CN115373148A - 一种增强现实眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种增强现实眼镜，包括光波导，所述光波导包括：波导基底，包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面位于设计参考点与所述第二表面之间；多个分光膜，位于所述波导基底中，所述分光膜与所述第一表面的夹角为分光膜偏转角，所述分光膜偏转角为锐角；多个所述分光膜包括第一分光膜和第二分光膜，所述第一分光膜的分光膜偏转角与所述第二分光膜的分光膜偏转角不同，且均成像至所述设计参考点。本发明实施例提供一种增强现实眼镜，以实现将多个成像点汇聚至设计参考点，提高成像清晰度，并改善成像重影。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实技术，尤其涉及一种增强现实眼镜。
背景技术
现有AR波导通常是耦出平行光线，人眼能将画面成像在无穷远处，另一方面，人眼还需要对透过波导片的真实世界光线成像。无论是对图像还是真实画面，要成清晰像都要求人眼具有矫正视力，对于近视、远视或者散光等非正常视力的人来说，就必须先佩戴矫正眼镜再佩戴AR眼镜，显得十分不方便和不美观。
发明内容
本发明实施例提供一种增强现实眼镜，以实现将多个成像点汇聚至设计参考点，提高成像清晰度，并改善成像重影。
本发明实施例提供一种增强现实眼镜，包括光波导，所述光波导包括：
波导基底，包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面位于设计参考点与所述第二表面之间；
多个分光膜，位于所述波导基底中，所述分光膜与所述第一表面的夹角为分光膜偏转角，所述分光膜偏转角为锐角；
多个所述分光膜包括第一分光膜和第二分光膜，所述第一分光膜的分光膜偏转角与所述第二分光膜的分光膜偏转角不同，且均成像至所述设计参考点。
可选地，多个所述分光膜还包括第三分光膜和第四分光膜，所述第二分光膜位于所述第一分光膜与所述第三分光膜之间，所述第三分光膜位于所述第二分光膜与所述第四分光膜之间；
所述第一分光膜、所述第二分光膜、所述第三分光膜和所述第四分光膜中任意两者的分光膜偏转角不同，且均成像至所述设计参考点。
可选地，所述第一分光膜的分光膜偏转角大于所述第二分光膜的分光膜偏转角，所述第二分光膜的分光膜偏转角大于所述第三分光膜的分光膜偏转角，所述第三分光膜的分光膜偏转角大于所述第四分光膜的分光膜偏转角。
可选地，所述分光膜偏转角记为α/2，满足：
tanα＝d/x；
其中，d为所述分光膜与所述设计参考点之间沿第一方向的距离，x为所述分光膜与所述设计参考点之间沿第二方向的距离，所述第一分光膜与所述第二分光膜沿所述第一方向排列，所述第二方向垂直于所述第一表面，所述第二方向与所述第一方向垂直。
可选地，满足：
X≤100/y；其中，y为观察者的近视或者远视度数。
可选地，所述第一表面与所述第二表面平行。
可选地，还包括光机，发射光机光束；
所述光波导对耦入区域耦入的光机光束进行传输，并在耦出区域将光机光线耦出；
所述光机光束的发散角非零。
可选地，所述光机位于所述第一表面远离所述第二表面一侧；或者，
所述光机位于所述第二表面远离所述第一表面一侧。
与已知技术中力求将光波导投射至观察者的光线为平行光不同，本发明实施例中，至少将第一分光膜的成像点和第二分光膜的成像点均成像于有限远的成像距处，并使得第一分光膜的成像点和第二分光膜的成像点重合于同一个设计参考点，提高成像清晰度，并改善成像重影。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种增强现实眼镜的示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种增强现实眼镜的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种增强现实眼镜的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
光波导中，多个分光膜相互平行。光机出射的光机光束为平行光。则每一分光膜所成虚像位于无穷远处。经人眼(即观察者)汇聚后成像于视网膜上，得到清晰无重影的像。
然而，实际的产品中，光机光束不是理想的平行光，总存在一定的发散角。即发散角非零。多个分光膜相互平行，经过人眼汇聚后成像于视网膜上，由于图像角度信息不一致，仍将得到有重影的像，影响正常使用。
