CN110865458A - 一种头戴式设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种头戴式设备，包括：本体用于将头戴式设备佩戴在头部；本体上设置有：图像投射装置用于输出平行光；平面分光镜用于对平行光进行反射；曲面反射镜用于将平面分光镜反射的平行光进行反射，反射的平行光透过平面分光镜入射到人眼；平面分光镜对第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率并对第二光波长范围内的光具有第二反射率和第二透过率，第二光波长范围与第一光波长范围不同，第一反射率大于第二反射率，第一透过率小于第二透过率；且图像投射装置输出的平行光的光波长与第一光波长范围相匹配，以使得干扰光以第二透过率透过平面分光镜；平面分光镜以第一反射率反射图像投射装置输出的平行光。

Description

一种头戴式设备

技术领域

本申请涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种头戴式设备。

背景技术

目前的增强现实AR(Augmented Reality)眼镜中，通常包括图像投射装置和显示光路组件。

其中，图像投射装置包括曲面像源，曲面像源中通过透镜或透镜组将光源的发散光转换成平行光，而在显示光路组件中包括依次排列的平面分光镜和曲面反射镜，相应的，曲面像源输出的平行光经过平面分光镜反射到曲面反射镜上，而曲面反射镜将平行光汇聚到人眼中。

在以上光路中，会存在大量的干扰光通过平面分光镜反射到人眼的情况，导致用户对AR眼镜的使用体验较差。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种头戴式设备，如下所示：

一种头戴式设备，包括：

本体，用于将所述头戴式设备佩戴在头部；

所述本体上设置有：

图像投射装置，用于输出平行光；

平面分光镜，用于对所述图像投射装置输出的平行光进行反射；

曲面反射镜，用于将所述平面分光镜反射的平行光进行反射，反射的平行光透过所述平面分光镜入射到人眼；

其中，所述平面分光镜对第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率；所述平面分光镜对第二光波长范围内的光具有第二反射率和第二透过率，所述第二光波长范围与所述第一光波长范围不同，所述第一反射率大于所述第二反射率，所述第一透过率小于所述第二透过率；

且所述图像投射装置输出的平行光的光波长与所述第一光波长范围相匹配，以使得：波长区别于所述平行光的干扰光以所述第二透过率透过所述平面分光镜；所述平面分光镜以所述第一反射率反射所述图像投射装置输出的平行光。

上述头戴式设备，优选的，所述平面分光镜包括：

玻璃基板；

电介质多层膜，设置在所述玻璃基板的第一表面，以使得所述平面分光镜对所述第一光波长范围内的光具有所述第一反射率；

反射防止膜，设置在所述玻璃基板的第二表面，以使得所述平面分光镜对所述第二光波长范围内的光具有第二透过率。

上述头戴式设备，优选的，所述第一表面为所述玻璃基板朝向所述图像投射装置的表面；所述第二表面为所述玻璃基板背向所述图像投射装置的表面。

上述头戴式设备，优选的，所述所述电介质多层膜具有目标反射率，以使得包含所述电介质多层膜的所述平面分光镜对所述第一光波长范围内的光具有所述第一反射率。

上述头戴式设备，优选的，所述反射防止膜为多层膜结构，所述多层膜结构由至少两层低反射层堆积形成，所述低反射层具有对应的目标折射率，以使得包含所述反射防止膜的所述平面分光镜对所述第二光波长范围内的光具有所述第二透过率。

上述头戴式设备，优选的，所述第一光波长范围为：以所述平行光的光峰值对应的波长为中心取带宽为预设范围所得到的光波长范围。

上述头戴式设备，优选的，所述第一光波长范围为：取所述平行光中光波幅度值大于光峰值的预设比例值的光波长范围。

上述头戴式设备，优选的，所述图像投射装置包括：

光源，用于输出发散光；

透镜组，所述光源和所述透镜组相对设置，所述透镜组包括至少一个透镜；所述透镜组用于：将所述光源输出的发散光进行光路转换，以输出平行光。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的一种头戴式设备中，通过将本体设置的平面分光镜设置为第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率并且，对平面分光镜设置为对区别于第一光波长范围的第二光波长范围内的光具有小于第一反射率的第二反射率和大于第一透过率的第二透过率，由此，在第一光波长范围与本体上设置的图像投射装置输出的平行光的光波长相匹配时，平面分光镜就可以以较大的第二透过率将波长区别于平行光的干扰光透过，同时，平面分光镜可以以较大的第一反射率反射图像投射装置输出的平行光，由此，大量的干扰光可以透过平面分光镜而不会反射到人眼中，而大量的平行光仍然可以被平面分光镜反射到曲面反射镜，再由曲面反射镜将平行光透过平面分光镜入射到人眼中，从而实现对人眼输出光线的同时，避免大量干扰光进入人眼，从而改善用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种头戴式设备的结构示意图；

