一种基于液晶功能膜的姿态识别装置及其应用的制作方法

1.本发明涉及g06f3/01领域，尤其涉及一种基于液晶功能膜的姿 态识别装置及其应用。


背景技术：

2.人机交互研究，顾名思义其是用于研究人与机器系统之间的交互 关系的课题。其中机器多可以代表为计算机化的系统和软件，人则是 使用上述系统和软件的用户，通过人机交互可以有效的促使系统和软 件的作用。
3.如今，万物互联网的时代，特别是“元宇宙”概念的提出，人机 交互的重要性被进一步地提高了。一般来说，人机交互的方式主要由 我们现如今经常使用的鼠标、键盘、触控设备、麦克风等。而随着相 关学科的发展，近些年来更是出现了类似于基于语音、触控、眼动、 手势和体感的交互方式。但是，无论人机交互方式如何变化，都需要 借助传感器捕捉和跟踪信号，而这其中通过光路的发射和接收就是一 种典型的传感方式。现有技术(cn100462900c)提供了一种简单的 识别装置，图像接收器直接侦测操作者手持发光器的发光位置，进而 驱动屏幕响应完成交互。该装置只能实现操作者近距离的交互，且只 能反馈平面内的位置信息。
4.现有技术(cn102879938a)提供了一种使用在显示器上的位置 编码检测装置，该装置包括一层受第一波长激发后可以发射第二波长 光的位置识别图案层，一个可发射第一波长光的发射器，以及可接收 第二波长光的图像识别器，此外还包含用于过滤显示器发光的偏光片 组合和过滤第一波长光的滤色片。该装置的工作原理是：向位置识别 图案层发出第一波长光，位置识别图案层被照射位置处受激发射带有 图案第二波长光，识别器接收到的第二波长图案来分析位置，从而反 馈发射器的指向位置。然而，上述设备仅仅适用于反馈发射器的指向 位置，无法反馈发射器的沿轴向的旋转角度。
5.由上可知，现有技术只能够反馈发射器的指向位置，无法反馈发 射器的旋转角度，即是一种平面自由度的位置传感器，这限制了识别 装置的用途。
6.因此，亟需一种能够实现平面位置识别以及旋转角度识别的多自 由度姿态识别装置和方法。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种基于液晶功能膜 的姿态识别装置，结构包括编码层组，红外发光组和至少一个红外接 收组；所述编码层组包括反射层和具有至少两个不同光学各向异性区 域的编码层；所述红外发光组包括红外发光器和偏光层；所述红外接 收组包括红外接收器和偏光层。
8.作为一种优选的方案，所述编码层中两个不同光学各向异性区域 为具有相同的水平相位延迟和不同光轴角度的光学各向异性区域。
9.作为一种更优选的方案，所述编码层中两个不同光学各向异性区 域的水平相位
延迟为红外发光器的中心输出波长的1/4。
10.作为一种更优选的方案，所述编码层中各向异性区域的光轴夹角 为
±
45
°
。
11.作为一种优选的方案，编码层中的光学各项异性区域构成了可分 辨的图形，且图形均匀分布；所述可分辨的图形具有一一对应的位置 关系。
12.作为一种优选的方案，所述图形为数字、字母、文字、图形、符 号中的至少一种。
13.文中关于编码层的制备原料以及方法可参考专利cn1054439c。
14.作为一种优选的方案，所述编码层的厚度为1.5～3微米。
15.作为一种优选的方案，所述反射层为红外光单一光反射层；所述 反射层的反射效率为60～100％。
16.作为一种优选的方案，所述反射层为胆甾型液晶反射层。
17.作为一种优选的方案，所述反射层为左旋手性剂和可聚合液晶组 成的左旋胆甾液晶反射层和右旋手性剂和可聚合液晶组成的右旋胆 甾液晶反射层的叠加。
