CN112823306A - 具有可调整电活性分束器的增强现实装置 - Google Patents

Abstract

在常规增强现实装置中，明亮的环境光可冲淡虚拟图像。幸而可通过可变电活性分束器来防止此问题，所述可变电活性分束器的反射/透射比可基于环境水平而在一定占空比下快速变化或接通和切断。当所述环境光变得较亮时，所述分束器的透射/反射比可转变以使得所述分束器反射更多来自显示器的光并透射更少环境光到用户的眼睛。所述分束器还可以所选占空比在高度反射状态与高度透射状态之间切换，使得眼睛花更多时间整合反射的显示器光而非整合透射的环境光。可随环境光级改变而调整分束比和/或占空比，以向用户提供最优体验。

Description

具有可调整电活性分束器的增强现实装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.119(e)要求2018年10月8日提交的第62/742,800号美国申请的优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

背景技术

增强现实装置允许用户在现实世界的视图上叠加有虚拟图像的情况下观看现实世界。在典型的增强现实装置中，分束器或合束器将来自现实世界的光和来自显示器的光聚集在一起。来自显示器的光呈现为虚拟图像。

分束器和合束器仅是光的部分反射器。即，它们透射以及反射入射光。如果分束器具有两个输入端口——一个用于来自现实世界的光，一个用于来自显示器的光——以及两个输出端口，则所述分束器将通过每个输出端口发送来自每个输入端口的一些光。这种属性允许来自现实世界和显示器的光以按分束率(例如，50/50)设置的比率组合。

令人遗憾的是，当环境光级波动时，这种属性也会导致问题。如果来自现实世界的环境光比来自显示器的光亮很多，则可能难以看到虚拟图像。此问题的一个解决方案是增大显示器(虚拟图像源)的亮度。令人遗憾的是，增大显示器亮度会导致增强现实装置的大小、重量、功耗和/或成本不合需要的增大。

发明内容

本发明技术提供一种针对增强现实装置中明亮环境光冲淡虚拟图像的问题的解决方案。通过利用反射/透射比率可快速变化或接通和切断的电活性分束器，可朝眼睛反射更多来自虚拟图像源的光，同时可减少来自现实世界的光的量，从而增大虚拟图像光与现实世界图像光的比率，使得虚拟图像在明亮的环境光条件下看起来较亮。例如，可变分束器组合器的分束比可以是连续可调整的，以基于环境光级来平衡来自现实世界和虚拟图像源的光。如果现实世界光的亮度是虚拟图像光的两倍，则可调整分束器以透射33％的现实世界光并反射67％的虚拟图像光，从而恢复可见性平衡。

可变分束器/合束器可比用户能够感知切换更快速地(即，比闪光融合阈值快)从现实世界光的完全透射切换到虚拟图像光的完全反射。当分束器切换超过此阈值时，用户将来自现实世界和虚拟世界的图像视为一体。在此模式中，可通过调整占空比或处于反射模式与透射模式的时间量的比率来调整光强度的平衡。例如，10毫秒的透射模式和20毫秒的反射模式使实际上是虚拟图像两倍亮的现实世界场景看起来与虚拟图像同等地亮。

这种类型的可变分束器的实例可用在还包含显示器、控制器和以可操作方式耦合到控制器的光电检测器的增强现实装置中。在操作中，光电检测器感测环境光级。以可操作方式耦合到控制器并与显示器光通信的可变分束器以控制器基于环境光级而确定的比例反射来自显示器的光并透射环境光到用户的眼睛。

可变分束器可包括包夹在一对衬底之间的至少一个液晶层。例如，可变分束器可包含至少两个液晶层：第一胆甾相液晶层，其具有第一手性；以及第二胆甾相液晶层，其与第一胆甾相液晶层平行并且光通信，具有与第一手性相反的第二手性。所述可变分束器还可包含与(多个)液晶层光通信的偏振器结构。此偏振器结构具有邻近的偏振和非偏振区段，其中的每个区段具有大小约为几微米的宽度和高度。

