CN105116547A - 一种头戴式显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种头戴式显示装置包括：光源，用于产生入射光线；位于入射光线的光路上的第一波导结构，用于接收入射光线，使其沿第一方向传输，形成第一透射光线射出；位于第一透射光线的光路上的第一微机电系统，第一微机电系统沿第一方向不断震动，用于反射第一透射光线，完成第一方向图像信息的扫描。本发明实施例所提供的头戴式显示装置，在各帧显示画面显示过程中，光源提供的光线强度只需满足第一微机电系统所在位置对应的垂直于第一方向上的各像素点的亮度需求即可，而无需覆盖整个显示屏，从而使得所述光源及其对应的光学准直结构的体积较小，从而减小了所述头戴式显示装置的体积。

Description

一种头戴式显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种头戴式显示装置。

背景技术

随刻着科学技术的不断发展，各种头戴式显示装置越来越广泛的应用到人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利。目前头戴式显示装置，在增强现实显示时，其显示图像采用场显示方式，其光源发出的光线需要覆盖整个显示屏，从而导致所述头戴式显示装置中光源及其对应的光线准直结构的体积较大，造成所述头戴式显示装置的体积较大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种头戴式显示装置，以减小所述头戴式显示装置的体积。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种头戴式显示装置，包括：

光源，所述光源用于产生入射光线；

位于所述入射光线的光路上的第一波导结构，所述第一波导结构用于接收所述入射光线，使其沿第一方向传输，形成第一透射光线射出；

位于所述第一透射光线的光路上的第一微机电系统，所述第一微机电系统沿第一方向不断震动，用于反射所述第一透射光线，完成第一方向图像信息的扫描；

其中，所述第一波导结构还用于接收所述第一微机电系统的反射光线，形成第二透射光线射出。

优选的，所述第一波导结构包括：第一光波导和位于所述第一光波导背离所述第一微机电系统一侧表面的第一光栅；

其中，所述第一光波导用于接收并传输所述第一微机电系统的反射光线，，所述第一光栅用于耦合输出所述第一光波导中传输的光线，形成第二透射光线射出。

优选的，所述第一微机电系统的反射光线与所述第一波导结构法线之间的入射角大于所述第一波导结构的全反射角。

优选的，所述光源包括一个或多个半导体激光二极管。

优选的，所述显示装置包括M*N个像素点，所述光源包括：

沿第二方向排布的N组半导体激光二极管，每组半导体激光二极管包括红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述头戴式显示装置还包括：

位于所述N组半导体激光二极管与所述第一光波导结构之间的凸透镜，用于对所述半导体激光二极管发射的光线进行扩散。

优选的，还包括：

位于所述第二透射光线光路上的第二波导结构，所述第二波导结构用于接收所述第二透射光线，使其沿第二方向传输，形成第三透射光线射出，所述第二方向与所述第一方向垂直；

位于所述第三透射光线光路上的第二微机电系统，所述第二微机电系统沿第二方向不断震动，用于反射所述第三透射光线，完成第二方向图像信息的扫描；

其中，所述第二波导结构还用于接收所述第二微机电系统的反射光线，形成第四透射光线射出。

优选的，所述光源包括：红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管。

优选的，所述第二微机电系统的反射光线与所述第二波导结构法线之间的入射角大于所述第二波导结构的全反射角。

优选的，所述第二波导结构包括：

第二光波导和位于所述第二光波导背离所述第二微机电系统一侧表面的第二光栅；

其中，所述第二光波导用于接收并传输所述第二微机电系统的反射光线，所述第二光栅用于耦合输出所述第二光波导中传输的光线，形成第四透射光线射出。

优选的，所述显示装置还包括：

控制器，所述控制器内预先存储有所述显示装置各个像素点的位置及其所需要的亮度值，用于基于存储的各个像素点的位置及其所需要的亮度值，控制所述第一微机电系统和第二微机电系统的位置及对应的所述光源内各半导体激光二极管的照明亮度。

优选的，所述显示装置还包括：

控制器，所述控制器内预先存储有所述显示装置各个像素点的位置及其所需要的亮度值，用于基于检测到的所述第一微机电系统和第二微机电系统的位置，调节所述光源内各半导体激光二极管的照明亮度。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案，包括：光源，所述光源用于产生入射光线；位于所述入射光线的光路上的第一波导结构，所述第一波导结构用于接收所述入射光线，使其沿第一方向传输，形成第一透射光线射出；位于所述第一透射光线的光路上的第一微机电系统，所述第一微机电系统沿第一方向不断震动，用于反射所述第一透射光线，完成第一方向图像信息的扫描。由此可见，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，其显示图像采用行显示方式，在各帧显示画面显示过程中，所述光源提供的光线强度只需满足所述第一微机电系统所在位置对应的垂直于第一方向上的各像素点的亮度需求即可，而无需覆盖整个显示屏，从而使得所述光源及其对应的光学准直结构的体积较小，从而减小了所述头戴式显示装置的体积。

