镜片、AR眼镜和AR系统的制作方法

镜片、ar眼镜和ar系统
技术领域
1.本技术属于增强现实技术领域，具体而言涉及镜片、ar眼镜和ar系统。


背景技术：

2.ar(augmented reality，即增强现实，简称ar)眼镜作为一种新型的智能穿戴设备，可以方便的进行信息交互，在个人影音娱乐、仿真培训和教育等方面存在巨大的应用前景。但是一般的ar眼镜不能调节外界光线的强弱，当在室外阳光强烈的环境中使用时，光机投影的虚像亮度有限，人眼看虚像会出现不够清晰、对比度和饱和度下降等不良体验。因此，ar眼镜仍有待进一步改进。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.在本技术的一个方面，本技术提出了一种镜片。根据一实施例，该镜片包括：第一透明盖板；波导片，所述波导片设在所述第一透明盖板的一侧；第二透明盖板，所述第二透明盖板设在所述波导片远离所述第一透明盖板的一侧，其中，所述第一透明盖板中分散有卤化银和氧化铜；或者，所述第一透明盖板上设有光致变色涂层，所述光致变色涂层具有卤化银和氧化铜。由此，该镜片不仅结构简单，无需复杂的封装结构，外观更加美观，而且还可以根据外界光线的强弱调节其透过率，进而提高户外使用时图像的清晰度、对比度以及饱和度，能较大的提升用户的使用体验。
5.在本技术的另一个方面，本技术提出了一种ar眼镜。根据一实施例，该ar眼镜包括：前面所述的镜片以及光机，所述光机设在所述镜片靠近眼睛的一侧，所述光机发射的光线在所述镜片上投影成像。由此，该ar眼镜具有前面所述的镜片所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该ar眼镜的外观表现力更好，且能给用户带来更佳的综合视觉体验。
6.在本技术的又一个方面，本技术提出了一种ar系统。根据一实施例，该ar系统包括：前面所述的ar眼镜；以及电子设备，所述电子设备适于向所述ar眼镜传输三维图像或视频数据。由此，该ar系统具有前面所述的ar眼镜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。此外，该ar系统可以实现更好的仿真体验，在影音娱乐、导航、教育(培训)、组装、维修等领域具有广阔的应用前景。
7.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
8.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
9.图1是根据本技术一个实施例的镜片的结构示意图。
10.图2是根据本技术一个实施例的镜片沿其厚度方向的结构示意图。
11.图3是根据本技术另一个实施例的镜片沿其厚度方向的结构示意图。
12.图4是根据本技术再一个实施例的镜片沿其厚度方向的结构示意图。
13.图5是相关技术中用于镜片的染料液晶器件沿其厚度方向的结构示意图。
14.图6是相关技术中具有染料液晶器件的镜片的正面示意图。
15.图7是根据本技术一个实施例的镜片的正面示意图。
16.图8是根据本技术又一个实施例的镜片沿其厚度方向的结构示意图。
17.图9是根据本技术又一个实施例的镜片沿其厚度方向的结构示意图。
18.图10是根据本技术一个实施例的光线经镜片进入人眼的光线路线示意图。
19.附图标记说明：
20.镜片：1000；第一透明盖板：100；波导片：200；第二透明盖板：300；光致变色涂层：110；透明保护膜：120；第一框胶：400；第二框胶：500；耦入光栅：210；耦出光栅：220；光机：2000。
具体实施方式
21.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
22.在本技术的一个方面，本技术提出了一种镜片。参考图1～4理解，该镜片1000包括：第一透明盖板100；波导片200，所述波导片200设在第一透明盖板100的一侧；第二透明盖板300，第二透明盖板300设在波导片200远离第一透明盖板100的一侧，其中，所述第一透明盖板100中分散有卤化银和氧化铜；或者，第一透明盖板100上设有光致变色涂层110，光致变色涂层110具有卤化银和氧化铜。可以理解的是，第二透明盖板300可以为近眼侧。由此，该镜片不仅结构简单，无需复杂的封装结构，外观更加美观，而且还可以根据外界光线的强弱调节其透过率，进而提高户外使用时图像的清晰度、对比度以及饱和度，能较大的提升用户的使用体验。