控制器可使可变分束器以比用户的闪光融合阈值快的速率以及所选占空比在第一分束比与第二分束比之间切换，以提供由处理器基于环境光级确定的比例。控制器可基于由光电检测器感测到的环境光级的变化而改变占空比。

替代性增强现实装置包括显示器、控制器、以可操作方式耦合到控制器的环境光传感器以及以可操作方式耦合到控制器并与显示器光通信的可变透射-反射(半透射半反射)装置。同样，环境光传感器检测环境光级。并且可变半透射半反射装置以由控制器基于环境光级确定的比例反射显示器的光并透射环境光到用户的眼睛。

半透射半反射装置可包含透射区段和反射区段。透射区段以由处理器基于环境光级确定的比例反射显示器的一些光并透射一些环境光到用户的眼睛。紧挨着透射区段的反射区段反射显示器的一些光到用户的眼睛并阻挡一些环境光。透射区段可包含液晶层或电致变色层。

控制器可使可变半透射半反射装置以比用户的闪光融合阈值快的速率以及所选占空比在第一分束比与第二分束比之间切换，以提供由处理器基于环境光级确定的比例。控制器还可基于由环境光传感器感测的环境光级的变化来改变占空比。

前述概念和下文更详细论述的附加概念的所有组合(假设此类概念不会相互矛盾)为本文所公开的本发明主题的一部分。确切地说，本公开结尾出现的所要求主题的所有组合均为本文中所公开的本发明主题的一部分。还可能出现在通过引用并入的任何公开内容中的本文所使用的术语应被赋予与本文所公开的特定概念最一致的含义。

附图说明

本领域的技术人员将理解附图主要是用于说明性目的且并非意图对本文所述的发明性标的物的范围进行限制。附图未必按比例绘制；在一些情况下，本文公开的发明主题的各个方面可在图中夸大或放大地示出以助于理解不同特征。在图式中，类似的参考标号通常指类似的特征(例如，功能上类似和/或结构上类似的元件)。

图1示出具有用以降低环境亮度的可变液晶衰减器的增强现实装置。

图2示出图1的增强现实装置中的固定(静态)分束器。

图3示出可替代图1的增强现实装置中的固定分束器和可变液晶衰减器的可变分束器。

图4示出可替代图1的增强现实装置中的固定分束器和可变液晶衰减器的具有可变胆甾相液晶挡板的分束器。

图5示出液晶装置。

图6示出在增强现实系统中用在用作环境光挡板或可变衰减器的液晶装置中的棋盘偏振器结构。

图7示出液晶装置中染料和液晶分子的对齐。

图8示出透射电致变色装置。

图9示出组合的透射液晶和电致变色装置。

图10示出具有用于控制环境光照亮度的透射反射件(半透射半反射)的增强现实装置。

图11示出适用于图10的增强现实装置中的半透射半反射电致变色装置。

图12示出适用于图10的增强现实装置中的半透射半反射液晶装置。

具体实施方式

图1示出具有分束器/合束器103的增强现实(AR)装置100，所述分束器/合束器将源自例如微型液晶显示器(LCD)的虚拟图像源101的光101a与来自现实世界(真实物体)102的环境光102a进行组合。如图2中所示，分束器103通常朝向用户的眼睛105透射约50％的环境光102a并反射约50％的显示器光101a。对于用户来说，此组合光103a呈现为叠加在现实世界物体102上的虚拟图像。其余的环境光102a和显示器光101a传播离开分束器103的另一端口(未示出)。

AR装置100还包含在分束器103与现实世界物体102之间的可变电活性衰减器104。此衰减器104耦合到处理器或控制器110，所述处理器或控制器还耦合到显示器101和光电检测器112。在操作中，光电检测器112感测入射环境光102a。光电检测器112产生表示入射环境光102a的强度或辐照度的电信号，例如光电流。控制器110接收此电信号并用其改变显示器101的亮度和/或衰减器104的透射率。

例如，如果用户在明亮的阳光下穿戴AR装置100，则光电检测器112可检测到明亮的环境光102a，并且控制器101可增大显示器101的亮度和/或减小衰减器104的透射率。如果衰减器104具有在0％透射(仅环境可见)与100％透射(仅虚拟图像可见)之间的可变(例如，连续可变或步进式可变)透射率，则控制器110可将透射率设置为中间值(例如，10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或在0％与100％之间的任何其它值)，例如60％。

