CN117130160A - 光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法 - Google Patents

光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117130160A
CN117130160A CN202310489009.2A CN202310489009A CN117130160A CN 117130160 A CN117130160 A CN 117130160A CN 202310489009 A CN202310489009 A CN 202310489009A CN 117130160 A CN117130160 A CN 117130160A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transparent electrode
electro
brightness
optical
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310489009.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117130160B (zh
Inventor
汪博
贺海明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honor Device Co Ltd
Original Assignee
Honor Device Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honor Device Co Ltd filed Critical Honor Device Co Ltd
Priority to CN202310489009.2A priority Critical patent/CN117130160B/zh
Priority claimed from CN202310489009.2A external-priority patent/CN117130160B/zh
Publication of CN117130160A publication Critical patent/CN117130160A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117130160B publication Critical patent/CN117130160B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02CSPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00Optical parts
    • G02C7/10Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
    • G02C7/101Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses having an electro-optical light valve
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/163Operation of electrochromic cells, e.g. electrodeposition cells; Circuit arrangements therefor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

本申请提供一种光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法,该光学镜片器件,包括:电致变化镜片组件,在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;屏幕亮度检测单元,用于检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;电压控制模块,用于根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性,本申请中通过将光学镜片器件与屏幕亮度检测单元配合,通过检测到显示屏亮度动态调整电致变色器件的电压,实现在透明态和镜面态之间动态无级切换,实时调整增强现实使用模式显示对比度。

Description

光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法
技术领域
本申请涉及增强现实领域,更具体的,涉及一种光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法。
背景技术
目前,主流的AR(augmented reality,增强现实)显示模组中由于光路上的光学镜片位置和参数固定,例如半反半透镜的反射率(通常40%)和透射率(通常60%)固定,导致显示效果固定,不能根据环境和显示屏的状态进行调节,无法针对不同情况进行适应性调节,影响了各种应用场景的用户体验。
发明内容
本申请提供一种光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法,该光学镜片器件与屏幕亮度检测单元配合,通过检测到显示屏亮度动态调整电致变色器件的电压,实现在透明态和镜面态之间动态无级切换,实时调整增强现实使用模式显示对比度,可以解决显示屏的发射光线和环境光线利用率低的问题,在环境照度变化的场景使用增强显示功能,可以针对不同情况进行适应性调节曲面镜的透过率和反射率,实现图像对比度适时自适应功能。
第一方面,本申请实施方式提供一种增强现实显示设备的光学镜片器件,包括:
电致变化镜片组件,在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;
电压控制模块,用于根据所述增强现实显示设备的显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性。
需要说明的是,本申请中的光学透反属性指入射光照射后,透过量合反射量等光学属性,也即光学透反属性包括光反射率和光透射率。
具体的,光反射率是入射光照射在物质表面时,被反射回来的光的比例。在本申请的增强现实显示设备中,当光线照射在电致变化镜片组件上时,高反射率状态下会形成类似“镜面”的功能,从而提高了增强显示设备的显示屏的显示效果,本申请通过调节电致变化镜片组件的偏压,与此同时,当需要时可以设置在环境光的进光口处,避免环境光的干扰,从而可以控制其光反射率,提高设备的显示效果。
具体的,光透射率是入射光照射在物质上后,被物质透过的光的比例。在本申请的增强现实显示设备中,当光线照射在电致变化镜片组件上时,部分光线会被透过,使得用户能够看到显示屏上的图像,或者可以将环境光透过,从而作为常规“眼镜“使用,通过调节电致变化镜片组件的偏压,可以控制其光透射率,从而使得设备能够在不同的环境光线下自适应调节光透射率,以达到更好的增强现实效果。
在可选的实施方式中,光学透反属性还进一步包括光吸收率。具体的,光吸收率是指入射光照射在物质上后,被物质吸收的光的比例,在本申请的增强现实显示设备中,光线照射在电致变化镜片组件上时,吸收率较高时,可以形成类似“墨镜”的效果,从而可以在不使用显示屏时作为普通墨镜使用,通过调节电致变化镜片组件的偏压,可以控制其光吸收率,从而减少对用户的视觉干扰,提高设备的使用效果。
可以理解的是,在不考虑误差或损耗的情况下,本申请的光反射率、光透射率以及光吸收率的总和等于100%。
可理解,本申请实施方式中偏压的调节包括偏压大小、偏压的正负方向的调节,具体的,偏压大小可以通过耦接不同电动势的电源来实现,偏压的方向可以通过耦接电源的正负极来调节。
此外,本申请的光学透反属性中,光反射率和光透射率属于相对的两个光学透反属性,即当光反射率越大,光透过率则越小,反之亦然。
可选的,电致变化镜片组件在偏压不同时,其光反射率或者光透射率至少一个不同,也即当偏压不同时,可以仅仅有光反射率不同,由于光吸收率可能不同,则对应的光透射率可能存在相同的情况,反之当光透射率不同时,光反射率也可以存在相同的情况,在此不做赘述。
电压控制模块可以是一种电路板或微控制器,用于控制电致变化镜片组件的偏压。具体的,可以与增强现实显示设备的显示屏电连接,从而根据直接读取增强现实显示设备的显示屏的亮度,然后根据亮度结合存储器中的对照表或者结合计算电路计算出对应的偏压,以使其具有对应的光学透反属性。
在本实施方式中,根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压的具体操作方式可以包括通过设置亮度与偏压的对照表的方式进行,或者通过预设的计算模型的方式确定出偏压,举例而言,设置亮度与偏压的对照表,例如亮度为显示屏最大显示亮度的N%时,可以设置偏压为qV,N和q的取值可以基于经验或者标定确定,本申请对此不做限制。
本申请实施方式提供的光学镜片器件,通过配置电致变化镜片组件、屏幕亮度检测单元和电压控制模块,由于电致变化镜片组件在不同偏压下具有不同光学透反属性,从而通过对增强现实显示设备的显示屏进行亮度检测,根据显示屏亮度调节电致变化镜片组件的光反射率和光透过率,进而可以实现当显示屏亮度较高时动态调节电致变化镜片组件的电压,可以调整增强现实显示设备的显示对比度,此外由于影院模式、游戏模式等不同显示模式下显示屏的亮度各不相同,因此通过显示屏不同亮度可以设定在当显示屏处于不同模式时,调节反射率和透过率,从而可以调节人眼的视觉体验,例如当处于影院模式,且观看时人眼处于光学镜片器件的反射光路,则可以将反射率提高到80%以上,从而增强视觉体验效果,当处于息屏模式时,通过提高光透过率可以入射更多环境光,从而实现透明态和镜面态的无级切换。
在本申请第一方面实施方式中,电压控制模块包括:
可调电源电路,与所述电致变化镜片组件耦接,用于根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压。
具体的,可调电源电路与电致变化镜片组件耦接,例如本申请的可调电源可以是一种电源电路,可以根据需要调节输出电压,可调电源可以包括直流稳压器、电位器和反馈电路。通过调节电位器,可以改变反馈电路的电压,从而使稳压器的输出电压发生变化,实现对电致变化镜片组件的偏压的精确控制。
此外,本实施方式中,屏幕亮度检测可以通过将可调电源电路与增强现实显示设备的显示屏亮度输出出口耦接,从而可调电源电路的输入控制信号为显示屏的亮度信号,进而实现根据显示屏亮度来进行偏压调节的功能。
当然本申请实施方式中屏幕亮度检测也可以通过单独的屏幕亮度检测单元实现,即屏幕亮度检测单元先检测屏幕亮度,之后将屏幕亮度信号发送至可调电源电路,从而可调电源电路的输入控制信号为显示屏的亮度信号,进而实现根据显示屏亮度来进行偏压调节的功能。
可选的,屏幕亮度检测单元可以是光感应器,光感应器能够感知屏幕出射光的光照强度并将其转化为电信号,或者是一种与显示屏连接的亮度传感器,用于检测显示屏的亮度,亮度传感器类型可以包括光敏二极管(photodiode)、光敏电阻(photoresistor)、光电二极管(phototransistor)等。通过对亮度传感器的读数,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,以达到调节光学透反属性的目的。
优选的,在本申请第一方面的另一个实施方式中,可以通过分压控制偏压,这样无需配置复杂电压控制电路或者可调电路,该优选实施方式中,电压控制模块包括:
屏幕亮度检测单元,用于检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
电源,与所述屏幕亮度检测单元和所述电致变化镜片组件形成串联电路,其中所述屏幕亮度检测单元的电阻能够基于检测的所述屏幕亮度对应调节,以调节所述电致变化镜片组件的偏压。
该实施方式中,屏幕亮度检测单元与上述实施方式相同,即可以是一种光感应器,例如光敏二极管(photodiode)、光敏电阻(photoresistor)、光电二极管(phototransistor)等,本申请对此不做赘述。
本实施方式配置所述屏幕亮度检测单元的电阻能够基于检测的所述屏幕亮度对应调节,具体的,可以将光感应器与一微处理器或者处理电路耦接,将亮度信号转化为数字信号,之后微处理器或者处理电路与一可调电阻耦接,即本实施方式中屏幕亮度检测单元包括:光感应器、处理单元以及可调电阻,处理单元(即微处理器或者处理电路)可以结合对照表等方式,基于屏幕亮度生成调节的电阻值,从而调节该可调电阻的电阻值,由于此时电源与所述屏幕亮度检测单元和所述电致变化镜片组件形成串联电路,因此所述电致变化镜片组件的分压与所述电致变化镜片组件的电阻值和所述屏幕亮度检测单元的电阻值的比值相关,即所述电致变化镜片组件的分压:所述屏幕亮度检测单元的分压=所述屏幕亮度检测单元的电阻值:所述电致变化镜片组件的电阻值,且所述电致变化镜片组件的分压加上所述屏幕亮度检测单元的分压等于电源的输出电压。
本实施方式结构简单,无需复杂调节电路,通过串联分压的方式实现所述电致变化镜片组件的偏压调节,从而能够适配于增强现实显示设备的装置中,可以在较小空间中实现电致变化镜片组件的偏压调节,对于“眼镜”式增强现实显示设备尤其适用。
在本申请第一方面上述的电压控制模块包括可调电源电路的实施方式中,电压控制模块还包括:环境光传感器单元,用于检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度,此时可调电源电路进一步根据所述显示屏亮度和环境光强度调节所述电致变化镜片组件的偏压,具体的,可调电源电路的输入端包括两个,一个与显示屏的亮度输出接口或者屏幕亮度检测单元的输出接口耦接,另一个与环境光传感器单元的输出接口耦接,并且可调电源电路根据这两个参数来进行偏压调节。
