增强现实设备及其显示方法技术

本申请提供一种增强现实设备，包括镜架、结合器、主动快门镜片、图像投影机以及处理器。结合器安装于镜架，主动快门镜片安装于结合器的外侧，且覆盖结合器的可调谐光栅，图像投影机安装于镜架，用于交替执行第一操作和第二操作。其中，第一操作包括开启图像投影机，将可调谐光栅调整至第一状态，并将主动快门镜片调整至第二状态，图像投影机向结合器投射显示光线，显示光线在可调谐光栅发生衍射形成衍射光线，部分衍射光线射向结合器的内侧，主动快门镜片遮挡射向可调谐光栅的环境光线。第二操作包括关闭图像投影机，将可调谐光栅调整至第三状态，并将主动快门镜片调整至第四状态，环境光线穿过主动快门镜片和可调谐光栅后，射向结合器的内侧。合器的内侧。合器的内侧。

【技术实现步骤摘要】
增强现实设备及其显示方法


[0001]本申请涉及虚实结合的显示领域，特别涉及一种增强现实设备及其显示方法。

技术介绍

[0002]增强现实(augmented reality，AR)技术，其原理是利用计算机控制的图像投射机，将携带数字内容的显示光线投射到人眼中形成虚拟场景，并将虚拟场景与人眼可以直接看到的外界的真实场景叠加，使人眼观看到虚拟场景与外界的真实场景相结合的图像信息。
[0003]在传统增强现实设备中，环境光线穿过耦出光栅进入人眼时，由于耦出光栅的衍射效应，不同波长的光线会在耦出光栅处发生衍射，会有多种颜色的光线射入人眼而造成彩虹效应(rainbow effect)，降低了使用者的使用体验。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种增强现实设备及其显示方法，用以消除彩虹效应，提高使用者的使用体验。
[0005]第一方面，本申请提供一种增强现实设备，包括镜架、结合器、主动快门镜片、图像投影机以及处理器，结合器安装于镜架，结合器包括可调谐光栅，主动快门镜片安装于结合器的外侧，且覆盖可调谐光栅，图像投影机安装于镜架，处理器耦合可调谐光栅、图像投影机和主动快门镜片，用于交替执行第一操作和第二操作。
[0006]其中，第一操作包括开启图像投影机，将可调谐光栅调整至第一状态，并将主动快门镜片调整第二状态。
[0007]此时，图像投影机向结合器投射显示光线。其中，显示光线为携带有数字内容的光线。显示光线在可调谐光栅发生衍射形成衍射光线，部分衍射光线射向结合器的内侧，部分衍射光线射向结合器的外侧，主动快门镜片遮挡射向结合器的外侧的衍射光线，防止射向结合器的外侧的衍射光线穿过主动快门镜片射向外界环境，避免携带有数字内容的衍射光线泄露出去，不仅可以提高使用者的隐私性和增强现实设备的社交性，还可以避免泄露出去的衍射光线在增强现实设备的表面形成小的显示窗，提高使用者使用增强现实设备时的外观精美度。
[0008]此外，主动快门镜片遮挡射向可调谐光栅的环境光线，防止射向可调谐光栅的环境光线在可调谐光栅发生衍射，避免多种颜色的光线射入人眼而造成彩虹效应，提高使用者的使用体验。
[0009]第二操作包括关闭图像投影机，将可调谐光栅调整至第三状态，并将主动快门镜片调整至第四状态。
[0010]此时，图像投影机不向结合器投射显示光线。环境光线穿过主动快门镜片和可调谐光栅后，射向结合器的内侧，使用户能穿过结合器和主动快门镜片观看到外界的真实场景，以保证增强现实设备具有一定的透过率。
[0011]其中，结合器的内侧是指增强现实设备佩戴于用户头部时，结合器朝向用户的表面。即，结合器的内侧为结合器朝向人眼的一侧。也即，人眼位于结合器的内侧。同理，结合器的外侧是指增强现实设备佩戴于用户头部时，结合器背离用户的一侧。即，结合器的外侧为结合器背离人眼的一侧。也即，结合器的外侧为结合器朝向外界的一侧。
[0012]其中，可调谐光栅一种可以在处理器控制下开关的光学器件。处理器开启可调谐光栅，即可调谐光栅处于第一状态时，可调谐光栅相当于衍射光栅，光线可在可调谐光栅发生衍射。处理器关闭可调谐光栅，即可调谐光栅处于第三状态时，可调谐光栅相当于透明板体，光线可穿过可调谐光栅继续传播，即光线不会在可调谐光栅发生衍射。
[0013]其中，主动快门镜片是一种可以在处理器控制下快速开关的镜片。处理器开启主动快门镜片，即主动快门镜片处于第四状态时，主动快门镜片的透过率较高，光线可穿过主动快门镜片正常传播。处理器关闭主动快门镜片，即主动快门镜片处于第二状态时，主动快门镜片的透过率接近于0，主动快门镜片会遮挡光线，即光线几乎无法穿过主动快门镜片正常传播，也即主动快门镜片会将光线吸收。
[0014]一种实施方式中，处理器用于在第一时段执行第一操作，还用于在第二时段执行第二操作。第一时段和第二时段形成一个周期，一个周期小于或等于1/60秒。
[0015]需要了解的是，人眼可感知的闪烁频率为60Hz。由于一个周期小于或等于1/60秒，即一秒至少包括60个周期，根据视觉暂留现象(又称视觉暂停现象或余晖效应)，此时人眼无法感知到虚拟场景与外界的真实场景的切换，相当于人眼既能够看到虚拟场景的存在，又能看到外界的真实场景的存在。即，可以在保证增强现实设备的透过率的前提下消除彩虹效应，并遮挡从结合器泄露的显示光线。
[0016]一种实施方式中，结合器的外表面包括功能区域，射向可调谐光栅的环境光线自结合器的外表面的功能区域入射，射向结合器的外侧的衍射光线自结合器的外表面的出光区域出射，主动快门镜片覆盖结合器的外表面的出光区域。当处理器开启可调谐光栅和图像投影机，并关闭主动快门镜片时，射向可调谐光栅的环境光线不会射向结合器的内侧，防止环境光线在可调谐光栅发生衍射，避免彩虹效应的产生。此外，射向结合器的外侧的衍射光线不会射入外界环境中，避免携带有数字内容的显示光线泄露。
[0017]另一种实施方式中，主动快门镜片覆盖结合器，主动快门镜片覆盖结合器的外表面，以保证增强现实设备的外观完整性和一致性，提高增强现实设备的外观精美度。此外，相比于主动快门镜片只覆盖结合器的外表面的功能区域，主动快门镜片覆盖结合器的外表面，不仅降低了主动快门镜片的装配工艺难度，还不需要对主动快门镜片进行额外加工，降低了主动快门镜片的加工难度，降低了主动快门镜片的生产成本。
[0018]一种实施方式中，主动快门镜片为液晶光阀，主动快门镜片包括液晶盒、第一偏振片和第二偏振片，液晶盒与处理器耦合，第一偏振片位于液晶盒背离结合器的一侧，第二偏振片位于液晶盒与结合器之间。即第二偏振片位于液晶盒背离第一偏振片的一侧，也即第二偏振片位于液晶盒背离结合器的一侧。第二偏振片与第一偏振片的透光轴方向之间的夹角为90度。当处理器开启主动快门镜片时，环境光线经第一偏振片过滤后，依次通过液晶盒和第二偏振片射向结合器的外表面，自结合器的内表面射入人眼，使人眼可以穿过主动快门镜片和结合器看到外界的真实环境。
[0019]其中，液晶光阀是通过电压控制液晶分子的折射率来实现对光的相位延迟的光学
器件。
[0020]一种实施方式中，主动快门镜片为平面转换(in
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plane switching，IPS)型液晶光阀。
[0021]当处理器开启主动快门镜片时，即处理器将主动快门镜片调整至第四状态时，此时液晶光阀处于上电状态，环境光线经第一偏振片过滤后进入液晶盒，液晶盒将经第一偏振片出射的光线的相位延迟π，由于第二偏振片与第一偏振片的透光轴方向相互垂直，经液晶盒出射的光线可穿过第二偏振片射向结合器的外表面。
[0022]当处理器关闭主动快门镜片时，即处理器将主动快门镜片调整至第二状态时，液晶光阀处于断电状态，环境光线经第一偏振片过滤后进入液晶盒，液晶盒不会改变经第一偏振片出射的光线的相位，由于第二偏振片与第一偏振片的透光轴方向相互垂直，经液晶盒出射的光线无法穿过第二偏振片射向结合器的外表面，因而被第二偏振光完全阻挡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强现实设备，其特征在于，包括镜架、结合器、主动快门镜片、图像投影机以及处理器，所述结合器安装于所述镜架，所述结合器包括可调谐光栅，所述主动快门镜片安装于所述结合器的外侧，且覆盖所述可调谐光栅，所述图像投影机安装于所述镜架，所述处理器耦合所述可调谐光栅、所述主动开门镜片和所述图像投影机，用于交替执行第一操作和第二操作；其中，所述第一操作包括开启所述图像投影机，将所述可调谐光栅调整至第一状态，并将所述主动快门镜片调整至第二状态，所述图像投影机向所述结合器投射显示光线，所述显示光线在所述可调谐光栅发生衍射形成衍射光线，部分所述衍射光线射向结合器的内侧，所述主动快门镜片遮挡射向所述可调谐光栅的环境光线；所述第二操作包括关闭所述图像投影机，将所述可调谐光栅调整至第三状态，并将所述主动快门镜片调整至第四状态，环境光线穿过所述主动快门镜片和所述可调谐光栅后，射向所述结合器的内侧。2.根据权利要求1所述的增强现实设备，其特征在于，所述处理器用于在第一时段执行所述第一操作，还用于在第二时段执行所述第二操作，所述第一时段和所述第二时段形成一个周期，所述周期小于或等于1/60秒。3.根据权利要求1或2所述的增强现实设备，其特征在于，所述主动快门镜片覆盖所述结合器。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的增强现实设备，其特征在于，所述主动快门镜片包括与所述处理器耦合的液晶盒、位于所述液晶盒背离所述结合器一侧的第一偏振片以及位于所述液晶盒与所述基底之间的第二偏振片，所述第一偏振片与所述第二偏振片的透光轴方向之间的夹角为90度。5.根据权利要求4所述的增强现实设备，其特征在于，所述增强现实设备还包括四分之一波片，所述四分之一波片安装于所述第一偏振片的外表面，且所述四分之一波片的快轴方向与所述第一偏振片的透光轴方向之间的夹角为45度。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的增强现实设备，其特征在于，所述增强现实设备包括两个增强现实组件，两个所述增强现实组件间隔安装于所述镜架，每一所述增强现实组件包括所述结合器、所述图像投影机和所述主动快门镜片，两个所述增强现实组件的所述结合器并排设置。7.根据权利要求6所述的增强现实设备，其特征在于，每一所述增强现实组件的主动快门镜片均包括与所述处理器耦合的液晶盒、位于所述液晶盒背离所述基底一侧的第一偏振片以及位于所述液晶盒与所述基底之间的第二偏振片，每一所述增强现实组件的所述第一偏振片与所述第二偏振片的透光轴方向之间的夹角为90度。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱帅帅，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：