CN114280777B - Ar显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于头戴显示设备技术领域，具体涉及一种AR显示装置。AR显示装置包括眼镜本体；至少一组微型投影显示系统，微型投影显示系统设于眼镜本体，微型投影显示系统包括：光波导镜片、透射镜片和光机模组，透射镜片与光波导镜片呈错开布置，光机模组设置成在第一投影位置和第二投影位置之间切换，光机模组处于第一投影位置时，光机模组发射的光线投影至光波导镜片，光机模组处于第二投影位置时，光机模组发射的光线穿过透射镜片并投影至AR显示装置的外部。根据本发明的AR显示装置，光机模组切换至第二投影位置时，光机模组发射的光线穿过透射镜片投影至AR显示装置的外部投影区，从而提高用户的观看体验。

Description

AR显示装置

技术领域

本发明属于头戴显示设备技术领域，具体涉及一种AR显示装置。

背景技术

AR是将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成，把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，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。

AR显示装置既要看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息，所以成像系统不能挡在视线前方。这就需要多加一个或一组光学组合器(optical combiner)，通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体，互相补充，互相“增强”。AR显示装置的主要光学方案包括平面反射，自由曲面，光波导等几种。其中光波导镜片由于其形状尺寸小，动眼框范围大，外界光线穿透度高等特点在AR显示装置中得到了广泛的应用。

光波导(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。在AR显示装置中，光波导镜片与光机搭配使用，光机发出的光线射入光波导镜片，光经过光波导镜片内部的传输后射出至人眼内。

现有的光波导镜片的尺寸有限，当光机发出较多文字的文档或者高清电影时，光波导镜片难以将文档或者电影放大，进而影响用户的观看体验。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有的AR显示装置影响用户观看体验的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提出了一种AR显示装置，所述AR显示装置包括：

眼镜本体；

至少一组微型投影显示系统，所述微型投影显示系统设于所述眼镜本体，所述微型投影显示系统包括：光波导镜片、透射镜片和光机模组，所述透射镜片与所述光波导镜片呈错开布置，所述光机模组设置成在第一投影位置和第二投影位置之间切换，所述光机模组处于所述第一投影位置时，所述光机模组发射的光线投影至所述光波导镜片，所述光机模组处于所述第二投影位置时，所述光机模组发射的光线穿过所述透射镜片并投影至所述AR显示装置的外部。

根据本发明实施例的AR显示装置，微型投影显示系统的光机模组设置成在第一投影位置和第二投影位置之间切换，当光机模组发射的光线投影至光波导镜片上不够清晰或者显示不完整时，光机模组切换至第二投影位置，光机模组发射的光线穿透透射镜片投影至AR显示装置的外部投影区，以显示在更大的投影区域，从而保证投影画面的清晰度和完整度，进而提高用户的观看体验。

另外，根据本发明实施例的AR显示装置，还可以具有如下的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述光机模组包括光机，所述光机以相对所述眼镜本体可转动的方式设于所述眼镜本体，所述光机设置成在所述第一投影位置与所述第二投影位置之间切换。

在本发明的一些实施例中，所述光机模组还包括电机，所述电机设于所述眼镜本体，所述电机驱动连接于所述光机。

在本发明的一些实施例中，所述第一投影位置与所述第二投影位置之间的夹角范围为30度至60度。

在本发明的一些实施例中，所述第一投影位置与所述第二投影位置之间的夹角为45度。

在本发明的一些实施例中，所述透射镜片与所述光波导镜片的耦入区域沿所述眼镜本体的高度方向间隔布置。

在本发明的一些实施例中，所述透射镜片沿所述眼镜本体的高度方向布置在所述光波导镜片的所述耦入区域的下方。

在本发明的一些实施例中，所述眼镜本体包括框体和连接于所述框体两侧的眼镜腿，所述微型投影显示系统设于所述框体，所述光机模组、所述透射镜片和所述光波导镜片的耦入区域布置在所述框体靠近所述眼镜腿的一端。

在本发明的一些实施例中，所述光机模组与所述光波导镜片沿所述眼镜本体的长度方向间隔设于所述框体，所述光机模组与所述透射镜片沿所述眼镜本体的长度方向间隔设于所述框体。

在本发明的一些实施例中，所述微型投影显示系统的数量为两组，两组所述微型投影显示系统沿所述眼镜本体的宽度方向间隔布置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的结构件。在附图中：