23.目前，ar眼镜的核心功能部件为波导片，波导片内外设有两层普通镜片，起到保护波导片的作用。其中，ar眼镜的主要的工作原理为：需要呈现的影像通过micro led(微型发光二极管)光机发射出来，通过耦入光栅将部分光线导入到波导片中，经过多次全反射后，光线由耦出光栅射入人眼，进而使人眼感知到影像。然而，由于micro led光机的亮度有限，并且光在经过波导片后会有一些损失，因此进入人眼的光的强度有限，当用户在室外使用ar眼镜时，如果环境光过强，会导致人眼感知图像的对比度和饱和度降低，图像清晰度下降，影响使用体验。
24.相关技术中为解决室外光线过强导致ar眼镜显示效果急剧降低的问题，有时候将电致变色器件安装在ar镜片上或一体成型，使用户在ar眼镜使用过程中适应不同的光线强度，从而达到清晰舒适的视觉感受，不会因为外界光线强度而感到不适的技术方案。然而，电致变色材料种类众多，大部分着色态都呈一定彩色，如蓝色、绿色、洋红色等，变纯黑色或灰色的很少，透过电致变色器件观察景物会存在一定色偏，影响观看体验。并且，由于电致变色材料和电解质对水汽敏感，电致变色器件需要做良好的封装来阻隔水汽，其四周做封
装的非变色区较宽，高温高湿环境下的可靠性也较差，成本较高。此外，电致变色器件的变色速度相对较慢，一般在3s以上，特别是在低温环境下，电致变色的变色速度将会明显变慢，体验较差。
25.基于此，本技术的相关技术人员提出采用染料液晶器件替代电致变色器件来克服电致变色器件缺陷的技术方案，染料液晶材料虽然对水汽敏感度相对较低，高温高湿环境下使用可靠性也较好，并且染料液晶器件的变色速度也很快，着色和褪色都可以在1s内完成，但染料液晶器件的结构复杂。例如如图5所示，染料液晶器件通常包括透明基板a1、透明基板a2、透明导电层b1、取向层c1、染料液晶器件d、取向层c2、透明导电层b2、增透膜层f和框胶e，导致ar镜片的厚度过厚，不够轻薄。同时，染料液晶器件需要对染料液晶进行封装，会导致镜片的黑边过大(如图6所示，其中g表示黑边区域，h表示线路)，镜片显示区域较小，外观不够美观。总的来说，无论是采用电致变色器件还是染料液晶器件，都存在结构复杂、成本相对过高的问题。
26.为了解决上述问题，本技术的发明人提出了在ar眼镜中引入光致变色材料的技术方案，其中，本技术采用的光致变色材料为卤化银和氧化铜，可以理解的是，该光致变色材料既可以分散在镜片的外保护盖板中，也可以涂覆在外保护盖板靠近或远离波导片的一侧。该光致变色材料在室外太阳光或者紫外线的照射下，会从透明态转变为灰黑态，而在暗处时，又会从灰黑态转变为透明态。卤化银可以为溴化银或氯化银，基于溴化银和氯化银在强光下的分解和在铜催化下的逆向合成特性，通过将溴化银或氯化银与微量的氧化铜配合作为光致变色材料，可以使镜片在室外强光环境下由透明态转变为灰黑状态，降低光线透过率，减弱环境光对ar眼镜自身的影像影响，使人眼感知的图像的清晰度、对比度和饱和度均维持在较高的水平，同时在室内光线较弱时又可以从灰黑态转变为透明态，不影响室内的正常使用。
27.以溴化银和氧化铜为例，当受到太阳光或紫外线的照射时，溴化银会发生分解产生银原子(agbr＝ag+br)，银原子能吸引可见光，当银原子聚集到一定数量时，射在外保护盖板上的光大部分被吸收，原来无色透明的外保护盖板或光致变色材料涂层就会变成灰黑色；而当把变色后的盖板放到暗处时，在氧化铜的催化作用下，银原子和溴原子又会结合成溴化银(ag+br＝agbr)，因为银离子不吸收可见光，于是外保护盖板或光致变色材料涂层又会变成无色透明态。由此，当用户在室外强光环境使用ar眼镜时，由于外保护盖板变成了灰黑状态，不仅光线透过率降低，环境光经过外保护盖板后光线强度减弱，对于ar眼镜自身的影像影响减弱，同时还能够有效规避透过镜片观察图像时容易存在色偏的问题，因此室外使用时，图像的清晰度、饱和度和对比度都能维持在较高的水平；同时还不影响室内使用，用户使用体验较好。此外，由于上述光致变色材料不需要通电，因此不需要使用复杂的结构线路为其变色供电；同时，由于上述光致变色材料或涂层对于水氧不敏感，因此无需像电致变色器件和染料液晶器件对变色材料进行封装，只需要直接分散于外保护盖板中或涂覆，因此结构更加简单，与具有染料液晶器件的镜片相比，没有多余的黑边，外观更加美观(其正面示意图如图7所示)。
28.综上所述，本技术中通过将光致变色材料引入镜片与外保护盖板进行集成，用于在室外强光环境下减弱外景反射进入人眼的光线亮度，不仅可提高ar眼镜的综合视觉体验，还能简化镜片结构并降低原材料成本，在制备工艺中不需要复杂的封装结构，镜片外观
