CN106019586A - 双光波导片式增强现实眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学领域，具体涉及眼镜。双光波导片式增强现实眼镜，眼镜视场角达到80度。包括一眼镜主体，所述眼镜主体包含镜架，所述镜架包含至少一个镜框，所述镜框安有镜片，所述镜片为拼接粘合的两个光波导片，所述两个光波导片之间具有90度到130度的夹角。本发明的视场角较现有的增强现实眼镜有很大提高，达到80度视场角，有效解决了视场角过小导致用户视野不佳的问题，从而提高了用户体验满意度。

Description

双光波导片式增强现实眼镜

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及眼镜。

背景技术

增强现实技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术，在日常生活中可以为人们带来便利。它可以实现超越电子屏幕的视觉体验，在展现真实世界的信息是同时，将虚拟的信息同时显示出来，数码世界和真实世界的信息相互补充和叠加，二者完美的结合在一起呈现在用户眼中。然而现在已有的的增强现实眼镜，普遍存在使用时视场角过小导致用户视野不佳，从而降低了用户体验满意度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双光波导片式增强现实眼镜，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

双光波导片式增强现实眼镜，包括一眼镜主体，所述眼镜主体包含镜架，其特征在于，所述镜架包含至少一个镜框，所述镜框安有镜片，所述镜片为拼接粘合的两个光波导片，所述两个光波导片之间具有90度到130度的夹角。

一个光波导片式增强现实眼镜的视场角为40度，两个光波导片拼接在一起能够达到80度的视场角，极大程度提高了视野的范围。本发明的视场角较现有的增强现实眼镜有很大提高，解决了视场角过小导致用户视野不佳，从而提高了用户体验满意度。

所述光波导片呈板状。

本发明通过板状结构的光波导片能够更好地传递光。

所述光波导片包括至少三个平板，所述至少三个平板平行排布，所述至少三个平板通过胶合剂胶合连接，所述至少三个平板均为倾斜的平板。

具有倾斜角度的平板能够增大光线的反射面，增加视场。

所述平板可以由玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃中的至少一种。优选为玻璃。

所述至少三个平板从左至右平行排布，所述至少三个平板的右端面均涂有具有反射率的反光膜，所述光波导片的右端部设有一耦合棱镜，所述耦合棱镜包括一方形棱镜和一楔形棱镜，方形棱镜和楔形棱镜胶合连接构成耦合棱镜。

本发明通过耦合棱镜能够便于光的传导。

所述至少三个平板位于所述耦合棱镜左侧。

所述楔形棱镜的入光面是楔形棱镜的楔面，所述楔形棱镜的出光面是所述楔形棱镜和所述方形棱镜的连接面。

双光波导片式增强现实眼镜还包括微型图像显示器，所述微型图像显示器的光照方向朝向所述入光面。

所述入光面可以是一相对于所述微型图像显示器呈凸面形状的透射曲面，所述透射曲面的方程满足以下三个方程之一：

(a)变形非球面，他有两个方向的曲率半径，而且可以不相同，该曲面为平面对称曲面，它有两个对称面，分别关于yoz、xoz平面对称。

$z=\frac{C_x{x}^2+C_y{y}^2}{1+{\{1-(1+K_x)C_x^2{x}^2-(1+K_y)C_y^2{y}^2\}}^{1/2}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i{\{(1-P_i)x^2+(1+P_i)y^2\}}^{i+1}$

C_x是曲面X‐Z平面内X方向的曲率半径，C_y是曲面在Y‐Z平面内Y方向的曲率半径，K_x是曲面X方向的二次曲线系数，K_y是曲面Y方向的二次曲线系数，A_i是4，6，8…2n阶非旋转对称系数。

(b)XY多项式曲面，

$\begin{array}{c}z(x,y)=\frac{C(x^2+y^2)}{1+{\[1-(1+k)C^2(x^2+y^2)\]}^{1/2}}\\ +c_4{y}^2+c_6{x}^2\\ +c_7{y}^3+c_9{\mathrm{yx}}^2\\ +c_{11}{y}^4+c_{13}{y}^2{x}^2+c_{15}{x}^4\\ +c_{16}{y}^5+c_{18}{y}^3{x}^2+c_{20}{\mathrm{yx}}^4\\ +c_{22}{y}^6+c_{24}{y}^4{x}^2+c_{26}{y}^2{x}^4+c_{28}{x}^6\\ +c_{29}{y}^7+c_{31}{y}^5{x}^2+c_{33}{y}^3{x}^4+c_{35}{\mathrm{yx}}^6\\ +\mathrm{...}\end{array}$

