【专利解密】歌尔AR设备增设正、负透镜结构消除视觉疲劳感

作者：嘉德IPR 2021-04-23

来源：爱集微 #专利解密#

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【嘉勤点评】歌尔股份发明的AR显示设备，通过在设备的本体上设置负透镜和正透镜，利用负透镜拉近虚拟画面的显示距离，同时利用正透镜抵消负透镜对外界环境的影响，在保证AR设备辐辏冲突满足要求的前提下，扩展了AR产品的使用环境。

集微网消息，随着增强现实(AR)技术的发展，市场上逐渐出现了AR眼镜和AR头显等AR产品。AR产品利用AR技术将现实世界和虚拟世界的光线叠加后投入人眼，达到一种增强现实的显示效果，同时，AR产品还可以集成环境感知和交互等功能，给用户带来了全方位体验，受到越来越多用户的青睐。

其中，光学显示技术是AR产品的核心技术，现有技术中的AR产品大多采用光波导显示技术，这种技术具有较大视觉范围和轻薄等特点，可以实现较小的机身体积，让AR眼镜接近普通眼镜外形。

然而，这种技术也并不是完美无瑕，其劣势是图像质量存在部分问题。为了最大化利用分辨率，提高画面质量，基于光波导的AR显示技术的虚相距需要位于无穷远，否则其光学性能将受到影响，这是受到设计上的限制而无法改变的。

由此带来的问题就是会使得左右眼通过辐辏显示的最近距离为4m，倘若当画面距离小于4m时，辐辏冲突会比较严重，极容易给用户造成视觉疲劳。为了解决这样的问题，歌尔股份在2019年11月28日申请了一项名为“一种AR显示设备”的发明专利（申请号：201911191581.0），申请人为歌尔股份有限公司。根据目前该专利公开的资料，让我们一起来看看这项AR技术吧。

首先，我们需要知道视觉辐辏调节冲突是如何产生的，由于受到光学性能的限制，现有AR显示设备的虚像距位于无穷远处，当光机发出的图像光线经由波导镜片后，以近似平行光的形式进入人眼，此时人眼单眼聚焦画面的屈光度为0D。而为了避免视觉辐辏调节冲突，屈光度之差需要小于或等于0 .25D，这样无疑会导致视觉疲劳。

如上图，为该专利中发明的AR显示设备的原理示意图，其主要包括设备本体1、波导镜片2、负透镜3和正透镜4。负透镜设置在波导镜片朝向眼睛的一侧，主要用于将虚像距离拉近；而正透镜设置在背向眼睛的一侧，主要用于抵消负透镜对外界环境的影响。

这种设置正、负透镜的方案，可以利用负透镜将AR显示设备的虚像距离拉近，因为负透镜对光线具有发散作用，发散后的光线可以沿着其反向延长线在投射光线的同一侧交于一点并形成虚焦点。也就是说，负透镜能够将无穷远的虚像距拉近人眼，进而使人眼单眼聚焦的画面的屈光度大于0D，在此基础上，两眼辐辏调整后的画面对应的人眼屈光度可以相应地变大。

这样，两眼辐辏调整后的画面对应的人眼屈光度可以大于0 .25D，从而可以使通过两眼辐辏调整后的画面距离变小，既能够保证辐辏冲突满足要求，又能够使通过两眼辐辏调整后的画面显示距离小于4m，既保证了视觉舒适性，又扩展了AR显示设备的使用环境。