一种增强现实交互系统的制作方法

1.本发明实施例涉及空间磁场测量技术领域，尤其涉及一种增强现实交互系统。


背景技术：

2.增强现实技术是真实世界中的物体经过计算机生成的感知信息增强后的一种环境交互体验。增强现实交互系统特征包括：现实与虚拟世界的组合，实时交互，以及现实物与虚拟物精确三维定位。
3.目前增强现实交互系统基于光学，力学，声学等途径实现精确三维定位以及实时交互。其中，光学途径增强现实系统具有简单、分辨率高、视觉偏差微小等优点，但同时也存在着定位精度要求高、延迟匹配困难、易受恶劣环境干扰、交互范围较窄和成本高昂等问题；力学途径增强现实系统的感应器件包括惯性、压力、振动等传感器，大多为微机电结构，具有交互范围宽、延迟匹配简单、自身定位功能、成本适中等优点，但因自身机械结构尺寸限制，存在量产器件精度不足的问题；声学途径增强现实系统的感应器具有交互范围宽、有利于批量生产、成本适中等优点，但延迟匹配要求高，同时易受恶劣环境尤其是粉尘、潮湿空气影响导致失效。
4.因此，目前增强现实交互系统普遍存在定位精度差的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种增强现实交互系统，以解决现有增强现实交互系统定位精度差的问题。
6.本发明实施例提供了一种增强现实交互系统，包括：
7.驱动组件，所述驱动组件包含至少一个承载体，每个所述承载体上设置有至少一个永磁体；
8.与所述驱动组件配套设置的响应组件，所述响应组件包含结构层、至少一层传感层、至少一层显示层以及保护层，所述结构层、所述传感层、所述显示层和所述保护层依次堆叠；所述结构层包含第一表面和第二表面，所述结构层的第一表面远离于所述保护层，所述结构层的第二表面接近于所述保护层，所述结构层的第一表面上设置有数据处理单元、信号传输单元和供电单元；所述传感层的表面上设置有印刷电路板，所述印刷电路板的表面上设置有至少一个传感阵列，所述传感阵列由多个磁阻元件与连接引线连接构成。
9.进一步地，还包括：环境探测组件，所述环境探测组件用于探测外部环境，所述环境探测组件采用磁阻元件或光敏元件构成。
10.进一步地，所述承载体的结构为可穿戴结构。
11.进一步地，所述永磁体表面覆盖有缓冲层。
12.进一步地，所述永磁体与所述缓冲层之间设置有聚磁结构。
13.进一步地，所述磁阻元件为各向异性磁阻、巨磁阻或隧道结磁阻。
14.进一步地，相邻两个所述磁阻元件之间填充有绝缘材料。
15.进一步地，所述数据处理单元、所述信号传输单元、所述供电单元、所述保护层和所述印刷电路板均采用无磁性材料构成。
16.进一步地，所述磁阻元件的灵敏度方向平行或垂直于所述磁阻元件所在平面。
17.进一步地，所述传感层及所述保护层均为相同的平面或曲面。
18.本发明实施例提供的增强现实交互系统，利用磁场进行驱动，其中，传感层由高灵敏度高响应频率的磁阻元件构成，并设置在结构层上；传感层直接感测到敏感方向上的磁场变化，并将该磁场变化转化为磁电阻值变化；结构层进行数据处理后，将磁电阻值变化转变为电信号并通过可感知途径输出，如显示层显示输出。本发明实施例中，磁阻元件对外部磁场变化响应速度快、灵敏度高且功耗低，结构层具有高精度特性，不容易出现受光学热学干扰或直接接触损耗的问题，有利于增强现实交互系统动作指令实时准确收发以及提高系统使用寿命，实现了增强现实交互系统的精确三维定位和实时交互。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。
20.图1是本发明实施例提供的增强现实交互系统中驱动组件的示意图；
21.图2a是本发明实施例提供的另一种驱动组件的侧视示意图；
22.图2b是图2a所示驱动组件的正视示意图；
23.图3是本发明实施例提供的又一种驱动组件的示意图；
24.图4是本发明实施例提供的再一种驱动组件的示意图；
25.图5是本发明实施例提供的增强现实交互系统中响应组件的示意图；
26.图6是本发明实施例提供的响应组件的结构示意图；