具体的,环境光传感器单元具体可以包括光敏元件(例如光敏电阻),在可选的实施方式中,环境光传感器单元还包括滤波器、运算放大器和数字转换器等器件,其具体使用时,根据检测到的环境光亮度输出一个电压信号或数字信号,滤波器可以抵消来自其他光源的光干扰,提高检测的准确性,运算放大器可以将信号放大,数字转换器可以将采集的模拟信号转换为数字信号,本申请对此不做赘述。
示例性的,环境光传感器单元可以是光照强度传感器,可以测量一定范围内的光照强度,之后通过I2C总线接口传输光照强度信号。
此外,在一些可选的实施方式中,环境光传感器单元内置有寄存器,可以通过更改控制寄存器中的值来调整光敏电阻的灵敏度,以适应不同的应用场景。
在本申请的其他实施方式中,环境光传感器单元还可以为光电二极管传感器、光敏二极管传感器、CCD(Charge-Coupled Device,电荷耦合器件)传感器等,本申请对此不做限制。
本申请实施方式通过进一步配置环境光传感器单元,从而电压控制模块可以结合显示屏亮度和环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,扩大了使用场景,例如当显示屏处于息屏模式时,环境光亮度处于正常亮度时,则降低反射率,提高透过率,当环境光亮度处于较高亮度时,则此时可以降低透过率,从而在息屏时还可以充当“墨镜”功能。
优选的实施方式中,所述电源、所述屏幕亮度检测单元、所述电致变化镜片组件以及所述环境光传感器单元形成串联电路,其中所述环境光传感器单元的电阻能够基于环境光强度对应调节,以配合调节所述电致变化镜片组件的偏压,该实施方式中,屏幕亮度检测单元和环境光传感器单元可以与电致变化镜片组件形成串联电路,屏幕亮度检测单元和环境光传感器单元均可以调节各自的分压,即屏幕亮度检测单元根据屏幕亮度来调节自身的电阻值,环境光传感器单元根据环境光亮度来调节自身的电阻值,此时由于电路为串联电路,电致变化镜片组件的分压可以基于屏幕亮度检测单元的电阻、环境光传感器单元的电阻以及电致变化镜片组件的电阻进行调节,从而可以在电源电压范围内进行分压的无级调控,也即可以得到电源电压范围内的任意偏压,本申请对此不做赘述。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成偏压状态;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;
所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液。
本申请中的电致变化镜片组件具体可以包括两个透明电极,即一个透明电极耦接电源的正极,另一个透明电极耦接电源的负极,从而两个透明电极在电源导通时,形成偏压状态,偏压大小可以根据电源大小、自身电阻和屏幕亮度检测单元确定,在优选的实施方式中,偏压大小可以根k据电源大小、屏幕亮度检测单元、环境光传感器单元以及自身电阻确定。
本申请实施方式中的电致变化层包括可逆电解质,具体的,可逆电解质在通电状态下由于通电时会产生游离的电子,可逆电解质通电得到大量电子而变成原子状态,从而在电源的负极端耦接的透明电极一侧得到电子,形成沉淀的“膜层”,该膜层沉淀的含量决定了膜层的覆盖率以及覆盖厚度,从而由于溶液的透明度和沉淀膜层的透明度不同,可以通过膜层的覆盖率和覆盖厚度调节光反射率和光透过率,而膜层的覆盖率和覆盖厚度基于偏压大小确定,即偏压越大,形成的电子越多,则形成的原子量越多,膜层的覆盖率和覆盖厚度越高。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述第一透明电极和所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面。
当透明电极表面为光滑表面时,在偏压下可以形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极和第二透明电极均为光滑表面,则在偏压下,耦接电源负极端的透明电极的表面上形成致密的膜层,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件处于“镜面态”。
在开路状态下,即断开电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,具体的,可逆电解质中包括多种不同离子溶液或者凝胶,例如可逆电解质包括参与固液转换的相变组分和辅助组分,相变组分在未通电情况下与辅助组分形成电荷平衡,即相变组分失去电子形成正价离子,辅助组分得到电子形成负价离子。在通电情况下,电源负极耦接的透明电极积聚了大量电子,从而相变组分在该透明电极上得到电子形成还原态的固体颗粒,此时第一透明电极和第二透明电极之间形成固定电势差,当断开电源时,即在开路状态下,由于此时没有电源作用,第一透明电极和第二透明电极之间的电势差为零,此时电源负极端耦接的透明电极的固体银表面存在电荷,这些电荷会在负极端表面形成一个带电层,带电层会吸引正极端的相变组分的离子,相变组分的离子和相变组分的固体颗粒(原子状态)结合电子形成可逆的中间离子状态,该中间离子状态为溶液,当电致变化层中的可逆电解质为溶液时,光反射率低,光透过率高,此时光学镜片器件变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面。
当第一透明电极为粗糙表面,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件呈“高吸收态”,从而当环境光强度高于一定值时,保护用户的眼部,或者当显示屏的亮度过高时,可以短暂性地保护用户的眼部,避免亮度过高对用户的眼部产生损伤。
具体的,在使用时,当电致变化镜片组件处于偏压状态下时,在电源负极端耦接的透明电极的表面存在大量电子,与附近的相变组分的离子结合形成固体颗粒,由于透明电极的表面具备一定粗糙度,从而形成的“膜层”也对应形成了分立的颗粒层,此时形成的固体颗粒的厚度、形状均不相同,提高了表面的不规则度,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射、折射以及衍射,从而光学镜片器件呈“高吸收态”。
当电致变化镜片组件处于开路状态,即断开电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,光学镜片器件变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率,在此不做赘述。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述可逆电解质包括可逆金属离子无机盐和辅助导电离子无机盐。
具体的,可逆金属离子无机盐在溶液中为离子状态,在偏压下沉积形成固体颗粒,无偏压时重新溶解为溶液。可逆金属离子无机盐电致变化层中上述的相变组分,辅助导电离子无机盐则是用来提高电解质的电导率,从而促进离子的传输。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述可逆金属离子无机盐包括:可逆银离子无机盐。
具体的,所述可逆银离子无机盐包括:氯化银、碘化银、溴化银、硝酸银、硫酸银中的至少一种。在偏压状态下,即银离子在负电极得到电子被还原成固体银,在光滑表面形成致密的银金属层,从而具有高反射率,在粗糙表面形成分立的纳米银颗粒,从而具有高吸收率。
在开路状态,即褪去偏压时,原负电极耦接的透明电极上沉积的固体银因电致变化层中的电子平衡因负极端的银离子得电子而被打破,即体系内的电子较少,此时由于开路状态逐渐使得两个透明电极的偏压褪去,两个透明电极的电压相同,为了重新达到电荷平衡,沉积固体银失去电子形成银离子,从而电致变化层变成透明态,具有高光透过率。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述辅助导电离子无机盐包括:氯化铵、硫酸铵、硝酸锂以及氯化钠中的至少一种。
具体的,本申请的电致变化层中配置有凝胶电解质,即上述的可逆电解质,凝胶电解质包括可逆银离子无机盐以及辅助导电离子无机盐,辅助导电离子无机盐是在凝胶电解质中加入的一种离子化合物,其作用是在电解质中增加离子浓度,从而提高电解质的导电性能。
具体来说,辅助导电离子无机盐包括氯化铵、硫酸铵、硝酸锂以及氯化钠中的至少一种无机盐作为辅助导电离子。这些无机盐都是具有离子化能力的化合物,可以在水溶液中分解为正负离子。在凝胶电解质中加入这些无机盐后,会在水分子的作用下被溶解并分离成正离子和负离子,增加了电解质中的离子浓度,从而提高了电解质的导电性能。
示例性的,氯化铵(NH4Cl)和硫酸铵((NH4)2SO4)在水中会解离出NH4 +和Cl-以及(NH4)+和(SO4)2-离子;硝酸锂(LiNO3)在水中会解离出Li+和NO3-离子;氯化钠(NaCl)在水中会解离出Na+和Cl-离子,这些离子都具有良好的导电性,加入凝胶电解质中可以提高电解质的导电性能。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述可逆电解质还包括溴化物、碘化物盐和/或高分子聚合物。
具体的,溴化物和碘化物盐具有良好的离子导电性能,可以增加电解质的离子传导能力,溴化物和碘化物盐可以作为还原剂参与反应,提高电致变化层的循环寿命和安全性。通过添加高分子聚合物可以提高电解质的黏度和粘附性,可以增加电极表面与电解质的接触面积,改善电极反应动力学,提高电致变化层的使用寿命,本申请在此不做赘述。
示例性的,所述凝胶电解质的配制原料包括含银离子无机盐、辅助导电离子无机盐、溶剂、溴化物或碘化物盐和高分子聚合物。银离子无机盐包括氯化银、碘化银、溴化银、硝酸银、硫酸银,或者其混合体,银离子摩尔浓度是0.5~2.5mM/L,电解质中的氧化还原对Br3-/Br等在工作状态下起着平衡电荷消耗的作用,而在开路状态又能将沉积出的Ag层氧化溶解。
在本申请第一方面的可选实施方式中,所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成第一电场和第二电场;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;
所述电致变化层包括电致相变介质,所述电致相变介质在所述第一电场下呈第一物态,在第二电场下呈第二物态,所述第一物态和所述第二物态的光学透反属性不同。
本实施方式中,电致变化层包括电致相变介质,本实施例通过电致相变介质在不同电场下呈不同物态的特性,配合第一透明电极和第二透明电极形成电场,例如所述第一透明电极和第二透明电极分别为玻璃电极,所述电致相变介质可以选择具有可控相变特性的物质,例如变色金属氧化物、有机相变材料等。所述第一电场和第二电场可以通过控制所述第一透明电极和第二透明电极之间的电压来实现。例如,在施加电压之前,所述电致相变介质处于第一物态,此时所述电致变化镜片组件表现为透明状态;施加第一电场时,所述电致相变介质发生相变并转变为第二物态,此时所述电致变化镜片组件表现为非透明状态;当施加第二电场时,所述电致相变介质再次发生相变并恢复到第一物态,此时所述电致变化镜片组件再次表现为透明状态。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述电致相变介质为钨酸钡,所述第一电场的电场强度高于所述电致相变介质的相变电场强度,所述第二电场的电场强度低于所述电致相变介质的相变电场强度。
具体的,电致变化层采用了钨酸钡作为电致相变介质,钨酸钡(BaWO4)是一种具有电致相变性质的材料。其相变原理基于钨酸钡晶体结构的变化,导致光学性质的改变。在低温下,钨酸钡呈现出单斜晶系结构(P21/c空间群),当施加高于其相变电场的电场时,钨酸钡会发生相变,晶胞参数发生改变,从而导致其光学性质的改变。在相变前,钨酸钡为透明状态,其折射率为1.9左右,而在相变后,钨酸钡变成了淡黄色或棕色状态,折射率下降至1.5左右,在高折射率的立方相时,钨酸钡的光反射率较高,约为50%左右;而在低折射率的相变相时,钨酸钡的光反射率会降低到约为10%左右,本申请结合钨酸钡,通过在第一透明电极和第二透明电极之间施加不同强度的电场,可以控制电致相变介质的物态转变,从而实现高反射态和低反射态之间的快速切换。
在本申请第一方面的具体实施方式中,所述电致变化层的厚度为微纳米尺度,例如小于100微米,可以在极短的时间内完成相变,可以提高响应速度。同时,也可以在层厚较小的情况下保证光学性能的稳定性和耐久性,同时100微米以内的厚度可以将相变电压控制较低水平。
第二方面,本申请实施方式提供一种增强现实显示设备的光学显示模组,包括如上所述的光学镜片器件、显示屏以及分光镜;
所述分光镜位于所述显示屏的发射光所在光路上,用于将所述显示屏的发射光分光为反射光和透射光;
所述光学镜片器件的电致变化镜片组件为曲面,且凹面朝向所述分光镜,并配置在所述反射光所在的光路上,所述透射光所在光路延伸至所述光学显示模组的眼部对应位置。
本申请实施方式提供一种非偏振光学显示模组,可以用于在息屏模式和观影模式切换,或者自适应地无级调节图像对比度等。
具体的,当光学镜片器件中的第一透明电极和第二透明电极靠近电致变化层的一侧均为光滑表面时,或者其中一个为光滑表面时,可以在该光滑表面的透明电极上写入负极偏压,例如1-3V,此时在偏压下可以电致变化层中的可逆变化电解质在光滑表面上形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极和第二透明电极均为光滑表面,或者其中一个为光滑表面,则在偏压下,耦接电源负极端的透明电极的光滑表面上形成致密的膜层,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件处于“镜面态”。当显示屏处于息屏模式时,切断电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,由于此时没有电源作用,第一透明电极和第二透明电极之间的电势差为零,此时电源负极端耦接的透明电极的固体银表面存在电荷,这些电荷会在负极端表面形成一个带电层,带电层会吸引正极端的相变组分的离子,相变组分的离子和相变组分的固体颗粒(原子状态)结合电子形成可逆的中间离子状态,该中间离子状态为溶液,当电致变化层中的可逆电解质为溶液时,光反射率低,光透过率高,此时光学镜片器件变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率。