如果衰减器104仅具有两个设置——例如0％或100％透射——则控制器110可使衰减器104以所选占空比在这些设置之间切换，以减小环境光102a的相对亮度。此占空比可介于0％与100％之间的范围(例如，10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％，或0％与100％之间的任何其它值或值范围)。例如，衰减器104可在50％的占空比下在设置之间切换，以将环境光102a的表观亮度降低约50％。增大占空比(即，增大衰减器104阻挡环境光102a的时段部分)会降低用户感知的环境光102a的强度。如果衰减器104具有多于两个设置——例如25％、50％或75％透射——则控制器110可以更复杂的方式在所述设置当中切换。

衰减器104以比闪光融合速率或闪光融合阈值更快的速率——在此频率下，间歇光刺激在普通人看来完全平稳——在设置之间切换，使得用户感知不到所述切换。实际上，衰减器104可在24Hz、25Hz、30Hz、48Hz、60Hz、72Hz、75Hz、100Hz或更高的速率下在设置之间切换。

用于增强现实装置中的亮度控制的可变分束器

图3示出可代替图1的AR装置100中的分束器103和可变电活性衰减器104使用的可变分束器303。可变分束器303具有包夹在一对透明衬底307a和307b之间的一个或多个胆甾相液晶层305。(多个)胆甾相液晶层305中的胆甾相液晶是具有右旋或左旋螺旋结构的液晶。由于液晶的这种结构，当液晶螺旋的间距约为光波长时，会发生布拉格反射(Braggreflection)。反射带由液晶的间距长度和双折射率指定。对于在与液晶螺旋结构相同的配置中偏振的光(即，右旋和左旋螺旋的右旋或左旋圆偏振光)，会发生反射。

高双折射率液晶材料可反射涵盖可见光谱的波长带上的光。或者，具有不同间距长度的若干层胆甾相液晶可反射整个可见波长带上的光，其中每个层反射可见光谱中的某一波长子带。通过确保每个层中的反射带涵盖可见光谱，所述层一起反射整个可见光谱上的光。

由于胆甾相液晶材料的偏振敏感性性质，标准胆甾相液晶层反射大约50％并反射大约50％的入射非偏振光。具有相反手性的两个胆甾相液晶层(例如，具有右旋螺旋的层和具有左旋螺旋的层)可反射100％的入射非偏振光。如果螺旋展开，则存在100％的透射，其中液晶变得竖直对齐。卷绕和展开螺旋结构会修改反射率。

使用具有图3中的可变分束器303中的相反手性的一对或多对胆甾相液晶层305使得有可能改变可变分束器的分束比。(层305可以是单对宽带层或一对或多对窄带层，这取决于所要波长范围。)通过改变一对(多对)胆甾相液晶层305花在反射和透射状态的时间量，可控制来自环境和虚拟图像的光的比率。例如，如果层305在75％的时间中处于反射状态并在25％的时间中处于透射状态，则用户眼睛105感受到由可变分束器303反射的显示器光的时间是其感受到由可变分束器303透射的环境光的时间的三倍长。调整此比率会对环境光相对于虚拟图像亮度的表观亮度加权。

如上文简要提及，还称为手性向列液晶的胆甾相液晶是其中液晶指向矢形成手性扭曲或螺旋结构的向列液晶配置。在一些配置中，所述液晶系统能够充当布拉格反射器，并且液晶反射以与手性间距相同的配置偏振的光。为了满足反射偏振光的布拉格条件，液晶的间距应大约为波长(例如，对于可见光，大约450nm到约750nm)。波长λ₀下的布拉格反射峰值被定义为：

λ₀＝n_avP，

其中P是液晶结构的间距，并且n_av是液晶的平均折射率。对于普通折射率为1.5并且特殊折射率为1.8的液晶，对于550nm(人类视觉的峰值响应)下的反射，液晶间距应为333nm。本发明的范围可包含具有一系列双折射率和间距长度的液晶，由此取决于配置，反射可见光谱中的所有波长的光。