图2及图3分别为本申请实施例中本体101的结构示意图；

图4为本申请实施例中图像投射装置的结构示意图；

图5为本申请实施例中透镜组的结构示意图；

图6为本申请实施例中光波长范围的示意图；

图7为本申请实施例中平面分光镜的结构示意图；

图8为本申请实施例的另一结构示意图；

图9和图10分别为本申请实施例中光波长范围的选取示意图；

图11为本申请实施例适用于AR眼镜时的光波长范围的示意图；

图12为本申请实施例适用于AR眼镜时光线的波长示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，为本申请实施利一提供的一种头戴式设备的结构示意图，该头戴式设备可以为AR眼镜等能够佩戴在头部的设备。本实施例中的技术方案主要用于改善大量的干扰光经过平面分光镜反射入人眼导致用户体验较差的情况。

具体的，本实施例中的头戴式设备可以包括以下结构：

本体101，用于将所述头戴式设备佩戴在头部。

其中，本体101可以为支架结构，如图2中所示，通过两侧支架端将头戴式设备架设在头部耳朵上；或者，本体101可以为环带结构，如图3中所示，通过弹性或非弹性的柔性带将头戴式设备绑定在头部。

具体的，本体101上设置有：

图像投射装置102，用于输出平行光。

其中，图像投射装置102中可以包括有光源401和透镜组402，如图4中所示，光源401和透镜组402相对设置，光源401具有一个或多个光线出射点，用于输出发散光，而发散光经过透镜组402之后形成平行光。

具体的，透镜组402中可以只设置有一个透镜，该透镜将发散光进行光路转换，以形成平行光；或者，透镜组402中可以设置有两个或更多个透镜，透镜之间平行设置，如图5中所示，透镜组402中的多个透镜组合，依次对发散光进行光路转换，最终输出平行光。

平面分光镜103，用于对图像投射装置102输出的平行光进行反射。

其中，平面分光镜103与图像投射装置102所输出的平行光的光线输出方向之间呈第一角度。

曲面反射镜104，用于将平面分光镜103反射的平行光进行反射，反射的平行光透过平面分光镜103入射到人眼，以在人眼中形成图像，如游戏场景图像等。

其中，曲面反射镜104为曲面结构，以便于将平面分光镜103反射过来的平行光进行不同角度的反射，曲面反射镜103的曲面切面与平面分光镜103之间呈第二角度。第二角度与第一角度之间相匹配，使得图像投射装置102输出的平行光经过平面分光镜103反射之后入射到曲面反射镜104，且曲面反射镜104将平行光进行不同角度的反射后入射到人眼，而在曲面反射镜104与平面分光镜103之间是相对设置的，由此曲面反射镜104将反射的平行光透过平面分光镜103入射到人眼。

其中，平面分光镜103对第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率；且，平面分光镜103对第二光波长范围内的光具有第二反射率和第二透过率，而第二光波长范围与所述第一光波长范围是不同的，如图6中所示，第一光波长范围为波长A到波长B的范围，波长大于A且小于B的光即为第一光波长范围内的光，第二光波长范围为波长B到波长C的范围，波长大于B且小于C的光即为第二光波长范围内的光。针对第一光波长范围和第二光波长范围，平面分光镜103对第一光波长范围内的光的第一反射率大于平面分光镜103对第二光波长范围内的光的第二反射率，相对的，平面分光镜103对第一光波长范围内的光的第一透过率小于平面分光镜103对第二光波长范围内的光的第二透过率。

基于此，本实施例中图像投射装置102输出的平行光的光波长与第一光波长范围相匹配的情况下，就能够使得：波长区别于平行光的干扰光以较大的第二透过率透过平面分光镜103；而图像投射装置102所输出的平行光能够以较大的第一反射率反射被平面分光镜103反射到曲面反射镜104上。

由上述方案可知，本申请实施例提供的一种头戴式设备中，通过将本体设置的平面分光镜设置为第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率并且，对平面分光镜设置为对区别于第一光波长范围的第二光波长范围内的光具有小于第一反射率的第二反射率和大于第一透过率的第二透过率，由此，在第一光波长范围与本体上设置的图像投射装置输出的平行光的光波长相匹配时，平面分光镜就可以以较大的第二透过率将波长区别于平行光的干扰光透过，同时，平面分光镜可以以较大的第一反射率反射图像投射装置输出的平行光，由此，大量的干扰光可以透过平面分光镜而不会反射到人眼中，而大量的平行光仍然可以被平面分光镜反射到曲面反射镜，再由曲面反射镜将平行光透过平面分光镜入射到人眼中，从而实现对人眼输出光线的同时，避免大量干扰光进入人眼，从而改善用户的使用体验。