18.作为一种优选的方案，所述反射层的左旋胆甾液晶反射层和右旋 胆甾液晶反射层的厚度均为2～4微米。
19.作为一种优选的方案，所述反射层为两层单一旋向手性剂和可聚 合液晶组成的单一旋向胆甾液晶反射层和设置于其间的1/2波片层。
20.文中关于反射层的制备原料以及方法可参考专利 cn107346084b。
21.作为一种优选的方案，所述红外发光器为可变换位置和可旋转角 度的可穿戴红外发光设备。
22.作为一种优选的方案，所述可穿戴红外发光设备包括有具有红外 范围内带隙的半导体材料制备的红外发光二极管。
23.作为一种优选的方案，所述具有红外范围内带隙的半导体材料为 砷化镓或砷铝化镓。
24.作为一种优选的方案，所述红外光二极管的光发射角度为15～30
°
。
25.红外光二极管的光发射角度的调整可以通过附加的透镜组实现， 包括设置可调焦距的透镜组；角度的大小可以根据具体的使用场景进 行调控。
26.作为一种优选的方案，所述红外发光二极管的波长为850～980nm。
27.作为一种优选的方案，所述红外发光二极管的波长为880nm、 940nm、980nm中的任一种。
28.本技术中不对红外发光二极管的发光功率做特别的限定，可以根 据本领域技术人员对于测试环境的评估，以调整二极管的发光功率， 例如，优选的，近场环境中可以为1～50mw；优选的，远场环境中可 以为50～100mw。
29.作为一种优选的方案，所述红外发光组中的偏光层为线偏光片、 圆偏光片中的至少一种。
30.作为一种更优选的方案，所述红外发光组中的偏光层为线偏光片。
31.作为一种更优选的方案，所述红外发光组中的偏光层与红外发光 器具有固定的相对位置。
32.作为一种更优选的方案，所述线偏光片为拉伸法全光谱吸收型线 偏光片、拉伸法红外吸收型线偏光片、涂布法红外吸收型线偏光片中 的至少一种。
33.拉伸法全光谱吸收型线偏光片：可以根据目的选择使用任何合适 的偏振器作为偏光片，所述合适的偏振器为亲水性聚合物膜上吸附二 色性物质；优选的，拉伸法全光谱吸收型线偏光片为表面吸附有碘的 聚乙烯醇膜，且通过单抽拉伸，厚度为20～80微米。可以购买自住友、 日东、杉金、盛波等公司的拉伸型偏光片产品。
34.拉伸法红外吸收型线偏光片：可以使用可见光透明的红外偏光层， 具体的制备方法和厚度与拉伸法全光谱吸收型线偏光片的一致，不同 之处在于聚乙烯醇基膜表面吸附材料变为红外二色性染料。优选的， 所述红外二色性染料为crysta-lyn化学公司出售的菁类二色性染料 dls 880b，dls-905a，dls-908b，dls-910b，dls-911a，dls-912c， dls-963b，dls-1001a，和dls-1003a，以及epolin公司出售的二 硫烯镍基二色性染料epo3116，epo3138，epo3072和二硫烯钯基二 色性染料epo4105中的至少一种。
35.涂布法红外吸收型线偏光片：涂布法红外吸收型线偏光片的厚度 为0.5～5微米，更优选的厚度为1～3.5微米。
36.作为一种优选的方案，所述涂布法红外吸收型线偏光片的制备方 法：将包含非着色性聚合性液晶化合物和二色性化合物的组合物涂布 于基材、取向膜或保护层的表面而形成涂布膜的工序；并且使上述非 着色性聚合性液晶化合物聚合的工序。
37.其中，优选使非着色性聚合性液晶化合物以取向状态、尤其是以 在相对于保护层面内而言的水平方向上取向的状态进行聚合。另外， 上述涂布法红外吸收型线偏光片形成用组合物含有溶剂时，根据需要， 可包括使涂布膜干燥的工序；作为干燥方法，可举出自然干燥法、通 风干燥法、加热干燥法及减压干燥法。