可选的是,相变组分为可逆银的盐溶液,在此不做赘述。
本申请实施方式提供一种非偏振光学显示模组,用于进行显示图像对比度的无级调整,具体的,可以与增强现实显示设备的显示屏电连接,从而根据直接读取增强现实显示设备的显示屏的亮度,然后根据亮度结合存储器中的对照表或者结合计算电路计算出对应的偏压,以使其具有对应的光学透反属性,可以配置光学镜片器件中的电压控制模块对增强现实显示设备的显示屏进行亮度检测,根据显示屏亮度调节电致变化镜片组件的光反射率和光透过率,进而可以实现当显示屏亮度较高时动态调节电致变化镜片组件的电压,可以调整增强现实显示设备的显示对比度。
可选的是,电压控制模块包括可调电源电路,或者电压控制模块包括电源和屏幕亮度监测单元,并将所述电源、所述屏幕亮度检测单元和所述电致变化镜片组件形成串联电路,之后电压控制模块根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,具体操作方式可以包括通过设置亮度与偏压的对照表的方式进行,或者通过预设的计算模型的方式确定出偏压,举例而言,设置亮度与偏压的对照表,例如亮度为显示屏最大显示亮度的N%时,可以设置偏压为qV,N和q的取值可以基于经验或者标定确定,本申请对此不做限制。
本申请实施方式提供一种非偏振光学显示模组,可以进一步结合环境光强度检测,其第一透明电极和第二透明电极中,其中一个靠近电致变化层的表面为光滑表面,另一个靠近电致变化层的表面为粗糙表面,可以用于在息屏模式、观影模式以及强光照下的视力保护或者强屏幕光下的视力保护、或者自适应地无级调节图像对比度等,当环境光强度过高时可以降低光透过率,避免强光照射人眼,当环境光强度处于较低水平且显示屏处于息屏模式时可以提高光透过率。
具体的,此时电压控制模块可以包括可调电源,此时可调电源电路进一步根据所述显示屏亮度和环境光强度调节所述电致变化镜片组件的偏压,具体的,可调电源电路的输入端包括两个,一个与显示屏的亮度输出接口或者屏幕亮度检测单元的输出接口耦接,另一个与环境光传感器单元的输出接口耦接,并且可调电源电路根据这两个参数来进行偏压调节。
优选的是,所述电源、所述屏幕亮度检测单元、所述电致变化镜片组件以及所述环境光传感器单元形成串联电路,其中所述环境光传感器单元的电阻能够基于环境光强度对应调节,以配合调节所述电致变化镜片组件的偏压,该实施方式中,屏幕亮度检测单元和环境光传感器单元可以与电致变化镜片组件形成串联电路,屏幕亮度检测单元和环境光传感器单元均可以调节各自的分压,即屏幕亮度检测单元根据屏幕亮度来调节自身的电阻值,环境光传感器单元根据环境光亮度来调节自身的电阻值,此时由于电路为串联电路,电致变化镜片组件的分压可以基于屏幕亮度检测单元的电阻、环境光传感器单元的电阻以及电致变化镜片组件的电阻进行调节,从而可以在电源电压范围内进行分压的无级调控,也即可以得到电源电压范围内的任意偏压,本申请对此不做赘述。
本申请实施方式提供一种非偏振光学显示模组,还包括:凸透镜,所述凸透镜位于所述显示屏和所述分光镜之间,凸透镜可以聚拢光线,减少光线散射,同时可以调节焦距。
在本申请第二方面的具体实施方式中,提供一种偏振光学显示模组,具体的,偏振光学显示模组包括上述的显示屏、分光镜和光学镜片器件,除此之外,还包括:
处于所述显示屏和所述分光镜之间的第一偏光片,以及处于所述反射光所在光路上的第二偏光片、第一相位延迟单元和第二相位延迟单元;
所述第一相位延迟单元位于所述光学镜片器件靠近所述分光镜的一侧,所述第二相位延迟单元位于所述光学镜片器件远离所述分光镜的一侧,所述第二偏光片位于所述第二相位延迟单元远离所述光学镜片器件的一侧;
所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元用于对通过的偏振光进行圆偏振和线偏振转换。
具体的,本申请在显示屏下方设置第一偏光片,透射轴与纸面垂直,再设置凸透镜进行图像光线汇聚,凸透镜下方设置倾斜的偏振分光镜作为第一透反单元,将偏振的图像光线全部反射。前方依次设置四分之一玻片、曲面的光学镜片器件,四分之一玻片和第二偏光片,使偏振图像偏振光线经过第一相位延迟单元后转换为左旋圆偏振光,曲面镜反射为右旋偏振光,再透过第一相位延迟单元后变为平行纸面的竖直方向偏振光,并完全透过偏振分光镜被人眼看到。第二透反单元采用上述的双态可逆Ag基曲面的光学镜片器件,实现对光线的调控。
在使用时显示屏开始产生图像光,经过第一偏光片后成为线偏振光,然后经过凸透镜汇聚成为汇聚光线,经过倾斜的偏振分光镜后,图像光线部分被反射至光学镜片组件所在的光路上,光学镜片组件。此时,偏振图像偏振光线经过第一相位延迟单元后转换为左旋圆偏振光,曲面镜反射为右旋偏振光,再透过第一相位延迟单元后变为平行纸面的竖直方向偏振光,并完全透过偏振分光镜被人眼看到,在使用过程中,通过调节电压控制电致变色曲面镜的反射率,实现对光线的调控,从而达到不同的光学效果,提高用户的视觉体验。采用电致变色曲面镜,能够实现对光线的调控,进而提高显示设备的图像质量和用户体验。同时,该技术还采用了多种偏振元件,使得光线的偏振状态得到精确的控制和调节,从而达到更高的显示效果。
可理解的是,在具体使用时,光学镜片组件可以在偏压下进行无级调控,也可以进行透明态和高反射态切换,进一步地可以进行透明态、高反射态以及高吸收态切换,在此不做进一步赘述。
第三方面,本申请实施方式提供一种墨镜,包括:墨镜镜架,以及光学镜片器件,所述光学镜片器件包括:
电致变化镜片组件,在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;
环境光传感器单元,用于检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度;
电压控制模块,用于根据所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压。
本申请实施例中,申请实施方式提供的墨镜可以通过电致变化镜片组件在不同偏压下调节光透反属性,墨镜还配备了环境光传感器单元,用于检测所处环境的光亮度,以及电压控制模块,用于根据环境光亮度来调节电致变化镜片组件的偏压。
具体来说,在光线强烈的户外环境下,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光反射率增加,从而有效地阻挡强光进入眼睛,保护眼睛不受损伤。而在光线较弱的室内环境下,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光透射率增加,从而能够更好地适应室内环境的光线,提供更好的视觉效果。
在本申请第三方面的具体实施方式中,所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面,且所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极;
所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在电源接通后在所述第一透明电极的粗糙表面上沉积形成纳米颗粒层,在开路状态下重新溶解形成溶液。
具体的,本申请实施例中当第一透明电极为粗糙表面,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件呈“高吸收态”,从而当环境光强度高于一定值时,保护用户的眼部,或者当显示屏的亮度过高时,可以短暂性地保护用户的眼部,避免亮度过高对用户的眼部产生损伤,从而可以针对光照强度进行适应性调节,当光照强度不高时可以作为普通眼镜使用。
在本申请第三方面的具体实施方式中,所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成第一电场和第二电场;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;
所述电致变化层包括电致相变介质,所述电致相变介质在所述第一电场下呈第一物态,在第二电场下呈第二物态,所述第一物态的光吸收率或光反射率高于所述第二物态。
本实施例中,高吸收态或者高反射态可以通过钨酸钡作为电致相变介质,在相变前,钨酸钡为透明状态,其折射率为1.9左右,而在相变后,钨酸钡变成了淡黄色或棕色状态,折射率下降至1.5左右,在高折射率的立方相时,钨酸钡的光反射率较高,约为50%左右;而在低折射率的相变相时,钨酸钡的光反射率会降低到约为10%左右,由此可以在光照较强时将钨酸钡相变为立方相,当光照强度较低时,可以将钨酸钡相变为相变相。
第四方面,本申请实施方式提供一种增强现实显示设备,包括外壳以及置于所述外壳内部的如上所述的光学显示模组。
本申请中的增强现实显示设备,由于包括如上所述的光学显示模组,因此可以在偏压下进行无级调控,也可以进行透明态和高反射态切换,进一步地可以进行透明态、高反射态以及高吸收态切换,从而可以适配于观影模式、普通模式以及息屏模式等。
具体的,在一实施例中,增强现实显示设备采用偏振光学模组,在显示屏下方设置第一偏光片,透射轴与纸面垂直。再设置凸透镜进行图像光线汇聚,凸透镜下方设置倾斜的偏振分光镜作为第一透反单元,将偏振的图像光线全部反射。前方依次设置四分之一玻片、电致变色曲面镜,四分之一玻片和第二偏光片,使偏振图像偏振光线经过第一相位延迟单元后转换为左旋圆偏振光,曲面镜反射为右旋偏振光,再透过第一相位延迟单元后变为平行纸面的竖直方向偏振光,并完全透过偏振分光镜被人眼看到。其次,利用环境光传感器单元检测环境光亮度的变化,以及检测屏幕亮度后,电压控制模块根据环境光亮度和屏幕亮度的变化,控制电致变化镜片组件的偏压。例如当环境光亮度较暗时,电压控制模块会降低电致变化镜片组件的偏压,提高光透射率,让更多的环境光进入显示模组,提高显示效果,当环境光亮度较亮时,电压控制模块会提高电致变化镜片组件的偏压,提高光反射率,减少环境光的干扰。
本申请的增强现实显示设备可以实现在透明态和镜面态之间动态无级切换,实时调整增强现实使用场景的图像对比度,也可以在不同形态下切换,基于光学镜片器件的构成决定,本申请对此不做赘述。
本申请的增强现实显示设备可以是头戴式显示器、智能眼镜设备或车载增强现实显示设备等,本申请不做限制。
第五方面,本申请实施方式提供一种如上所述的光学显示模组的使用方法,包括:
检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性。
具体的,根据显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压可以是无级调节,也可以是离散式调节,本申请对此不做限制。
在本申请第五方面的具体实施方式中,还包括:
检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度;
所述根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压。
具体的,根据显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压可以是无级调节,也可以是离散式调节,本申请对此不做限制。
下面具体说明无级调节的具体过程,在无级调节的方案中,由于电致变化镜片组件在不同偏压下具有不同光学透反属性,从而通过对增强现实显示设备的显示屏进行亮度检测,根据显示屏亮度调节电致变化镜片组件的光反射率和光透过率,进而可以实现当显示屏亮度较高时动态调节电致变化镜片组件的电压,可以调整增强现实显示设备的显示对比度。
具体的,在串联电路的方案中,可以结合对照表等方式,基于屏幕亮度生成调节的电阻值,从而调节该可调电阻的电阻值,由于此时电源与所述屏幕亮度检测单元和所述电致变化镜片组件形成串联电路,因此所述电致变化镜片组件的分压与所述电致变化镜片组件的电阻值和所述屏幕亮度检测单元的电阻值的比值相关,即所述电致变化镜片组件的分压:所述屏幕亮度检测单元的分压=所述屏幕亮度检测单元的电阻值:所述电致变化镜片组件的电阻值,且所述电致变化镜片组件的分压加上所述屏幕亮度检测单元的分压等于电源的输出电压。
在本申请第五方面的具体实施方式中,所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液,所述第一透明电极和所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面;
所述根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
若所述显示屏亮度高于第一设定阈值,在所述第一透明电极或者第二透明电极上施加设定偏压,使所述可逆电解质沉积形成固体粒子;和/或
若所述显示屏处于息屏状态,将所述电致变化镜片组件配置为开路状态,使沉积的固体粒子重新溶解形成溶液。
本实施例将第一透明电极和第二透明电极配置为光滑表面,当透明电极表面为光滑表面时,在偏压下可以形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极和第二透明电极均为光滑表面,则在偏压下,耦接电源负极端的透明电极的表面上形成致密的膜层,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件处于“镜面态”。在开路状态下,即断开电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,具体的,可逆电解质中包括多种不同离子溶液或者凝胶,例如可逆电解质包括参与固液转换的相变组分和辅助组分,相变组分在未通电情况下与辅助组分形成电荷平衡,即相变组分失去电子形成正价离子,辅助组分得到电子形成负价离子。