反射的波长范围(Δλ)由液晶的双折射率(Δn)和间距确定，并且由以下方程决定：

Δλ＝ΔnP。

对于普通折射率为1.5、特殊折射率为1.8、液晶间距为333nm的液晶，反射光波长的范围是100nm。对于可见光谱(例如，从约380nm到约740nm)中的宽带反射率，波长范围应为360nm。

增大液晶的双折射率或间距会使反射波长范围增大。类似地，宽带反射可通过将具有不同峰值反射波长和较短波长范围的若干液晶层堆叠在一起来实现。

对于峰值波长下的高反射率，液晶装置中的间距数取决于液晶的双折射率。在高双折射率液晶(例如Δn＝0.35)的情况下，可通过四个间距实现90％以及更高的反射率。对于给定反射率，减少间距数允许使用更薄的液晶装置。

可使用跨液晶层的电场来切换手性向列液晶。切换会卷绕以及展开液晶的手性结构。取决于液晶介电特性和电场方向，螺旋液晶可呈垂直配向(homeotropic)或平面取向。电场关断液晶的反射特性，从而使液晶装置(例如，图3中的可变分束器303)在反射状态与透射状态之间切换。液晶的响应时间会随着液晶层的厚度而增加，因此减少间距数并且因此使用较薄的液晶层会增大液晶的切换速度且减少液晶的响应时间。

在操作中，图3中的可变分束器303可耦合到图1中的控制器110并且由其致动，如上文关于可变电活性衰减器104所描述。更具体地说，控制器110可使胆甾相层305以等于或快于闪光融合阈值的速率并且在取决于感光器对环境光级的测量的占空比下在透射状态与反射状态之间切换。

图4示出可代替图1的AR装置100中的分束器103和可变电活性衰减器104使用的替代性可变分束器403。其包含一个输入端口上用以调节显示器光101a的强度的第一胆甾相液晶层401以及另一输入端口上用以调节环境光102a的强度的第二胆甾相液晶层402。第一胆甾相液晶层401和第二胆甾相液晶层402根据来自控制器110的基于光电检测器112的光级读数的命令独立地控制从环境和显示器101进入分束器403的光的量。控制器110可通过改变由胆甾相液晶装置401、402提供的衰减比来优化虚拟图像的可见性。例如，控制器110可驱动胆甾相液晶层401和402，使得它们以比闪光融合速率快的速率并且以所选占空比来脉冲启动和关断，从而提供虚拟图像的所要可见性。

液晶和电致变色装置

图5到9示出可用作AR装置100中的可变衰减器和图4的可变分束器400的液晶装置和电致变色装置。

图5示出具有包夹在对齐层508、透明电极506、正交或平行偏振器504和衬底502之间的液晶层510的液晶装置500。液晶层510可呈扭曲向列相、超扭曲向列相、平面对齐或竖直对齐向列相结构的形式。通过利用电极506跨液晶层510施加电压，或使用平面内切换，入射非偏振光的光学透射率可在50％到0％之间变化。

图6示出可代替图5的液晶装置500中的常规偏振器504中的任一者或两者使用的偏振器阵列600。偏振器阵列600具有偏振器601和透明(非偏振)区段602的棋盘布置。(其它布置也是可能的。)偏振器601和透明区段602太小(例如，约15微米宽×15微米高)而无法被观察者辨析。偏振器阵列600可通过剥蚀薄片偏振器的区段以产生透明区段602或通过在透明衬底上印刷偏振区段601来形成。

当用于液晶元件中时，与常规偏振器相比，使透明区段602与偏振器601交错或交替会增大偏振器阵列600的总透射率。例如，如果一半液晶元件区域含有偏振器601，并且另一半是透明的(透明区段602)，则液晶将在关断状态下具有75％的透射率。通过改变偏振敏感区域中的液晶取向，可将液晶元件的总透射率降低到50％。因此，在此系统的最大光透射率与透射率范围之间存在折衷。