其中C为曲面曲率半径，c_j为多项式系数。

(c)超环面是一个圆形或n阶曲线形状的回转曲面，由一个圆或n阶曲线绕一个与该曲线共面的一个轴回转所生成。

$z=\frac{{\mathrm{cx}}^2}{1+{\[1-(1+k)c^2{x}^2\]}^{1/2}}+\underset{\‾}{A}{x}^4+\underset{\‾}{B}{x}^6+\underset{\‾}{C}{x}^8+\underset{\‾}{D}{x}^{10}$

其中c为曲率半径，k为二次曲面系数，A，B，C，D分别为4，6，8，10阶非球面系数。

本发明通过透射曲面起放大图像的作用。

所述入光面可以是一相对于所述微型图像显示器呈平面状的透射平面。

所述入光面前设有一目镜***，所述目镜***前设有一LCOS模组，所述LCOS模组投影口朝向所述目镜***。

作为一种方案，所述镜架包含一个镜框。采用单个镜框可以做到一体成型，便于安装。

作为一种方案，所述镜架包含两个镜框。通过两个镜框能够优化视觉效果。

所述目镜***包括一目镜，所述目镜的前端面为第一曲面，所述目镜的后端面为第二曲面，所述第一曲面与所述第二曲面均为旋转对称面；

所述第一曲面中央呈外凸状，所述第一曲面的边缘呈内凹状，所述第二曲面呈外凸状。

优化了传统双外凸的目镜结构，色差小，视场角可达40度，放大率合适。

所述旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。

所述第一曲面中央的曲率大于所述第一曲面边缘的曲率，所述第一曲面边缘的曲率大于所述第二曲面边缘的曲率，所述第二曲面边缘的曲率大于所述第二曲面中央的曲率。优化了目镜的***的显示效果。

所述第二曲面的中央横截面优选为一直线。便于保证成像效果。

作为一种方案，所述第一曲面是一非球面，所述第一曲面的非球面系数

其中，

。

作为一种方案，所述第一曲面是一非球面，所述第一曲面的非球面系数其中，

作为一种方案，所述第二曲面是一非球面，所述第二曲面的非球面系数其中，

。

作为一种方案，所述第二曲面是一非球面，所述第二曲面的非球面系数其中，

所述目镜的中心厚度大于所述目镜的边缘厚度；所述目镜的厚度从中心向边缘依次递减；

所述目镜的中心厚度为2mm-10mm。

所述光波导片是塑料制成的塑料质光波导片。

可以在不影响使用效果的同时减轻质量减少成本，增强了用户体验满意度。

所述光波导片的厚度不大于3mm。优选2mm。

以减少镜片本体的厚度，进而减少增强现实眼镜的重量，改善用户的体验效果。

所述目镜***与所述LCOS模组安装在连接镜架的镜腿的中空腔内，所述中空腔设有一开口，所述开口朝向所述入光面。

目镜***与LCOS模组安装在镜腿的中空腔内，既美化外观又减少了体积，提高了用户体验。

所述镜架包括两个镜腿，所述两个镜腿分别固定在所述镜框的两侧，所述目镜***与所述LCOS模组安装在所述两个镜腿的中空腔内。能够合理利用剩余空间，节约成本。

所述镜架还安装有一影像采集装置，所述影像采集装置设有至少一个摄像头，所述摄像头连接所述微型处理器***，所述微型处理器***连接一触摸屏***，所述触摸屏***设有一用于感应触摸动作的触摸感应膜，所述触摸感应膜贴在所述镜片前方。设有影像采集功能，触摸感应功能，为微型处理***获取真实世界的信息提供了基础，用户复合式的信息交互，提高用户体验满意度。

所述触摸感应膜贴采用压电式触控技术，所述压电式触控技术介于电阻式与电容式触控技术之间。压电式传感器的触控屏幕同电容式触控屏一样支持多点触控，而且支持任何物体触控，不像电容屏只支持类皮肤的材质触控。这样，压电式触控屏幕可以同时具有电容屏幕的多点触控触感，又具有电阻屏的精准。

