CN209327685U - 一种液体透镜、系统及ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液体透镜、系统及AR眼镜，所述AR眼镜包括液体透镜系统以及用于承载所述液体透镜系统的镜架及镜框，所述液体透镜系统与所述镜架及所述镜框连接，通过分光镜组的反射以及折射，将第一光信号以及第二光信号聚焦，增大所述液体透镜系统的应用范围和应用部件的适用性；通过控制虚像与第一透镜组之间的距离，增大了虚像成像的距离范围，避免由于观测者人眼调焦范围较小引起的成像模糊；将液体透镜系统承载于镜架以及镜框上，实现了小型化以及便捷化。

Description

一种液体透镜、系统及AR眼镜

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及一种液体透镜、系统及AR眼镜。

背景技术

目前，光学系统尤其是光学变焦系统通常由固定焦距的固体透镜制成，为了调节其焦距，光学变焦系统需要使用多组固体透镜，通过机械部件带动固体透镜运动来实现光学变焦系统调焦。尤其在集成光学变焦系统的可穿戴设备中，存在结构复杂、不易小型化以及不便于精确控制的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种液体透镜、系统及AR 眼镜，用于解决现有技术中AR(增强现实/Augmented reality)眼镜变焦不便应用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种液体透镜，包括：

壳体，所述壳体包括第一视窗以及第二视窗；

第一液体，所述第一液体的材料包含导体材料；

第二液体，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体，所述第一液体和所述第二液体设于所述壳体内，且所述第二液体靠近所述第二视窗设置；

所述壳体内沿着所述第一视窗至所述第二视窗的方向收缩。

可选的，所述壳体内堆叠一疏水绝缘层。

可选的，所述第一液体的密度与所述第二液体的密度相等。

可选的，所述疏水绝缘层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物的任意一种。

一种液体透镜系统，包括：

用于产生第一光信号的显示单元；

第一透镜组，所述第一透镜组包括所述液体透镜；以及用于分束的分光镜组，所述分光镜组包括一用于光反射的反射面和一用于光折射的折射面，经过所述第一透镜组调焦及所述反射面反射的所述第一光信号与经过所述折射面折射的第二光信号聚焦，目标物体提供所述第二光信号。

可选的，所述第一透镜组设置于第一光信号入射光路上，定义所述第一光信号入射光路为所述第一光信号在所述反射面反射之前的光路。

可选的，所述液体透镜系统包括一用于调焦的第二透镜组，所述第二透镜组设置于第一光信号反射光路上，定义所述第一光信号反射光路为所述第一光信号在所述反射面反射之后的光路。

可选的，所述液体透镜系统包括一用于减少背景光强度的消光模组，所述消光模组设置于第二光信号入射光路上，定义所述第二光信号入射光路为所述第二光信号在所述折射面发生折射之前的光路。

可选的，所述液体透镜系统包括一用于反射所述第一光信号的第三透镜组，所述第一透镜组设置于第一光信号发射光路上，所述第三透镜组设置于第一光信号折射光路上，定义所述第一光信号发射光路为所述第一光信号在所述折射面发生折射之前的光路，定义所述第一光信号折射光路为所述第一光信号在所述折射面发生折射之后的光路。

可选的，所述液体透镜系统包括一用于反射所述第一光信号的第三透镜组，所述第一透镜组以及所述第三透镜组设置于第一光信号折射光路上，且所述第一透镜组设置于所述反射面与所述第三透镜组之间，定义所述第一光信号折射光路为所述第一光信号在所述折射面发生折射之后的光路。

一种AR眼镜，包括：所述液体透镜系统；以及用于承载所述液体透镜系统的镜架及镜框，所述液体透镜系统与所述镜架及所述镜框连接。

可选的，所述分光镜组与所述镜框相匹配。

可选的，所述AR眼镜包括一用于调焦的第二透镜组，所述第二透镜组与所述镜框相匹配。

可选的，所述AR眼镜还包括一用于减少背景光强度的消光模组，所述消光模组与所述镜框相匹配。

可选的，所述显示单元以及所述第一透镜组设置在所述镜架上。

可选的，所述镜架或者所述镜框上还设有一距离传感器。

可选的，所述第二透镜组为液体透镜。

可选的，所述镜架或者所述镜框上还包括一用于控制电压的控制器，所述控制器与所述第一透镜组以及所述第二透镜组电路连接。

如上所述，在本实用新型的液体透镜、系统及中：

通过导通第一液体以及壳体，在第一液体以及第二液体的接触界面产生电润湿效应，引起第一液体与第二液体接触界面曲率及焦距的变化，实现对液体透镜的调焦控制，便于小型化，且控制精度较高，反馈速度较快；