图7示出液晶元件700的两个视图，所述液晶元件包含一对衬底703之间的混合到液晶材料701中的二向色染料702。在此情况下，二向色染料702吸收具有某一偏振性的平行或垂直于染料702的长分子轴的光。液晶701可平行于(左)或垂直于(右)衬底703而对齐，其中染料702遵循液晶701的取向。例如，在平行对齐状态(左)，平行于染料的分子轴的方向偏振的光被吸收，并且液晶元件700存在50％的透射。当液晶701在垂直状态对齐时(右)，染料分子702垂直于衬底703取向。在此情况下，染料702的分子轴不再与光的偏振对齐，并且存在100％的透射。液晶701和染料702可通过平面内电极(未示出)在垂直状态与平行状态之间切换以在关断状态提供100％的透射率并且在接通状态提供50％的透射率或反之亦然，这取决于液晶701和染料702的松弛取向。

图8示出透射电致变色(EC)装置800，其具有包夹在阴极电致变色层806与阳极电致变色层807之间的电解质层808，所述电致变色层又处于透明电极804和衬底802之间。此EC装置800可用于控制AR装置中的环境或显示器源的光强度。向EC装置800施加电压会使电致变色层806和807经历某些氧化还原反应并改变颜色。EC装置800的总透射率(颜色)例如从透光(透明)状态改变到深色状态，反之亦然。这种效果可用于控制AR装置中透射到或透射通过分束器的环境光。

图9示出组合的EC/液晶装置900。所述装置包含一对透明衬底902之间呈光学系列的电致变色装置800和液晶500。这些衬底902可替代或增补电致变色装置800和液晶装置500中的外部衬底。

用于增强现实的透射-反射(半透射半反射)电活性装置

图10示出AR装置1000，其具有用于控制源自现实世界物体102的光与源自虚拟图像源101的光的比的电活性透射-反射(半透射半反射)装置1004。半透射半反射电活性装置1004耦合到控制器1010，并且具有紧挨着反射区段1014的可变透射区段1016。反射区段1014将光101a从虚拟图像源101反射到用户的眼睛105。反射区段1014可具有固定或电可调谐反射率。如果固定，则反射率可小于100％，使得由来自虚拟图像源101的光101a形成的虚拟图像看起来叠加在现实世界物体102或场景的至少一部分上。如果可变，则反射率可基于由光电检测器112测量的环境光级而调整到某一水平或以由控制器1010选择的占空比来切换，以使虚拟图像相对于现实世界场景看起来更暗或更亮。

半透射半反射装置1004的可变透射区段1016控制来自现实世界物体102的到达用户的眼睛105的光102a的强度。控制器1010基于由光电检测器112测量的环境光级来设置可变透射区段1016的透射率。例如，控制器1010可将可变透射区段的透射率设置为给定水平(例如，在0％与100％之间的任何水平)，以使虚拟图像相对于现实世界场景看起来更暗或更亮。如果可变透射区段的透射率在两个离散水平(例如，“明”状态和“暗”状态)之间切换，则控制器1010可使所述可变透射区段的透射率在所选择的占空比下在这些水平之间切换，以使虚拟图像相对于现实世界场景看起来更暗或更亮。

图11和12分别示出适合用于图10的半透射半反射AR装置1000中的半透射半反射电致变色装置和液晶装置。如图11中所示，半透射半反射电致变色装置1100一侧具有包夹在阴极电致变色层1106与阳极电致变色层1107之间的电解质层1108，所述电致变色层又处于透明电极1104和衬底1102之间。衬底1102之间的固定反射器1100占据半透射半反射电致变色装置1100的另一侧。向电致变色装置1100施加电压会使电致变色层1106和1107经历某些氧化还原反应并改变颜色。电致变色装置800的一侧的总透射率(颜色)例如从透光(透明)状态改变到深色状态，反之亦然。此效果可用于控制AR装置中透射的环境光。