而且，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，利用微机电系统实现图像信息的扫描，而无需额外的控制光线透过率的图像源结构，从而进一步减小了所述头戴式显示装置的体积。

附图说明

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图；

图4为本发明另一个实施例所提供的头戴式显示装置的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中头戴式显示装置显示图像采用场显示方式，功耗较大。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种头戴式显示装置，包括：

光源，所述光源用于产生入射光线；

位于所述入射光线的光路上的第一波导结构，所述第一波导结构用于接收所述入射光线，使其沿第一方向传输，形成第一透射光线射出；

位于所述第一透射光线的光路上的第一微机电系统，所述第一微机电系统沿第一方向不断震动，用于反射所述第一透射光线，完成第一方向图像信息的扫描；

其中，所述第一波导结构还用于接收所述第一微机电系统的反射光线，形成第二透射光线射出。

本发明实施例所提供的头戴式显示装置，其显示图像采用行显示方式，在各帧显示画面显示过程中，所述光源提供的光线强度只需满足所述第一微机电系统所在位置对应的垂直于第一方向上的各像素点的亮度需求即可，而无需覆盖整个显示屏，从而使得所述光源及其对应的光学准直结构的体积较小，从而减小了所述头戴式显示装置的体积。

而且，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，利用微机电系统实现图像信息的扫描，而无需额外的控制光线透过率的图像源结构，从而进一步减小了所述头戴式显示装置的体积。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明实施例提供了一种头戴式显示装置，如图1所示，该显示装置包括：

光源10，所述光源10用于产生入射光线；

位于所述入射光线的光路上的第一波导结构20，所述第一波导结构20用于接收所述入射光线，使其沿第一方向传输，形成第一透射光线射出；

位于所述第一透射光线的光路上的第一微机电系统30，所述第一微机电系统30沿第一方向不断震动，用于反射所述第一透射光线，完成第一方向图像信息的扫描；

其中，所述第一波导结构20还用于接收所述第一微机电系统30的反射光线，形成第二透射光线射出。

在本发明实施例中，所述头戴式显示装置利用所述第一微机电系统30在第一方向上不断震动，完成所述垂直于所述第一方向上各行像素点的扫描，从而使得在所述头戴式显示装置工作过程中，所述光源10提供的光线强度只需满足所述第一微机电系统30所在位置对应的垂直于第一方向上的各像素点的亮度需求即可，而无需覆盖整个显示屏，从而使得所述光源10及其对应的光学准直结构的体积较小，从而减小了所述头戴式显示装置的体积。

而且，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，利用微机电系统实现图像信息的扫描，而无需额外的控制光线透过率的图像源结构，从而进一步减小了所述头戴式显示装置的体积。

此外，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，还可以根据垂直于所述第一方向上各行像素点的亮度需求发射与其匹配强度的光线，从而利用逐行扫描的方式代替场显示，降低所述头戴式显示装置的功耗。

优选的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述光源10采用半导体激光二极管，以提高所述头戴式显示装置显示图像的对比度，并在同一功率下，提高所述头戴式显示装置显示图像的亮度。而且，由于所述半导体激光二极管发射的光线为平行光，故当所述光源10采用半导体激光二极管时，所述头戴式显示装置利用所述半导体激光二极管配合所述第一微机电系统30实现垂直于所述第一方向上的逐行扫描，直接得到所述头戴式显示装置中图像信息各行的平行光，而无需再增加准直透镜结构，进一步缩小了所述头戴式显示装置的体积和质量，有利于所述头戴式显示装置便携式发展。但本发明对此并不做限定，在本发明的其他实施例中，所述光源10还可以采用其他可以产生平行光的光源结构，或产生非平行光的光源结构，具体视情况而定。需要说明的是，当所述光源10产生的光线为非平行光时，所述头戴式显示装置还包括光学准直结构，用于将所述光源发射的非平行光转换成平行光。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述第一波导结构20包括：第一光波导21和位于所述第一光波导21背离所述第一微机电系统30一侧表面的第一光栅22；其中，所述第一光波导21用于接收并传输所述第一微机电系统30的反射光线，，所述第一光栅22用于耦合输出所述第一光波导21中传输的光线，形成第二透射光线射出，使其射入人眼，完成图像的显示。

需要说明的是，在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，为了减少所述光源10发出的光线在所述第一波导结构20里传输过程中的损失，所述第一微机电系统30的反射光线与所述第一波导结构20法线之间的入射角大于所述第一光波导21结构的全反射角。具体的，当所述第一波导结构20包括：第一光波导21和第一光栅22时，所述第一微机电系统30的反射光线与所述第一波导结构20法线之间的入射角大于所述第一光波导21结构的全反射角为：所述第一微机电系统30与所述第一光波导21法线之间的入射角大于所述第一光波导21的全反射角，也即所述第一微机电系统30与所述第一光波导21表面之间的入射角小于所述第一光波导21的全反射角。