在一种实现方式中，平面分光镜103中可以包括以下结构，以实现对第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率，且对第二光波长范围内的光具有第二反射率和第二透过率，如图7中所示：

玻璃基板701。

其中，玻璃基板701可以具有一定厚度的板状结构，该玻璃基板701的分辨率、透光度、厚度、重量、可视角度等指标参数可以根据需求设置。

电介质多层膜702，设置在玻璃基板701的第一表面，以使得平面分光镜103对第一光波长范围内的光具有第一反射率。

其中，电介质多层膜702中电介质膜的层数、各层膜的厚度和反射率可以根据第一光波长范围所对应的光波长设置，以使得具有该电介质多层膜702的平面分光镜103能够对第一光波长范围内的光具有较大的第一反射率，如反射率60％。具体的，由于电介质多层膜702的反射率不同，其形成的平面分光镜103对第一光波长范围内波长的反射率不同，因此，在本实施例中设置电介质多层膜702具有预设的目标反射率，该目标反射率与第一光波长范围相匹配，以使得包含电介质多层膜702的平面分光镜103对第一光波长范围内的光具有第一反射率。

反射防止膜703，设置在玻璃基板702的第二表面，以使得平面分光镜103对第二光波长范围内的光具有第二透过率。

其中，反射防止膜703中可以具有多层膜，而膜的层数、各层膜的厚度和折射率可以根据第二光波长范围所对应的光波长设置，以使得具有该反射防止膜703的平面分光镜103能够对第二光波长范围内的光具有较大的第二透过率，如透过率60％。具体的，反射防止膜703为多层膜结构，多层膜结构由至少两层低反射层堆积形成，由于，反射防止膜703中各低反射层的折射率不同，而不同的折射率之间相组合决定其所形成的平面分光镜103对第二光波长范围内波长的透过率，因此，本实施例中可以设置低反射层具有对应的目标折射率，而该目标折射率与第二光波长范围相匹配，以使得包含反射防止膜703的平面分光镜103对第二光波长范围内的光具有第二透过率。

具体的，玻璃基板701的第一表面为玻璃基板701朝向图像投射装置102的表面，如图8中所示，而玻璃基板701的第二表面为玻璃基板701背向图像投射装置102的表面，由此，图像投射装置102输出的平行光从玻璃基板701的第一表面上的电介质多层膜702入射，并被设置该电介质多层膜702的平面分光镜103以较大的第一反射率反射到曲面反射镜104中，而从图像投射装置102的对面所发出的干扰光在从玻璃基板701的第二表面上的反射防止膜703入射后，能够被设置该反射防止膜703的平面分光镜103以较大的透过率透过，而不会反射入人眼中，从而达到消除大量能够进入人眼的干扰光的目的，从而改善用户对头戴式设备的使用体验。

与此同时，由于平面分光镜103对第二光波长范围内的光具有较高的第二透过率，因此，本实施例中曲面反射镜104外侧的多数外界光均能够透过平面分光镜103进入人眼，从而本实施例中的平面分光镜103不会影响人眼对外界景物的观看。

在具体实现中，本实施例中可以对图像投射装置102所输出的平行光的波长进行分析，进而可以设置第一光波长范围为：以平行光的光峰值对应的波长为中心取带宽为预设范围所得到的光波长范围，如图9中所示，以460nm波长(光峰值对应的波长)为中心，取带宽为20nm为预设范围，得到第一光波长范围：450nm到470nm的波长范围；相应的，将其他波长所组成的范围均设置为第二光波长范围，或者，由于平行光中可能包含多个波长的光，因此，第一光波长范围可以为多个子范围组成，如图9中所示，分别以460nm波长、520nm波长和630nm波长(光峰值对应的波长)为中心，取带宽为20nm为预设范围，得到第一光波长范围：450nm到470nm的波长范围、510nm到530nm的波长范围和620nm到640nm的波长范围所组成的范围集合；相应的，将其他波长所组成的范围均设置为第二光波长范围。

或者，本实施例中可以对图像投射装置102所输出的平行光的波长进行分析，进而可以设置第一光波长范围为：第一光波长范围为：取平行光中光波幅度值大于光峰值的预设比例值的光波长范围，即先选取目标幅值，该目标幅值为对光峰值去预设比例值的幅值，之后，选取平行光中光波幅度值大于目标幅值的光波长，以组成第一光波长范围。如图10中所示，将光波幅值大于光峰值一半的光波长选取，以组成第一光波长范围：440nm至480nm的波长范围；相应的，将其他波长所组成的范围均设置为第二光波长范围，或者，第一光波长范围可以为多个子范围组成，如图10中所示，将光幅值大于光峰值一半的光波长进行选取，以组成第一光波长范围：440nm至480nm的波长范围、490nm到560nm的波长范围和610nm到660nm的波长范围所组成的范围集合；相应的，将其他波长所组成的范围均设置为第二光波长范围。

