CN114967146A - 增强现实结构和ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本申请适用于增强现实技术领域，提供了增强现实结构和AR眼镜。其中，增强现实结构包括显示组件、合光器、变色镜片，显示组件包括透镜组件和显示屏，显示屏和变色镜片通过虚拟开关件启闭；显示屏在启动时所显示的图像能够经透镜组件在合光器形成虚像，变色镜片设于合光器背离人眼的一侧，所述变色镜片在显示屏关闭时能够透光，并在显示屏开启时阻碍可见光透过；虚拟开关件输出的信号频率不低于24赫兹。本申请提供的增强现实结构，能够在不影响增强现实结构的正常使用的同时解决合光器对外漏光所带来的内容泄露的问题，保护隐私。

Description

增强现实结构和AR眼镜

技术领域

本申请属于增强现实结构技术领域，更具体地说，是涉及一种增强现实结构和AR眼镜。

背景技术

增强现实(Augmented Reality)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。

基于增强现实技术(Augmented Reality)的智能眼镜作为可穿戴智能设备，近年来备受关注。AR眼镜包括显示屏、透镜组件和合光器，显示屏的信息经中继光学系统(透镜组件)放大后，投射在合光器上，进入人眼并形成虚像，同时合光器前方的真实景象也可以透过合光器进入人眼，即人眼通过镜片可以同时看到来自显示屏的虚像和身处环境的实景，达到具有双通道信息的半浸入式显示效果。AR眼镜通过显示与真实世界匹配的虚拟信息(虚像)，来增强用户对世界的感知。

现有AR眼镜，容易产生内容泄露的问题。由于合光器兼具反射和透射两种特性，当合光器将虚像内容投射进人眼时，也会因为器件自身特性将另外一部分能量向外辐射到使用者前方，从而被外界所看到。尤其是在所处环境较暗的情况下，漏光现象会更为明显。

发明内容

本申请的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种增强现实结构和AR眼镜，其旨在解决现有增强现实结构显示内容泄露的问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种增强现实结构，包括显示组件、合光器、变色镜片，所述显示组件包括透镜组件以及显示屏，所述显示屏和所述变色镜片通过虚拟开关件启闭；

所述显示屏在启动时其显示的图像能够经所述透镜组件在合光器形成虚像，所述变色镜片设于所述合光器背离人眼的一侧，所述变色镜片在所述显示屏关闭时能够透光，并在所述显示屏开启时阻碍可见光透过；

所述虚拟开关件输出的信号频率不低于24赫兹。

可选的，所述虚拟开关件包括第一虚拟开关和第二虚拟开关，所述第一虚拟开关用于启闭所述显示屏，所述第二虚拟开关用于启闭所述变色镜片。

可选的，所述显示屏具有从亮变暗的缓冲时间，在所述缓冲时间内，所述变色镜片处于阻碍可见光透过状态。

可选的，所述变色镜片在所述第二虚拟开关开启时能够透光，并在所述第二虚拟开关关闭时阻碍可见光透过，所述第一虚拟开关关闭并经所述缓冲时间后，所述第二虚拟开关打开。

可选的，所述变色镜片在第二虚拟开关开启时阻碍可见光透过，并在所述第二虚拟开关关闭时能够透光，所述第一虚拟开关关闭并经所述缓冲时间后，所述第二虚拟开关关闭。

可选的，所述第一虚拟开关和所述第二虚拟开关输出的信号频率不低于72赫兹。

可选的，在一个信号周期内，所述第一虚拟开关呈打开状态的时间占总时间的比值为所述第一虚拟开关的占空比，所述增强现实结构通过调整所述第一虚拟开关的占空比，调节所述虚像和实景的对比度。

可选的，所述合光器具有供所述虚像显示的成像区域，所述变色镜片的面积完全覆盖所述成像区域。

可选的，所述变色镜片为膜状并贴附于合光器。

一种AR眼镜，包括如上述的增强现实结构。

本申请提供的增强现实结构的有益效果在于：与现有技术相比，本申请提供的增强现实结构，利用视觉暂留效应，并通过变色镜片和显示屏的位置和时序控制，使得人眼能够感知到连续的虚像和实景图像，在不影响增强现实结构的正常使用的同时解决合光器漏光所带来的内容泄露的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的增强现实结构的示意图；