还需要说明的是，在本发明实施例中，当所述光源10采用半导体激光二极管时，所述光源10还可以包括一个半导体激光二极管，也可以包括多个半导体激光二极管，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述显示装置包括M*N个像素点，优选的，N大于1，所述光源10包括：沿第二方向排布的N组半导体激光二极管，在本实施例的一个优选实施例中，每组半导体激光二极管包括：红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直。相应的，所述头戴式显示装置还包括：位于所述N组半导体激光二极管与所述第一光波导21结构之间的凸透镜(图中未示出)，用于对所述半导体激光二极管发射的光线进行扩散，以使得所述光源10发射的光线可以覆盖所述第一微机电系统30所在位置处的第二方向上所有的像素点。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，每组半导体激光二极管可以只包括一种的半导体激光二极管，也可以包括：红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管、和蓝色半导体激光二极管和白色半导体激光二极管四种半导体激光二极管，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，所述头戴式显示装置还包括：

位于所述第二透射光线光路上的第二波导结构40，所述第二波导结构40用于接收所述第二透射光线，使其沿第二方向传输，形成第三透射光线，所述第二方向与所述第一方向垂直；

位于所述第三透射光线光路上的第二微机电系统50，所述第二微机电系统50沿第二方向不断震动，用于反射所述第三透射光线，完成第二方向图像信息的扫描；

其中，所述第二波导结构40还用于接收所述第二微机电系统50的反射光线，形成第四透射光线射出。

在本发明实施例中，所述头戴式显示装置先利用所述第一波导结构20和所述第一微机电系统30完成所述第一方向的图像信息的扫描，再利用所述第二波导结构40和所述第二微机电系统50完成所述第二方向的图像信息的扫描，从而使得本发明实施例所提供的头戴式显示装置可以利用所述第一微机电系统30和第二微机电系统50实现逐角扫描，进而使得所述光源10可以根据各像素点的亮度求发射与其匹配强度的光线，进一步降低所述头戴式显示装置的功耗。

而且，本发明实施例中，所述头戴式显示装置还可以利用所述第一微机电系统30和第二微机电系统50实现逐角扫描，直接得到所述头戴式显示装置中图像信息各角度的平行光，从而使得所述光源10提供的光线只需覆盖一个像素点即可，从而进一步缩小了所述光源10及其对应的准直结构的体积，最终减小了所述头戴式显示装置的体积。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述光源10包括：红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管，即在本发明实施例中，所述光源10只包括一组半导体激光二极管，该组半导体激光二极管包括红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管，从而减少所述光源10中半导体激光二极管的数量，进一步降低所述头戴式显示装置的功耗。

还需要说明的是，在本发明的其他实施例中，该组半导体激光二极管还可以只包括一种的半导体激光二极管，也可以包括：红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管、和蓝色半导体激光二极管和白色半导体激光二极管四种半导体激光二极管，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，为了减少所述光源10发出的光线在所述第二波导结构40里传输过程中的损失，所述第二微机电系统50的反射光线与所述第二波导结构法线之间的入射角大于所述第二波导结构40的全反射角。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图4所示，所述第二波导结构40包括：第二光波导41和位于所述第二光波导41背离所述第二微机电系统50一侧表面的第二光栅42；其中，所述第二光波导41用于接收并传输所述第二微机电系统50的反射光线，所述第二光栅42用于耦合输出所述第二光波导41中传输的光线，形成第四透射光线射出。在本发明实施例中，所述第二微机电系统50的反射光线与所述第二波导结构40法线之间的入射角大于所述第二波导结构40的全反射角为：所述第二微机电系统50与所述第二光波导41的法线之间的入射角大于所述第二光波导41的全反射角，也即所述第二微机电系统50的反射光线与所述第二光波导41表面之间的夹角小于所述第二光波导41的全反射角。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述头戴式显示装置还包括：控制器(图中未示出)，所述控制器内预先存储有所述显示装置各个像素点的位置及其所需要的亮度值，用于基于存储的各个像素点的位置及其所需要的亮度值，控制所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置及对应的所述光源10内各半导体激光二极管的照明亮度。在本发明实施例中，所述控制器用于控制所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，并同时控制所述光源10内各半导体激光二极管的照明亮度，使其与所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置相对应。

在本发明的另一个实施例中，所述显示装置还包括控制器，所述控制器内预先存储有所述显示装置各个像素点的位置及其所需要的亮度值，用于基于检测到的所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，调节所述光源10内各半导体激光二极管的照明亮度。在本发明实施例中，所述第一微机电系统30和第二微机电系统50的震动不受所述控制器控制，所述控制器只用于基于检测到的所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，调节所述光源10内各半导体激光二极管的照明亮度。