上没有多余的黑边，同时在室外使用时，还能使ar眼镜自带墨镜的效果，外观更加时尚，对于产品的外观表现力有较大提升。
29.根据本技术的实施例，参考图2理解，可以将作为光致变色材料使用的卤化银和氧化铜直接分散于第一透明盖板100中，其中卤化银的分散浓度可以不小于氧化铜的分散浓度，该分散浓度既可以为质量分散浓度，也可以为体积分散浓度。例如，根据本技术的一些实施例，以第一透明盖板100的总质量为基准，卤化银的掺入量可以为0.03-1.2wt％，例如可以为0.05wt％、0.07wt％、0.09wt％、1.0wt％或1.1wt％等；氧化铜的掺入量可以为0.01-0.03wt％，例如可以为0.015wt、0.02wt％或0.025wt％等。发明人发现，若第一透明盖板中掺入的卤化银含量过多，可能会导致镜片在室内等外界光线较弱的环境中的透过率也较低，人眼看到的光线较弱，视觉效果较黑；而若卤化银的掺入量过少，其在室外使用时，形成灰黑色着色态的效果又不明显，其在室外光线较强的环境中使用时难以明显降低人眼看到的外界光线强度，仍可能会导致人眼感知图像的对比度和饱和度降低，图像清晰度下降，影响使用体验；此外，若氧化铜相对于卤化银的掺入量过少，又难以保证在室内等较弱光线环境下第一透明盖板由灰黑色着色态向无色透明态转变的效果。本技术中通过综合控制卤化银和氧化铜分别为上述掺入量范围，可以使第一透明盖板在较强环境光和较弱环境光下具有显著的透过率差异，由此，可以使镜片根据外界光线的强弱自动调节其透过率，进而既能降低环境光较强时对图像清晰度、对比度以及饱和度的负面影响，改善用户在户外的使用体验，同时还不会影响用户在室内等较弱环境光下的正常使用。
30.进一步地，可以在第一透明盖板100远离波导片200的一侧或整个表面设置透明保护膜，以提高第一透明盖板的耐磨性，降低其被划伤或磨损的概率；可以理解的是，设置的透明保护膜的材质可以为柔性的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料等，透明保护膜的厚度可以为50～200μm，由此既可以起到有效的保护作用，还不会明显增加镜片的整体厚度。
31.根据本技术的实施例，参考图3和图4理解，可以将光致变色材料以涂层的形式设在第一透明盖板100上，具有卤化银和氧化铜的光致变色涂层110既可以设在第一透明盖板100靠近波导片200的一侧(如图3所示)，也可以设在第一透明盖板100远离波导片200的一侧(如图4所示)，由此，均可以实现光致变色的效果。
32.根据本技术的实施例，光致变色涂层110的厚度可以为5～100μm，例如可以为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm等。发明人发现，若光致变色涂层的厚度过大，可能会导致镜片在室内等外界光线较弱的环境中的透过率也较低，人眼看到的光线较弱，视觉效果较黑；而若光致变色涂层的厚度过小，其在室外使用时，形成灰黑色着色态的效果又不明显，其在室外光线较强的环境中使用时难以明显降低人眼看到的外界光线强度，仍可能会导致人眼感知图像的对比度和饱和度降低，图像清晰度下降，影响使用体验。本技术中通过控制光致变色涂层为上述厚度范围，可以使第一透明盖板在较强环境光和较弱环境光下具有显著的透过率差异，由此，可以使镜片根据外界光线的强弱自动调节其透过率，进而既能降低环境光较强时对图像清晰度、对比度以及饱和度的负面影响，改善用户在户外的使用体验，同时还不会影响用户在室内等较弱环境光下的正常使用。
33.根据本技术的实施例，光致变色涂层110中，卤化银和氧化铜的质量比可以为(0.03-1.2)：(0.01-0.03)，发明人发现，若氧化铜相对于卤化银的掺入量过少，难以保证在室内等较弱光线环境下光致变色涂层由灰黑色着色态向无色透明态转变的效果。本技术中
通过控制卤化银和氧化铜分别为上述质量配比，可以进一步保证光致变色涂层根据环境光强弱自动实现灰黑色着色态和透明态转变的效果。由此可以使镜片根据外界光线的强弱自动调节其透过率，进而既能降低环境光较强时对图像清晰度、对比度以及饱和度的负面影响，改善用户在户外的使用体验，同时还不会影响用户在室内等较弱环境光下的正常使用。
