[发明专利]增强现实(AR)眼镜和用于将虚拟图像混合到眼镜的佩戴者通过至少一个眼镜镜片可见的图像中的方法

说明书

本发明涉及具有最高分辨率、任意视野、完全透明度、连续可变对象焦距、最小的眼睛照明以及在耳朵后面的投影仪单元(3)而在用户的脸周围没有任何社会危害性的技术暗示的简约AR眼镜。在无框眼镜(1)中建立全景图像栅格(11)，其中使用多模光纤投影仪和MEMS切换杆(10)通过梯度折射率伪装光学管(12)直接在眼睛前方提供各个图像，优选地通过用于感觉不到地提供高分辨率全息投影的多模光纤投影仪、用于任意水平分辨率和视野的全景成像概念、用于巨大图像生成通量的快速SLM DMD芯片(5)、用于完美地隐藏无框眼镜镜片中的硬件的梯度折射率伪装光学器件(12)和用于实现巨大的虚拟分辨率的由眼动追踪控制的自适应分辨率控制器件的组合提供各个图像。优化的SLM硬件和梯度折射率优化的光纤输入和输出还可提高眼镜的图像分辨能力。

技术领域

本发明涉及AR(增强现实)眼镜，它像普通眼镜一样是透明的，但是还可以以高分辨的方式将虚拟对象或虚拟图像叠加到通过眼镜镜片可见的真实图像中。具体地说，本发明涉及一种AR眼镜，通过将多个光纤末端直接放置在眼镜佩戴者的瞳孔前方，它将分辨率动态光场投影到瞳孔中；其中光纤馈线通过光学伪装装置以从外部看不见的方式被布线穿过镜片，并且可以通过光学开关加以分配；并且，其中在眼镜佩戴者的耳朵或头的后面，SLM处理器、传输矩阵变换图像被耦合到光纤中，使得瞳孔前方的光纤末端发出完美的局部图像。

背景技术

已知各种如何功能地构造AR眼镜的系统。在这种情况下，对通过眼镜镜片或棱镜背向反射较小显示器的老式方法进行粗略区分。这种方法使得该显示器的框架过大或者可见部分非常小，所以在此不再进一步说明(例如，谷歌眼镜或Meta 2)。

另一种最近的方法是使用平面波导，所述平面波导允许图像通过衍射光栅从屏幕出来。然而，这种技术仅提供非常有限的视角和较差的可见度(例如，全息透镜或MagicLeap)。一些尚未实现的较新的方法产生全景图像的多个局部部分的光场，这些局部部分以栅格图案排列。这些局部图像(如在Magic Leap的一些专利方法中)通过快速切换镜面棱镜(光门)的栅格或者通过衍射光栅(具有嵌入式衍射光栅的波导)从侧面投影到眼镜镜片中，然后进入眼睛中。Magic Leap还提出使用振荡单模光纤作为特别小的图像投影仪。

另一个系统(来自UNC的Pinlight显示器)通过SLM(空间光调制器)将波前偏转到眼镜镜片上的粗糙点栅格上。当从近距离观看时，粗糙点像光场区段的屏幕一样工作，但是其从外面照亮。

已知3D监视器，其通过眼动追踪将计算机生成的全息图投影到观察者的眼睛的方向。同样借助于SLM，生成子全息图，然后子全息图被整合成总全息图。

现有技术的缺点

到目前为止所呈现的设计远远不像具有最小可能框架的可商购获得的眼镜。然而，谷歌眼镜的市场经验清楚地证实：在每天都使用眼镜的情况下，与普通眼镜相比即使是最小的异常也会对市场接受度造成问题。个人的面部表情和目光接触通常是太社交敏感的，以致于不能通过未来的技术使它们没有瑕疵。另外，眼镜的像素分辨率很差、透明度有限、不像真实对象那样聚焦、只提供有限的视野、并且将大量的光投影到眼睛中。

发明内容

本发明的优点和目的

本发明的优点和目的是将具有直接紧固到镜片上的鼻梁和侧臂的最简约的无框眼镜(1)用作模型，并且在其中集成几乎不可见的光学系统(10)，所述光学系统向眼睛投影从外面不可见的高分辨的全景光场(至少20K)(48)。光场的范围仅受限于眼镜的视野，因此在相应的眼镜设计的情况下，甚至220度的视野也是可能的。镜片在前方涂有LCD暗化层。另外，容纳至少2个指向眼睛的摄像机和2个指向视野的摄像机(53)。

镜片也可以被设计为普通眼镜商镜片。

在便携式单元(3)中或在耳朵和头后面的耳机的末端处可以容纳任何看起来更繁琐的技术。