CN117130157A - 一种ar眼镜及ar眼镜系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及AR技术领域，尤其涉及一种AR眼镜及AR眼镜系统。该AR眼镜还包括光机、光传播介质、供电装置和光伏装置。光机用于发射光线，光机安装于镜框。光传播介质用于引导光机发射的光线传播，光传播介质安装于镜片。供电装置用于为AR眼镜提供电能。光伏装置用于吸收未进入光传播介质的光线，并将光能转变为电能，光伏装置与供电装置电连接，光伏装置产生的电能传输至供电装置。通过设置光伏装置将无法用于显示的光线回收并转变为电能，反馈至AR眼镜，以提高AR眼镜续航时间。
Description
技术领域
本申请涉及AR技术领域，尤其涉及一种AR眼镜及AR眼镜系统。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，AR)技术是指将计算机生成的虚拟对象叠加到真实世界的场景之上，从而实现对真实世界的增强。也就是说，AR技术中需要采集真实世界的场景，然后在真实世界上增加虚拟环境。AR技术应用领域广阔，主要涉及医疗、教育、军事、工业、娱乐游戏等领域，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”。
AR眼镜作为穿戴电子产品，要求重量轻、佩戴舒适、续航持久，可长时间使用，通常提高续航的方式为增大电池容量，导致眼镜重量增加，影响使用者的舒适度。
发明内容
本申请提供了一种AR眼镜及AR眼镜系统，旨在提高AR眼镜的续航时间。
本申请提供了一种AR眼镜，包括镜框和镜片，所述镜片安装于所述镜框，所述AR眼镜还包括：
光机，用于发射光线，所述光机安装于所述镜框；
光传播介质，用于引导所述光机发射的光线传播；
供电装置，用于为所述AR眼镜提供电能；
光伏装置，用于吸收未进入所述光传播介质的光线，并将光能转变为电能，所述光伏装置与所述供电装置电连接，所述光伏装置产生的电能传输至所述供电装置。
本申请中，光机能够朝光传播介质发射光线，使光线进入光传播介质中，光传播介质引导该部分光线传播至人眼。光机朝光传播介质发射光线时，会有部分光线未进入光传播介质无法用于显示，该部分光线能够照射在光伏装置上，光伏装置将该部分光能转变为电能，光伏装置通过导线与供电装置电连接，以将光伏装置转变的电能传输至供电装置，为AR眼镜提供电能。本实施例通过设置光伏装置将无法用于显示的光线回收并转变为电能，反馈至AR眼镜，以提高AR眼镜续航时间。
在一种可能的设计中，所述光传播介质包括耦入光栅和光波导，所述耦入光栅设置于所述光机与所述光波导之间，所述耦入光栅用于改变光线方向，以使光线进入所述光波导；
所述光伏装置能够将经所述耦入光栅后未进入所述光波导的光能转变为电能。
本申请中，耦入光栅能够改变光机发射光线的方向，使光线能够进入光波导中，光波导引导光在其中传播，传播至耦出光栅，耦出光栅再次改变光线方向，将光传导至人眼。由于光的衍射效应，部分光线直接穿过耦入光栅而无法进入光波导，该部分光线能够被光伏装置吸收，光伏装置将该部分光线转变为电能。
在一种可能的设计中，所述光伏装置与所述耦入光栅相对设置。
本申请中，在耦入光栅的对面放置光伏装置，将穿过耦入光栅的光线直接照射在光伏装置的表面，使光伏装置吸收光线并产生电能，将浪费的光线重复利用。本申请防止穿过耦入光栅的光线再次被反射至光波导的同时还能将该部分光转化为电能重复利用。
在一种可能的设计中，所述光伏装置包括硅太阳能电池、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、有机太阳能电池与硅太阳能电池串联电池、钙钛矿太阳能电池与硅太阳能电池串联电池、量子点太阳能电池与硅太阳能电池串联电池中的一种或多种。
在一种可能的设计中，所述光机包括透镜和发光屏，所述透镜能够将所述发光屏发射的光线会聚发至所述光传播介质；
所述光伏装置能够将未被所述透镜会聚发出的光能转变为电能。
本申请中，发光屏能够发射光线，透镜设置有多个，光线经多个透镜会聚并朝耦入光栅的方向发射。由于部分光线无法被透镜采集，该部分能被光伏装置吸收，光伏装置将该部分光线转变为电能，降低光机的光线损失。