38.圆偏光片：所述圆偏光片的制备方法为：在上文所述的拉伸法全 光谱吸收型线偏光片、拉伸法红外吸收型线偏光片、涂布法红外吸收 型线偏光片上增加光轴角度与偏光片吸收轴呈
±
45
°
的1/4波片。
39.所述波片的制备方法，具体可以参考专利cn1022276578、 cn102257412a、us20080291389、cn100406928c中的方法。
40.作为一种优选的方案，所述红外接收组与红外发光组互相独立。
41.作为一种优选的方案，所述红外接收组的红外接收器优选为红外 ccd相机接收器；所述红外ccd相机接收器包括有砷化铟镓或碲化 汞镉探测器；所述红外ccd相机接收器还包括有过滤本技术中红外 波长以外的光过滤器。
42.作为一种优选的方案，所述红外接收组的偏光层与红外发光组的 偏光层相同。
43.本发明第二方面提供了一种上述基于液晶功能膜的姿态识别装 置的应用，包括该姿态识别装置在人机交互的姿态识别中的应用。
44.作为一种优选的方案，包括该姿态识别装置在显示器的人机交互 中的应用。
45.作为一种优选的方案，包括该姿态识别装置在ar装置的人机交 互中的应用。
46.本技术中提供的一种基于液晶功能膜的姿态识别系统具有优异 的信息反馈效果，不仅局限于位置信息。本技术人认为：以说明书附 图1为例，编码层中背景和图形b3的水平相位延迟均为红外发光器 的中心输出波长的1/4，光轴方向分别为0
°
和45
°
；因编码层和反射 层在可见光下透明，无论是否在红外光照射下，编码信息都不会被裸 眼识别，亦不会干扰位于编码层及反射层后方的信息的观察。来自红 外发光组发出的角度为θ的线偏振光经过编码层并经反射层反射再 次经过编码层后，其偏振角度转变为-θ和90
°‑
θ。反射光
继续通过红 外接收组的偏光层，产生对比，被红外接收器识别。当红外发光组旋 转角度时(θ改变)，红外接收器接收的图案对比度将发生变化，且 对比度是θ的函数，因此可以判断红外发光组的角度。当红外发光组 改变位置时，红外接收器接收的图案将发生变化，因此可以判断出红 外发光组的位置。
47.有益效果：
48.1、本发明申请中提供的一种姿态识别装置可以通过对红外光的 反射转化的偏振光的接收识别进行液晶功能膜的测试，有效地实现了 远距离下的定位编码的位置和旋转信息，实现了发光器的位置信息和 旋转信息的双层反馈，能够多维度的去判断发光器的整体状态，从而 进行有效的姿态识别。
49.2、本发明申请中提供的一种姿态识别装置可以大幅减少各层的 使用厚度，整体的编码层组可以做到较薄的厚度能够有效地应用于柔 性面板当中，进一步地扩展了姿态识别装置的适用条件；另一方面， 编码层组的高透明度可以不影响被贴物的外观，不会影响被贴物的正 常使用。
50.3、本发明申请中提供的一种姿态识别装置，其编码层组中的反 射层和编码层不发生对可见光的吸收或者反射，因此能够具有优异的 可见光透过率，不损失被加载显示器或画面的整体可见亮度。
51.4、本发明申请中提供的一种姿态识别装置，其接收器独立于发 光器，才可以记录旋转信心，否则跟着发光器一起转就识别不到。并 且接收器可以设置多个，放在不同位置，从而增强识别准确性。
附图说明
52.图1为本技术姿态识别装置的工作原理示意图。
53.图2为本技术姿态识别装置的工作结构示意图。
54.图3为本技术实施例3所述应用结构示意图。
55.图中：1-红外发光器、2-红外光、3-偏光层、4-编码层、5-反射 层、6-偏振光、7-红外接收器、8-显示模块、9-静态画面屏幕。
具体实施方式
56.实施例1