图2为本申请实施中显示屏和变色镜片的第一种控制关系示意表；

图3为图2对应的控制信号示意图；

图4为本申请实施中显示屏和变色镜片的第二种控制关系示意表；

图5为图4对应的控制信号示意图；

图6为本申请实施中显示屏和变色镜片的第三种控制关系示意表；

图7为图6对应的控制信号示意图；

图8为本申请实施中显示屏和变色镜片的第四种控制关系示意表；

图9为图8对应的控制信号示意图。

其中，图中各附图标记：

10、显示组件；20、合光器；30、变色镜片。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

请结合图1至图9，现对本申请提供的增强现实结构和AR眼镜进行示例性说明。

请结合图1，增强现实结构包括显示组件10和合光器20，显示组件10包括透镜组件以及显示屏，显示屏的信息经透镜组件(中继光学系统)放大后，投射在合光器20上，进入人眼并形成虚像，同时合光器20前方的真实景象也可以透过合光器20进入人眼，即人眼通过镜片可以同时看到来自显示屏的虚像和身处环境的实景，达到具有双通道信息的半浸入式显示效果。

本实施例中，增强现实结构还包括变色镜片30。变色镜片30为电控变色镜片，可以为电控液晶，也可以为其他可控变色材料所构成的器件，另外电控变色镜片可以分为直接电控变色镜片，也可以为间接电控变色镜片，比如通过压电材料将电信号转化为压力，热电材料将电信号转化为温度等。当变色镜片为电控变色镜片时，变色镜片是利用电致变色材料制成的一种薄膜结构，材质柔软。电控变色镜片的结构从上到下分别为透明基底材料、透明导电层、电致变色层、电解质层、离子存储层、透明导电层，电致变色层选用的材料可以包括各种有机材料、无机材料的组合，诸如二氧化钛(TiO2)、主要用作透明电极材料的铟锡氧化物(ITO)、镁或钙的合金，还可以使用能够替代ITO的银纳米线、银盐或银纳米颗粒来实现ITO导电层。该电控变色镜片工作时，在两个透明导电层之间加电压，通过从电致变色层电荷或离子的注入或抽取，从而在低透过率的着色状态和高透射率的消色状态之间产生可逆变化，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化，从而实现变色元件显示颜色的可调以及光线透过率的可调。

变色镜片30具有两种状态：通电和断电的状态。变色镜片30的控制方式可为常亮或常暗。常亮方式为：变色镜片30在通电状态下呈不透光状态(可见光能够不能穿透该变色镜片30)，而在断电状态下呈透光的状态(可见光能穿透变色镜片30)。常暗方式为：变色镜片30在通电状态下呈透光的状态(可见光能穿透变色镜片30)，而在断电状态下呈不透光状态(可见光能够不能穿透该变色镜片30)。

本实施例中，显示屏和变色镜片30通过虚拟开关件启闭。

本实施例中，请参照图1，变色镜片30设于合光器20背离人眼的一侧。虚拟开关件输出的信号频率不低于24赫兹，在显示屏启动时变色镜片30关闭，在变色镜片30启动时显示屏关闭。

本实施例中，虚拟开关件包括第一虚拟开关和第二虚拟开关，第一虚拟开关用于启闭显示屏，第二虚拟开关用于启闭变色镜片。

第一虚拟开关通过高低电平的方式输出控制信号，显示屏根据该控制信号执行启闭操作。显示屏在第一虚拟开关打开时所显示的图像能够经过透镜组件在合光器20形成虚像，而在第一虚拟开关关闭时关闭图像的显示。

第二虚拟开关通过高低电平的方式输出控制信号，可以采用常亮或常暗的控制方式。

图2和图3示出常暗的控制方式下显示屏与变色镜片30的控制关系，变色镜片30在第二虚拟开关打开时能够透光，并在第二虚拟开关关闭时阻碍可见光透过(不透光)。

结合图1至图3，变色镜片30设于合光器20背离人眼的一侧。在第一虚拟开关打开时，显示屏所显示的图像在合光器20上形成虚像，此时，第二虚拟开关关闭，变色镜片30处于不透光的状态，从而避免虚像被外界所看到。在第二虚拟开关打开，变色镜片30处于透光状态，外界的光线能够穿过变色镜片30和合光器20而到达人眼，此时，第一虚拟开关关闭，合光器20上没有虚像。

第一虚拟开关和第二虚拟开关所输出的控制信号为周期时序信号，第一虚拟开关和第二虚拟开关输出的信号频率不低于24赫兹。利用视觉暂留现象(当人眼所看到的图像消失后，人眼仍能继续保留其图像0.1-0.4秒左右，这种现象被称为视觉暂留现象)，通过第一虚拟开关和第二虚拟开关的频率和相关关系控制，使得人眼能够感知到连续的虚像和实景图像。

具体的，请参照图2和图3，以时钟信号为基准时序，将单位时间信号顺次标记为t1、t2、t3、t4、……，为便于描述，视图中将第一个时间信号的起点位置标记为t1，第二个时间信号的起点位置标记为t2，以此类推。第一虚拟开关在t1、t3对应的时间内为高电平，而输出打开的控制信号，对应的，显示屏被打开。第一虚拟开关在t2、t4对应的时间内为低电平，而输出关闭的控制信号，对应的，显示屏关闭。第二虚拟开关在t1、t3对应的时间内为低电平，而输出关闭的控制信号，对应的，变色镜片30呈不透光的状态。第二虚拟开关在t2、t4对应的时间内为高电平，而输出打开的控制信号，对应的，变色镜片30呈透光状态。