所述触摸感应膜贴通过紧压式固定方式。所述固定方式在所述触摸感应膜贴周边圈沿绕一圈泡棉，不仅能做到有效的防止尘防水，而且对所述触摸感应膜贴本身也没有损伤。

附图说明

图1为本发明部分结构示意图；

图2为本发明两个光波导片组成的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2，双光波导片式增强现实眼镜，包括一眼镜主体，眼镜主体包含镜架，镜架包含至少一个镜框，镜框安有镜片，镜片为拼接粘合的两个光波导片1，两个光波导片之间具有90度到130度的夹角。一个光波导片式增强现实眼镜的视场角为40度，两个光波导片拼接在一起能够达到80度的视场角，极大程度提高了视野的范围。本发明的视场角较现有的增强现实眼镜有很大提高，解决了视场角过小导致用户视野不佳，从而提高了用户体验满意度。光波导片呈板状。本发明通过板状结构的光波导片能够更好地传递光。光波导片包括至少三个平板2，至少三个平板平行排布，至少三个平板通过胶合剂胶合连接，至少三个平板均为倾斜的平板。具有倾斜角度的平板能够增大光线的反射面，增加视场。平板可以由玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃中的至少一种。至少三个平板的右端面均涂有具有反射率的反光膜，光波导片的右端部设有一耦合棱镜，耦合棱镜包括一方形棱镜6和一楔形棱镜3，方形棱镜和楔形棱镜胶合连接构成耦合棱镜。本发明通过耦合棱镜能够便于光的传导。楔形棱镜的入光面是楔形棱镜的楔面，楔形棱镜的出光面是楔形棱镜和方形棱镜的连接面。双光波导片式增强现实眼镜还包括微型图像显示器，微型图像显示器的光照方向朝向入光面。

入光面可以是一相对于微型图像显示器呈凸面形状的透射曲面，透射曲面的方程满足以下三个方程之一：(a)变形非球面，他有两个方向的曲率半径，而且可以不相同，该曲面为平面对称曲面，它有两个对称面，分别关于yoz、xoz平面对称。

C_x是曲面X-Z平面内X方向的曲率半径，C_y是曲面在Y-Z平面内Y方向的曲率半径，K_x是曲面X方向的二次曲线系数，K_y是曲面Y方向的二次曲线系数，A_i是4，6，8…2n阶非旋转对称系数。(b)XY多项式曲面，

其中C为曲面曲率半径，c_j为多项式系数。(c)超环面是一个圆形或n阶曲线形状的回转曲面，由一个圆或n阶曲线绕一个与该曲线共面的一个轴回转所生成。

其中c为曲率半径，k为二次曲面系数，A，B，C，D分别为4，6，8，10阶非球面系数。本发明通过透射曲面起放大图像的作用。入光面可以是一相对于微型图像显示器呈平面状的透射平面。入光面前设有一目镜***4，目镜***前设有一LCOS模组5，LCOS模组投影口朝向目镜***。作为一种方案，镜架包含一个镜框。采用单个镜框可以做到一体成型，便于安装。作为一种方案，镜架包含两个镜框。通过两个镜框能够优化视觉效果。目镜***包括一目镜，目镜的前端面为第一曲面，目镜的后端面为第二曲面，第一曲面与第二曲面均为旋转对称面；第一曲面中央呈外凸状，第一曲面的边缘呈内凹状，第二曲面呈外凸状。优化了传统双外凸的目镜结构，色差小，视场角可达120度，放大率合适。

旋转对称面是非球面、二次曲面、自由曲面中的任意一种。第一曲面中央的曲率大于第一曲面边缘的曲率，第一曲面边缘的曲率大于第二曲面边缘的曲率，第二曲面边缘的曲率大于第二曲面中央的曲率。优化了目镜的***的显示效果。第二曲面的中央横截面优选为一直线。便于保证成像效果。作为一种方案，第一曲面是一非球面，第一曲面的非球面系数