可理解的是,增强现实显示设备当前所处显示模式可以根据屏幕亮度确定,具体的,当屏幕亮度高于第一设定阈值,可以确定为观影模式,在观影模式时,可施加偏压使电致变色透反曲面镜切换到镜面态,提高图像亮度,提升用户观影的HDR效果。
针对息屏模式,本实施例使偏压置零,使电致变色透反曲面镜回到透明态,提高环境光透过率。
在本申请第五方面的具体实施方式中,所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面;
所述根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
若所述环境光亮度高于第二设定阈值,且所述显示屏处于息屏状态,将所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极,使所述可逆电解质在所述第一透明电极上沉积形成纳米颗粒层。
本申请实施例中所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面,也即可以进行三态切换,具体的,当第一透明电极施加偏压下可以形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,此时光学镜片器件处于“镜面态”。
当第二透明电极施加偏压,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件呈“高吸收态”。
当去除偏压时,光学镜片器件处于“透明态”,本申请对此不做赘述。也即本实施例中的方法可以用于三态切换。
在本申请第五方面的具体实施方式中,所述根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性,包括:
获取当前所述显示屏所处的显示模式,每个显示模式对应一电致变化镜片组件的光学透反属性;
根据所述显示模式对应的光学透反属性,结合预设的偏压与光学透反属性的对应关系,确定当前偏压。
具体的,本实施例可以按照显示模式对应切换,由于每个显示模式对应一种显示屏亮度,因此可以配置显示模式对应一电致变化镜片组件的光学透反属性,从而可以针对当前显示模式自动切换。
在本申请第五方面的具体实施方式中,所述根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
获取当前所述显示屏所处的显示模式以及环境光亮度;
根据所述显示模式和环境光亮度,结合预设的显示模式、环境光亮度以及所述光学透反属性的对应关系,确定当前显示模式和环境光亮度对应的光学透反属性;
根据当前确定的光学透反属性,结合预设的偏压与光学透反属性的对应关系,确定当前偏压。
相对应地,本申请还可以结合显示模式、环境光亮度以及所述光学透反属性的对应关系,确定当前显示模式和环境光亮度对应的光学透反属性,从而结合显示模式和环境亮度动态调节。
第六方面,本申请提供一种如上所述的墨镜的驱动方法,所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面;
所述驱动方法包括:
获取当前环境光强度;
若所述环境光亮度高于第二设定阈值,将所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极,使所述可逆电解质在所述第一透明电极上沉积形成纳米颗粒层。
本申请实施例中墨镜可以是无框眼镜或者有框眼镜,本申请对此不做限制,需要说明的是,本申请的墨镜属于智能墨镜,其中配置有电压控制模块,在光线强烈的户外环境下,可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光反射率增加,从而有效地阻挡强光进入眼睛,保护眼睛不受损伤。而在光线较弱的室内环境下,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光透射率增加,从而能够更好地适应室内环境的光线,提供更好的视觉效果。
在本申请第六方面的具体实施方式中,所述驱动方法还包括:
根据当前环境光强度与所述第二设定阈值的差值,结合预设的差值与电源输出电压的对应关系,配置所述电源的输出电压。
具体的,本申请实施例中,可以针对光照强度进行无级调控,即可以在初始光照强度基础上确定当前环境光强度与基础环境光强度的差值,差值越大则需要调节的电压越大,吸收率越高,可以理解,基础环境光强度应当处于较低水平,以使大多数情况下当前环境光强度大于基础环境光强度,从而差值越大,输出电压越大,则粗糙表面的透明电极的偏压越大,形成的纳米颗粒越多,则吸收率越高。
本申请的有益效果如下:
本申请提供一种光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法,该光学镜片器件与屏幕亮度检测单元配合,通过检测到显示屏亮度动态调整电致变色器件的电压,实现在透明态和镜面态之间动态无级切换,实时调整增强现实使用模式显示对比度,可以解决显示屏的发射光线和环境光线利用率低的问题,在环境照度变化的场景使用增强显示功能,可以针对不同情况进行适应性调节曲面镜的透过率和反射率,实现图像对比度适时自适应功能。
附图说明
图1为本申请实施例中的光学镜片器件的结构示意图;
图2为本申请实施例中的光学镜片器件的双态切换的示意图;
图3为本申请实施例中的光学镜片器件的三态切换的结构示意图之一;
图4为本申请实施例中的光学镜片器件的三态切换的结构示意图之二;
图5为本申请实施例中的增强现实显示设备的光学显示模组的结构示意图之一;
图6为本申请实施例中的增强现实显示设备的光学显示模组的结构示意图之二;
图7为本申请实施例中的增强现实显示设备的结构示意图;
图8为本申请实施例中的墨镜的结构示意图;
图9为本申请实施方式提供的光学镜片器件的驱动方法的流程示意图之一;
图10为本申请实施方式提供的光学镜片器件的驱动方法的流程示意图之二;
图11为本申请实施方式中图9的步骤S12的详细步骤示意图之一;
图12为本申请实施方式中图9的步骤S12的详细步骤示意图之二;
图13为本申请实施方式中图10的步骤S23的详细步骤示意图;
图14为本申请实施方式提供的墨镜的驱动方法的流程示意图;
附图标记:1-第一透明电极,2-电致变化层,3-第二透明电极,20-凝胶电解质,21-膜层,40-电压控制模块,4-显示屏亮度检测单元,5-环境光传感器单元,22-颗粒层,210-显示屏,分光镜211-分光镜,212-光学镜片器件,201-显示屏的发射光路,202-分光镜反射至外部的反射光路,203-光学镜片器件的发射光光路,214-第一偏光片,215-第一相位延迟单元,216-第二相位延迟单元,217-第二偏光片,218-凸透镜,204-外部光照的透射光路,301-增强现实显示设备外壳,302-固定带的扣合件的弹出口,303-固定带扣合件,304-固定带,305-头部固定带,306-头部后端固定件,401-墨镜架,402-墨镜中的光学镜片器件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中,在本申请实施方式的描述中,除非另有说明,“/”表示或的意思,例如,A/B可以表示A或B;文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况,另外,在本申请实施方式的描述中,“多个”是指两个或多于两个。
应当理解,本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中提及“实施方式”意味着,结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式,也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本申请所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
目前,主流的AR(augmented reality,增强现实)显示模组中由于光路上的光学镜片位置和参数固定,例如半反半透镜的反射率(通常40%)和透射率(通常60%)固定,导致显示效果固定,不能根据环境和显示屏的状态进行调节,无法针对不同情况进行适应性调节,影响了各种应用场景的用户体验。
在一种通用的显示模组中,其显示光路为:显示屏-偏光片-凸透镜-PBS(反射)-1/4玻片-半反半透曲面镜-1/4玻片-PBS(透过)-保护玻璃-人眼接收,共穿过8层光学结构。外界环境光路为:环境光-偏光片-1/4玻片-半反半透曲面镜-1/4玻片-PBS-保护玻璃-人眼接收,共穿过7层光学结构。由于半反半透镜的反射率(通常40%)和透射率(通常60%)固定,Birdbath方案光线利用率仅有14%(显示光效)和23%(环境光效),导致增强现实显示设备的显示亮度、环境亮度不高,以及叠加在真实环境中的图像光线对比度不理想,影响了各种应用场景的用户体验。
基于此,本申请实施例提供一种光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法,该光学镜片器件与屏幕亮度检测单元配合,通过检测到显示屏亮度动态调整电致变色器件的电压,实现在透明态和镜面态之间动态无级切换,实时调整增强现实使用模式显示对比度,可以解决显示屏的发射光线和环境光线利用率低的问题,在环境照度变化的场景使用增强显示功能,可以针对不同情况进行适应性调节曲面镜的透过率和反射率,实现图像对比度适时自适应功能。
下面结合具体实施例对本申请的核心构思进行详细说明,本申请提供光学镜片组件可以在偏压下进行无级调控,也可以进行透明态和高反射态切换,进一步地可以进行透明态、高反射态以及高吸收态切换。
高反射态到高透明态切换的光学镜片器件
图1为本申请实施例中的光学镜片器件的结构示意图,图2为本申请实施例中的光学镜片器件的双态切换的示意图,如图1和图2所示,包括电致变化镜片组件,电致变化镜片组件包括:第一透明电极1、第二透明电极2以及电致变化层3,在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;电压控制模块40,用于根据所述增强现实显示设备的显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性。
优选的,在本申请的另一个实施方式中,可以通过分压控制偏压,这样无需配置复杂电压控制电路或者可调电路,该优选实施方式中,电压控制模块40包括:
屏幕亮度检测单元44,用于检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
电源6,与所述屏幕亮度检测单元4和所述电致变化镜片组件形成串联电路,其中所述屏幕亮度检测单元4的电阻能够基于检测的所述屏幕亮度对应调节,以调节所述电致变化镜片组件的偏压。
屏幕亮度检测单元44可以是光感应器,光感应器能够感知屏幕出射光的光照强度并将其转化为电信号,或者是一种与显示屏连接的亮度传感器,用于检测显示屏的亮度,亮度传感器类型可以包括光敏二极管(photodiode)、光敏电阻(photoresistor)、光电二极管(phototransistor)等。通过对亮度传感器的读数,电压控制模块40可以调节电致变化镜片组件的偏压,以达到调节光学透反属性的目的。
本实施方式配置所述屏幕亮度检测单元46的电阻能够基于检测的所述屏幕亮度对应调节,具体的,可以将光感应器与一微处理器或者处理电路耦接,将亮度信号转化为数字信号,之后微处理器或者处理电路与一可调电阻耦接,即本实施方式中屏幕亮度检测单元4包括:光感应器、处理单元以及可调电阻,处理单元(即微处理器或者处理电路)可以结合对照表等方式,基于屏幕亮度生成调节的电阻值,从而调节该可调电阻的电阻值,由于此时电源6与所述屏幕亮度检测单元4和所述电致变化镜片组件形成串联电路,因此所述电致变化镜片组件的分压与所述电致变化镜片组件的电阻值和所述屏幕亮度检测单元4的电阻值的比值相关,即所述电致变化镜片组件的分压:所述屏幕亮度检测单元4的分压=所述屏幕亮度检测单元4的电阻值:所述电致变化镜片组件的电阻值,且所述电致变化镜片组件的分压加上所述屏幕亮度检测单元4的分压等于电源6的输出电压。
本实施方式结构简单,无需复杂调节电路,通过串联分压的方式实现所述电致变化镜片组件的偏压调节,从而能够适配于增强现实显示设备的装置中,可以在较小空间中实现电致变化镜片组件的偏压调节,对于“眼镜”式增强现实显示设备尤其适用。
在图中未示出的实施例中,上述的电压控制模块40可以包括可调电源电路的实施方式中,电压控制模块40还包括:环境光传感器单元5,用于检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度,此时可调电源电路进一步根据所述显示屏亮度和环境光强度调节所述电致变化镜片组件的偏压,具体的,可调电源电路的输入端包括两个,一个与显示屏的亮度输出接口或者屏幕亮度检测单元4的输出接口耦接,另一个与环境光传感器单元5的输出接口耦接,并且可调电源电路根据这两个参数来进行偏压调节。
具体的,环境光传感器单元5具体可以包括光敏元件(例如光敏电阻),在可选的实施方式中,环境光传感器单元5还包括滤波器、运算放大器和数字转换器等器件,其具体使用时,根据检测到的环境光亮度输出一个电压信号或数字信号,滤波器可以抵消来自其他光源的光干扰,提高检测的准确性,运算放大器可以将信号放大,数字转换器可以将采集的模拟信号转换为数字信号,本申请对此不做赘述。
示例性的,环境光传感器单元5可以是光照强度传感器,可以测量一定范围内的光照强度,之后通过I2C总线接口传输光照强度信号。
此外,在一些可选的实施方式中,环境光传感器单元5内置有寄存器,可以通过更改控制寄存器中的值来调整光敏电阻的灵敏度,以适应不同的应用场景。