通过分光镜组的反射以及折射，将第一光信号以及第二光信号聚焦，增大所述液体透镜系统的应用范围和应用部件的适用性；

通过控制虚像与第一透镜组之间的距离，增大了虚像成像的距离范围，避免由于观测者人眼调焦范围较小引起的成像模糊；

将液体透镜系统承载在在镜架以及镜框上，实现了小型化以及便捷化。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例中液体透镜未导通状态结构示意图。

图2显示为本实用新型实施例中液体透镜导通状态结构示意图。

图3显示为本实用新型一实施例中液体透镜系统的结构示意图。

图4显示为本实用新型一实施例中液体透镜系统的结构示意图。

图5显示为本实用新型又一实施例中液体透镜系统的结构示意图。

图6显示为本实用新型另一实施例中液体透镜系统的结构示意图。

图7显示为本实用新型另一实施例中液体透镜系统的结构示意图。

图8显示为本实用新型其他实施例中液体透镜系统的结构示意图。

图9显示为本实用新型实施例中AR眼镜的结构示意图。

零件标号说明

1 壳体

11 第一视窗

12 第二视窗

13 绝缘疏水层

A 第一液体

B 第二液体

20 显示单元

21 第一透镜组

22 第二透镜组

23 第三透镜组

24 消光模组

25 距离传感器

26 控制器

27 电池

3 分光镜组

3a 反射面

3b 折射面

31 第一光信号入射光路

32 第一光信号反射光路

33 第二光信号发射光路

34 第一光信号发射光路

35 第一光信号折射光路

4 目标物体

41 虚像

5 观测点

51 实像

C 镜架

D 镜框

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1和图2，本实用新型提供一种液体透镜，包括：壳体1，所述壳体1包括第一视窗11以及第二视窗12；第一液体A，所述第一液体A的材料包含导体材料，所述导体材料可以为电解质的水溶液，电解质可选取例如溴化锂，例如硫酸钠，又例如氯化钾；以及第二液体B，所述第二液体B的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体A不溶于所述第二液体，第二液体B的材料可选取油性液体，又例如可选取硅油，所述第一液体A和所述第二液体B 设于壳体1内，且所述第二液体B靠近所述第二视窗12设置，通过外接电源导通壳体1以及第一液体A发生电润湿效应，即由于第一液体A与壳体1的电荷分布发生变化，进而第一液体A与壳体1的接触角发生变化且第一液体A与第二液体B接触界面的曲率发生变化，因此液体透镜的焦距发生变化，请参阅图1，当壳体1及第一液体A未导通时，第一液体A与第二液体B接触界面朝向远离第一液体A的方向凹陷，此时，液体透镜为凹透镜，请参阅图 2，当壳体1及第一液体A导通并施加一定电压时，第一液体A与第二液体B接触界面朝向靠近第一液体A的方向凸起，此时，液体透镜为凸透镜，通过导通壳体1及第一液体A改变液体透镜类型，通过改变导通电压改变液体透镜的焦距，便于光学变焦系统的小型化，且便于控制，为了避免重力影响对液体透镜的使用产生影响，可以通过调控第一液体A中电解质的浓度，将第一液体A的密度调整至与第二液体B一致，为了增加第一液体A与第二液体B 接触界面的曲率变化率，所述壳体1内沿着所述第一视窗11至所述第二视窗12的方向收缩，当第一液体A未导通时，第一液体A与第二液体B的界面凹陷，此时液体透镜为凹透镜，当第一液体A导通时，当第一液体A与第二液体B的接触角发生变化时，第一液体A与第二液体B接触界面的形状发生变化，此时液体透镜为凸透镜，通过将壳体1设计成缩进结构，增大了第一液体A与第二液体B接触界面的形状变化量，进而增大了液体透镜变焦的量程。

通过在所述壳体1内堆叠疏水绝缘层13，加剧导通壳体1及第一液体A的电润湿效应，较佳地，所述疏水绝缘层13的材料可选取聚四氟乙烯(Teflon)，例如聚对二甲苯(Parylene)，又例如全氟环状聚合物(Cytop)，较佳地，可以采用Parylene在壳体1上镀膜，以形成疏水绝缘层13。

请参阅图3，提供一种液体透镜系统，包括：用于产生第一光信号的显示单元20；用于调焦所述第一光信号的第一透镜组21，所述第一透镜组21包括所述液体透镜；以及用于分束的分光镜组3，所述分光镜组3包括一用于光反射的反射面3a和一用于光折射的折射面3b，经过所述第一透镜组21调焦及所述反射面3a反射的所述第一光信号与经过所述折射面3b折射的所述第二光信号在观测点5聚焦，并在观测点5观测到实像51，其中第二光信号为目标物体4产生的光信号，通过设置分光镜组3将第一光信号及第二光信号汇聚在观测点，通过调节液体透镜，实现便于控制和调焦的目的，且体积便于小型化，扩大了液体透镜系统的应用场景和应用部件的适用性。