需要说明的是，在上述实施例中，在本发明的一个实施例中，所述控制器还用于检测所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，再基于检测到的所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，调节所述光源10内各半导体激光二极管的照明亮度。在本发明的另一个实施例中，所述头戴式显示装置还包括检测器，所述检测器用于检测所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，所述控制器用于基于所述检测器检测到的所述第一微机电系统30和所述第二微机电系统50的位置，调节所述光源10内各半导体激光二极管的照明亮度。本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

综上所述，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，其显示图像采用行显示方式或点显示方式，先利用所述第一波导结构20和所述第一微机电系统30完成所述第一方向的图像信息的扫描，和/或再利用所述第二波导结构40和所述第二微机电系统50完成所述第二方向的图像信息的扫描，从而使得本发明实施例所提供的头戴式显示装置可以利用所述第一微机电系统30和第二微机电系统50实现逐行扫描或逐角扫描，进而使得所述光源10发射的光线只需覆盖一行像素，甚至一个像素点即可，而无需覆盖整个显示屏，从而使得所述光源及其对应的光学准直结构的体积较小，从而减小了所述头戴式显示装置的体积。

而且，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，利用微机电系统实现图像信息的扫描，而无需额外的控制光线透过率的图像源结构，从而进一步减小了所述头戴式显示装置的体积。

此外，本发明实施例所提供的头戴式显示装置，利用所述第一微机电系统30和第二微机电系统50实现逐行扫描或逐角扫描，从而可以根据各像素点的亮度求发射与其匹配强度的光线，而不是始终保持固定功率，降低了所述头戴式显示装置的功耗。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种头戴式显示装置，其特征在于，包括：

光源，所述光源用于产生入射光线；

位于所述入射光线的光路上的第一波导结构，所述第一波导结构用于接收所述入射光线，使其沿第一方向传输，形成第一透射光线射出；

位于所述第一透射光线的光路上的第一微机电系统，所述第一微机电系统沿第一方向不断震动，用于反射所述第一透射光线，完成第一方向图像信息的扫描；

其中，所述第一波导结构还用于接收所述第一微机电系统的反射光线，形成第二透射光线射出。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一波导结构包括：第一光波导和位于所述第一光波导背离所述第一微机电系统一侧表面的第一光栅；

其中，所述第一光波导用于接收并传输所述第一微机电系统的反射光线，，所述第一光栅用于耦合输出所述第一光波导中传输的光线，形成第二透射光线射出。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一微机电系统的反射光线与所述第一波导结构法线之间的入射角大于所述第一波导结构的全反射角。

4.根据权利要求1-3任一项所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光源包括一个或多个半导体激光二极管。

5.根据权利要求4所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述显示装置包括M*N个像素点，所述光源包括：

沿第二方向排布的N组半导体激光二极管，每组半导体激光二极管包括红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述头戴式显示装置还包括：

位于所述N组半导体激光二极管与所述第一光波导结构之间的凸透镜，用于对所述半导体激光二极管发射的光线进行扩散。

6.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，还包括：

位于所述第二透射光线光路上的第二波导结构，所述第二波导结构用于接收所述第二透射光线，使其沿第二方向传输，形成第三透射光线射出，所述第二方向与所述第一方向垂直；

位于所述第三透射光线光路上的第二微机电系统，所述第二微机电系统沿第二方向不断震动，用于反射所述第三透射光线，完成第二方向图像信息的扫描；

其中，所述第二波导结构还用于接收所述第二微机电系统的反射光线，形成第四透射光线射出。

7.根据权利要求6所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光源包括：红色半导体激光二极管、绿色半导体激光二极管和蓝色半导体激光二极管。

8.根据权利要求6所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述第二微机电系统的反射光线与所述第二波导结构法线之间的入射角大于所述第二波导结构的全反射角。

9.根据权利要求6所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述第二波导结构包括：

第二光波导和位于所述第二光波导背离所述第二微机电系统一侧表面的第二光栅；

其中，所述第二光波导用于接收并传输所述第二微机电系统的反射光线，所述第二光栅用于耦合输出所述第二光波导中传输的光线，形成第四透射光线射出。

10.根据权利要求6所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

控制器，所述控制器内预先存储有所述显示装置各个像素点的位置及其所需要的亮度值，用于基于存储的各个像素点的位置及其所需要的亮度值，控制所述第一微机电系统和第二微机电系统的位置及对应的所述光源内各半导体激光二极管的照明亮度。

11.根据权利要求6所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

控制器，所述控制器内预先存储有所述显示装置各个像素点的位置及其所需要的亮度值，用于基于检测到的所述第一微机电系统和第二微机电系统的位置，调节所述光源内各半导体激光二极管的照明亮度。