在本申请的其他实施方式中,环境光传感器单元5还可以为光电二极管传感器、光敏二极管传感器、CCD(Charge-Coupled Device,电荷耦合器件)传感器等,本申请对此不做限制。
本申请实施方式通过进一步配置环境光传感器单元5,从而电压控制模块40可以结合显示屏亮度和环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,扩大了使用场景,例如当显示屏处于息屏模式时,环境光亮度处于正常亮度时,则降低反射率,提高透过率,当环境光亮度处于较高亮度时,则此时可以降低透过率,从而在息屏时还可以充当“墨镜”功能。
优选的实施方式中,所述电源6、所述屏幕亮度检测单元4、所述电致变化镜片组件以及所述环境光传感器单元5形成串联电路,其中所述环境光传感器单元5的电阻能够基于环境光强度对应调节,以配合调节所述电致变化镜片组件的偏压,该实施方式中,屏幕亮度检测单元4和环境光传感器单元5可以与电致变化镜片组件形成串联电路,屏幕亮度检测单元4和环境光传感器单元5均可以调节各自的分压,即屏幕亮度检测单元4根据屏幕亮度来调节自身的电阻值,环境光传感器单元5根据环境光亮度来调节自身的电阻值,此时由于电路为串联电路,电致变化镜片组件的分压可以基于屏幕亮度检测单元4的电阻、环境光传感器单元5的电阻以及电致变化镜片组件的电阻进行调节,从而可以在电源6电压范围内进行分压的无级调控,也即可以得到电源6电压范围内的任意偏压,本申请对此不做赘述。
具体的,请继续结合图1所示,所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极1和第二透明电极3,所述第一透明电极1和第二透明电极3可形成偏压状态;以及电致变化层2,设于所述第一透明电极1和第二透明电极3之间;
所述电致变化层2包括可逆电解质20,所述可逆电解质20在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液。
本申请中一个透明电极耦接电源6的正极,另一个透明电极耦接电源6的负极,从而两个透明电极在电源6导通时,形成偏压状态,偏压大小可以根据电源6大小、自身电阻和屏幕亮度检测单元4确定,在优选的实施方式中,偏压大小可以根据电源6大小、屏幕亮度检测单元4、环境光传感器单元5以及自身电阻确定。
本申请实施方式中的电致变化层2包括可逆电解质,具体的,可逆电解质在通电状态下由于通电时会产生游离的电子,可逆电解质通电得到大量电子而变成原子状态,从而在电源6的负极端耦接的透明电极一侧得到电子,形成沉淀的“膜层21”,该膜层21沉淀的含量决定了膜层21的覆盖率以及覆盖厚度,从而由于溶液的透明度和沉淀膜层21的透明度不同,可以通过膜层21的覆盖率和覆盖厚度调节光反射率和光透过率,而膜层21的覆盖率和覆盖厚度基于偏压大小确定,即偏压越大,形成的电子越多,则形成的原子量越多,膜层21的覆盖率和覆盖厚度越高。
示例性的,所述可逆电解质包括可逆金属离子无机盐和辅助导电离子无机盐。
具体的,可逆金属离子无机盐在溶液中为离子状态,在偏压下沉积形成固体颗粒,无偏压时重新溶解为溶液。可逆金属离子无机盐电致变化层2中上述的相变组分,辅助导电离子无机盐则是用来提高电解质的电导率,从而促进离子的传输。
示例性的,所述可逆金属离子无机盐包括:可逆银离子无机盐。
具体的,所述可逆银离子无机盐包括:氯化银、碘化银、溴化银、硝酸银、硫酸银中的至少一种。在偏压状态下,即银离子在负电极得到电子被还原成固体银,在光滑表面形成致密的银金属层,从而具有高反射率,在粗糙表面形成分立的纳米银颗粒,从而具有高吸收率。
在开路状态,即褪去偏压时,原负电极耦接的透明电极上沉积的固体银因电致变化层2中的电子平衡因负极端的银离子得电子而被打破,即体系内的电子较少,此时由于开路状态逐渐使得两个透明电极的偏压褪去,两个透明电极的电压相同,为了重新达到电荷平衡,沉积固体银失去电子形成银离子,从而电致变化层2变成透明态,具有高光透过率。
示例性的,所述辅助导电离子无机盐包括:氯化铵、硫酸铵、硝酸锂以及氯化钠中的至少一种。
具体的,本申请的电致变化层中配置有凝胶电解质,即上述的可逆电解质,凝胶电解质包括可逆银离子无机盐以及辅助导电离子无机盐,辅助导电离子无机盐是在凝胶电解质中加入的一种离子化合物,其作用是在电解质中增加离子浓度,从而提高电解质的导电性能。
具体来说,辅助导电离子无机盐包括氯化铵、硫酸铵、硝酸锂以及氯化钠中的至少一种无机盐作为辅助导电离子。这些无机盐都是具有离子化能力的化合物,可以在水溶液中分解为正负离子。在凝胶电解质中加入这些无机盐后,会在水分子的作用下被溶解并分离成正离子和负离子,增加了电解质中的离子浓度,从而提高了电解质的导电性能。
示例性的,氯化铵(NH4Cl)和硫酸铵((NH4)2SO4)在水中会解离出NH4 +和Cl-以及(NH4)+和(SO4)2-离子;硝酸锂(LiNO3)在水中会解离出Li+和NO3-离子;氯化钠(NaCl)在水中会解离出Na+和Cl-离子,这些离子都具有良好的导电性,加入凝胶电解质中可以提高电解质的导电性能。
示例性的,所述可逆电解质还包括溴化物、碘化物盐和/或高分子聚合物。
具体的,溴化物和碘化物盐具有良好的离子导电性能,可以增加电解质的离子传导能力,溴化物和碘化物盐可以作为还原剂参与反应,提高电致变化层2的循环寿命和安全性。通过添加高分子聚合物可以提高电解质的黏度和粘附性,可以增加电极表面与电解质的接触面积,改善电极反应动力学,提高电致变化层2的使用寿命,本申请在此不做赘述。
示例性的,所述凝胶电解质的配制原料包括含银离子无机盐、辅助导电离子无机盐、溶剂、溴化物或碘化物盐和高分子聚合物。银离子无机盐包括氯化银、碘化银、溴化银、硝酸银、硫酸银,或者其混合体,银离子摩尔浓度是0.5~2.5mM/L,电解质中的氧化还原对Br3-/Br等在工作状态下起着平衡电荷消耗的作用,而在开路状态又能将沉积出的Ag层氧化溶解。
本实施例中,为了形成高反射态和高透明态两态切换,所述第一透明电极1和所述第二透明电极3靠近所述电致变化层2的表面为光滑表面。
当透明电极表面为光滑表面时,在偏压下可以形成平坦膜层21,由于平坦膜层21的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极1和第二透明电极3均为光滑表面,则在偏压下,耦接电源6负极端的透明电极的表面上形成致密的膜层21,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件处于“镜面态”。
在开路状态下,即断开电源6的连接,此时电致变化层2中的可逆电解质重新溶解形成溶液,具体的,可逆电解质中包括多种不同离子溶液或者凝胶,例如可逆电解质包括参与固液转换的相变组分和辅助组分,相变组分在未通电情况下与辅助组分形成电荷平衡,即相变组分失去电子形成正价离子,辅助组分得到电子形成负价离子。在通电情况下,电源6负极耦接的透明电极积聚了大量电子,从而相变组分在该透明电极上得到电子形成还原态的固体颗粒,此时第一透明电极1和第二透明电极3之间形成固定电势差,当断开电源6时,即在开路状态下,由于此时没有电源6作用,第一透明电极1和第二透明电极3之间的电势差为零,此时电源6负极端耦接的透明电极的固体银表面存在电荷,这些电荷会在负极端表面形成一个带电层,带电层会吸引正极端的相变组分的离子,相变组分的离子和相变组分的固体颗粒(原子状态)结合电子形成可逆的中间离子状态,该中间离子状态为溶液,当电致变化层2中的可逆电解质为溶液时,光反射率低,光透过率高,此时光学镜片器件变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率。
本申请实施方式提供的光学镜片器件,通过配置电致变化镜片组件、屏幕亮度检测单元4和电压控制模块40,由于电致变化镜片组件在不同偏压下具有不同光学透反属性,从而通过对增强现实显示设备的显示屏进行亮度检测,根据显示屏亮度调节电致变化镜片组件的光反射率和光透过率,进而可以实现当显示屏亮度较高时动态调节电致变化镜片组件的电压,可以调整增强现实显示设备的显示对比度,此外由于影院模式、游戏模式等不同显示模式下显示屏的亮度各不相同,因此通过显示屏不同亮度可以设定在当显示屏处于不同模式时,调节反射率和透过率,从而可以调节人眼的视觉体验,例如当处于影院模式,且观看时人眼处于光学镜片器件的反射光路,则可以将反射率提高到80%以上,从而增强视觉体验效果,当处于息屏模式时,通过提高光透过率可以入射更多环境光,从而实现透明态和镜面态的无级切换。
需要说明的是,本实施例在施加偏压时可以进行高反射态和高透明态的切换,进一步的,本实施例在偏压不同时,例如1-3V时由于偏压越高沉积的银单质的物质的量越大,从而反射率越高,这一过程的调控为连续调控,从而不仅仅可以实现高反射态和高透明态的切换,还可以实现连续的动态无级调控,调整增强现实使用场景的图像对比度。
此外,本申请实施例中,电致变化层2采用表面光滑的上下透明电极(ITO、AZO、FTO等)。
高吸收态、高透明态以及高反射态三态切换的光学镜片器件
图3为本申请实施例中的光学镜片器件的三态切换的结构示意图之一,图4为本申请实施例中的光学镜片器件的三态切换的结构示意图之二,如图3和图4所示,与图2中的实施例不同之处在于:图3中的光学镜片器件中的第一透明电极1和第二透明电极3中的一个靠近电致变化层2的表面为粗糙表面,下面以第一透明电极1为粗糙表面,第二透明电极3为光滑表面进行说明。
具体的,粗糙表面的形成过程可以在表面透明电极上沉积氧化锌纳米晶,或通过透明电极工艺调整晶粒尺寸以形成粗糙表面,可理解,粗糙表面的粗糙程度大于一定阈值,在此不做赘述。
具体的,当第二透明电极3为粗糙表面,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件呈“高吸收态”,从而当环境光强度高于一定值时,保护用户的眼部,或者当显示屏的亮度过高时,可以短暂性地保护用户的眼部,避免亮度过高对用户的眼部产生损伤。
粗糙表面可在下表面透明电极上沉积氧化锌纳米晶,或通过透明电极工艺调整晶粒尺寸以形成粗糙表面。当下表面加负压时,Ag在粗糙表面沉积,由于电极表面不同位置成核势垒差异巨大Ag颗粒倾向于在局部位置聚集生长,所形成的分立Ag纳米颗粒层22,由于局部表面等离子体共振效应,表现出高吸收特性,呈现黑色态,可以用作户外强光场景的太阳镜。
可理解,本申请的高吸收态可以通过上述两种原理得到,本申请可以采用任意一种或者两种结合的方式实现,在此不做限制。
当第一透明电极1表面为光滑表面时,在偏压下可以形成平坦膜层21,由于平坦膜层21的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极1和第二透明电极3均为光滑表面,则在偏压下,耦接电源6负极端的透明电极的表面上形成致密的膜层21,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件处于“镜面态”。
当电致变化镜片组件处于开路状态,即断开电源6的连接,此时电致变化层2中的可逆电解质重新溶解形成溶液,光学镜片器件变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率,在此不做赘述。
可以理解,本申请实施例的其中一个透明电极为光滑表面,另一个透明电极为粗糙表面,光滑表面如图1中的实施例,当施加偏压时形成高反射态,去除偏压时形成高透明态。
本实施例在施加偏压时可以进行高反射态、高吸收态和高透明态的切换,进一步的,本实施例在偏压不同时,例如1-3V时由于偏压越高沉积的银单质的物质的量越大,从而反射率或者吸收率越高,这一过程的调控为连续调控,从而不仅仅可以实现高反射态、高吸收态和高透明态的切换,还可以实现连续的动态无级调控,调整增强现实使用场景的图像对比度。
利用可调电源进行无级调控的光学镜片器件
本申请实施例中根据显示屏亮度进行无级调控的光学镜片器件,结合图1,当电压模块4为可调电源电路时,可调电源电路与电致变化镜片组件耦接,例如本申请的可调电源可以是一种电源电路,可以根据需要调节输出电压,可调电源可以包括直流稳压器、电位器和反馈电路。通过调节电位器,可以改变反馈电路的电压,从而使稳压器的输出电压发生变化,实现对电致变化镜片组件的偏压的精确控制。
此外,本实施方式中,屏幕亮度检测可以通过将可调电源电路与增强现实显示设备的显示屏亮度输出出口耦接,从而可调电源电路的输入控制信号为显示屏的亮度信号,进而实现根据显示屏亮度来进行偏压调节的功能。
当然本申请实施方式中屏幕亮度检测也可以通过单独的屏幕亮度检测单元4实现,即屏幕亮度检测单元4先检测屏幕亮度,之后将屏幕亮度信号发送至可调电源电路,从而可调电源电路的输入控制信号为显示屏的亮度信号,进而实现根据显示屏亮度来进行偏压调节的功能。
可选的,屏幕亮度检测单元4可以是光感应器,光感应器能够感知屏幕出射光的光照强度并将其转化为电信号,或者是一种与显示屏连接的亮度传感器,用于检测显示屏的亮度,亮度传感器类型可以包括光敏二极管(photodiode)、光敏电阻(photoresistor)、光电二极管(phototransistor)等。通过对亮度传感器的读数,电压控制模块40可以调节电致变化镜片组件的偏压,以达到调节光学透反属性的目的。
相变导致反射率高低切换的光学镜片器件
本申请实施例中相变导致反射率高低切换的光学镜片器件与图1和图2的实施例相区别的是,在相变导致反射率高低切换的光学镜片器件中的电致变化镜片组件采用不同结构形成,具体的,其电致变化层与上述的电解质不同,即所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成第一电场和第二电场;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;所述电致变化层包括电致相变介质,所述电致相变介质在所述第一电场下呈第一物态,在第二电场下呈第二物态,所述第一物态的光吸收率或光反射率高于所述第二物态。