在一实施例中，所述第一透镜组21设置于第一光信号入射光路31上，定义所述第一光信号入射光路31为所述第一光信号在所述反射面3a反射之前的光路，请参阅图3、图4和图 5，显示单元20发射第一光信号，通过第一透镜组21调焦，然后第一光信号在反射面3a反射后反射至观测点5，目标物体4产生第二光信号，第二光信号在折射面3b折射后折射至观测点5。

较佳地，所述液体透镜系统包括用于调焦的第二透镜组22，所述第二透镜组22设置于第一光信号反射光路32上，定义所述第一光信号反射光路32为所述第一光信号在所述反射面3a反射之后的光路，通过设置第二透镜组22，可以将通过分光镜组3分束的第一光信号及第二光信号进行调焦，便于第一光信号及第二光信号在观测点5处聚焦并观测实像51。

所述液体透镜系统还可以设置用于减少背景光强度的消光模组24，所述消光模组24设置于第二光信号入射光路上，定义所述第二光信号入射光路为所述第二光信号在所述折射面 3b发生折射之前的光路，所述消光模组24可以选取消光片(attenuator)，请参阅图3和图4，也可以选取液晶消光片，请参阅图3，通过改变电压来控制液晶分子的分子取向来调节光在消光片中的吸收，请参阅图4，还可以改变电压来控制液晶分子的分子取向来调节光在消光片中的散射，从而达到减小背景光光强的效果，进而在背景光强度较大情况下也能够看清楚虚像41的效果。

请参阅图6，另一实施例中，所述液体透镜系统包括用于反射所述第一光信号的第三透镜组23，所述第三透镜组23可以选取球面镜，所述第一透镜组21设置于第一光信号发射光路34上，所述第三透镜组23设置于第一光信号折射光路35上，定义所述第一光信号发射光路34为所述第一光信号在所述折射面3b发生折射之前的光路，定义所述第一光信号折射光路35为所述第一光信号在所述折射面3b发生折射之后的光路，显示单元20发射第一光信号，经过第一透镜组21调焦、折射面3b折射、第三透镜组23反射以及反射面3a反射至观测点 5，目标物体4发射第二光信号，经过折射面3b折射至观测点5，进而在观测点5处，第一光信号及第二光信号聚焦，较佳地，可以在第二光信号入射光路33上设置用于减少背景光强度的消光模组24，还可以在第一光信号反射光路32上设置用于调焦的第二透镜模组22，请参阅图8，又例如，可取消第一光信号反射光路32上的第二透镜模组22，通过第一透镜组21调焦第一光信号，达到与第二光信号聚焦的目的，通过设置第三透镜组23，可以改变液体透镜的光路设计，第三透镜组23可以选取球面镜，利用球面镜可以增加虚像41的成像聚焦平面范围，为了进一步增加虚像41的成像聚焦平面距离范围。

请参阅图7，又一实施例中，所述液体透镜系统包括用于反射所述第一光信号的第三透镜组23，所述第一透镜组21以及所述第三透镜组23设置于第一光信号折射光路35上，且所述第一透镜组21设置于所述反射面3a与所述第三透镜组23之间，定义所述第一光信号折射光路35为所述第一光信号在所述折射面3b发生折射之后的光路，显示单元20发射第一光信号，经过折射面3b折射、通过第一透镜组21、第三透镜组23反射、第一透镜组21调焦、以及反射面3a反射至观测点5，目标物体4发射第二光信号，经过折射面3b折射至观测点5，进而在观测点5处，第一光信号及第二光信号聚焦，较佳地，可以在第二光信号入射光路33 上设置用于减少背景光强度的消光模组24，还可以在第一光信号反射光路32上设置用于调焦的第二透镜模组22。

在其他实施例中，提供一种AR眼镜，包括：前述任一实施例所述液体透镜系统；以及用于承载所述液体透镜系统的镜架C及镜框D，所述液体透镜系统与所述镜架C及所述镜框 D连接，请参阅图9。

示例性地，通过所述分光镜组3与所述镜框D相匹配，便于装配和使用，为了提高调焦精度和调焦量程，所述AR眼镜包括用于调焦的第二透镜组22，所述第二透镜组22也可以与所述镜框D相匹配，较佳地，通过在镜框D设置用于减少背景光强度的消光模组24，消光模组24可使用液晶消光片，实现在背景光强度较高的条件下使用，例如在分光镜组3的折射面3b设置消光模组24，在分光镜组3的反射面3a设置第二透镜组24。