27.图7是本发明实施例提供的响应组件中传感层的示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明实施例提供了一种增强现实交互系统，该增强现实交互系统包括：驱动组件，驱动组件包含至少一个承载体，每个承载体上设置有至少一个永磁体；与驱动组件配套设置的响应组件，响应组件包含结构层、至少一层传感层、至少一层显示层以及保护层，结构层、传感层、显示层和保护层依次堆叠；结构层包含第一表面和第二表面，结构层的第一表面远离于保护层，结构层的第二表面接近于保护层，结构层的第一表面上设置有数据处理单元、信号传输单元和供电单元；传感层的表面上设置有印刷电路板，印刷电路板的表面上设置有至少一个传感阵列，传感阵列由多个磁阻元件与连接引线连接构成。
30.本实施例中，驱动组件包含一个或多个承载体，每个承载体上设置有一个或多个永磁体。可选承载体的结构为可穿戴结构。驱动组件中承载体位移可以引起其上设置的永磁体的磁场变化，响应组件感测该磁场变化并进行数据采集和交互。可选永磁体表面覆盖有缓冲层，缓冲层起缓冲作用，可以减少驱动组件与响应组件之间的摩擦损耗。可选永磁体与缓冲层之间设置有聚磁结构，聚磁结构能够使驱动组件与响应组件的接触部位磁场增强。
31.本实施例中，响应组件包含结构层、一层或多层传感层、一层或多层显示层以及保护层，结构层、传感层、显示层和保护层沿厚度方向依次堆叠。传感层包括多个磁阻元件，可选磁阻元件为各向异性磁阻、巨磁阻或隧道结磁阻，不限于此，适用于本发明的磁阻元件或芯片均落入本发明的保护范围内。
32.可选该增强现实交互系统还包括：环境探测组件，环境探测组件用于探测外部环境，环境探测组件采用磁阻元件或光敏元件构成。环境探测组件设置在响应组件内部，可选集成在传感层上，环境探测组件探测的外部环境信号通过印刷电路板传输给结构层的驱动电路，驱动电路将该外部环境信号转换为电信号并输出。可选环境探测组件采用磁阻元件或光敏元件构成，则外部环境信号为磁电阻信号。
33.本发明实施例提供的增强现实交互系统，利用磁场进行驱动，其中，传感层由高灵敏度高响应频率的磁阻元件构成，并设置在结构层上；传感层直接感测到敏感方向上的磁场变化，并将该磁场变化转化为磁电阻值变化；结构层进行数据处理后，将磁电阻值变化转变为电信号并通过可感知途径输出，如显示层显示输出。本发明实施例中，磁阻元件对外部磁场变化响应速度快、灵敏度高且功耗低，结构层具有高精度特性，不容易出现受光学热学干扰或直接接触损耗的问题，有利于增强现实交互系统动作指令实时准确收发以及提高系统使用寿命，实现了增强现实交互系统的精确三维定位和实时交互。
34.示例性的，在上述技术方案的基础上，以下示出了几种不同结构的驱动组件。
35.参考图1所示为一种驱动组件的示意图。该驱动组件中承载体101为手指部位可穿戴结构，该承载体101的指端设置有永磁体102。可选驱动组件包括至少两个承载体101，操作者的至少两个手指上各穿戴一个承载体101，通过操作者手指直接靠近或接触，两个手指上承载体101的位移变化使得承载体101上永磁体102的磁场变化；响应组件感测该磁场变化，并进行数据交互。
36.参考图2a和图2b所示为另一种驱动组件的侧视图和正视图。该驱动组件中承载体101为旋钮形结构，该承载体101由圆柱体和底端面构成，底端面的直径大于圆柱体的底面直径。承载体101的一侧圆柱体为持握部分，另一侧底端面的背离圆柱体的一侧表面上设置有多个永磁体102。操作者持握驱动组件，并使得驱动组件的永磁体102与响应组件表面接触，通过在响应组件的表面旋转、滑动或按压驱动组件，可以实现数据交互。
37.参考图3所示为又一种驱动组件的示意图。该驱动组件中承载体101为笔形结构，该承载体101的一端设置有永磁体102，该永磁体102的背离承载体101的一侧表面上设置有顶部为弧面的聚磁结构103。操作者持握驱动组件，并使得驱动组件的聚磁结构103与响应组件表面接触，该永磁体102产生磁场，聚磁结构103能够使驱动组件与响应组件的接触部位磁场增强。
38.参考图4所示为再一种驱动组件的示意图。该驱动组件中承载体101为笔形结构，
该承载体101的一端设置有永磁体102，该永磁体102的背离承载体101的一侧表面上设置有顶部为弧面的聚磁结构103，在聚磁结构103的表面覆盖缓冲层104。操作者持握驱动组件，并使得驱动组件的缓冲层104与响应组件表面接触，该永磁体102产生磁场，该聚磁结构103能够使驱动组件与响应组件的接触部位磁场增强，该缓冲层104可以减少驱动组件与响应组件之间的摩擦损耗。