本实施方式中,电致变化层包括电致相变介质,本实施例通过电致相变介质在不同电场下呈不同物态的特性,配合第一透明电极和第二透明电极形成电场,例如所述第一透明电极和第二透明电极分别为玻璃电极,所述电致相变介质可以选择具有可控相变特性的物质,例如变色金属氧化物、有机相变材料等。所述第一电场和第二电场可以通过控制所述第一透明电极和第二透明电极之间的电压来实现。例如,在施加电压之前,所述电致相变介质处于第一物态,此时所述电致变化镜片组件表现为透明状态;施加第一电场时,所述电致相变介质发生相变并转变为第二物态,此时所述电致变化镜片组件表现为非透明状态;当施加第二电场时,所述电致相变介质再次发生相变并恢复到第一物态,此时所述电致变化镜片组件再次表现为透明状态。
示例性的,所述电致相变介质为钨酸钡,所述第一电场的电场强度高于所述电致相变介质的相变电场强度,所述第二电场的电场强度低于所述电致相变介质的相变电场强度。
具体的,电致变化层采用了钨酸钡作为电致相变介质,钨酸钡(BaWO4)是一种具有电致相变性质的材料。其相变原理基于钨酸钡晶体结构的变化,导致光学性质的改变。在低温下,钨酸钡呈现出单斜晶系结构(P21/c空间群),当施加高于其相变电场的电场时,钨酸钡会发生相变,晶胞参数发生改变,从而导致其光学性质的改变。在相变前,钨酸钡为透明状态,其折射率为1.9左右,而在相变后,钨酸钡变成了淡黄色或棕色状态,折射率下降至1.5左右,在高折射率的立方相时,钨酸钡的光反射率较高,约为50%左右;而在低折射率的相变相时,钨酸钡的光反射率会降低到约为10%左右,本申请结合钨酸钡,通过在第一透明电极和第二透明电极之间施加不同强度的电场,可以控制电致相变介质的物态转变,从而实现高反射态和低反射态之间的快速切换。
示例性的,所述电致变化层的厚度为微纳米尺度,例如小于100微米,可以在极短的时间内完成相变,可以提高响应速度。同时,也可以在层厚较小的情况下保证光学性能的稳定性和耐久性,同时100微米以内的厚度可以将相变电压控制较低水平。
本实施例通过相变材料钨酸钡制作电致变化层,结合钨酸钡施加高于一定电压阈值会产生晶型变化的特性,从而可以在高低反射率上切换。
非偏振增强现实显示模组
图5示出了本申请实施例中非偏振增强现实显示模组的结构示意图,如图4所示,包括如上图1至图3任意一个示出的光学镜片器件,还包括显示屏210以及分光镜211;所述分光镜211位于所述显示屏210的发射光所在光路(即显示屏的发射光路201)上,用于将所述显示屏210的发射光分光为反射光和透射光;所述光学镜片器件212的电致变化镜片组件为曲面,且凹面朝向所述分光镜211(即配置在分光镜反射至外部的反射光路202上)和所述反射光所在的光路(即光学镜片器件的发射光光路203)上,所述透射光所在光路(即-外部光照的透射光路204)延伸至所述光学显示模组的眼部对应位置。
本申请实施方式提供一种非偏振光学显示模组,可以用于在息屏模式和观影模式切换,或者自适应地无级调节图像对比度等。
具体的,当采用图1所示的光学镜片器件212进行配置时,光学镜片器件212中的第一透明电极和第二透明电极靠近电致变化层的一侧均为光滑表面,或者其中一个为光滑表面,另一个不做处理,可以在该光滑表面的透明电极上写入负极偏压,例如1-3V,此时在偏压下可以电致变化层中的可逆变化电解质在光滑表面上形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,则在偏压下,耦接电源负极端的透明电极的光滑表面上形成致密的膜层,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件212处于“镜面态”。当显示屏210处于息屏模式时,切断电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,由于此时没有电源作用,第一透明电极和第二透明电极之间的电势差为零,此时电源负极端耦接的透明电极的固体银表面存在电荷,这些电荷会在负极端表面形成一个带电层,带电层会吸引正极端的相变组分的离子,相变组分的离子和相变组分的固体颗粒(原子状态)结合电子形成可逆的中间离子状态,该中间离子状态为溶液,当电致变化层中的可逆电解质为溶液时,光反射率低,光透过率高,此时光学镜片器件212变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率。
示例性的,本申请的增强现实显示模组还可以采用图2所示的光学镜片器件212,这样可以进行三态调节,具体而言,当第一透明电极为粗糙表面,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件212呈“高吸收态”,从而当环境光强度高于一定值时,保护用户的眼部,或者当显示屏210的亮度过高时,可以短暂性地保护用户的眼部,避免亮度过高对用户的眼部产生损伤。
具体的,在使用时,当电致变化镜片组件处于偏压状态下时,在电源负极端耦接的透明电极的表面存在大量电子,与附近的相变组分的离子结合形成固体颗粒,由于透明电极的表面具备一定粗糙度,从而形成的“膜层”也对应形成了分立的颗粒层,此时形成的固体颗粒的厚度、形状均不相同,提高了表面的不规则度,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射、折射以及衍射,从而光学镜片器件212呈“高吸收态”。
当电致变化镜片组件处于开路状态,即断开电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,光学镜片器件212变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率,在此不做赘述。
示例性的,本申请可以采用图3所示的相变材料制作的电致变化层的光学镜片器件212,具体的,电致变化层采用了钨酸钡作为电致相变介质,当施加高于其相变电场的电场时,钨酸钡会发生相变,晶胞参数发生改变,从而导致其光学性质的改变。在相变前,钨酸钡为透明状态,其折射率为1.9左右,而在相变后,钨酸钡变成了淡黄色或棕色状态,折射率下降至1.5左右,在高折射率的立方相时,钨酸钡的光反射率较高,约为50%左右;而在低折射率的相变相时,钨酸钡的光反射率会降低到约为10%左右,从而实现高反射态和低反射态之间的快速切换。
偏振增强现实显示模组
图6示出了偏振增强现实显示模组的结构示意图,如图6所示,本申请的偏振增强现实显示模组相较于图5的区别在于,还进一步包括:还包括:处于所述显示屏210和所述分光镜211之间的第一偏光片214,以及处于所述反射光所在光路上的第二偏光片217、第一相位延迟单元215和第二相位延迟单元216;所述第一相位延迟单元215位于所述光学镜片器件212靠近所述分光镜211的一侧,所述第二相位延迟单元216位于所述光学镜片器件212远离所述分光镜211的一侧,所述第二偏光片位于所述第二相位延迟单元216远离所述光学镜片器件212的一侧;所述第一相位延迟单元215和第二相位延迟单元216用于对通过的偏振光进行圆偏振和线偏振转换。
具体的,本申请在显示屏210下方的显示屏的发射光路201上设置第一偏光片214,透射轴与纸面垂直,再设置凸透镜进行图像光线汇聚,凸透镜下方设置倾斜的偏振分光镜211作为第一透反单元,将偏振的图像光线全部反射。前方依次设置四分之一玻片(即第一相位延迟单元215)、曲面的光学镜片器件212,四分之一玻片(即第二相位延迟单元216)和第二偏光片217,使偏振图像偏振光线经过第一相位延迟单元215后转换为左旋圆偏振光,曲面镜反射为右旋偏振光,再透过第一相位延迟单元215后变为平行纸面的竖直方向偏振光,并完全透过偏振分光镜211被人眼看到。第二透反单元采用上述的双态可逆Ag基曲面的光学镜片器件212,实现对光线的调控。
在使用时显示屏210开始产生图像光,经过第一偏光片214后成为线偏振光,然后经过凸透镜218汇聚成为汇聚光线,经过倾斜的偏振分光镜211后,图像光线部分被反射至光学镜片组件所在的光路上的光学镜片组件。此时,偏振图像偏振光线经过第一相位延迟单元215后转换为左旋圆偏振光,曲面镜反射为右旋偏振光,再透过第一相位延迟单元215后变为平行纸面的竖直方向偏振光,并完全透过偏振分光镜211被人眼看到,在使用过程中,通过调节电压控制电致变色曲面镜的反射率,实现对光线的调控,从而达到不同的光学效果,提高用户的视觉体验。采用电致变色曲面镜,能够实现对光线的调控,进而提高显示设备的图像质量和用户体验。同时,该技术还采用了多种偏振元件,使得光线的偏振状态得到精确的控制和调节,从而达到更高的显示效果。
可理解的是,在具体使用时,光学镜片组件可以在偏压下进行无级调控,也可以进行透明态和高反射态切换,进一步地可以进行透明态、高反射态以及高吸收态切换,取决于采用何种光学镜片器件212。
例如在三态切换的光学镜片器件212,当第一透明电极为粗糙表面,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件212呈“高吸收态”,从而当环境光强度高于一定值时,保护用户的眼部,或者当显示屏210的亮度过高时,可以短暂性地保护用户的眼部,避免亮度过高对用户的眼部产生损伤。
当第二透明电极表面为光滑表面时,在偏压下可以形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极和第二透明电极均为光滑表面,则在偏压下,耦接电源负极端的透明电极的表面上形成致密的膜层,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件212处于“镜面态”。
当电致变化镜片组件处于开路状态,即断开电源的连接,此时电致变化层中的可逆电解质重新溶解形成溶液,光学镜片器件212变为“透明态”,可以用于息屏模式,提高环境光的透过率,在此不做赘述。
示例性的,本申请图示中的实施例在显示屏210下方设置凸透镜进行图像光线汇聚,凸透镜下方设置倾斜的第一透反单元作为分光镜211,倾斜角30~60°,优选45°,透过率反射率约为50%。前方设置第二透反单元,采用电致变色曲面镜,优选为可逆Ag电沉积型电致变色器件。其由上下透明电极和中间封装的凝胶电解质构成,所述凝胶电解质的配制原料包括含银离子无机盐、辅助导电离子无机盐、溶剂、溴化物或碘化物盐和高分子聚合物。银离子无机盐包括氯化银、碘化银、溴化银、硝酸银、硫酸银,或者其混合体,银离子摩尔浓度是0.5~2.5mM/L,电解质中的氧化还原对Br3-/Br等在工作状态下起着平衡电荷消耗的作用,而在开路状态又能将沉积出的Ag层氧化溶解。因此不加偏压时,透过率可达80%以上,提高了环境光线利用率。加1~3V偏压时,Ag+离子在负电极获得电子发生还原反应,在光滑透明电极表面沉积为银致密金属层,形成高反射镜面态,反射率可达80%以上,提高显示屏210光线利用率。该方案可根据环境光传感器模块、屏幕亮度检测模块信号动态调节显示图像与环境光线的比例。
增强现实显示设备
图7示出了本申请实施例中的增强现实显示设备的结构示意图,如图7所示,可以采用图5和图6所示的光学模组,并且包括增强现实显示设备外壳301、固定带的扣合件的弹出口302、固定带扣合件303、固定带304、头部固定带305以及头部后端固定件306,用于使用户将设备佩戴在头部,增强现实显示设备外壳301中包括本申请中的增强现实显示设备的光学显示模组(未示出),由于包括如上所述的光学显示模组,因此可以在偏压下进行无级调控,也可以进行透明态和高反射态切换,进一步地可以进行透明态、高反射态以及高吸收态切换,从而可以适配于观影模式、普通模式以及息屏模式等。
具体的,在一实施例中,增强现实显示设备采用偏振光学模组,在显示屏下方设置第一偏光片,透射轴与纸面垂直。再设置凸透镜进行图像光线汇聚,凸透镜下方设置倾斜的偏振分光镜作为第一透反单元,将偏振的图像光线全部反射。前方依次设置四分之一玻片、电致变色曲面镜,四分之一玻片和第二偏光片,使偏振图像偏振光线经过第一相位延迟单元后转换为左旋圆偏振光,曲面镜反射为右旋偏振光,再透过第一相位延迟单元后变为平行纸面的竖直方向偏振光,并完全透过偏振分光镜被人眼看到。其次,利用环境光传感器单元检测环境光亮度的变化,以及检测屏幕亮度后,电压控制模块根据环境光亮度和屏幕亮度的变化,控制电致变化镜片组件的偏压。例如当环境光亮度较暗时,电压控制模块会降低电致变化镜片组件的偏压,提高光透射率,让更多的环境光进入显示模组,提高显示效果,当环境光亮度较亮时,电压控制模块会提高电致变化镜片组件的偏压,提高光反射率,减少环境光的干扰。
墨镜
图8示出了本申请实施例中一种墨镜的结构示意图,需要理解的是,该墨镜属于智能墨镜,包括:墨镜镜架401,以及光学镜片器件402,所述光学镜片器件402包括:电致变化镜片组件,在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;环境光传感器单元,用于检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度;电压控制模块,用于根据所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压。
本申请实施例中,申请实施方式提供的墨镜可以通过电致变化镜片组件在不同偏压下调节光透反属性,墨镜还配备了环境光传感器单元,用于检测所处环境的光亮度,以及电压控制模块,用于根据环境光亮度来调节电致变化镜片组件的偏压。
具体来说,在光线强烈的户外环境下,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光反射率增加,从而有效地阻挡强光进入眼睛,保护眼睛不受损伤。而在光线较弱的室内环境下,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光透射率增加,从而能够更好地适应室内环境的光线,提供更好的视觉效果。
