基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于Pancharatnam?Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，包括一幅眼鏡、Pancharatnam?Berry相位液晶透鏡、電池和電路驅動裝置；PB相位液晶透鏡鑲嵌在眼鏡鏡片中或貼合在眼鏡鏡片上；電路驅動裝置和電池串聯安裝在眼鏡手柄上，并與PB相位液晶透鏡串聯；智能眼鏡的顯示像素由單個或多個PB相位液晶透鏡構成，其像素陣列用電直接驅動或者無源矩陣驅動或者有源矩陣驅動。本發明通過液晶PB相位透鏡陣列的制作和使用，一方面無需人工背光源，即實現模糊態和清晰態之間切換的透明顯示效果，降低能耗，并具有較強的續航能力；另一方面操作電壓較低，通常小于5V，提高了頭戴式增強現實的安全性能。
【專利說明】 基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及基于透明顯示的增強現實領域，特別是涉及一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡。
【背景技術】
[0003]增強現實技術是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，是把原本在現實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體視覺信息，通過電腦等科學技術，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應用到真實世界，被人眼所感知，從而達到超越現實的視覺體驗。增強現實技術，不僅展現了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在，兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現實中，用戶利用頭戴式顯示器，如:谷歌眼鏡，把真實世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實的世界圍繞著它。
[0004]谷歌眼鏡(Google Project Glass)是一款增強現實型穿戴式智能眼鏡。這款眼鏡將集智能手機、GPS、相機于一身，在用戶眼前展現實時信息，只要眨眨眼就能拍照上傳、收發短信、查詢天氣路況等操作。用戶無需動手便可上網沖浪或者處理文字信息和電子郵件，同時，戴上這款“拓展現實”眼鏡，用戶可以用自己的聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向。兼容性上，Google Project Glass可同任一款支持藍牙的智能手機同步。Google ProjectGlass利用的是光學反射投影原理(HUD)，即微型投影儀先是將光投到一塊反射屏上，而后通過一塊凸透鏡折射到人體眼球，實現所謂的“一級放大”，在人眼前形成一個足夠大的虛擬屏幕，可以顯示簡單的文本信息和各種數據。Project Glass實際上就是微型投影儀+攝像頭+傳感器+存儲傳輸+操控設備的結合體。右眼的小鏡片上包括一個微型投影儀和一個攝像頭，投影儀用以顯示數據，攝像頭用來拍攝視頻與圖像，存儲傳輸模塊用于存儲與輸出數據，而操控設備可通過語音、觸控和自動三種模式控制。Google Project Glass主要結構包括，在眼鏡前方懸置的一臺攝像頭和一個位于鏡框右側的寬條狀的電腦處理器裝置，配備的攝像頭像素為500萬，可拍攝720p視頻。鏡片上配備了一個頭戴式微型顯示屏，它可以將數據投射到用戶右眼上方的小屏幕上，顯示效果如同2.4米外的25英寸高清屏蒂。
[0005]谷歌眼鏡利用的是投影原理，需要人工光源來提供背光，具有能耗大，續航時間短的缺點，且價格昂貴。
[0006]透明顯示的潛在液晶技術是PDLC技術。PDLC(聚合物分散液晶)又叫液晶調光膜，是將低分子液晶(liquid crystal，縮寫為LC)與預聚物Kuer UV65膠相混合，在一定條件下經聚合反應，形成均勻地分散在高分子網絡中的微米級的液晶微滴，再利用液晶分子的介電各向異性獲得具有電光響應特性的材料，它主要工作在散射態和透明態之間并具有一定的灰度。聚合物分散液晶膜是將液晶和聚合物結合得到的一種綜合性能優異的膜材料。液晶分子賦予了聚合物分散液晶膜顯著的電光特性，使其受到了廣泛的關注，并有著廣闊的應用前景。相對于傳統顯示器件來說，聚合物分散型液晶顯示器具有很多優點，例如不需偏振片和取向層，制備工藝簡單，易于制成大面積柔性顯示器等，目前已在光學調制器、熱敏及壓敏器件、電控玻璃、光閥、投影顯示、電子書等方面獲得廣泛應用。但是TOLC的操作電壓比較高，通常在50V左右，不適用于穿戴式顯示，同時降低PDLC的操作電壓并不是一個簡單的挑戰。
【發明內容】
[0007]本發明主要解決的技術問題是提供一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，能夠解決現有基于透明顯示的增強現實技術的穿戴式智能顯示器存在的能耗高，續航時間短及操作電壓過高的問題。
[0008]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，包括:一幅眼鏡、Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡、電池和電路驅動裝置;所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡鑲嵌在所述眼鏡的鏡片中或貼合在所述眼鏡的鏡片上;所述電路驅動裝置和電池串聯安裝在所述眼鏡的手柄上，并與所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡串聯;所述智能眼鏡的顯示像素由單個或多個Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡構成，其像素陣列用電直接驅動或者無源矩陣驅動或者有源矩陣驅動。