图1为本发明实施例的AR显示装置的整体结构轴测图；

图2为图1所示AR显示装置的整体结构侧视图；

图3为图2所示AR显示装置的整体结构侧视图(光机模组处于第一投影位置时)；

图4为图2所示AR显示装置的整体结构侧视图(光机模组处于第二投影位置时)；

图5为图1所示AR显示装置的光机模组结构示意图；

图6为图3所示光机模组发射光线的传播图(光机模组处于第一投影位置时)。

附图中各标记表示如下：

100：AR显示装置；

10：眼镜本体、11：框体、111：显示区、112：鼻梁区、12：眼镜腿；

20：微型投影显示系统、21：光波导镜片、211：耦入区域、212：耦出区域、22：透射镜片、23：光机模组、231：光机、232：电机、201：第一投影位置、202：第二投影位置。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或结构件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、结构件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、结构件、区域、层和/或结构段，但是，这些元件、结构件、区域、层和/或结构段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、结构件、区域、层或结构段与第二区域、层或结构段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、结构件、区域、层或结构段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、结构件、区域、或结构段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内结构”、“外结构”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符响应地进行解释。

如图1至图4所示，本发明实施例提出了一种AR显示装置100，AR显示装置100包括：眼镜本体10和至少一组微型投影显示系统20，微型投影显示系统20设于眼镜本体10，微型投影显示系统20包括：光波导镜片21、透射镜片22和光机模组23，透射镜片22与光波导镜片21呈错开布置，光机模组23设置成在第一投影位置201和第二投影位置202之间切换，光机模组23处于第一投影位置201时，光机模组23发射的光线投影至光波导镜片21，光机模组23处于第二投影位置202时，光机模组23发射的光线穿过透射镜片22并投影至AR显示装置100的外部。

根据本发明实施例的AR显示装置100，微型投影显示系统20的光机模组23设置成在第一投影位置201和第二投影位置202之间切换，当光机模组23发射的光线投影至光波导镜片21上不够清晰或者显示不完整时，光机模组23切换至第二投影位置202，光机模组23发射的光线穿透透射镜片22投影至AR显示装置100的外部投影区，以显示在更大的投影区域，从而保证投影画面的清晰度和完整度，进而提高用户的观看体验。

在本发明的一些实施例中，光机模组23包括光机231，光机231可转动地设于眼镜本体10，通过光机231的转动，使光机231在第一投影位置201与第二投影位置202之间切换，从而改变光机231发射出的光线的投射位置，使其发射的光线投影至光波导镜片21或者穿过透射镜片22投射至AR显示装置100的外部。

具体地，如图5所示，光机模组23还包括电机232，电机232设于眼镜本体10，电机232的输出端与光机231连接，电机232控制光机231的转动角度，以控制光机发出光线的投影位置。此外，还可以通过连杆机构控制光机231的转动。

在本发明的其他一些实施例中，光机231也设置成以相对眼镜本体10可移动的方式设于眼镜本体10，通过液压伸缩机构、气动伸缩机构或滚珠丝杠机构控制光机231在第一投影位置201和第二投影位置202之间切换。

在本发明的一些实施例中，微型投影显示系统20的数量为两组，两组微型投影显示系统20沿眼镜本体10的宽度方向间隔布置，具体地，两组微型投影显示系统20设置在眼镜本体10的鼻梁区112的两侧。两组光机模组23分别控制发射光线的投影位置，两组光机模组23可以分别投影至两个光波导镜片21，也可以分别投影至两个透射镜片22，还可以一个光机模组23投影至光波导镜片21，另外一个光机模组23投影至透射镜片22。此外，在其他的一些实施例中，微型投影显示系统20的数量也可以是一组，一组微型投影显示系统20即可满足将光机模组23发射的光线通过透射镜片22投影至AR显示装置的外部。为了提高用户的观感体验，本实施例以两组沿眼镜本体10的宽度方向布置的微型投影显示系统20为优选方案。

在本发明的一些实施例中，眼镜本体10包括框体11和连接于框体11两侧的眼镜腿12，微型投影显示系统20设置在框体11上，框体11包括用于安装显示镜片的两个显示区111和用于架设在用户鼻梁上的鼻梁区112，两个显示区111设置在鼻梁区112的两侧。具体地，透射镜片22、光机模组23和光波导镜片21的耦入区域211设于框体11连接眼镜腿12的一端，光波导镜片21的耦出区域212位于框体11的显示区111，也就是说透射镜片22、光机模组23和光波导镜片21的偶入区域211位于用于安装镜片的显示区111的一侧，且为靠近眼镜腿12的一侧。两组透射镜片22、两组光机模组23分别位于两个显示区111远离彼此的一侧，两个光波导镜片21的偶入区域211分别位于两个显示区111远离彼此的一侧。光机231发射的光线垂直入射至光波导镜片21的耦入区域211，经过在光波导镜片21的内部折射，最红传递到耦出区域212并光线从耦出区域212摄入用户的眼睛。