57.实施例1第一方面提供了一种基于液晶功能膜的姿态识别装置， 结构包括编码层组，红外发光组和一个红外接收组；编码层组包括反 射层和具有两个不同光学各向异性区域的编码层；红外发光组包括红 外发光器和偏光层；红外接收组包括红外接收器和偏光层。
58.其中，编码层为两个具有相同的水平相位延迟，不同光轴角度的 区域组成，其水平相位延迟数值为红外发光器的中心输出波长 (940nm)的1/4，即235nm；其光轴夹角呈45
°
。编码层中的两个 区域构成了可分辨的图形，且图形均匀分布；可分辨的图形具有一一 对应的位置关系；图形为阿拉伯数字和字母，编码层的厚度为2微米。
59.编码层为上海先幻高科新材料有限公司出售的编码层产品。
60.反射层为左旋手性剂和可聚合液晶组成的左旋胆甾液晶反射层 和右旋手性剂和
可聚合液晶组成的右旋胆甾液晶反射层的叠加。
61.反射层为红外光单一光反射层，反射层的反射效率为90％；反射 层的左旋胆甾液晶反射层和右旋胆甾液晶反射层的厚度均为3微米。
62.反射层为上海先幻高科新材料有限公司出售的胆甾液晶反射层 产品。
63.以红外光的投射方向为固定方向，编码层组中结构顺序为编码层 和反射层。
64.红外发光器为可变换位置和可旋转角度的可穿戴红外发光设备。
65.可穿戴红外发光设备包括有具有红外范围内带隙的半导体材料 制备的红外发光二极管；半导体材料为砷化镓；红外光二极管的光发 射角度为22
°
；红外发光二极管的波长为940nm；发光功率为60mw。
66.所述红外发光组偏光层为拉伸法全光谱吸收型0
°
线偏光片，为 日本住友公司出售的0
°
拉伸型偏光片产品，厚度为30微米。
67.红外接收器红外ccd相机接收器；所述红外ccd相机接收器包 括有砷化铟镓探测器；所述红外ccd相机接收器还包括有过滤 940nm波长红外光以外的光过滤器。
68.所述红外接收组偏光层为拉伸法全光谱吸收型0
°
线偏光片，为 日本住友公司出售的0
°
拉伸型偏光片产品，厚度为30微米。
69.在本实施例中，红外发光组偏光层初使偏光角度为0
°
，编码层 为由0
°
和45
°
的两个不同光轴区域组成的图形，其中字母和数字组 合形成的图文为光轴方向为0
°
的各向异性区域，背景为光轴方向为 45
°
的各向异性区域。下表为红外发光组在不同的转动角度下红外接 收组识别到的图像的对比度和模拟效果(以b3区域被识别到为例)。
70.[0071][0072][0073]
实施例2
[0074]
在实施例1的基础上，增加编码层各向异性区域的数量为4个， 且4个各向异性区域的光轴角度分别设置为0
°
，45
°
，90
°
和135
°
。 下表为红外发光组在不同的转动角度下红外接收组识别到的图像的 对比度和模拟效果(以b3区域被识别到为例)。在这样的设置下， 每一个位置包含两组对比度信息和两组图文信息，更加有利于精确的 判断红外发射组的指向位置和旋转角度。
[0075][0076][0077]
实施例3
[0078]
本实施例提供一种本技术姿态识别装置的应用，将实施例1编码 层组置于静态画面上，将红外发光组和红外接收组置于ar眼镜上。 于是收发器可以获得人的兴趣指向位置，并通知显示模块根据指向位 置调动预存画面，投影在人眼前，实现增强现实。该应用可在广告、 名画欣赏、探索场景下应用，如说明书附图3所示。
[0079]
通过实施例1～3和图1～2可以得知，本发明提供的一种基于液晶 功能膜的姿态
识别装置及其应用，姿态识别装置具有良好的人机交互 姿态识别效果，并且有效增加了识别距离，减少了对于本体画面的干 扰效果，适宜在人机交互领域推广，具有广阔的发展前景。