如图12中所示，半透射半反射液晶装置1200在一侧包含包夹在对齐层1208、透明电极1206、正交或平行偏振器1204(例如，类似于图6中的偏振器结构600)和衬底1202之间的液晶层1210。在半透射半反射液晶装置1200的另一侧，反射器1220取代了液晶1210、一个对齐层1208和一个透明电极1206的至少一部分。同样，液晶层1110可呈扭曲向列相、超扭曲向列相、平面对齐或竖直对齐向列相结构的形式。通过利用电极1106跨液晶层1110施加电压，或使用平面内切换，入射非偏振光的光学透射率可例如在50％与0％之间连续变化。

结论

尽管已经在本文中描述和示出了各种发明实施例，但本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文所述的一个或多个优点的多种其它装置和/或结构，并且此类变化和/或修改中的每个都被认为在本文所述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和构造均是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于发明示教用于的一个或多个特定应用。本领域的技术人员顶多使用常规实验即可认识到或能够确定本文所描述的特定发明性实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例是仅作为示例给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践本发明的实施例。本公开的发明实施例涉及本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，两个或更多个此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法(如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法并非互不一致)的任何组合包含在本公开的发明性范围内。

而且，各种发明概念可以体现为一种或多种方法，已经提供了其示例。作为方法的一部分执行的动作可以用任何合适的方式排序。因此，可以构造按不同于所说明的次序执行动作的实施例，其可以包含同时执行一些动作，即使在说明性实施例中展示为依序的动作也是如此。

应理解，如本文中定义和使用的所有定义都优先于字典定义、以引用的方式并入的文档中的定义和/或定义的术语的普通含义。

如本文在说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一”除非明确相反指示，否则应理解为意味着“至少一个”。

如本文在说明书和权利要求书中所用，短语“和/或”应理解为意指如此结合的要素中的“任一个或两个”，即，要素在一些情况下结合存在并且在其它情况下分开存在。用“和/或”列出的多个要素应以相同方式解释，即，要素中的“一个或多个”如此结合。除了由“和/或”子句具体指出的元件之外，还可以任选地存在其它元件，无论与具体指出的那些元件相关还是无关。因此，作为非限制性实例，当结合开放式语言(例如“包括”)使用时，提及“A和/或B”在一个实施例中可以仅指A(任选地包含除B之外的元素)；在另一个实施例中仅指B(任选地包含除A之外的元素)；在又一个实施例中，兼指A和B(任选地包含其它元素)；等等。

如本文在本说明书和权利要求书中所用，“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。举例来说，当在列表中分隔多个项目时，“或”或“和/或”将解释为包含性的，即，包含至少一个，但也包含数个要素或要素列表中的一个以上要素和任选地额外未列出的项目。只有明确相反指示的术语，如“仅仅……中的一个”或“恰好……中的一个”或当在权利要求书中使用时“由……组成”将指的是包括多个元件或元件列表中的恰好一个元件。一般地，本文所使用的术语“或”仅应解释为在排他性术语诸如“任一个”、“一个”、“仅一个”或“恰好一个”之前指示排他的替代方式(即“一者或另一者，但并非两者”)。“基本上由……组成”当在权利要求书中使用时，应具有如其在专利法领域中所用的普通含义。

如本文在说明书和权利要求书中所使用的，在提及一个或多个元件的列表时，短语“至少一个”应理解为指选自该元件列表中的任何一个或多个元件的至少一个元件，但不一定包含元件列表中具体列出的每个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。此定义还允许除了元素列表内具体识别的短语“至少一个”所指的元素之外的元素可任选地存在，无论其是否与具体识别的那些元素相关。因此，作为非限制性实例，在一个实施例中，“A和B中的至少一个”(或，等效地，“A或B中的至少一个”或，等效地“A和/或B中的至少一个”)可以指代至少一个，任选地包含多于一个A，不存在B(并且任选地包含除了B之外的元素)；在另一个实施例中，可以指代至少一个，任选地包含多于一个B，不存在A(并且任选地包含除了A之外的元素)；在又一实施例中，可以指代至少一个，任选地包含多于一个A，和至少一个，任选地包含多于一个B(并且任选地包含其它元素)；等等。

在权利要求书中以及在上述说明书中，例如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“由……组成”等所有连接词应理解为是开放的，即，意指包含但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述，只有过渡短语“由…组成”和“基本上由…组成”才应分别是封闭的或半封闭的过渡短语。