以头戴式设备为AR眼镜为例，结合图11所示的平面分光镜透过率曲线图，为了避免平面分光镜也会反射从下面过来的干扰光或者人眼方向的干扰光，本申请的技术方案中首先分析光源OLED(OrganicLight-Emitting Diode，有机电激光显示)的发光波长(如图12中OLED的发光波长wavelength/nm所示，arb.unit为幅值，这个波长曲线也可以是液晶附硅LCOS(Liquid Crystal on Silicon)或者液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)的波长曲线)，可见，整体的曲线根据显示芯片的差异会有变化，但是基本上都会有主波长，进而基于不同的主波长设置平面分光镜具有相应的反射率和透过率(第一反射率和第一透过率)。例如，设置平面分光镜针对光源的发光波长具有透过率40％和反射率60％，而其他波长的光的透过率则可以为100％。相对于不改变平面分光镜反射率和透过率的情况下，如平面分光镜透过率40％且反射率60％的情况，曲面反射镜的透过率如果为50％，那么外界图像的穿透率只有20％。而在采用本申请的平面分光镜后，外界的图像大部分波长的透过率是50％，只有部分波长的光透过率20％，因此，既避免了侧面干扰光通过反射进入人眼，同时，用户在通过头戴式设备所观看到的外界图像的穿透率也有很大提升，进一步改善了用户透过头戴式设备直接观看正面外界图像的清晰度。

综上，干扰光的光入射到平面分光镜上是由于大部分波长的透过率100％，所以大部分不会反射进入人眼，从而大大降低了干扰光的能量，从而提升了AR增强现实显示的显示效果，如图11中所示的本申请中的平面分光镜的透过率曲线，可见，本申请的平面分光镜通过针对特定的波长有分光的功能，实现干扰光的消除，而平面分光镜的透过率和反射率的比例根据头戴式设备的产品的不同进行相应的调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种头戴式设备，包括：

本体，用于将所述头戴式设备佩戴在头部；

所述本体上设置有：

图像投射装置，用于输出平行光；

平面分光镜，用于对所述图像投射装置输出的平行光进行反射；

曲面反射镜，用于将所述平面分光镜反射的平行光进行反射，反射的平行光透过所述平面分光镜入射到人眼；

其中，所述平面分光镜对第一光波长范围内的光具有第一反射率和第一透过率；所述平面分光镜对第二光波长范围内的光具有第二反射率和第二透过率，所述第二光波长范围与所述第一光波长范围不同，所述第一反射率大于所述第二反射率，所述第一透过率小于所述第二透过率；

且所述图像投射装置输出的平行光的光波长与所述第一光波长范围相匹配，以使得：波长区别于所述平行光的干扰光以所述第二透过率透过所述平面分光镜；所述平面分光镜以所述第一反射率反射所述图像投射装置输出的平行光。

2.根据权利要求1所述的头戴式设备，所述平面分光镜包括：

玻璃基板；

电介质多层膜，设置在所述玻璃基板的第一表面，以使得所述平面分光镜对所述第一光波长范围内的光具有所述第一反射率；

反射防止膜，设置在所述玻璃基板的第二表面，以使得所述平面分光镜对所述第二光波长范围内的光具有第二透过率。

3.根据权利要求2所述的头戴式设备，所述第一表面为所述玻璃基板朝向所述图像投射装置的表面；所述第二表面为所述玻璃基板背向所述图像投射装置的表面。

4.根据权利要求2所述的头戴式设备，所述电介质多层膜具有目标反射率，以使得包含所述电介质多层膜的所述平面分光镜对所述第一光波长范围内的光具有所述第一反射率。

5.根据权利要求2所述的头戴式设备，所述反射防止膜为多层膜结构，所述多层膜结构由至少两层低反射层堆积形成，所述低反射层具有对应的目标折射率，以使得包含所述反射防止膜的所述平面分光镜对所述第二光波长范围内的光具有所述第二透过率。

6.根据权利要求1所述的头戴式设备，所述第一光波长范围为：以所述平行光的光峰值对应的波长为中心取带宽为预设范围所得到的光波长范围。

7.根据权利要求1所述的头戴式设备，所述第一光波长范围为：取所述平行光中光波幅度值大于光峰值的预设比例值的光波长范围。

8.根据权利要求1所述的头戴式设备，所述图像投射装置包括：

光源，用于输出发散光；

透镜组，所述光源和所述透镜组相对设置，所述透镜组包括至少一个透镜；所述透镜组用于：将所述光源输出的发散光进行光路转换，以输出平行光。

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