虚拟显示交互型3D信息镜框的制作方法

本发明涉及3D镜框技术领域。

背景技术：

现阶段最普遍的观影娱乐移动设备主要是智能手机。要想在手机上实现3D显示功能，一般是利用视差障栅、指向光源或者柱状棱镜光栅使左右眼分别接收立体图像对。这些方式往往控制技术复杂、显示效果比较差、屏幕制造成本高导致移动设备上进行裸眼3D显示迟迟不能得到普及。此外，智能手机还存在很多其他问题，比如从视觉体验角度来看，手机屏幕越大越好，但是如果屏幕太大，一方面会造成携带不便，另一方面也会使得操作不便。从造价角度考虑，在屏幕上同时整合显示和触控功能会使得成本昂贵，而且屏幕也是智能手机最脆弱的部件，很容易被硬物划伤，影响美观和使用体验，倘若经受物理碰撞或者挤压还非常容易碎裂，这使得智能手机的使用寿命普遍偏短。此外，能源供给，是现在智能手机面临的一大难题，即使现在手机电池容量已经很大了，但是依然不能够满足用户要求。

近年来3D显示技术受到人们大力追捧，在很多领域得到了比较普遍的应用，比如，娱乐、医疗等领域。在娱乐方面VR（Virtual Reality----虚拟现实）技术逐渐被人们所熟悉。VR技术可以让体验者有身临其境的感觉，可以通过身体运动来实现交互，彻底摆脱了按键或者摇杆式的游戏方式，使用户能够更加自然的融入到游戏环境中去。但是，一般VR头盔或者VR眼镜比较笨重，携带不便，不适合长时间佩戴，因此只能在游戏领域的到应用，很难在生活中的娱乐、通信等方面得到推广。另外，缺乏足够多相应的应用和3D视频资源，使得这些设备功能受到限制，因此在商业化推广方面受到很大阻力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种虚拟显示交互型3D信息镜框，具有屏幕投影功能，结构简单，使用轻巧方便，能源信息模块远离大脑，减小对大脑的伤害，安全可靠，适合长时间使用，适合生活中使用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：包括镜架；还包括开关、能源信息模块、显示交互模块、音频输出装置；开关设置在镜架上，音频输出装置设置在镜架支腿上；显示交互模块设置在镜框上部中间位置；

开关通过导线与能源信息模块相连，能源信息模块分别连接音频输出装置和显示交互模块。

进一步地，还包括两个偏振片；两个偏振片通过固定脚分别设在镜架外。

作为优选，音频输出装置为骨传导耳机或耳机预留接口。

作为优选，能源信息模块包括电源模块、射频信息收发模块和信息处理模块。

作为优选，显示交互模块包括语音交互模块、投影显示模块、投影交互模块和摄像模块，所述的语音交互模块、投影显示模块、投影交互模块和摄像模块是若干模块整体集成的或分立的几个模块整体拼装在一起的。

作为优选，开关为按键式或者触摸式或者指纹感应式开关或者声音感应式开关。

作为优选，镜架上还设有一个小型的电池和信息处理集成块，用于提供短续航的能源供给和简约化的交互功能。

作为优选，镜架上还设有太阳能电池接口。

作为优选，镜架上还设有传感单元。

作为优选，投影显示模块使用的投影光源包含两个线偏振光源和一个光源转换光开关，两个光源的偏振方向互相垂直，投影时光源转换开关可以使工作光源在这两个光源之间切换；

光源转换光开关为一 “T”形光开关，包含有三个端口A、B和C，开关端口A 和端口B 处于同一直线上，端口C 位于端口A 和端口B 之间垂直于端口A 和端口B 所在的直线，两个线偏振光源分别设置在 “T”形光开关的端口A和端口C,使两个光源的偏振方向互相正交，通过对“T”形光开关的控制就可以切换端口B出射光的偏振特性。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明结构简单，轻巧方便，能源信息模块远离大脑，减小对大脑的伤害，安全可靠，适合长时间使用，适合生活中使用；

可实现大尺寸的3D显示功能，具有一定范围内任意放大不失真特性，满足用户的个性化需求；

使眼睛以最自然的方式接收视觉信息，即使运动情况下画面也无抖动等缺点，不会出现躺姿操作时手滑导致的设备砸到脸的情况；

2D显示与3D显示兼容，屏幕交互的操作方式上与智能手机类似，所以无需重新开发相应的应用，这种现有的应用和视频资源兼容性可以大大拓宽设备的功能；

完全放弃了物理屏幕，使得设备不会因为屏幕损坏而报废，使用寿命大大改善；

观影娱乐时能够达到电视屏幕尺寸，可以取代笨重的液晶显示屏，而且其自动视场跟随特性，使人眼摆脱对着液晶屏幕工作时的视觉约束，身体姿态可以自由调节，避免长期对着液晶屏工作带来的腰椎、颈椎等方面的损害；