图4和图5示出常亮的控制方式下显示屏与变色镜片30的控制关系，与常暗的控制方式的区别在于：变色镜片30在第二虚拟开关打开时阻碍可见光透过(不透光)，并在第二虚拟开关关闭时能够透光。第二虚拟开关在t1、t3对应的时间内为高电平，而输出打开的控制信号，对应的，变色镜片30呈不透光的状态。第二虚拟开关在t2、t4对应的时间内为低电平，而输出关闭的控制信号，对应的，变色镜片30呈透光状态。

请参照图2和图4，在t1、t3对应的时间内，显示屏打开时，变色镜片30呈不透光的状态，使得合光器20上的虚像不会被外界所看到，从而不会产生内容泄露的问题。在t2、t4对应的时间内，显示屏关闭，合光器20上不显示虚像，因此不会产生内容泄露的问题。此时，变色镜片30呈透光状态使得外界光线能够穿过变色镜片30和合光器20进入人眼。

第一虚拟开关和第二虚拟开关输出的信号频率不低于24赫兹，以确保相邻两个时钟时序的间隔时间长度不大于人眼视觉暂存的时间。在t1时序，人眼能够看到合光器20上的虚像，该虚像由于视觉暂留效应而能够保留至t2时序，换言之，人眼能够看到虚像的暂存影像，在t3时序，人眼又能看到合光器20上的虚像，如此循环，使得人眼能够感知到连续的虚像。同理，在t2时序，人眼能够外界的实景，该实景由于视觉暂留效应而能够保留至t3时序，换言之，人眼能够看到t2对应实景的暂存影像，在t4时序，人眼又能看到外界的实景，如此循环，使得人眼能够感知到连续的实景。

由上，本申请提供的增强现实结构和采用该增强现实结构的AR眼镜，利用视觉暂留效应，并通过变色镜片30和显示屏的位置和时序控制，使得人眼能够感知到连续的虚像和实景图像，在不影响增强现实结构的正常使用的同时解决合光器20漏光所带来的内容泄露的问题。

可以理解，在合光器20构成的虚像光路基于偏振光时，变色镜片30也可以为电动偏振旋转装置，改变偏振轴方向以实现透光和不透光的切换。

在本申请另一实施例中，显示屏具有从亮变暗的缓冲时间，在缓冲时间内，第一虚拟开关处于关闭状态，第二虚拟开关处于关闭状态。在该缓冲时间内，第一虚拟开关关闭而使显示屏处于由亮变暗的渐变状态，第二虚拟开关关闭而使变色镜片30处于不透光的状态，从而避免该缓冲时间内合光器20上虚像所呈现的内容的泄露的问题。

本实施例中，第一虚拟开关关闭并经缓冲时间后，第二虚拟开关打开。从而确保变色镜片30在缓冲时间呈关闭状态，从而避免该缓冲时间内合光器20上虚像所呈现的内容的泄露的问题。

以时钟信号为基准时序，通过调整第一虚拟开关的启闭时间或调整第二虚拟开关的启闭时间实现对该缓冲时间的微调。

图6至图7示出通过调整第一虚拟开关的启闭时间实现对缓冲时间的微调。具体的，将缓冲时间设于t2时序之前，第二微动开关的信号时序与时钟信号同步，第一微动开关在t2时序提前至t0时间(坐标轴t0至t2为缓冲时间)，换言之，通过第一虚拟开关提前输出关闭信号的方式，使得在显示屏由亮变暗的缓冲时间内，变色镜片30处于不透光的状态，从而避免该缓冲时间内合光器20上虚像所呈现的内容的泄露的问题。

图8和图9示出通过调整第二虚拟开关的启闭时间实现对该缓冲时间的微调。具体的，将缓冲时间设于t2之后，第一微动开关的信号时序与时钟信号同步，第二微动开关在t2时序延后至t0时间(t2至t0为缓冲时间)，换言之，通过第二虚拟开关延后输出打开信号的方式，使得在显示屏由亮变暗的缓冲时间内，变色镜片30处于不透光的状态，从而避免该缓冲时间内合光器20上虚像所呈现的内容的泄露的问题。