进一步的优选实施例中,该墨镜可以采用如图3和图4所示的光学模组,电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面,且所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极;所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在电源接通后在所述第一透明电极的粗糙表面上沉积形成纳米颗粒层,在开路状态下重新溶解形成溶液。
具体的,本申请实施例中当第一透明电极为粗糙表面,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件呈“高吸收态”,从而当环境光强度高于一定值时,保护用户的眼部,或者当显示屏的亮度过高时,可以短暂性地保护用户的眼部,避免亮度过高对用户的眼部产生损伤,从而可以针对光照强度进行适应性调节,当光照强度不高时可以作为普通眼镜使用。
在其他可选实施例中,可以结合相变材料实现,具体的所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成第一电场和第二电场;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;所述电致变化层包括电致相变介质,所述电致相变介质在所述第一电场下呈第一物态,在第二电场下呈第二物态,所述第一物态的光吸收率或光反射率高于所述第二物态。
本实施例中,高吸收态或者高反射态可以通过钨酸钡作为电致相变介质,在相变前,钨酸钡为透明状态,其折射率为1.9左右,而在相变后,钨酸钡变成了淡黄色或棕色状态,折射率下降至1.5左右,在高折射率的立方相时,钨酸钡的光反射率较高,约为50%左右;而在低折射率的相变相时,钨酸钡的光反射率会降低到约为10%左右,由此可以在光照较强时将钨酸钡相变为立方相,当光照强度较低时,可以将钨酸钡相变为相变相。
光学显示模组的驱动方法
图9示出了本申请实施例中光学显示模组的使用方法流程示意图之一,包括:
S11:检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
S12:根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性。
具体的,根据显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压可以是无级调节,也可以是离散式调节,本申请对此不做限制。
基于图1和图2的实施例可以知晓,本申请的根据屏幕亮度调节可以进行高透明态、高反射态和高吸收态的转变。
图10示出了本申请实施例中光学显示模组的使用方法流程示意图之二,具体包括:
S21:检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
S22:检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度;
S23:根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压。
具体的,根据显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压可以是无级调节,也可以是离散式调节,本申请对此不做限制。
需要理解的是,步骤S21和步骤S22的顺序不做限制,即可以先执行S22,而后执行S21,本申请对此不做赘述。
下面具体说明无级调节的具体过程,在无级调节的方案中,由于电致变化镜片组件在不同偏压下具有不同光学透反属性,从而通过对增强现实显示设备的显示屏进行亮度检测,根据显示屏亮度调节电致变化镜片组件的光反射率和光透过率,进而可以实现当显示屏亮度较高时动态调节电致变化镜片组件的电压,可以调整增强现实显示设备的显示对比度。
具体的,在串联电路的方案中,步骤S12可以结合对照表等方式,基于屏幕亮度生成调节的电阻值,从而调节该可调电阻的电阻值,由于此时电源与所述屏幕亮度检测单元和所述电致变化镜片组件形成串联电路,因此所述电致变化镜片组件的分压与所述电致变化镜片组件的电阻值和所述屏幕亮度检测单元的电阻值的比值相关,即所述电致变化镜片组件的分压:所述屏幕亮度检测单元的分压=所述屏幕亮度检测单元的电阻值:所述电致变化镜片组件的电阻值,且所述电致变化镜片组件的分压加上所述屏幕亮度检测单元的分压等于电源的输出电压。
可选的是,当所述第一透明电极和所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面时,如图11所示,步骤S12包括:
S121:若所述显示屏亮度高于第一设定阈值,在所述第一透明电极或者第二透明电极上施加设定偏压,使所述可逆电解质沉积形成固体粒子;和/或
S122:若所述显示屏处于息屏状态,将所述电致变化镜片组件配置为开路状态,使沉积的固体粒子重新溶解形成溶液。
本实施例将第一透明电极和第二透明电极配置为光滑表面,当透明电极表面为光滑表面时,在偏压下可以形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,第一透明电极和第二透明电极均为光滑表面,则在偏压下,耦接电源负极端的透明电极的表面上形成致密的膜层,具有高反射率,可以用于增强现实显示设备的观影模式,此时光学镜片器件处于“镜面态”。针对息屏模式,本实施例使偏压置零,使电致变色透反曲面镜回到透明态,提高环境光透过率。
可理解的是,增强现实显示设备当前所处显示模式可以根据屏幕亮度确定,具体的,当屏幕亮度高于第一设定阈值,可以确定为观影模式,在观影模式时,可施加偏压使电致变色透反曲面镜切换到镜面态,提高图像亮度,提升用户观影的HDR效果。
在其他实施例中,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面时,步骤S23具体包括:
S231:若所述环境光亮度高于第二设定阈值,且所述显示屏处于息屏状态,将所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极,使所述可逆电解质在所述第一透明电极上沉积形成纳米颗粒层。
本申请实施例中所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面,也即可以进行三态切换,具体的,当第一透明电极施加偏压下可以形成平坦膜层,由于平坦膜层的光反射角度相同,当选用反射率较高的沉积材料时具有高反射率,此时光学镜片器件处于“镜面态”。
当第二透明电极施加偏压,由于粗糙表面下形成的固体颗粒的厚度各不相同,当光线入射到粗糙表面时,会因为表面的不规则形状而产生多次反射和折射,从而导致光线在表面下反复传播,被吸收的几率增大,此外,粗糙表面的微观形貌可能会对光线产生衍射或散射,使光线更容易被吸收。也即当粗糙度高于设定粗糙度阈值时,光学镜片器件呈“高吸收态”。
当去除偏压时,光学镜片器件处于“透明态”,本申请对此不做赘述。也即本实施例中的方法可以用于三态切换。
可选的是,可以根据显示屏的现实模式确定对应的光学透反属性,从而根据对应关系确定出当前偏压,具体的,如图12所示,包括:
S131:获取当前所述显示屏所处的显示模式,每个显示模式对应一电致变化镜片组件的光学透反属性;
S132:根据所述显示模式对应的光学透反属性,结合预设的偏压与光学透反属性的对应关系,确定当前偏压。
具体的,本实施例可以按照显示模式对应切换,由于每个显示模式对应一种显示屏亮度,因此可以配置显示模式对应一电致变化镜片组件的光学透反属性,从而可以针对当前显示模式自动切换。
此外,相同的道理可以应用于根据环境光和显示屏的亮度确定出当前偏压,具体的,如图13所示,包括:
S231:获取当前所述显示屏所处的显示模式以及环境光亮度;
根据所述显示模式和环境光亮度,结合预设的显示模式、环境光亮度以及所述光学透反属性的对应关系,确定当前显示模式和环境光亮度对应的光学透反属性;
S232:根据当前确定的光学透反属性,结合预设的偏压与光学透反属性的对应关系,确定当前偏压。
相对应地,本申请还可以结合显示模式、环境光亮度以及所述光学透反属性的对应关系,确定当前显示模式和环境光亮度对应的光学透反属性,从而结合显示模式和环境亮度动态调节。
墨镜的驱动方法
图14示出了本申请提供一种如上所述的墨镜实施例的驱动方法的流程示意图,该墨镜驱动方法是对上述墨镜实施例的结构进行驱动的方法步骤,墨镜结构在此不作赘述,其驱动方法包括:
S31:获取当前环境光强度;
S32:若所述环境光亮度高于第二设定阈值,将所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极,使所述可逆电解质在所述第一透明电极上沉积形成纳米颗粒层。
本申请实施例中墨镜可以是无框眼镜或者有框眼镜,本申请对此不做限制,需要说明的是,本申请的墨镜属于智能墨镜,其中配置有电压控制模块,在光线强烈的户外环境下,可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光反射率增加,从而有效地阻挡强光进入眼睛,保护眼睛不受损伤。而在光线较弱的室内环境下,电压控制模块可以调节电致变化镜片组件的偏压,使墨镜的光透射率增加,从而能够更好地适应室内环境的光线,提供更好的视觉效果。
在具体驱动时,本申请还可以根据当前环境光强度与所述第二设定阈值的差值,结合预设的差值与电源输出电压的对应关系,配置所述电源的输出电压。
具体的,本申请实施例中,可以针对光照强度进行无级调控,即可以在初始光照强度基础上确定当前环境光强度与基础环境光强度的差值,差值越大则需要调节的电压越大,吸收率越高,可以理解,基础环境光强度应当处于较低水平,以使大多数情况下当前环境光强度大于基础环境光强度,从而差值越大,输出电压越大,则粗糙表面的透明电极的偏压越大,形成的纳米颗粒越多,则吸收率越高。
从以上实施例可以看出,本申请提供一种光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法,该光学镜片器件与屏幕亮度检测单元配合,通过检测到显示屏亮度动态调整电致变色器件的电压,实现在透明态和镜面态之间动态无级切换,实时调整增强现实使用模式显示对比度,可以解决显示屏的发射光线和环境光线利用率低的问题,在环境照度变化的场景使用增强显示功能,可以针对不同情况进行适应性调节曲面镜的透过率和反射率,实现图像对比度适时自适应功能,此外可以进行透明态、镜面态和高吸收态三态的转变,并且可以根据偏压大小调整镜面态和高吸收态的程度,从而形成无级调控。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的范围。

Claims (28)

1.一种增强现实显示设备的光学镜片器件,其特征在于,包括:
电致变化镜片组件,在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;
电压控制模块,用于根据所述增强现实显示设备的显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性。
2.根据权利要求1所述的光学镜片器件,其特征在于,电压控制模块包括:
屏幕亮度检测单元,用于检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
电源,与所述屏幕亮度检测单元和所述电致变化镜片组件形成串联电路,其中所述屏幕亮度检测单元的电阻能够基于检测的所述屏幕亮度对应调节,以调节所述电致变化镜片组件的偏压。
3.根据权利要求2所述的光学镜片器件,其特征在于,电压控制模块还包括:
环境光传感器单元,用于检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度,所述电压控制模块根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,其中所述电源、所述屏幕亮度检测单元、所述电致变化镜片组件以及所述环境光传感器单元形成串联电路,其中所述环境光传感器单元的电阻能够基于环境光强度对应调节,以配合调节所述电致变化镜片组件的偏压。
4.根据权利要求1所述的光学镜片器件,其特征在于,所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成偏压状态;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;
所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液。
5.根据权利要求4所述的光学镜片器件,其特征在于,所述第一透明电极和所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面。
6.根据权利要求4所述的光学镜片器件,其特征在于,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面。
7.根据权利要求4-6任一项所述的光学镜片器件,其特征在于,所述可逆电解质包括可逆金属离子无机盐和辅助导电离子无机盐。
8.根据权利要求7所述的光学镜片器件,其特征在于,所述可逆金属离子无机盐包括:可逆银离子无机盐。
9.根据权利要求7所述的光学镜片器件,其特征在于,所述可逆电解质还包括溴化物、碘化物盐和/或高分子聚合物。
10.根据权利要求1所述的光学镜片器件,其特征在于,所述电致变化镜片组件包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成第一电场和第二电场;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;
所述电致变化层包括电致相变介质,所述电致相变介质在所述第一电场下呈第一物态,在第二电场下呈第二物态,所述第一物态和所述第二物态的光学透反属性不同。
11.根据权利要求10所述的光学镜片器件,其特征在于,所述电致相变介质为钨酸钡,所述第一电场的电场强度高于所述电致相变介质的相变电场强度,所述第二电场的电场强度低于所述电致相变介质的相变电场强度。