图1为本发明实施例提供的一种增强现实眼镜的示意图，参考图1，增强现实眼镜包括光波导100。光波导100包括波导基底10和多个分光膜20。波导基底10包括相对的第一表面101和第二表面102。第一表面101位于设计参考点200与第二表面102之间。第一表面101为波导基底10中远离观察者一侧的表面，第二表面102为波导基底10中靠近观察者一侧的表面。多个分光膜20位于波导基底20中。分光膜20与第一表面101的夹角为分光膜偏转角，分光膜偏转角为锐角。分光膜20在波导基底10中倾斜设置。多个分光膜20包括第一分光膜21和第二分光膜22。第一分光膜21的分光膜偏转角与第二分光膜22的分光膜偏转角不同，且第一分光膜21和第二分光膜22成像至同一个设计参考点200。
与已知技术中力求将光波导100投射至观察者的光线为平行光不同，本发明实施例中，至少将第一分光膜21的成像点和第二分光膜22的成像点均成像于有限远的成像距处，并使得第一分光膜21的成像点和第二分光膜22的成像点重合于同一个设计参考点200，提高成像清晰度，并改善成像重影。
在一实施方式中，光波导100中一部分数量的分光膜20具有相同的分光膜偏转角。另一部分分光膜20中任意两个分光膜20具有不同的分光膜偏转角。
在另一实施方式中，光波导100中任意两个分光膜20具有不同的分光膜偏转角。本发明对于光波导100中分光膜20的数量不作限定，其可以具有奇数个或者偶数个分光膜20。
可选地，参考图1，多个分光膜20还包括第三分光膜23和第四分光膜24。第二分光膜22位于第一分光膜21与第三分光膜23之间，第三分光膜23位于第二分光膜22与第四分光膜24之间。第一分光膜21、第二分光膜22、第三分光膜23和第四分光膜24沿第一方向依次排列。第一分光膜21、第二分光膜22、第三分光膜23和第四分光膜24中任意两者的分光膜偏转角不同。即，第一分光膜21与第二分光膜22具有不同的分光膜偏转角。第一分光膜21与第三分光膜23具有不同的分光膜偏转角。第一分光膜21与第四分光膜24具有不同的分光膜偏转角。第二分光膜22与第三分光膜23具有不同的分光膜偏转角。第二分光膜22与第四分光膜24具有不同的分光膜偏转角。第三分光膜23与第四分光膜24具有不同的分光膜偏转角。第一分光膜21、第二分光膜22、第三分光膜23和第四分光膜24均成像至设计参考点200。
示例性地，参考图1，光波导100中，存在四个参考分光膜位置30，四个参考分光膜位置30中任意两者平行。在已知技术中，在参考分光膜位置30设置分光膜20。而在本发明实施例中，各分光膜20不位于参考分光膜位置30，相对于参考分光膜位置30发生一定角度的旋转。且至少存在两个分光膜20相对于参考分光膜位置30发生旋转的角度不同。
示例性地，参考图1，四个参考分光膜位置30所形成的成像点分别为第一成像点201，第二成像点202，第三成像点203和第四成像点204。第一分光膜21相对于第一分光膜21所在位置的参考分光膜位置30发生旋转后，将第一成像点201移动至设计参考点200。第二分光膜22相对于第二分光膜22所在位置的参考分光膜位置30发生旋转后，将第二成像点202移动至设计参考点200。第三分光膜23相对于第三分光膜23所在位置的参考分光膜位置30发生旋转后，将第三成像点203移动至设计参考点200。第四分光膜24相对于第四分光膜24所在位置的参考分光膜位置30发生旋转后，将第四成像点204移动至设计参考点200。第一分光膜21、第二分光膜22、第三分光膜23和第四分光膜24均成像至设计参考点200。
可选地，参考图1，第一分光膜21的分光膜偏转角大于第二分光膜22的分光膜偏转角，第二分光膜22的分光膜偏转角大于第三分光膜23的分光膜偏转角，第三分光膜23的分光膜偏转角大于第四分光膜24的分光膜偏转角。
示例性地，参考图1，在需要将第一成像点201朝向设计参考点200移动时，需要在参考分光膜位置30的基础上，“顺时针旋转”第一分光膜21(图1中第一分光膜21可以理解为旋转后的位置)。类似的，在需要将第二成像点202朝向设计参考点200移动时，需要在参考分光膜位置30的基础上，“顺时针旋转”第二分光膜22。在需要将第三成像点203朝向设计参考点200移动时，需要在参考分光膜位置30的基础上，“逆时针旋转”第三分光膜23。在需要将第四成像点204朝向设计参考点200移动时，需要在参考分光膜位置30的基础上，“逆时针旋转”第四分光膜24。进一步地，由于第一成像点201与设计参考点200之间的距离大于第二成像点202与设计参考点200之间的距离，“顺时针旋转”第一分光膜21的角度大于“顺时针旋转”第二分光膜22的角度。由于第四成像点204与设计参考点200之间的距离大于第三成像点203与设计参考点200之间的距离，“逆时针旋转”第四分光膜24的角度大于“逆时针旋转”第三分光膜23的角度。故而，第一分光膜21的分光膜偏转角、第二分光膜22的分光膜偏转角、第三分光膜23的分光膜偏转角和第四分光膜24的分光膜偏转角依次减小。
图2为本发明实施例提供的另一种增强现实眼镜的示意图，参考图2，分光膜偏转角记为α/2，满足：
tanα＝d/x。