分布式能源供给方式使其安全性和续航能力同时得到保证，而且很容易兼容未来穿戴式能源方案，比如，纳米摩擦发电机等下一代非电池储能的能源供给方案；

能源信息模块中的射频信息收发模块远离大脑，大大减少了用户在使用通话功能时辐射对大脑的潜在伤害；

镜框支撑形态使得用户很容易接受，大大降低市场教育成本，同时对于近视用户预留了镜片安装空间，可以帮用户节省配眼镜时的镜框成本；

采用骨传导耳机进行通话时，能在嘈杂下获取清晰的音频信息，不会产生耳麦和入耳式音频输出装置那种不适感；

虚拟交互方式和语音交互使得设备非常人性化，炫酷，未来感十足；

小巧灵活的形态把大屏幕功能（电视屏、电影屏）和小屏幕功能（移动设备屏幕）以及2D和3D全部整合在一起，高度集约化，使得其应用领域非常广泛。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是本发明偏振片的结构示意图；

图3是本发明内部连接框图；

图4是本发明光源转换开关的结构示意图；

图5是本发明光开关阵列的结构示意图；

图6是本发明显示交互模块与能源信息模块成像交互原理图。

图中：1、镜架；2、能源信息模块；3、开关；4、显示交互模块；5、音频输出装置； 8、固定脚；9、偏振片；10、框架；11、可折叠连接体；12、光开关阵列；13、光路分离单元；14、感光单元；15、显示光源；16、镜头模块；17、信息处理模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示，为本发明一种虚拟显示交互型3D信息镜框的一个实施例，包括镜架1；还包括开关3、能源信息模块2、显示交互模块4、音频输出装置5；开关3设置在镜架1上，音频输出装置5设置在镜架1支腿上；显示交互模块4设置在镜框上部中间位置；

开关3通过导线与能源信息模块2相连，能源信息模块2分别连接音频输出装置5和显示交互模块4。

还包括两个偏振片9，两个偏振片9通过固定脚8分别固定在镜架1外。

没有偏振片9可以观看2D视频，有了偏振片9可观看3D视频。

两个偏振片9之间通过可折叠连接体11相连，可折叠连接体11两端连接两个框架10，框架10内安装偏振片9，两个偏振片9偏振角度互相垂直，保证其偏振方向与镜架内部光源偏振方向匹配。

导线上设置若干个固定夹，用于固定在衣服上，简单方便。

显示交互模块4用于显示画面，以及和人体进行交互，音频输出装置5用于输出音频信息，开关3对整个设备进行开启关闭控制，能源信息模块2用于处理信息、控制整个设备运行以及为设备提供能源。

镜架1上预留眼镜片的安装空间，方便近视眼镜佩戴者使用，既可以将近视镜片安装在镜架1上，也可以直接佩戴近视眼镜，在近视眼镜外佩戴镜架1，简单方便，镜架1结构简单，轻巧方便，镜架1支撑形态使得用户很容易接受，大大降低市场教育成本，同时对于近视用户预留了镜片安装空间，可以帮用户节省配眼镜时的镜框成本。

镜架1作为佩戴在用户头上的支撑体，主体镜架1与能源信息模块2为彼此分立的模块两者之间通过导线连接（用于信息传输和电源供给），这样整个设备的交互功能集成在镜架1上形成一个轻便的独立体，使佩戴使用时不会有太明显的负重感，而能源信息模块2这些比较笨重的部件形成另一个独立体，可以装在衣服兜里或者固定在胳膊等身体部位。能源信息模块2用于处理信息控制整个设备运行和提供能源，由于用户进行交互动作时不再需要频繁的取出能源信息模块2，这部分可以按照需求做的稍微大一点，从而在保证安全的前提下提高电池续航能力。此外，能源信息模块2远离用户头部，可以减少射频辐射对人脑的潜在伤害。另外一个非常明显的优点是由于显示部件相对头部是静止的，所以显示的画面始终在眼睛视场的中间，具有自动的视场跟随功能，而且投影画面尺寸可以方便的做到主流液晶屏尺寸，从而可以取代后者，使人眼摆脱对着液晶屏幕工作时的视觉约束，身体姿态可以自由调节，避免长期相对固定姿势对着液晶屏工作带来的腰椎、颈椎等方面的损害。这种先天“画面防抖”功能，使用户在运动时，比如健身时也可以方便的使用。结构简单，轻巧方便，安全可靠，适合长时间使用，适合生活中使用。

音频输出装置5为骨传导耳机或耳机预留接口，骨传导耳机接收音频更清晰，受外界干扰小，耳机预留接口可以直接与普通音频输出装置相连，多种形式的音频输出方式，满足不同用户需求，简单方便。