39.示例性的，在上述技术方案的基础上，以下示出了响应组件的结构。
40.参考图5所示为一种响应组件的示意图。响应组件为多层堆叠结构，包括结构层204，位于结构层204上的传感层203，位于传感层203上的显示层202以及位于显示层202上的保护层201，其中，响应组件中位于最外侧的保护层201与驱动组件及外界直接接触，起到保护响应组件其他膜层和内部功能结构的作用。显示层202位于保护层201内侧。传感层203位于显示层202内侧，传感层203的表面设置有多个敏感元件，该敏感元件为磁阻元件。驱动组件接近或接触响应组件后产生局部磁场变化，传感层203可以将该磁场变化转变为磁电阻值变化，再传输至结构层204。
41.结构层204位于传感层203内侧，对响应组件整体结构起支撑功能。结构层204的背离保护层201的第一表面上设置有驱动电路，传感层203将磁电阻信号传输至驱动电路，驱动电路可以将传感层203的信号转变为图像并控制显示层202显示该图像，便于操作者的操作信息直观交互输出。具体的，该驱动电路包含数据处理单元211，信号传输单元212和供电单元213；数据处理单元211将传感层203中磁阻元件生成的信号进行调制、滤波、放大、模数转换、隔离和降噪处理后，发送至信号传输单元212；信号传输单元212为无线传输或者有线传输，将接收其他终端的信号输入，并将磁阻元件生成的信号和其他终端输入的信号传输至显示层202，显示层202显示图像，使得操作者能够实时展开信息交互；供电单元213对响应组件中各耗电元件/单元供电。
42.参考图6所示为响应组件的结构示意图。响应组件中保护层201，显示层202，传感层203和结构层204均为柔性材料并依次堆叠，从而实现圆柱状，球形，弧面，不规则曲面等多种形状，适用于不同交互环境。可选数据处理单元、信号传输单元、供电单元、保护层和印刷电路板均采用无磁性材料构成，不会对驱动组件的磁场产生干扰，提高了响应组件的信号探测精确度。可选传感层及保护层均为相同的平面或曲面，但不限于此。
43.参考图7所示为响应组件中传感层的示意图。响应组件中，传感层203上设置有多个传感阵列302，每个传感阵列302的区域对应设置一个印刷电路板303，每个传感阵列302的区域包括多个磁阻元件301，磁阻元件301位于所对应的印刷电路板303的表面，且印刷电路板303上的磁阻元件301通过连接引线304连接构成传感电路。可选相邻两个磁阻元件301之间填充有绝缘材料，以实现不同磁阻元件301之间的隔离，避免信号干扰。可选传感层为晶圆基片。磁阻元件作为敏感元件设置在晶圆基片上，可以直接感测到敏感方向上磁场变化并转化为磁电阻值变化，晶圆基片具有高精度特性，不易受光学热学干扰或直接接触损耗，因此解决了现有增强现实交互系统易受光学热学干扰或直接接触损耗的问题，还有利于增强现实交互系统动作指令实时准确收发以及提高系统使用寿命。
44.可选磁阻元件301的灵敏度方向平行或垂直于磁阻元件301所在平面。磁阻元件301的灵敏度方向位于该元件平面内或垂直于该元件所在平面，磁阻元件(即磁阻芯片)301可以感应来自驱动组件的磁场变化，并根据感应的磁场信号产生相应电阻值变化，以此生
成与驱动组件磁场变化相对应的响应信号。可选磁阻芯片即磁阻元件301的输出信号采用单端输出或者差分输出的方式输出。传感阵列302均匀分布在传感层203的表面，传感阵列302通过自身空间位置提供响应组件的空间感应分辨率及显示信号空间精度。
45.本发明实施例中，将磁阻芯片与承载体相结合，人体穿戴驱动组件后，驱动组件接近或接触响应组件，人体机械位移转化为磁场变化，响应组件感测该磁场信号并转变为电信号，再通过图像及其他可感知途径输出。本发明实施例，利用磁阻芯片作为敏感元件的高灵敏度以及低功耗特性，有利于实现人与人之间以及人与设备之间的信息交互，还有利于实现高灵敏度、低功耗、高可靠性、高适应性及低延迟的远程实时信息交互。
46.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。