毫无疑义地，该缓冲时间很短，其所占单位周期长度比率很小。在单位时钟周期内，比如t1-t3，第一虚拟开关经过打开、关闭两种状态，第二虚拟开关经过关闭、打开两种状态，根据前述，在大部分时间内，第一虚拟开关在打开时，第二虚拟开关关闭，而在第一虚拟开关关闭时，第二虚拟开关打开。仅在缓冲时间内，第一虚拟开关和第二虚拟开关均呈关闭的状态。由于该缓冲时间占据的单位时钟信号周期时间比例很小，因此，不会影响人眼对连续的虚像和实景图像的感知效果。

在本申请另一实施例中，时钟信号频率不低于30赫兹。即，第一虚拟开关和第二虚拟开关输出的信号频率不低于30赫兹。可以理解，视觉暂留时间受到光线亮度影响，在虚像和实景的常规对比度下，频率不低于30赫兹能够获得良好的观影效果。

在本申请另一实施例中，时钟信号频率不低于72赫兹。可以理解，时钟信号频率不高于显示屏的刷新率。

本实施例中，在一个信号周期内，第一虚拟开关呈打开状态的时间占总时间的比值为第一虚拟开关的占空比，增强现实结构通过调整所述第一虚拟开关的占空比，调节虚像与实景的对比度。

当占空比为100％时，显示屏亮度最大，此时，虚像最亮而实景最暗，当占空比为0时，显示屏亮度最低，此时，虚像最暗而实景最亮。

第一虚拟开关的占空比的调整将直接改变虚像和实景的对比度。需要说明的是，本实施例中，虚像与实景的对比度的调节是在显示屏和实景亮度固定的情况下对人眼所见的虚像和实景的对比度进行调节。此外，经调节后，人眼所见的虚像亮度不会超过显示屏的亮度，人眼所见的实景亮度不会超过周围环境的实际亮度。

本领域技术人员可以通过调高对比度，使得虚像突出于实景而达到清晰显示的效果，也可以调低对比度以使虚像融入实景的效果。

本实施例中，合光器20具有供虚像显示的成像区域，变色镜片30完全覆盖成像区域。在增强现实结构运用于AR眼镜时，成像区域可以为左侧镜片或右侧镜片，可以为单侧镜片的部分或全部。变色镜片30完全覆盖成像区域，从而使成像区域上的虚像的光线不能向外辐射而保障虚像内容的私密性。

本实施例中，变色镜片30可以为膜状并通过光学胶水贴附于合光器20背离人眼的一侧。在其它实施例中，变色镜片30也可以为单独的装置通过固定于镜框或其它方式固定在合光器20的前方。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强现实结构，其特征在于，包括显示组件、合光器、变色镜片，所述显示组件包括透镜组件和显示屏，所述显示屏和所述变色镜片通过虚拟开关件启闭；

所述显示屏在启动时其显示的图像能够经所述透镜组件在合光器形成虚像，所述变色镜片设于所述合光器背离人眼的一侧，所述变色镜片在所述显示屏关闭时能够透光，并在所述显示屏开启时阻碍可见光透过；

所述虚拟开关件输出的信号频率不低于24赫兹。

2.如权利要求1所述的增强现实结构，其特征在于，所述虚拟开关件包括第一虚拟开关和第二虚拟开关，所述第一虚拟开关用于启闭所述显示屏，所述第二虚拟开关用于启闭所述变色镜片。

3.如权利要求2所述的增强现实结构，其特征在于，所述显示屏具有从亮变暗的缓冲时间，在所述缓冲时间内，所述变色镜片处于阻碍可见光透过状态。

4.如权利要求3所述的增强现实结构，其特征在于，所述变色镜片在所述第二虚拟开关开启时能够透光，并在所述第二虚拟开关关闭时阻碍可见光透过，所述第一虚拟开关关闭并经所述缓冲时间后，所述第二虚拟开关打开。

5.如权利要求3所述的增强现实结构，其特征在于，所述变色镜片在第二虚拟开关开启时阻碍可见光透过，并在所述第二虚拟开关关闭时能够透光，所述第一虚拟开关关闭并经所述缓冲时间后，所述第二虚拟开关关闭。

6.如权利要求2所述的增强现实结构，其特征在于，所述第一虚拟开关和所述第二虚拟开关输出的信号频率不低于72赫兹。

7.如权利要求2至5任一所述的增强现实结构，其特征在于，在一个信号周期内，所述第一虚拟开关呈打开状态的时间占总时间的比值为所述第一虚拟开关的占空比，所述增强现实结构通过调整所述第一虚拟开关的占空比，调节所述虚像和实景的对比度。

8.如权利要求1至5任一所述的增强现实结构，其特征在于，所述合光器具有供所述虚像显示的成像区域，所述变色镜片的面积完全覆盖所述成像区域。

9.如权利要求1至5任一所述的增强现实结构，其特征在于，所述变色镜片为膜状并贴附于合光器。

10.一种AR眼镜，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的增强现实结构。

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