另外，在保证光机231发射的光线设置成射入透射镜片22和光波导镜片21的耦入区域211的前提下，光机模组23还可以设置在眼镜腿12上，以减小框体11的体积和重量。由于眼镜腿12一般为可折叠的部分，长期折叠可能会造成光机231的位置发生轻微变化，从而影响光机231的发射的光线的角度，进而影响投影效果，因此，本实施例以将光机组件23设于框体11上为优选方案。

在本发明的一些实施例中，光机模组23与光波导镜片21沿眼镜本体10的长度方向间隔布置在框体11上，同时光机模组23与透射镜片22沿眼镜本体10的长度方向间隔布置在框体11上，以减小框体11的宽度，减小眼镜本体10的体积，便于用户佩戴。

进一步地，透射镜片22与光波导镜片21的耦入区域211沿眼镜本体10的高度方向间隔布置布置在框体11上，以减小框体11的宽度，减小眼镜本体10的体积，便于用户佩戴。此外，在不考虑框体11宽度的情况下，也可以将透射镜片22和光波导镜片21的耦入区域211沿框体11的块宽度方向布置。

具体地，透射镜片22沿眼镜本体10的高度方向布置在光波导镜片21的耦入区域211的下方，光机231发射的光线通过透射镜片22投射至用户眼睛下前方的位置，以便于用户观看。此外，透射镜片22沿眼镜本体10的高度方向布置在光波导镜片21的耦入区域211的上方，但用户在朝向上观看AR显示系统外部的投影区域时的舒适感低于超向下观看投影区域的舒适感，因此，本实施例以透射镜片22沿眼镜本体10的高度方向布置在光波导镜片21的耦入区域211的下方为优选方案。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，光机模组23处于第一投影位置201时，光机模组23发射的光线垂直于光波导镜片21的耦入区域211，以使光机模组23发射出的最多量的光线摄入耦入区域211，保证光波导镜片21可以传递足够多的信息至用户眼中。

在本发明的一些实施例中，第一投影位置201与第二投影位置202之间的夹角范围为30度至60度，也就是光机231由水平位置向下转动的角度范围为30度至60度，光机231在这个转动角度范围内时，光线穿过透射镜片22投影至投影区时，用户的观看体验较为舒适，优选地，第一投影位置201与第二投影位置202之间的夹角为45度，光机231在这个转动角度范围内时，光线穿过透射镜片22投影至投影区时，用户的观看体验最舒适。另外，本实施例对第一投影位置201和第二投影位置202之间的夹角不做具体限制，本领域技术人员可以根据眼镜本体10的实际空间设计第一投影位置201和第二投影位置202之间的夹角。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种AR显示装置，其特征在于，所述AR显示装置包括：

眼镜本体；

至少一组微型投影显示系统，所述微型投影显示系统设于所述眼镜本体，所述微型投影显示系统包括：光波导镜片、透射镜片和光机模组，所述透射镜片与所述光波导镜片呈错开布置，所述光机模组设置成在第一投影位置和第二投影位置之间切换，所述光机模组处于所述第一投影位置时，所述光机模组发射的光线投影至所述光波导镜片，所述光机模组处于所述第二投影位置时，所述光机模组发射的光线穿过所述透射镜片并投影至所述AR显示装置的外部；

所述光机模组包括光机，所述光机由所述第一投影位置向所述第二投影位置切换时，所述光机由水平位置向下转动的角度范围为30度至60度。

2.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述光机以相对所述眼镜本体可转动的方式设于所述眼镜本体。

3.根据权利要求2所述的AR显示装置，其特征在于，所述光机模组还包括电机，所述电机设于所述眼镜本体，所述电机驱动连接于所述光机。

4.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述第一投影位置与所述第二投影位置之间的夹角为45度。

5.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述透射镜片与所述光波导镜片的耦入区域沿所述眼镜本体的高度方向间隔布置。

6.根据权利要求5所述的AR显示装置，其特征在于，所述透射镜片沿所述眼镜本体的高度方向布置在所述光波导镜片的所述耦入区域的下方。

7.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述眼镜本体包括框体和连接于所述框体两侧的眼镜腿，所述微型投影显示系统设于所述框体，所述光机模组、所述透射镜片和所述光波导镜片的耦入区域布置在所述框体靠近所述眼镜腿的一端。

8.根据权利要求7所述的AR显示装置，其特征在于，所述光机模组与所述光波导镜片沿所述眼镜本体的长度方向间隔设于所述框体，所述光机模组与所述透射镜片沿所述眼镜本体的长度方向间隔设于所述框体。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的AR显示装置，其特征在于，所述微型投影显示系统的数量为两组，两组所述微型投影显示系统沿所述眼镜本体的宽度方向间隔布置。

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