能源信息模块2包括电源模块、射频信息收发模块和信息处理模块17，射频信息收发模块可以通过无线接收方式接收外部设备信息或与外部进行通信，例如与外部基站通信，或者可以通过射频信息收发模块接收通讯设备（比如手机）向能源信息模块发送的视频、语音等；射频信息收发模块接收到的信息传送给信息处理模块17，经过信息处理模块17发送给显示交互模块；或者由显示交互模块发送信息给信息处理模块17，经信息处理模块17对收到的信息进行分析之后，根据需要控制射频信息收发模块发送相应的信息，经射频信息收发模块发送出去。

如图5-6所示，显示交互模块4包括语音交互模块、投影显示模块、投影交互模块和摄像模块；所述的语音交互模块、投影显示模块、投影交互模块和摄像模块是若干模块整体集成的或分立的几个模块整体拼装在一起的；如果是整体集成的可以利用光路可逆原理把投影显示、拍摄和投影交互几种功能整体集成在一起，即投影时从投影芯片发出的投影光从镜头出射，在屏幕上投影出显示画面，同时从屏幕（或者景物）发出的光线也可以沿着同样的光路从镜头入射，之后经过对光路的分离就可以使这些入射光被感光单元接收到，从而可以检测用户对显示画面的操作信息（或者实现景物图像的记录）。如果是几个模块整体拼装在一起的则投影显示模块为投影机，投影交互模块和摄像模块采用摄像仪，当摄像仪捕捉到投影仪显示的画面时，摄像仪进行交互处理，将信息传输到信息处理模块进行信息处理；显示交互模块4用于输出视频信息、拍摄、输入用户操作交互信息和用户的语音命令。语音交互模块用于接收并发送接收到的语音信息到能源信息模块，语音交互模块能控制设备开、关、查找、播放视频等；投影显示模块用于投影显示视频等信息；投影交互模块用于人与投影的交互，将交互信息传输给能源信息模块2进行处理；摄像模块能够进行图像识别和人脸识别等，将识别信息传送到能源信息模块进行信息处理。

显示交互模块4可以实现输出视频信息、拍摄、输入用户操作交互信息三项子模块的整体集成。具体是采用一种光开关阵列12、镜头模块16、光路分离单元13以及相应的传感控制系统组成的双功能光路系统。用于显示时，投影光经过该光路系统投射在屏幕上形成投影画面，而用户对投影画面进行交互操作或者拍摄时，从屏幕或者景物发出的光经过该光路系统（与显示时的光路方向相反），在通过光路分离单元13后直接被感光单元接收，从而把用户的操作信息或者景物信息提取出来，反馈给信息处理模块17，进行相应的信息后处理。

显示交互模块4中投影显示模块包括镜头模块16、光开关阵列12、光路分离单元13和显示光源15；投影交互模块包括感光模块14。显示光源的控制端、感光单元的电信号输出端分别与信息处理模块的不同的输入/输出口相连。

投影时，信息处理模块17根据要投影的视频信号的信息控制显示光源发出特定光，经过光路分离单元13后进入光开关阵列12，信息处理模块17控制光开关阵列12中各个“T”形光开关的状态，使显示光源15发出的光从指定位置的“T”形光开关输出，形成一个像素点，之后被发散单元发散开，形成一个从各个方向均可见的光斑，该光斑通过镜头模块在银幕或墙上成一个像点，通过类似液晶显示器的扫描形成投影画面，这样便可以实现投影功能。发散单元在图中未画出，可以在光开关阵列中每个沿z轴放置的“T”形光开关的端口的外侧放置一个微凸透镜或微凹透镜实现。

摄像时，光开关阵列12相当于传统数码相机的CCD阵列，景物上某一点的光经过镜头模块16在光开关阵列12上某点会聚，通过控制光开关阵列12上相应“T”形光开关的状态可以使光从光开关阵列12的主端口输出，并通过光路分离单元进入感光单元14，感光单元14将光信号转换为电信号送入信息处理模块17，得到一个像素点的像素信息，信息处理模块17对光开关阵列12上各点进行扫描，便得到完整的图像信息。这里光路分离单元13用了一个“T”形光开关，“T”形光开关的控制端与信息处理模块17相连，由信息处理模块17对其状态进行控制，以切换投影和拍摄模式，感光单元14由分光器和三个光敏传感器和三个模数转换器构成，分光器把混合色光分成三基色光，每种基色的光输入到一个光敏传感器的光输入端，每个光敏传感器的输出端接到一个模数转换器的输入端，模/数转换器把光敏传感器输出的模拟信号转换成数字信号后再接到处理器1的输入/输出口。