其中，

。

作为一种方案，第一曲面是一非球面，第一曲面的非球面系数

其中

作为一种方案，第二曲面是一非球面，第二曲面的非球面系数

其中，

。

作为一种方案，第二曲面是一非球面，第二曲面的非球面系数

其中，

目镜的中心厚度大于目镜的边缘厚度；目镜的厚度从中心向边缘依次递减；目镜的中心厚度为2mm-10mm。光波导片是塑料制成的塑料质光波导片。可以在不影响使用效果的同时减轻质量减少成本，增强了用户体验满意度。光波导片的厚度不大于3mm。优选2mm。以减少镜片本体的厚度，进而减少增强现实眼镜的重量，改善用户的体验效果。目镜***与LCOS模组安装在连接镜架的镜腿的中空腔内，中空腔设有一开口，开口朝向入光面。目镜***与LCOS模组安装在镜腿的中空腔内，既美化外观又减少了体积，提高了用户体验。镜架包括两个镜腿，两个镜腿分别固定在镜框的两侧，目镜***与LCOS模组安装在两个镜腿的中空腔内。能够合理利用剩余空间，节约成本。镜架还安装有一影像采集装置，影像采集装置设有至少一个摄像头，摄像头连接微型处理器***，微型处理器***连接一触摸屏***，触摸屏***设有一用于感应触摸动作的触摸感应膜，触摸感应膜贴在镜片前方。设有影像采集功能，触摸感应功能，为微型处理***获取真实世界的信息提供了基础，用户复合式的信息交互，提高用户体验满意度。

触摸感应膜贴采用压电式触控技术，压电式触控技术介于电阻式与电容式触控技术之间。压电式传感器的触控屏幕同电容式触控屏一样支持多点触控，而且支持任何物体触控，不像电容屏只支持类皮肤的材质触控。这样，压电式触控屏幕可以同时具有电容屏幕的多点触控触感，又具有电阻屏的精准。触摸感应膜贴通过紧压式固定方式。固定方式在触摸感应膜贴周边圈沿绕一圈泡棉，不仅能做到有效的防止尘防水，而且对触摸感应膜贴本身也没有损伤。所述微型图像显示器发出的光线依次途径目镜***、耦合棱镜和平板。两个光波导片呈镜像对称，两个光波导片的出射光均朝向同一眼球。实现单眼球的立体视觉。耦合棱镜位于光波导片的入光部，平板位于光波导片的出光部。微型图像显示器发出的光线经楔形棱镜透射后，透射进入方形棱镜，方形棱镜透射出的光线经平板反射后，进入人眼。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.双光波导片式增强现实眼镜，包括一眼镜主体，所述眼镜主体包含镜架，其特征在于，所述镜架包含至少一个镜框，所述镜框安有镜片，所述镜片为拼接粘合的两个光波导片，所述两个光波导片之间具有90度到130度的夹角。

2.根据权利要求1所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述光波导片包括至少三个平板，所述至少三个平板平行排布，所述至少三个平板通过胶合剂胶合连接，所述至少三个平板均为倾斜的平板。

3.根据权利要求2所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述平板是玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述至少三个平板从左至右平行排布，所述至少三个平板的右端面均涂有具有反射率的反光膜，所述光波导片的右端部设有一耦合棱镜，所述耦合棱镜包括一方形棱镜和一楔形棱镜，方形棱镜和楔形棱镜胶合连接构成耦合棱镜。

5.根据权利要求4所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述楔形棱镜的入光面是楔形棱镜的楔面，所述楔形棱镜的出光面是所述楔形棱镜和所述方形棱镜的连接面。

6.根据权利要求5所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：双光波导片式增强现实眼镜还包括微型图像显示器，所述微型图像显示器的光照方向朝向所述入光面。

7.根据权利要求5所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述入光面前设有一目镜***，所述目镜***前设有一LCOS模组，所述LCOS模组投影口朝向所述目镜***。

8.根据权利要求1所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述镜架包含一个镜框。

9.根据权利要求7所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述目镜***包括一目镜，所述目镜的前端面为第一曲面，所述目镜的后端面为第二曲面，所述第一曲面与所述第二曲面均为旋转对称面；

所述第一曲面中央呈外凸状，所述第一曲面的边缘呈内凹状，所述第二曲面呈外凸状。

10.根据权利要求9所述的双光波导片式增强现实眼镜，其特征在于：所述第一曲面中央的曲率大于所述第一曲面边缘的曲率，所述第一曲面边缘的曲率大于所述第二曲面边缘的曲率，所述第二曲面边缘的曲率大于所述第二曲面中央的曲率。