[0009]在本發明一個較佳實施例中，所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡用電在衍射態和非衍射態之間切換或者在衍射態和弱衍射態之間切換。
[00?0]在本發明一個較佳實施例中，所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的作用方式為透射式或反射式，其圖樣化取向層結構的空間定向為柱狀Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列或圓形Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列。
[00?1 ] 在本發明一個較佳實施例中，所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡包括兩個基板、兩個以上電極、液晶取向層和液晶衍射層;所述電極分別涂覆在所述兩個基板相對的表面上，所述液晶取向層涂覆在至少一片所述基板帶有電極一側的表面上，所述液晶衍射層夾置在所述兩個基板之間，其指向矢隨空間位置的變化而變化。
[0012]在本發明一個較佳實施例中，所述液晶衍射層為Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列，其制備方法為:利用光取向技術，將光透過空間相位延遲片后在不同位置出射的偏振方向的分布用光取向材料記錄下來，并灌入液晶材料，即得所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列。
[0013]在本發明一個較佳實施例中，所述液晶材料為向列相液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶、亞鐵電液晶或膽留相液晶。
[0014]在本發明一個較佳實施例中，所述光為太陽光或環境光。
[0015]在本發明一個較佳實施例中，所述基板為透明的玻璃基板或塑料基板。
[0016]在本發明一個較佳實施例中，所述液晶取向層的數量為一層以上，其材質為摩擦取向用的聚酰亞胺或光控取向用的光敏材料。
[0017]本發明的有益效果是:本發明一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，通過液晶Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列的制作和使用，一方面無需人工背光源，即可實現在模糊態和清晰態之間切換的透明顯示效果，從而降低能耗，并具有較強的續航能力；另一方面，操作電壓較低，通常小于5V，提高了頭戴式增強現實的安全性能。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡的立體結構示意圖；
圖2是所示Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列在未加電壓下對光的衍射示意圖； 圖3是所示Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列在加電壓下對光的非衍射示意圖； 圖4是所示Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的一個較佳實施例的結構示意圖；
附圖中各部件的標記如下:I.眼鏡，2.Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡，3.電池，4.電路驅動裝置，5.不透明態，6.透明態，21.基板，22.電極，23.液晶取向層，24.液晶衍射層。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0020]請參閱圖1至3，本發明實施例包括:
實施例1
一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，包括:一幅眼鏡1、Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡2、電池3和電路驅動裝置4;所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡2鑲嵌在眼鏡I的鏡片中或貼合在眼鏡I的鏡片上;所述電路驅動裝置4和電池3串聯安裝在所述眼鏡的手柄上，并與Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡串聯2;其中，電路驅動裝置4和電池3均為一個。
[0021 ] 所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡2包括兩個基板21、兩個以上電極22、液晶取向層23和液晶衍射層24。所述電極22分別涂覆在兩個基板21相對的表面上;液晶取向層23至少為一層，且涂覆在至少一片基板21帶有電極22—側的表面上，液晶取向層23也可以涂覆在兩片基板上;液晶衍射層24夾置在兩個基板21之間，其指向矢隨空間位置的變化而變化。
[0022]上述液晶衍射層24為Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列，其制備方法為:先制備好空間相位延遲片，用作一個特殊的光學掩模板，利用光取向技術，將太陽光或環境光透過空間相位延遲片后在不同位置出射的偏振方向的分布用光取向材料記錄下來，并灌入液晶材料，即得所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列；其中，液晶材料為向列相液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶、亞鐵電液晶或膽留相液晶。
