所述图像处理模块连接所述摄像头，用于获取所述真实图像和本地存储的虚拟图像，将所述真实图像和所述虚拟图像进行融合，渲染得到增强现实显示画面。

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