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基于ARVR眼镜相关专利的布局研究与解读-陈佳男博士

2021-04-13

1.AR/VR眼镜专利解读

1.1多焦平面显示系统以及设备(2018.12.29)

目前视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict)是VR和AR的最大技术难题之一,严重影响用户体验。其中,视觉辐辏调节冲突指的人眼聚散(Vergence)和晶状体调节(Accommodation)所反应的被观察目标的距离信息不一致的冲突(如图一所示)。人眼聚散是指人用双眼观察目标时,眼球的聚散程度,晶状体调节是指人眼观察目标时,通过晶状体调节进行对焦,确保视网膜接收到清晰的图像。人为了看清目标,首先要调节两个眼球,将两眼移动至目标方向,然后将眼球调节至正确焦距,经过几百万年的进化,这两项已经高度同步。

现有的增强现实设备均是通过向左右眼显示同一物体不同角度拍摄的画面,利用双眼看到的图像偏移来呈现立体的感觉,但是这些画面并没有深度信息,因而眼睛的焦点调节与纵深感不匹配,而人眼聚散仍然真实反应了虚拟目标的距离信息,从而产生视觉辐辏调节冲突,导致人眼出现模糊,眩晕复视等疲劳现象,严重时甚至可能对人的视觉系统造成不可逆的损伤。

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图一. 视觉辐辏调节冲突原理图

为了解决视觉辐辏调节冲突,现有技术提出通过多个焦平面来提供更接近自然光场的深度信息,从而缓解视觉辐辏调节冲突。

基本架构如图,激光投影引擎20生成调制至少两个激光光束组,并将产生的光束组传输至全息反射光融合器。每个激光光束组对应一个焦距的显示图像,最终可形成至少两个焦距的显示图像。

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图二. 多焦平面显示系统以及设备原理图


从2019年开始,AR硬件以“井喷”之势袭来,除了微软、谷歌等巨头推出新的迭代产品,很多AR硬件创业企业也推出全新的产品,而最值得关注的是,在AR元年的影响下,大多原本并非AR公司的传统企业也都纷纷开始入局,并发布旗下的AR眼镜或概念产品。国内手机巨头华为也多次对外表态,正在大力研发AR。以下解读的几篇专利都来自于华为公司,而且都是最近几年刚刚生效。

1.2一种智能眼镜(2019.05.30)

可减少眼镜的空间,并降低智能眼镜的生产成本,可用于AR及VR之中。

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激光源组件将光线发射至反光镜,第一驱动机构驱动反光镜将接收到的光线投射在第一扫描器和第二扫描器,并且反射镜反射的光线的投射位置在第一扫描器和第二扫描器之间切换,第一扫描器再将投射光线反射至第一镜片,且第二扫描器再将投射光线反射至第二镜片,从而实现真实环境和虚拟物体的图像实时叠加在穿戴该智能眼镜的用户的视网膜内,满足用户体验,从而减小了智能眼镜的使用空间,同时,也降低了该智能眼镜的生产成本。

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1.3眼镜架(2017.08.02)

本发明提供了一种眼镜架,所述眼镜架包括前件和一对镜腿,每个镜腿与所述前件的一端连接,使得所述镜腿可以折叠和打开,至少有一个镜腿包括用于安

装电子设备的转接器。经测试证明,包括前件和两个镜腿的眼镜架可佩戴在用户头上并提供相对舒适的佩戴体验。所述眼镜架具有用于安装电子设备的转接器,不仅可以当作眼镜使用,还可以作为轻便、独立、价格相对低廉的增强现实耳机。

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1.4一种智能眼镜及眼镜套装(2019.08.02)

目前,对智能眼镜的充电通常是通过有线充电来实现的,这种充电方式需要在智能眼镜中相对比较狭小的空间里加上充电测试点,这对于智能眼镜类产品的防水设计是极其不方便的。另外,采用上述充电方式需要用户手动精确对位充电,其充电体验较差。但如果采用无线充电的方式,则存在系统设计复杂,充电效率低下,成本昂贵等问题,并且智能眼镜类产品给到电池的空间很有限,电池容量往往也就只能满足智能眼镜的几个小时的续航,满足不了用户一天的使用需求,体验比较差。

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缺点:一直随身携带眼镜盒?


1.5智能眼镜及智能眼镜控制系统 (2020.03.31)

一些智能眼镜上设置有用于拍摄或者追踪的镜头。镜头的拍摄镜头一般始终朝向智能眼镜的前方,以方便进行拍摄或追踪。但是,当进入一些不能够进行拍摄的场所时,由于安保人员等不能判断智能眼镜的镜头是否处于工作状态,因此,用户在进入这样的场所时需要将智能眼镜取下,因而无法使用智能眼镜的其它功能,会带来较大的不便。

当需要使用该拍摄组件以进行拍摄或者追踪等工作时,通过伸缩组件驱动拍摄组件伸出收容腔;当不需要使用该拍摄组件或者进入不能够进行拍摄的场所时,可以通过伸缩组件驱动拍摄组件缩入收容腔内,拍摄组件的拍摄视角被收容腔遮挡,从而不能够进行拍摄工作,其它人员也能够容易的判断智能眼镜是否有拍摄组件处于工作状态,因而,用户能够在任意场景下均能够佩戴该智能眼镜。当拍摄组件缩入收容腔内时,拍摄组件不会额外的占用空间,智能眼镜的外观能够更加的简洁美观。并且,本申请实施方式中,智能眼镜还包括能够驱动拍摄组件旋转的旋转组件,旋转组件驱动拍摄组件旋转,以改变拍摄组件的拍摄方向,从而增大拍摄组件的拍摄视角。

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本篇文章解读了一些近年来AR及VR眼镜相关的专利,包括对视觉辐辏调节冲突这一十分棘手问题的解决思路,以及AR/VR眼镜轻便化,提高续航的一些设计思路。相信不久的将来,AR/VR眼镜将大幅的应用在我们的日常生产及生活中,不仅可以提升人们的工作效率,也可以使人们的休闲娱乐方式变得更加丰富多彩。