在一种可能的设计中，所述光伏装置绕所述发光屏与所述透镜的外周设置。
本申请中，使发射至透镜的外侧的光线或经透镜折射后向其四周延伸的光线能够被光伏装置吸收。
在一种可能的设计中，所述光机还包括外壳，所述发光屏与所述透镜安装于所述外壳内部，所述光伏装置安装于所述外壳外部；
所述外壳为透明材质，光线能够透过所述外壳进入所述光伏装置。
本申请中，透明材料包围外壳设置，外壳为高透明材料，使未被透镜收集的光线能够穿过外壳照射在光伏装置，光伏装置吸收该部分光线并转变为电能，实现能量回收。
外壳的材质可以为透明塑料。
在一种可能的设计中，所述光伏装置为柔性太阳能电池。
在一种可能的设计中，所述柔性太阳能电池包括有机太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池与量子太阳能电池串联电池、有机太阳能电池与钙钛矿太阳能电池串联电池、量子点太阳能电池与钙钛矿太阳能电池串联电池中的一种或多种。
本申请还提供了一种AR眼镜系统，所述AR眼镜系统包括上述所述的AR眼镜。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例所提供AR眼镜的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供AR眼镜的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供光机的剖视示意图；
图4为本申请实施例所提供光机的另一视角的剖视示意图。
附图标记：
1-AR眼镜、11-光机、111-透镜、112-发光屏、113-外壳、12-光传播介质、121-耦入光栅、122-光波导、123-耦出光栅、13-光伏装置、14-导线。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
在一种具体实施例中，下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
增强现实眼镜(Augmented reality Glass)被认为是取代手机的显示技术。亮度高、体积小、寿命长的Micro LED光机与衍射光波导组合器方案是一种AR眼镜实现方式。采用Micro LED光机与衍射光波导组合器时，Micro LED发出的光线利用率很低。首先，光机首先体积，Micro LED发射的光线中大概约30％可以被收集而从光机中射出。光机发出的光由耦入光栅进入光波导并传播到眼前。由于光的衍射效应，超过50％的光穿过耦入光栅无法进入光波导，这部分光无法被用于显示而浪费，且这部分光可能被反射至耦入光栅处，再次进入光波导中，对之前的光线产生干扰。为解决光线被反射再次进入光波导的问题，通常在耦入光栅对侧放置黑色薄膜，通过黑色薄膜吸收穿过耦入光栅而未进入光波导的光线，但仍有大部分光线无法用于被显示而浪费。
为解决上述技术问题，本实施例提供了一种AR眼镜1，包括镜框、一个或两个镜片，镜片安装于镜框，如图1至图4所示，AR眼镜1还包括光机11、光传播介质12、供电装置和光伏装置13。光机11用于发射光线，光机11安装于镜框。光传播介质12用于引导光机11发射的光线传播，光传播介质12安装于镜片。供电装置用于为AR眼镜1提供电能。光伏装置13用于吸收未进入光传播介质12的光线，并将光能转变为电能，光伏装置13与供电装置电连接，光伏装置13产生的电能传输至供电装置。
本实施例中，光机11能够朝光传播介质12发射光线，使光线进入光传播介质12中，光传播介质12引导该部分光线传播至人眼。光机11朝光传播介质12发射光线时，会有部分光线未进入光传播介质12无法用于显示，该部分光线能够照射在光伏装置13上，光伏装置13将该部分光能转变为电能，光伏装置13通过导线14与供电装置电连接，以将光伏装置13转变的电能传输至供电装置，为AR眼镜1提供电能。本实施例通过设置光伏装置13将无法用于显示的光线回收并转变为电能，反馈至AR眼镜1，以提高AR眼镜1续航时间。