34.根据本技术的实施例，参考图8或图9理解，光致变色涂层110在远离第一透明盖板100的一侧上可以设有透明保护膜120。如图8所示，当光致变色涂层110设在第一透明盖板100靠近波导片200的一侧时，通过设置透明保护膜可以避免光致变色材料对设在波导片靠近第一透明盖板一侧上的光栅的污染。如图9所示，当光致变色涂层110设在第一透明盖板100远离波导片200的一侧时，通过设置透明保护膜既可以避免光致变色涂层中卤化银分解后卤元素的逸出，同时还可以对光致变色涂层和第一透明盖板进行保护，提高光致变色涂层和第一透明盖板的耐磨性，降低被划伤或磨损的概率。可以理解的是，还可以在光致变色涂层110远离第一透明盖板100的一侧上和第一透明盖板100未设置光致变色涂层110的一侧上同时设置透明保护膜120。其中，设置的透明保护膜120的材质可以为柔性的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料等，透明保护膜120的厚度可以为50～200μm，例如可以为60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm或180μm等，由此既可以起到有效的保护或避免光栅污染的作用，还不会明显增加镜片的整体厚度。
35.根据本技术的实施例，可以理解的是，在第一透明盖板100上形成光致变色涂层110的工艺并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如可以选用旋涂工艺，将卤化银和氧化铜分散于可挥发溶剂中，经旋涂形成于第一透明盖板表面后使溶剂充分挥发，得到仅具卤化银和氧化铜的光致变色涂层。
36.根据本技术的实施例，可以理解的是，第一透明盖板100和第二透明盖板300的材质并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，第一透明盖板100和第二透明盖板300可以分别独立地为玻璃盖板、塑料盖板或微晶玻璃盖板等，其中，塑料盖板可以为pet盖板或pc盖板等。由此可以使第一透明盖板和第二透明盖板兼具较好的耐磨性、较高的强度和较好的抗冲击性能等综合性能，从而既能提高镜片的使用寿命，还能在满足镜片使用要求的前提下降低盖板的厚度，能够使镜片的质量更轻且总厚度更薄。另外可以理解的是，第一透明盖板100和第二透明盖板300的透明度均较高，例如，第一透明盖板100(未掺入光致变色材料)和第二透明盖板300的透过率可以分别独立地不低于95％，由此更有利于满足镜片在较暗环境下的使用效果。此外，还可以理解的是，第一透明盖板100和第二透明盖板300的材质和厚度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计。
37.根据本技术的实施例，结合图2～4或图8～9理解，为实现波导片200和第一透明盖板100与第二透明盖板300的有效固定，镜片1000还可以进一步包括第一透明框胶400和第二透明框胶500，具体可以均为oca框胶(即oca光学胶层)。由此不仅可以实现波导片的周向边缘和第一透明盖板与第二透明盖板的牢固结合，还不会影响镜片的透过率和外观美感。可以理解的是，第一透明框胶400和第二透明框胶500的厚度可以根据实际情况灵活设计，在此不作限制要求。进一步地，参考图8或9理解，可以在波导片200靠近第一透明盖板100的一侧上设置耦入光栅210和耦出光栅220，由此，可以结合设在近眼侧的光机形成反射光波导。
38.根据本技术的实施例，镜片1000可以进一步包括：防爆膜(未示出)，防爆膜可以设在第二透明盖板300远离波导片200的一侧上。镜片在使用过程中可能会发生碎裂，产生有尖锐棱角的碎片，存在一定的安全隐患，尤其是具有玻璃盖板的镜片的安全隐患更大。通过设置防爆膜，可以进一步提高镜片的安全性，避免镜片发生碎裂时对人眼可能造成的伤害。
39.根据本技术的实施例，镜片1000应用于ar眼镜时，使用过程中的光线传播路线可以参考图10理解，其中，人眼位于第二透明盖板300远离波导片的一侧，外部环境光线经具有光致变色涂层110或光致变色材料的第一透明盖板后射入人眼，光机2000发射出来的部分光线通过耦入光栅210导入波导片200中经过多次全反射后，由耦出光栅220射入人眼。当在室外使用时，光致变色材料或涂层在太阳光或者紫外线的照射下发生卤化银的分解，从透明态转变为灰黑态，环境光经过第一透明盖板后光线强度减弱，与光机投影图像亮度相匹配，整体视觉效果得到改善；当在室内环境时，外界环境光线强度适中，光致变色材料或涂层在氧化铜的催化下发生卤化银的合成反应，光致变色涂层重新变为透明态。可以理解的是，本技术中的镜片1000的具体用途并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如该镜片1000既可以用作ar眼镜的镜片，也可以作为普通镜片使用。