[0023]所述基板21為透明的玻璃基板或塑料基板。
[0024]所述液晶取向層23的數量為一層以上，其材質為摩擦取向用的聚酰亞胺或光控取向用的光敏材料。
[0025]上述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡2的作用方式為透射式或反射式，其圖樣化取向層結構即液晶取向層的空間定向為柱狀Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列或圓形Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列，并用電在衍射態和非衍射態之間切換或者在衍射態和弱衍射態之間切換，且衍射態呈現一種不透明狀態，非衍射態或弱衍射態呈現一種透明或半透明狀態。該Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的操作電壓較低，通常低于5V，使用較安全。
[0026]該智能眼鏡的作用原理是衍射性原理，當液晶取向層的空間定向遵循Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列的輪廓時，基于衍射性原理，通過Pancharatnam-Berry相位在空間的不均勻分布，光會導向不同方向和不同的衍射角。當不存在外加電場的時候，Pancharatnam-Berry相位透鏡會出現不透明的衍射狀態如圖2所示，其中，(a)表示對右旋圓偏振光具有先聚焦再散光的作用；(b)表示對左旋圓偏振光具有散光的作用。相反，當施加電場時，液晶的取向進行調制，并出現非衍射的透明或半透明狀態，如圖3所示，液晶垂直于基底排列形成透明或半透明的非衍射狀態，其中的不透明態像素集合構成HKUST字樣，SP形成不透明態5，透明態像素顯示后面的真實背景SKL字樣，即形成透明態6。
[0027]上述智能眼鏡的顯示像素由單個或多個Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡構成，其像素陣列用電直接驅動或者無源矩陣驅動或者有源矩陣驅動。通過驅動使像素陣列中不同位置出現透明和不透明狀態，從而形成對比度來顯示信息，如圖3所示。
[0028]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，包括:一幅眼鏡、Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡、電池和電路驅動裝置;所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡鑲嵌在所述眼鏡的鏡片中或貼合在所述眼鏡的鏡片上;所述電路驅動裝置和電池串聯安裝在所述眼鏡的手柄上，并與所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡串聯;所述智能眼鏡的顯示像素由單個或多個Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡構成，其像素陣列用電直接驅動或者無源矩陣驅動或者有源矩陣驅動。2.根據權利要求1所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡用電在衍射態和非衍射態之間切換或者在衍射態和弱衍射態之間切換。3.根據權利要求1所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的作用方式為透射式或反射式，其圖樣化取向層結構的空間定向為柱狀Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列或圓形Pancharatnam-Berry相位透鏡陣列。4.根據權利要求1、2或3所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡包括兩個基板、兩個以上電極、液晶取向層和液晶衍射層;所述電極分別涂覆在所述兩個基板相對的表面上，所述液晶取向層涂覆在至少一片所述基板帶有電極一側的表面上，所述液晶衍射層夾置在所述兩個基板之間，其指向矢隨空間位置的變化而變化。5.根據權利要求4所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述液晶衍射層為Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列，其制備方法為:利用光取向技術，將光透過空間相位延遲片后在不同位置出射的偏振方向的分布用光取向材料記錄下來，并灌入液晶材料，即得所述Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡陣列。6.根據權利要求5所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述液晶材料為向列相液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶、亞鐵電液晶或膽留相液晶。7.根據權利要求5所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述光為太陽光或環境光。8.根據權利要求4所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述基板為透明的玻璃基板或塑料基板。9.根據權利要求4所述的基于Pancharatnam-Berry相位液晶透鏡的智能眼鏡，其特征在于，所述液晶取向層的數量為一層以上，其材質為摩擦取向用的聚酰亞胺或光控取向用的光敏材料。
【文檔編號】G02F1/139GK105911697SQ201610518209
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】孫嘉瞳, 王驍乾, 王路, 談銘威
【申請人】蘇州市齊科光學科技有限公司