如图1和图2所示，在一种可能的设计中，光传播介质12包括耦入光栅121、光波导122和耦出光栅123，耦入光栅121设置于光机11与光波导122之间，耦入光栅121用于改变光线方向，以使光线进入光波导122；光伏装置13能够将经耦入光栅121后未进入光波导122的光能转变为电能。
本实施例中，耦入光栅121能够改变光机11发射光线的方向，使光线能够进入光波导122中，光波导122引导光在其中传播，传播至耦出光栅123，耦出光栅123再次改变光线方向，将光传导至人眼。由于光的衍射效应，部分光线直接穿过耦入光栅121而无法进入光波导122，该部分光线能够被光伏装置13吸收，光伏装置13将该部分光线转变为电能。
具体地，如图1和图2所示，光伏装置13与耦入光栅121相对设置，即在耦入光栅121的对面放置光伏装置13，将穿过耦入光栅121的光线直接照射在光伏装置13的表面，使光伏装置13吸收光线并产生电能，将浪费的光线重复利用。本实施例采用光伏装置13替换黑色薄膜，防止穿过耦入光栅121的光线再次被反射至光波导122的同时还能将该部分光转化为电能重复利用。
其中，光伏装置13为太阳能电池，该太阳能电池可以为硅太阳能电池、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、有机太阳能电池与硅太阳能电池串联电池、钙钛矿太阳能电池与硅太阳能电池串联电池、量子点太阳能电池与硅太阳能电池串联电池中的一种或多种。
本实施例中，光机11为Micro LED光机11，Micro LED显示技术是指以自发光的微米量级的LED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术。由于micro LED芯片尺寸小、集成度高和自发光等特点,在显示方面与LCD、OLED相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。
本实施例中，光能回收的过程为：
对Micro LED施加电压，LED发光，此时LED的发光效率表示为WPE，即LED发射的光能与输入电能的比；
LED发出的光线经光机11收光后射出，光机11的收光效率为ηlight，即进入耦入光栅121的光占比为ηlight；
光线达到耦入光栅121后，占比ηTr的光线穿过耦入光栅121未进入光导波而未被使用；
穿过耦入光栅121的光线被光伏装置13吸收后转变为电能，转换效率为PCE；
因此，整个过程被回收利用的光线转变为电能可表示为：
EF＝WPE×ηlight×ηTr×PCE
AR眼镜1续航提升的比例(TT)可表示为：
TT＝EF/WPE＝ηlight×ηTr×PCE
由此可以估算，若在光机11收光效率为35％，耦入光栅121透过率为50％，光伏装置13的光电转换效率为30％的条件下，AR眼镜1在标准8小时续航下可以提升25分钟左右。
如图3和图4所示，在另一种可能的设计中，光机11包括透镜111和发光屏112，透镜111能够将发光屏112发射的光线会聚发至光传播介质12；光伏装置13能够将未被透镜111会聚发出的光能转变为电能。
本实施例中，发光屏112能够发射光线，透镜111设置有多个，光线经多个透镜111会聚并朝耦入光栅121的方向发射。由于部分光线无法被透镜111采集，该部分能被光伏装置13吸收，光伏装置13将该部分光线转变为电能，降低光机11的光线损失。
进一步地，如图3和图4所示，光伏装置13绕发光屏112与透镜111的外周设置，使发射至透镜111的外侧的光线或经透镜111折射后向其四周延伸的光线能够被光伏装置13吸收。
具体地，如图3和图4所示，光机11还包括外壳113，发光屏112与透镜111安装于外壳113内部，光伏装置13安装于外壳113外部；外壳113为透明材质，光线能够透过外壳113进入光伏装置13。本实施例中，透明材料包围外壳113设置，外壳113为高透明材料，使未被透镜111收集的光线能够穿过外壳113照射在光伏装置13，光伏装置13吸收该部分光线并转变为电能，实现能量回收。
外壳113的材质可以为透明塑料。