Claims (18)

1.一种增强现实装置，包括：

显示器；

控制器；

光电检测器，其以可操作方式耦合到所述控制器以感测环境光级；以及

可变分束器，其以可操作方式耦合到所述控制器并与所述显示器光通信，从而以由所述控制器基于所述环境光级确定的比例反射来自所述显示器的光并透射环境光到用户的眼睛。

2.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中所述可变分束器包括包夹在一对衬底之间的至少一个液晶层。

3.根据权利要求2所述的增强现实装置，其中所述至少一个液晶层包括：

第一胆甾相液晶层，其具有第一手性；以及

第二胆甾相液晶层，其与所述第一胆甾相液晶层平行且光通信，所述第二胆甾相液晶层具有与所述第一手性相反的第二手性。

4.根据权利要求2所述的增强现实装置，还包括：

偏振器结构，其与所述至少一个液晶层光通信，所述偏振器结构具有邻近的偏振区段和非偏振区段。

5.根据权利要求1所述的增强现实装置，其中所述控制器被配置成使所述可变分束器以比所述用户的闪光融合阈值快的速率和所选占空比在第一分束比与第二分束比之间切换，以提供由所述处理器基于所述环境光级确定的所述比例。

6.根据权利要求5所述的增强现实装置，其中所述控制器被配置成基于由所述光电检测器感测到的所述环境光级的变化而改变所述占空比。

7.一种操作增强现实装置的方法，所述增强现实装置包括显示器、控制器、光电检测器和可变分束器，所述方法包括：

通过所述显示器显示图像；

通过所述光电检测器感测环境光级；以及

通过所述可变分束器以由所述控制器基于所述环境光级确定的比例反射来自所述显示器的所述图像并透射环境光到用户的眼睛。

8.根据权利要求7所述的方法，其中反射所述图像并透射所述环境光包括通过所述可变分束器中的至少一个液晶层反射所述图像并透射所述环境光。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

通过与所述至少一个液晶层光通信的偏振器结构透射所述环境光，所述偏振器结构具有邻近的偏振区段和非偏振区段。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

感测所述环境光级的变化；以及

基于所述环境光级的所述变化，改变所述至少一个液晶层的透射率。

11.根据权利要求7所述的方法，还包括在反射所述图像和透射所述环境光时：

使所述可变分束器以比所述用户的闪光融合阈值快的速率和所选占空比在第一分束比与第二分束比之间切换，以提供由所述处理器基于所述环境光级确定的所述比例。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

响应于由所述光电检测器感测到的所述环境光级的变化，改变所述占空比。

13.一种增强现实装置，包括：

显示器；

控制器；

环境光传感器，其以可操作方式耦合到所述控制器以感测环境光级；以及

可变透射-反射(半透射半反射)装置，其以可操作方式耦合到所述控制器并与所述显示器光通信，从而以由所述控制器基于所述环境光级确定的比例反射来自所述显示器的光并透射环境光到用户的眼睛。

14.根据权利要求13所述的增强现实装置，其中所述半透射半反射装置包括：

透射区段，其用于以由所述处理器基于所述环境光级确定的所述比例反射来自所述显示器的所述光中的一些光并透射所述环境光中的一些光到所述用户的眼睛；以及

反射区段，其紧挨着所述透射区段，用于将来自所述显示器的所述光中的一些光反射到所述用户的眼睛并阻挡所述环境光中的一些光。

15.根据权利要求13所述的增强现实装置，其中所述透射区段包括至少一个液晶层。

16.根据权利要求13所述的增强现实装置，其中所述透射区段包括电致变色层。

17.根据权利要求13所述的增强现实装置，其中所述控制器被配置成使所述可变半透射半反射装置以比所述用户的闪光融合阈值快的速率和所选占空比在第一分束比与第二分束比之间切换，以提供由所述处理器基于所述环境光级确定的所述比例。

18.根据权利要求17所述的增强现实装置，其中所述控制器被配置成基于由所述环境光传感器感测到的所述环境光级的变化而改变所述占空比。

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