12.根据权利要求11所述的光学镜片器件,其特征在于,所述电致变化层的厚度小于100微米。
13.一种墨镜,其特征在于,包括:镜架、镜片以及电压控制模块;
所述镜片在不同偏压下具有不同光学透反属性,所述光学透反属性包括光反射率和光透射率;
所述电压控制模块用于根据所述镜片所处环境的环境光亮度,调节所述镜片的偏压。
14.根据权利要求13所述的墨镜,其特征在于,所述镜片包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面,且所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极;
所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在电源接通后在所述第一透明电极的粗糙表面上沉积形成纳米颗粒层,在开路状态下重新溶解形成溶液。
15.根据权利要求13所述的墨镜,其特征在于,所述镜片包括:
相对设置的第一透明电极和第二透明电极,所述第一透明电极和第二透明电极可形成第一电场和第二电场;以及
电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;
所述电致变化层包括电致相变介质,所述电致相变介质在所述第一电场下呈第一物态,在第二电场下呈第二物态,所述第一物态的光吸收率或光反射率高于所述第二物态。
16.一种增强现实显示设备的光学显示模组,其特征在于,包括显示屏、分光镜以及如权利要求1-12所述的光学镜片器件;
所述分光镜位于所述显示屏的发射光所在光路上,用于将所述显示屏的发射光分光为反射光和透射光;
所述光学镜片器件的电致变化镜片组件为曲面,且凹面朝向所述分光镜,并配置在所述反射光所在的光路上,所述透射光所在光路延伸至所述光学显示模组的眼部对应位置。
17.根据权利要求16所述的光学显示模组,其特征在于,还包括:凸透镜,所述凸透镜位于所述显示屏和所述分光镜之间。
18.根据权利要求16所述的增强现实显示设备的光学显示模组,其特征在于,还包括:
处于所述显示屏和所述分光镜之间的第一偏光片,以及处于所述反射光所在光路上的第二偏光片、第一相位延迟单元和第二相位延迟单元;
所述第一相位延迟单元位于所述光学镜片器件靠近所述分光镜的一侧,所述第二相位延迟单元位于所述光学镜片器件远离所述分光镜的一侧,所述第二偏光片位于所述第二相位延迟单元远离所述光学镜片器件的一侧;
所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元用于对通过的偏振光进行圆偏振和线偏振转换。
19.根据权利要求18所述的增强现实显示设备的光学显示模组,其特征在于,所述第一相位延迟单元和/或第二相位延迟单元为四分之一玻片。
20.一种增强现实显示设备,其特征在于,包括外壳以及置于所述外壳内部的如权利要求16-19任一项所述的光学显示模组。
21.一种如权利要求16所述的光学显示模组的使用方法,其特征在于,包括:
检测所述增强现实显示设备的显示屏亮度;
根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性。
22.根据权利要求21所述的使用方法,其特征在于,还包括:
检测所述光学显示模组当前所处环境的环境光亮度;
所述根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压。
23.根据权利要求21所述的使用方法,其特征在于,所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液,所述第一透明电极和所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面;
所述根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
若所述显示屏亮度高于第一设定阈值,在所述第一透明电极或者第二透明电极上施加设定偏压,使所述可逆电解质沉积形成固体粒子;和/或
若所述显示屏处于息屏状态,将所述电致变化镜片组件配置为开路状态,使沉积的固体粒子重新溶解形成溶液。
24.根据权利要求22所述的使用方法,其特征在于,所述电致变化镜片组件包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间;所述电致变化层包括可逆电解质,所述可逆电解质在所述偏压状态下沉积形成固体粒子,在开路状态下重新溶解形成溶液,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面;
所述根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
若所述环境光亮度高于第二设定阈值,且所述显示屏处于息屏状态,将所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极,使所述可逆电解质在所述第一透明电极上沉积形成纳米颗粒层。
25.根据权利要求21所述的使用方法,其特征在于,所述根据所述显示屏亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,以使所述电致变化镜片组件具有对应的光学透反属性,包括:
获取当前所述显示屏所处的显示模式,每个显示模式对应一电致变化镜片组件的光学透反属性;
根据所述显示模式对应的光学透反属性,结合预设的偏压与光学透反属性的对应关系,确定当前偏压。
26.根据权利要求22所述的使用方法,其特征在于,所述根据所述显示屏亮度和所述环境光亮度调节所述电致变化镜片组件的偏压,包括:
获取当前所述显示屏所处的显示模式以及环境光亮度;
根据所述显示模式和环境光亮度,结合预设的显示模式、环境光亮度以及所述光学透反属性的对应关系,确定当前显示模式和环境光亮度对应的光学透反属性;
根据当前确定的光学透反属性,结合预设的偏压与光学透反属性的对应关系,确定当前偏压。
27.一种如权利要求13所述的墨镜的驱动方法,其特征在于,所述镜片包括:相对设置的第一透明电极和第二透明电极;以及电致变化层,设于所述第一透明电极和第二透明电极之间,且包括可逆电解质,所述第一透明电极靠近所述电致变化层的表面为粗糙表面,所述第二透明电极靠近所述电致变化层的表面为光滑表面;
所述驱动方法包括:
获取当前环境光强度;
若所述环境光亮度高于第二设定阈值,将所述第一透明电极耦接电源负极,所述第二透明电极耦接电源正极,使所述可逆电解质在所述第一透明电极上沉积形成纳米颗粒层。
28.根据权利要求27所述的墨镜的驱动方法,其特征在于,所述驱动方法还包括:
根据当前环境光强度与所述第二设定阈值的差值,结合预设的差值与电源输出电压的对应关系,配置所述电源的输出电压。
CN202310489009.2A 2023-04-28 光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法 Active CN117130160B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310489009.2A CN117130160B (zh) 2023-04-28 光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310489009.2A CN117130160B (zh) 2023-04-28 光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117130160A true CN117130160A (zh) 2023-11-28
CN117130160B CN117130160B (zh) 2024-10-25

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205899213U (zh) * 2016-08-19 2017-01-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置
US20170184894A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Hitachi-Lg Data Storage, Inc. Dimmer and video display device using the same
CN108487494A (zh) * 2018-03-27 2018-09-04 京东方科技集团股份有限公司 一种变反射率墙体单元、墙体组件和智能楼宇外墙系统
CN212483982U (zh) * 2020-04-15 2021-02-05 广州视享科技有限公司 一种眼镜
CN113721402A (zh) * 2020-05-26 2021-11-30 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备、控制方法、控制装置、电子装置和存储介质
CN113889055A (zh) * 2021-09-30 2022-01-04 荣耀终端有限公司 一种屏幕亮度调节方法、电子设备及存储介质
CN115421302A (zh) * 2022-07-29 2022-12-02 歌尔光学科技有限公司 光学模组及头戴显示设备

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170184894A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Hitachi-Lg Data Storage, Inc. Dimmer and video display device using the same
CN205899213U (zh) * 2016-08-19 2017-01-18 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置
CN108487494A (zh) * 2018-03-27 2018-09-04 京东方科技集团股份有限公司 一种变反射率墙体单元、墙体组件和智能楼宇外墙系统
CN212483982U (zh) * 2020-04-15 2021-02-05 广州视享科技有限公司 一种眼镜
CN113721402A (zh) * 2020-05-26 2021-11-30 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备、控制方法、控制装置、电子装置和存储介质
CN113889055A (zh) * 2021-09-30 2022-01-04 荣耀终端有限公司 一种屏幕亮度调节方法、电子设备及存储介质
CN115421302A (zh) * 2022-07-29 2022-12-02 歌尔光学科技有限公司 光学模组及头戴显示设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10444544B2 (en) Electrochromic eyewear
CN108303812B (zh) 一种具有调光功能的后视镜
KR101960108B1 (ko) 필터 배열체를 갖는 용접 헬멧
JP7464045B2 (ja) 調光可能なアイウェア
WO2020107126A1 (en) Electrochromatic optical devices, systems, and methods
CN210243994U (zh) 液晶电子防眩光偏振护目镜
CZ44294A3 (en) Assembly unit of a rear-view mirror and device against dazzling effect
CN214523571U (zh) 防眩目后视镜及汽车
CN111158167A (zh) 可调光变色眼镜
WO2014149269A1 (en) Switchable rearview mirror element with anti-reflection mechanisms for use with a display
US9046730B2 (en) Displays and sensors integrated with multi-state cholesteric liquid crystal devices
CN117130160B (zh) 光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法
CN101592793B (zh) 全自动角度遮光眼镜
CN117130160A (zh) 光学镜片器件、墨镜、光学显示模组、设备及方法
US20240077779A1 (en) Dimming devices with reversible metal electrodeposition
CN109477994B (zh) 电化学装置
EP0818706A2 (en) Switchable devices with an optical cavity
CN218181250U (zh) 一种可调明暗的镜片及近视眼镜
CN201222130Y (zh) 一种防眩目会车眼镜
JPH0250123A (ja) 電子サングラス
CN211149076U (zh) 一种电致变色ar镜片及ar眼镜
JP2009294654A (ja) 眼鏡
CN111830718B (zh) 增强现实设备
CN106094257A (zh) 一种防汽车远光防眩智能眼镜
US20230096546A1 (en) Dimmable vision correcting eyewear

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant