AR光学系统、AR眼镜和变焦控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种AR光学系统、AR眼镜和变焦控制方法，其中，AR光学系统包括光机、镜片和调焦组件，光机用于出射图像光，镜片用于接收所述图像光和环境光，并将其向人眼出射，所述人眼和所述光机之间形成有图像光光路，和环境之间形成有环境光光路，至少所述图像光光路设有所述调焦组件，所述调焦组件包括变焦元件和用于消色差的超构透镜，所述超构透镜位于所述变焦元件的光路后端。本发明专利技术技术方案旨在通过调焦组件对虚拟图像变焦，以缓解AR显示的聚焦和辐辏冲突。辐辏冲突。辐辏冲突。

【技术实现步骤摘要】
AR光学系统、AR眼镜和变焦控制方法


[0001]本专利技术涉及AR显示领域，特别涉及一种AR光学系统、AR眼镜和变焦控制方法。

技术介绍

[0002]AR技术的根本是通过虚拟世界和现实世界的融合，实现人和增强现实世界的交互。人眼观看物体时，利用左右眼的视差在人脑中能够形成立体图像，并且观看不同位置图像时，左右眼球能够自动调整使左右眼的两幅画面能够在人脑中融合。但当前的电子设备都是基于平面显示，其显示的是单焦点画面，画面距离固定。即使能够利用左右眼视差显示具有立体效果的画面，左右眼实际聚焦的距离与画面距离不匹配，会产生辐辏问题；此外，当用户注视环境中的物体后再回来看虚拟图像时，眼睛要重新聚焦和重新调整辐辏，容易使人感到不适和出现眩晕。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是提出一种AR光学系统，旨在通过调焦组件对虚拟图像变焦，以缓解AR显示的聚焦和辐辏冲突。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提出的AR光学系统，包括：
[0005]光机，用于出射图像光；
[0006]镜片，用于接收所述图像光和环境光，并将其向人眼出射，所述人眼和所述光机之间形成有图像光光路，和环境之间形成有环境光光路；以及
[0007]调焦组件，至少所述图像光光路设有所述调焦组件，所述调焦组件包括变焦元件和用于消色差的超构透镜，所述超构透镜位于所述变焦元件的光路后端。
[0008]可选地，所述图像光和所述环境光混合后形成组合光出射，所述图像光光路和所述环境光光路均包括形成于所述镜片和所述人眼之间的出射光路，所述环境光光路还包括形成于所述环境和所述镜片之间的环境光入射光路，所述调焦组件设置有两个，所述环境光入射光路和所述出射光路各设置有一所述调焦组件，两所述调焦组件的焦距互为相反数。
[0009]可选地，所述变焦元件设置为液晶元件，所述图像光光路还包括形成于所述光机和所述镜片之间的图像光入射光路，所述图像光入射光路设置有偏振元件，所述偏振元件用于将所述图像光转换为圆偏振光。
[0010]可选地，所述变焦元件包括多个层叠设置的变焦子件。
[0011]可选地，所述变焦子件包括液晶变焦层和偏振旋转层，所述液晶变焦层位于对应的所述偏振旋转层的光路后端。
[0012]可选地，所述偏振元件包括层叠设置的半波片和四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述半波片的光路后端。
[0013]可选地，所述半波片和所述四分之一波片均为液晶波片。
[0014]可选地，设于所述出射光路的所述变焦元件的变焦范围为[0,2.5D]，设于所述环
境光入射光路的所述变焦元件的变焦范围对应为[
‑
2.5D,0]。
[0015]可选地，所述镜片设置为光波导，所述光波导设置有双层，其中一层所述光波导用于使绿光耦入及耦出，另一层所述光波导用于使红光和蓝光耦入及耦出。
[0016]本专利技术还提出一种AR眼镜，所述AR眼镜包括眼动追踪仪、控制器和前述的AR光学系统，所述控制器电连接于所述眼动追踪仪和所述变焦元件，所述控制器能根据所述眼动追踪仪的反馈结果控制所述变焦元件变焦。
[0017]本专利技术还提出一种应用于AR眼镜的变焦控制方法，该变焦控制方法包括：
[0018]眼动追踪仪获取眼动信息，以获取人眼的当前聚焦位置；以及
[0019]控制器根据当前聚焦位置控制变焦元件变焦，使得AR眼镜呈现的虚拟图像的成像位置靠近当前聚焦位置，并使出射光路的第一调焦组件的焦距和环境光入射光路的第二调焦组件的焦距互为相反数。
[0020]可选地，所述眼动追踪仪获取眼动信息的步骤具体为：
[0021]眼动追踪仪识别瞳距、瞳孔的大小以及瞳孔注视的方向。
[0022]可选地，所述眼动追踪仪识别瞳距、瞳孔的大小以及瞳孔注视的方向的步骤之后还包括以下步骤：
[0023]控制器根据瞳距、瞳孔的大小以及瞳孔注视的方向获取当前聚焦位置。
[0024]可选地，所述控制器根据当前聚焦位置控制变焦元件变焦，使得AR眼镜呈现的虚拟图像的成像位置靠近当前聚焦位置，并使出射光路的第一调焦组件的焦距和环境光入射光路的第二调焦组件的焦距互为相反数的步骤具体为：
[0025]控制器根据当前聚焦位置获取目标焦距；以及
[0026]控制器根据目标焦距控制第一调焦组件和第二调焦组件中对应数目的偏振旋转层加电压。
[0027]本专利技术的技术方案能够根据用户人眼所聚焦的位置，通过变焦元件适应性地调整虚拟图像的成像焦平面，以缓解AR显示的聚焦与辐辏冲突；并通过超构透镜对变焦后的虚拟图像进行消色差处理，以保障虚拟图像的成像质量。具体而言，利用超构透镜分区域的单元结构设计，可以在同一微小的单元结构中使不同波长的光线发生同样角度的偏转，以消除虚拟图像的色差，保障AR显示的显示效果，并且，超构透镜的尺寸很薄，不会使得AR光学系统的尺寸过大，有利于AR光学系统的小型化、轻量化设计。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术AR光学系统一实施例的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术AR光学系统的图像光光路一实施例的示意图；
[0031]图3为本专利技术AR光学系统的环境光光路一实施例的示意图；
[0032]图4为本专利技术AR眼镜一实施例的结构示意图；
[0033]图5为本专利技术变焦控制方法一实施例的流程示意图；
[0034]图6为本专利技术变焦控制方法一实施例的流程细化图。
[0035]附图标号说明：
[0036]标号名称标号名称100光机301偏振旋转层200镜片302液晶变焦层201第一光波导400偏振元件202第二光波导410半波片310第一调焦组件420四分之一波片311第一变焦元件500眼动追踪仪312第一超构透镜10图像光入射光路320第二调焦组件20环境光入射光路321第二变焦元件30出射光路322第二超构透镜
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[0037]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AR光学系统，其特征在于，包括：光机，用于出射图像光；镜片，用于接收所述图像光和环境光，并将其向人眼出射，所述人眼和所述光机之间形成有图像光光路，和环境之间形成有环境光光路；以及调焦组件，至少所述图像光光路设有所述调焦组件，所述调焦组件包括变焦元件和用于消色差的超构透镜，所述超构透镜位于所述变焦元件的光路后端。2.如权利要求1所述的AR光学系统，其特征在于，所述图像光光路和所述环境光光路均包括形成于所述镜片和所述人眼之间的出射光路，所述环境光光路还包括形成于所述环境和所述镜片之间的环境光入射光路，所述调焦组件设置有两个，所述环境光入射光路和所述出射光路各设置有一所述调焦组件，两所述调焦组件的焦距互为相反数。3.如权利要求2所述的AR光学系统，其特征在于，所述变焦元件设置为液晶元件，所述图像光光路还包括形成于所述光机和所述镜片之间的图像光入射光路，所述图像光入射光路设置有偏振元件，所述偏振元件用于将所述图像光转换为圆偏振光。4.如权利要求3所述的AR光学系统，其特征在于，所述变焦元件包括多个层叠设置的所述变焦子件。5.如权利要求4所述的AR光学系统，其特征在于，所述变焦子件包括液晶变焦层和偏振旋转层，所述液晶变焦层位于对应的所述偏振旋转层的光路后端。6.如权利要求3所述的AR光学系统，其特征在于，所述偏振元件包括层叠设置的半波片和四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述半波片的光路后端。7.如权利要求6所述的AR光学系统，其特征在于，所述半波片和所述四分之一波片均为液晶波片。8.如权利要求2所述的AR光学系统，其特征在于，设于所述出射光路的所述变焦元件的变焦范围为[0,2.5D]，设于所述环境光入射光路的所述变焦元件的变焦范围对应为[<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，任红恩，张忠义，李晓雷，
申请(专利权)人：潍坊歌尔电子有限公司，
类型：发明
国别省市：