其中，光伏装置13为柔性太阳能电池。柔性太阳能电池可以为有机太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池与量子太阳能电池串联电池、有机太阳能电池与钙钛矿太阳能电池串联电池、量子点太阳能电池与钙钛矿太阳能电池串联电池中的一种或多种。
将穿过耦入光线未进入光波导122的光线与光机11中未被透镜111采集的光线重新回收利用，进一步提升AR眼镜1续航效果。将两处被回收的光线相结合，被回收的光能转换为电能可以表示为：
FF＝WPE×ηlight×ηTr×PCE+WPE×(1－ηlight)×PCE
AR眼镜1续航提升的比例可表示为：
TT＝EF/WPE＝ηlight×ηTr×PCE+(1－ηlight)×PCE
由此可以估算，若在光机11收光效率为35％，耦入光栅121透过率为50％，光伏装置13的光电转换效率为30％的条件下，AR眼镜1在标准8小时续航下可以提升2小时左右，提升比例约25％。
本实施例还提供了一种AR眼镜系统，AR眼镜系统包括AR眼镜1、处理器和存储器，存储器设有控制指令，处理器能够根据控制指令进行相应处理并将处理数据传递至AR眼镜1。
另外，本实施例采用光伏装置回收光线转变为电能的方案还可用于投影机中。具体地，在投影机的光机处增加光伏装置，使光伏装置回收无法被透镜采集的光线转变为电能，提高投影机的使用时间。
需要指出的是，本专利申请文件的一部分包含受著作权保护的内容。除了对专利局的专利文件或记录的专利文档内容制作副本以外，著作权人保留著作权。
Claims (10)
1.一种AR眼镜，包括镜框和镜片，所述镜片安装于所述镜框，其特征在于，所述AR眼镜还包括：
光机，用于发射光线，所述光机安装于所述镜框；
光传播介质，用于引导所述光机发射的光线传播；
供电装置，用于为所述AR眼镜提供电能；
光伏装置，用于吸收未进入所述光传播介质的光线，并将光能转变为电能，所述光伏装置与所述供电装置电连接，所述光伏装置产生的电能传输至所述供电装置。
2.根据权利要求1所述的AR眼镜，其特征在于，所述光传播介质包括耦入光栅和光波导，所述耦入光栅设置于所述光机与所述光波导之间，所述耦入光栅用于改变光线方向，以使光线进入所述光波导；
所述光伏装置能够将经所述耦入光栅后未进入所述光波导的光能转变为电能。
3.根据权利要求2所述的AR眼镜，其特征在于，所述光伏装置与所述耦入光栅相对设置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的AR眼镜，其特征在于，所述光伏装置包括硅太阳能电池、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、有机太阳能电池与硅太阳能电池串联电池、钙钛矿太阳能电池与硅太阳能电池串联电池、量子点太阳能电池与硅太阳能电池串联电池中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的AR眼镜，其特征在于，所述光机包括透镜和发光屏，所述透镜能够将所述发光屏发射的光线会聚发至所述光传播介质；
所述光伏装置能够将未被所述透镜会聚发出的光能转变为电能。
6.根据权利要求5所述的AR眼镜，其特征在于，所述光伏装置绕所述发光屏与所述透镜的外周设置。
7.根据权利要求6所述的AR眼镜，其特征在于，所述光机还包括外壳，所述发光屏与所述透镜安装于所述外壳内部，所述光伏装置安装于所述外壳外部；
所述外壳为透明材质，光线能够透过所述外壳进入所述光伏装置。
8.根据权利要求7所述的AR眼镜，其特征在于，所述光伏装置为柔性太阳能电池。
9.根据权利要求8所述的AR眼镜，其特征在于，所述柔性太阳能电池包括有机太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池与量子太阳能电池串联电池、有机太阳能电池与钙钛矿太阳能电池串联电池、量子点太阳能电池与钙钛矿太阳能电池串联电池中的一种或多种。
10.一种AR眼镜系统，其特征在于，所述AR眼镜系统包括权利要求1～9中任一项所述的AR眼镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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