40.在本技术的另一个方面，本技术提出了一种ar眼镜。该ar眼镜包括：前面所述的镜片1000；以及光机2000(参考图10理解)，光机2000设在镜片1000靠近眼睛的一侧，即位于ar眼镜和眼睛之间(例如可以固定在ar眼镜镜片1000靠近眼睛的局部表面上，再例如可以靠近镜片1000边缘布置)，光机2000发射的光线在镜片1000上投影成像，使得光机2000发射的激光成像后通过波导片200反射进入人眼。可以理解的是，光机2000可以与耦入光栅210对应设置。由此，该ar眼镜具有前面所述的镜片所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该ar眼镜的外观表现力更好，且能给用户带来更佳的综合视觉体验。
41.根据本技术的实施例，ar眼镜还可以包括眼镜本体(例如镜框、固定支架等)，以及麦克风、语音控制器、摄像头等辅助功能设备，此外还可以包括用于与智能终端进行数据传输的数据线，再或者可以包括蓝牙模块、wifi模块、定位模块等智能模块，由此可以与智能终端(例如电子设备，具体可以包括手机、平板、电脑、智能手表、包括游戏机等在内的影音设备、导航设备、无人机、摄像机等)进行无线数据传输，实现信息交互，以达到更好的仿真效果，从而能够获得更好的影音娱乐、导航、教育(培训)体验，同时，在器件组装、维修等方面也能达到更直观的效果，具有广阔的应用前景。可以理解的是，该智能终端的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际使用需求进行选择。另外，可以理解的是，光机可以固定连接在眼镜本体或镜片1000上，也可以与眼镜本体或镜片1000可拆卸相连，还可以在眼镜本体或镜片1000上可移动设置，由此可以根据实际需要在不影响视线的前提下对光机的设置位置进行灵活调节。
42.综上所述，本技术上述实施例的ar眼镜和镜片中，通过将光致变色材料引入镜片与外保护玻璃盖板进行集成，用于在室外强光环境下减弱外景反射进入人眼的光线亮度，一方面能够提高ar眼镜户外使用时图像的清晰度、对比度以及饱和度，对于用户的使用体验有较大提升；另一方面，由于上述光致变色材料不需要通电，因此不需要使用复杂的结构线路为其变色供电。并且，由于光致变色材料或涂层对于水氧不敏感，无需像电致变色器件和染料液晶器件对变色材料进行封装，只需要直接分散于外保护玻璃盖板中或涂覆即可，因此镜片结构更加简单，与具有染料液晶器件的镜片相比，不仅没有多余的黑边，外观更加
美观，还能降低原料成本。再一方面，当在室外强光环境使用时，光致变色材料或涂层会变成灰黑状态，能够有效规避透过镜片观察图像时容易存在色偏的问题。总的来说，不仅可以使ar眼镜的外观表现力更好，而且能给用户带来更佳的综合视觉体验。
43.在本技术的又一个方面，本技术提出了一种ar系统。该ar系统包括：前面所述的ar眼镜；以及电子设备，所述电子设备适于向所述ar眼镜传输三维图像或视频数据。由此，该ar系统具有前面所述的ar眼镜所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。此外，该ar系统可以实现更好的仿真体验，在影音娱乐、导航、教育(培训)、组装、维修等领域具有广阔的应用前景。可以理解的是，该电子设备的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择，例如可以包括手机、平板、电脑、智能手表、包括游戏机等在内的影音设备、导航设备、无人机、摄像机等智能设备。其中，该ar眼镜可以与电子设备通过数据线连接来接收电子设备输出的三维图像或视频数据，也可以通过设置蓝牙模块、wifi模块等智能模块实现与电子设备的无线数据传输，实现信息交互，由此可以达到更好的客户体验。
44.需要特别说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。具体而言，第一透明盖板和第二透明盖板仅用于区分两个盖板，并不能理解为对其重要性或是材料、结构的限制。类似的，第一透明框胶和第二透明框胶也仅仅是用于区分两个框胶。另外，在本技术中，除非另有明确的规定和限定，“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
45.在本技术的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
46.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。