其中，d为分光膜20与设计参考点200之间沿第一方向的距离，x为分光膜20与设计参考点200之间沿第二方向的距离，第一分光膜21与第二分光膜22沿第一方向排列，第二方向垂直于第一表面101，第二方向与第一方向垂直。这里需要说明的是，光波导100的厚度相对于分光膜20与设计参考点200之间的距离来说可以忽略不计。分光膜20的成像点(例如第一成像点201)与设计参考点200的连线大致平行于第一方向，分光膜20与设计参考点200之间沿第一方向的距离，即为，分光膜20的成像点与设计参考点200之间沿第一方向的距离。
在已知技术中，通过设置各分光膜相互平行的前提下，保证光机出射平行光，使得成像在无穷远处，来保证无重影。然而为了能够得到清晰的像，人眼必须能将无穷远的像成像到视网膜上，否则成像不清晰。这一点很难满足，由于每个人的视力各不相同(存在近视、远视)，所以对于非正常视力的观察者而言，人眼看到的现象是清晰度很高的时候存在重影；无重影情况下清晰度又不高。
可选地，参考图2，增强现实眼镜满足：X≤100/y；其中，y为观察者的近视或者远视度数。本发明实施例中，由于增强现实眼镜并非成像在无穷远处，而是成像在有限距离的虚像距处(即设计参考点200的位置)。基于此，限定分光膜20与设计参考点200之间沿第二方向的距离x的数值范围，使之小于100/y。便于非正常视力的用户，在不额外佩戴眼镜的情况下，也可以看到清晰成像。
示例性地，y＝100，观察者具有100度近视，带入公式X≤100/y，可以得出看清的距离为1米；再如观察者具有200度近视，那么可以看清的距离是0.5米。
可选地，参考图1和图2，第一表面101与第二表面102平行。
图3为本发明实施例提供的另一种增强现实眼镜的示意图，参考图3，增强现实眼镜还包括光机300，光机300发射光机光束。光波导100对耦入区域耦入的光机光束进行传输，并在耦出区域将光机光线耦出。光机光束的发散角非零。光机300发射的光机光束不是平行光。
示例性地，参考图3，光机300位于第一表面101远离第二表面102一侧，光机300位于临近第一表面101的一侧。
在其他实施方式中，光机300位于第二表面102远离第一表面101一侧。光机300位于临近第二表面102的一侧。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种增强现实眼镜，其特征在于，包括光波导，所述光波导包括：
波导基底，包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面位于设计参考点与所述第二表面之间；
多个分光膜，位于所述波导基底中，所述分光膜与所述第一表面的夹角为分光膜偏转角，所述分光膜偏转角为锐角；
多个所述分光膜包括第一分光膜和第二分光膜，所述第一分光膜的分光膜偏转角与所述第二分光膜的分光膜偏转角不同，且均成像至所述设计参考点。
2.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，多个所述分光膜还包括第三分光膜和第四分光膜，所述第二分光膜位于所述第一分光膜与所述第三分光膜之间，所述第三分光膜位于所述第二分光膜与所述第四分光膜之间；
所述第一分光膜、所述第二分光膜、所述第三分光膜和所述第四分光膜中任意两者的分光膜偏转角不同，且均成像至所述设计参考点。
3.根据权利要求2所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述第一分光膜的分光膜偏转角大于所述第二分光膜的分光膜偏转角，所述第二分光膜的分光膜偏转角大于所述第三分光膜的分光膜偏转角，所述第三分光膜的分光膜偏转角大于所述第四分光膜的分光膜偏转角。
4.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述分光膜偏转角记为α/2，满足：
tanα＝d/x；
其中，d为所述分光膜与所述设计参考点之间沿第一方向的距离，x为所述分光膜与所述设计参考点之间沿第二方向的距离，所述第一分光膜与所述第二分光膜沿所述第一方向排列，所述第二方向垂直于所述第一表面，所述第二方向与所述第一方向垂直。
5.根据权利要求4所述的增强现实眼镜，其特征在于，满足：
X≤100/y；其中，y为观察者的近视或者远视度数。
6.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述第一表面与所述第二表面平行。
7.根据权利要求1所述的增强现实眼镜，其特征在于，还包括光机，发射光机光束；
所述光波导对耦入区域耦入的光机光束进行传输，并在耦出区域将光机光线耦出；
所述光机光束的发散角非零。
8.根据权利要求7所述的增强现实眼镜，其特征在于，所述光机位于所述第一表面远离所述第二表面一侧；或者，
所述光机位于所述第二表面远离所述第一表面一侧。
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