通过将所述显示单元20以及所述第一透镜组21设置在所述镜架C上，便于所述液体透镜系统的成像，也便于制造和使用。

通过所述镜架C或者所述镜框D上还设有距离传感器25，距离传感器可以检测目标物体 4与所述AR眼镜之间的距离，进而便于调焦第一光信号以及第二光信号，距离传感器25可选取激光传感器，例如红外传感器，又例如微波传感器，还可以选取瞳孔追踪器，检测人眼观测方向上与目标物体4之间的距离。

示例性地，第一透镜组21以及第二透镜组22为液体透镜，通过在镜架D上设置用于控制第一透镜组21及第二透镜组22调节电压的控制器26，进而调节第一透镜组21及第二透镜组22的焦距，较佳地，将所述控制器26及用于给液体透镜系统供电的电池27集成在镜架D上，又例如，控制器26以及电池27也可以分体式设计，分别设置在镜框C或者镜架D完成AR眼镜的小型化和便捷化。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种液体透镜，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括第一视窗以及第二视窗；

第一液体，所述第一液体的材料包含导体材料；

第二液体，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体，所述第一液体和所述第二液体设于所述壳体内，且所述第二液体靠近所述第二视窗设置；

所述壳体内沿着所述第一视窗至所述第二视窗的方向收缩。

2.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述壳体内堆叠一疏水绝缘层。

3.根据权利要求2所述的液体透镜，其特征在于，所述疏水绝缘层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物的任意一种。

4.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第一液体的密度与所述第二液体的密度相等。

5.一种液体透镜系统，其特征在于，包括：

用于产生第一光信号的显示单元；

第一透镜组，所述第一透镜组包括如权利要求1至4任一项所述的液体透镜；以及

用于分束的分光镜组，所述分光镜组包括一用于光反射的反射面和一用于光折射的折射面，经过所述第一透镜组调焦及所述反射面反射的所述第一光信号与经过所述折射面折射的第二光信号聚焦，目标物体提供所述第二光信号。

6.根据权利要求5所述的液体透镜系统，其特征在于，所述第一透镜组设置于第一光信号入射光路上，定义所述第一光信号入射光路为所述第一光信号在所述反射面反射之前的光路。

7.根据权利要求5所述的液体透镜系统，其特征在于，所述液体透镜系统包括一第二透镜组，所述第二透镜组设置于第一光信号反射光路上，定义所述第一光信号反射光路为所述第一光信号在所述反射面反射之后的光路。

8.根据权利要求5所述的液体透镜系统，其特征在于，所述液体透镜系统包括一用于减少背景光强度的消光模组，所述消光模组设置于第二光信号入射光路上，定义所述第二光信号入射光路为所述第二光信号在所述折射面发生折射之前的光路。

9.根据权利要求5至8任一项所述的液体透镜系统，其特征在于，所述液体透镜系统还包括一用于反射所述第一光信号的第三透镜组，所述第一透镜组设置于第一光信号发射光路上，所述第三透镜组设置于第一光信号折射光路上，定义所述第一光信号发射光路为所述第一光信号在所述折射面发生折射之前的光路，定义所述第一光信号折射光路为所述第一光信号在所述折射面发生折射之后的光路。

10.根据权利要求5至8任一项所述的液体透镜系统，其特征在于，所述液体透镜系统还包括一用于反射所述第一光信号的第三透镜组，所述第一透镜组以及所述第三透镜组设置于第一光信号折射光路上，且所述第一透镜组设置于所述反射面与所述第三透镜组之间，定义所述第一光信号折射光路为所述第一光信号在所述折射面发生折射之后的光路。

11.一种AR眼镜，其特征在于，包括：

如权利要求5至10任一项所述的液体透镜系统；以及

用于承载所述液体透镜系统的镜架及镜框，所述分光镜组与所述镜框相匹配，所述显示单元以及所述第一透镜组设置在所述镜框或者镜架上。

12.根据权利要求11所述的AR眼镜，其特征在于，所述AR眼镜包括一用于调焦的第二透镜组，所述第二透镜组与所述镜框相匹配。

13.根据权利要求11所述的AR眼镜，其特征在于，所述AR眼镜还包括一用于减少背景光强度的消光模组，所述消光模组与所述镜框相匹配。

14.根据权利要求11所述的AR眼镜，其特征在于，所述显示单元以及所述第一透镜组设置在所述镜架上。

15.根据权利要求11所述的AR眼镜，其特征在于，所述镜架或者所述镜框上还设有一距离传感器。

16.根据权利要求12所述的AR眼镜，其特征在于，所述第二透镜组包括液体透镜。

17.根据权利要求16所述的AR眼镜，其特征在于，所述镜架或者所述镜框上还包括一用于控制电压的控制器，所述控制器与所述第一透镜组以及所述第二透镜组电路连接。