光开关阵列12是由多个“T”形光开关通过组合连接形成的。多个（下限为1上限不限）这样的“T”形光开关依次连接，并使第一个“T”形光开关的端口B与第二个“T”形光开关的端口A相连，第二个“T”形光开关的端口B与第三个“T”形光开关的端口A相连，以此类推，所有“T”形光开关的端口C指向相同的方向，这样就形成一个光开关链。在三维直角空间坐标中使一条光开关链沿着y轴放置，为方便表述称其为y链，任意多条光开关链沿着z轴放置，为表述方便称第n条沿着z轴放置的光开关为zn链，并使zn链中第一个“T”形光开关的端口A与y链上第n个“T”形光开关的端口C相连，所有沿着z轴放置的“T”形光开关的端口C的指向均与x轴平行，所有沿着y轴放置的“T”形光开关的端口C的指向均与z轴平行，这样便形成一种光开关阵列。图中为了清楚的展示光开关阵列的结构而使相邻沿着z轴放置的光开关链有一段距离，实际在制作时可以使相邻沿着z轴放置的光开关链彼此紧挨着，光开关链还可以集成在一根横截面为矩形的光纤上。

显示交互模块4还可以是一种把输出视频信息、拍摄、输入用户操作交互信息三项子模块整体集成的方案。该方案采用了扫描成像的方式（比如激光扫描成像方式），这种方式的一个明显优点是投射时无需对焦过程，可以实现任意尺寸画面的自动对焦。

显示交互模块4还可以采用各个子模块彼此不相关的分立方案，这种方案的一个好处是可以利用已经商业化的器件。比如采用微投影仪（用于显示）、微摄像头（用于拍摄和识别用户的操作信息）和语音单元（用于实现语音交互功能）三者组合的方式。

出于成本或者体积等方面的考虑，整个系统，尤其是显示交互模块，可以选择性的放弃某个子模块或者改变其集成方式，比如，语音交互模块可以单独拿出来和信息处理模块和电源模块集成到一起，从而减小镜架上的负重。

开关3为按键式、触摸式、指纹感应式开关或者声音感应式开关，多种形式的开关，方便不同用户使用。

镜架1上还设有一个小型的电池和信息处理集成块，用于提供短续航的能源供给和简约化的交互功能；在能源供给方面，除了采用分立的电源模块和信息处理模块的方案之外，还可以补充性的增加一个小型的电池和信息处理集成块到镜架上去（比如，安装在镜架腿位置上），从而使其更加灵活，为了尽可能减小体积和重量，该方案信息处理性能可以适当放低要求。这种补充主要针对短续航的能源供给和简约化的交互功能。

镜架1上还设有太阳能电池接口，除了自身储能式的能源供给方式外，还可以选择性的增加现场发电的能源供给方式，比如，增加一个太阳能电池接口，用于接收太阳光转化为电能共设备使用。进一步地，现场发电能源还可以有很多选择，比如，可穿戴纳米发电机等。

镜架1上还设有传感单元，传感单元为重力感应模块、加速度感应传感模块、体温传感模块、面部识别模块；比如在镜架上增加重力感应和加速度感应传感模块后，就可以对用户的运动情况进行记录和分析；在镜架腿上贴合皮肤的地方增加体温传感模块就可以对用户的体温进行检测，在用户体温异常时提醒用户及时就医；在镜架中间增加面部（尤其是眼睛）识别模块后，就可以感知用户的面部动作，而这些面部动作同样可以作为人机交互的方式，比如感知用户眨眼动作，用于作为拍照的指令等。

为了实现3D效果，投影显示模块使用的投影光源为偏振光源，且可以同时投影出偏振方向互相正交的两种投影画面，在使用2D效果观看时，只需打出一束光即可，简单方便，实现了2D与3D之间的自由切换。

投影显示模块使用的投影光源包含两个线偏振光源和一个光源转换光开关，两个光源的偏振方向互相垂直，投影时光源转换开关可以使工作光源在这两个光源之间切换，投影时可以通过一个光源转换开关来控制两个光源的工作情况，这样就可以控制投影画面本身的偏振方向，可以交替的投射两组偏振方向互相正交的画面，在用户两只眼睛前合适的设置偏振片，就可以使用户观看3D效果视频信息；如果观看2D效果，只需投射出一束光即可。

如图4所示，光源转换光开关为一 “T”形光开关，有光路转换功能，包含有三个端口A、B和C，开关端口A 和端口B 处于同一直线上，端口C 位于端口A 和端口B 之间垂直于端口A 和端口B 所在的直线，两个线偏振光源分别设置在 “T”形光开关的端口A和端口C（需要使两个光源的偏振方向互相正交），通过对“T”形光开关的控制就可以切换端口B出射光的偏振特性。

为了实现3D显示，最直接的手段是采用两套投影系统，只要保证两套投影系统采用的光源为彼此正交的线偏振光就可以实现3D显示功能。

此外，还可以向用户提供折叠式、卷轴式等个性化的承接屏，用于承接投影画面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。