CN113759553A - 一种全息波导显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全息波导显示装置，包括壳体和设于所述壳体内的光学显示元件，所述光学显示元件包括用于发射虚拟图像的光机模组和可以与所述光机模组配合用于显示图像的光波导，所述光波导贯穿所述壳体设置，所述壳体内设有可以与所述光波导配合用于控制所述光波导一侧光照强度的遮光装置，所述壳体内设有与所述光学显示元件、所述遮光装置控制连接的控制主板和与所述控制主板电性连接的电池，所述的遮光装置包括滤光膜和可以与所述滤光膜配合的第一收卷轴、第二收卷机构，本发明能够与任意眼镜结合，无需特制的智能眼镜，遮光装置可以为光波导远离人眼的一侧遮光，防强光，使得光波导图像更清晰。

Description

一种全息波导显示装置

【技术领域】

本发明涉及波导显示的技术领域，特别是全息波导显示装置的技术领域。

【背景技术】

用于增强现实和虚拟现实的光学波导显示技术近年来成为显示领域中的重点研究方向，广泛应于抬头显示市场领域，如汽车上的抬头显示和飞机上的抬头显示、光波导智能眼镜等。光学波导显示是一项涵盖和涉及多学科的高技术含量的综合系统工程，光电技术更是占有举足轻重的地位，包括：图像源和光学系统设计技术、跟踪技术、快速断开连接技术等。其中光学系统的设计是光学波导显示技术的关键，其要求显示效率高、功耗少、显示清晰、连续、稳定，并且能够在保证分辨率的前提下产生足够大的视场。

随着虚拟现实和增强现实技术逐渐被人们认识和接受，AR眼镜得到了快速发展，如微软的Hololens和Magic Leap公司的Magic Leap One。增强现实技术中的近眼显示可以将虚拟图像叠加到现实景物中，同时兼具透视特性，不影响对现实景物的正常观察。利用传统光学元件将虚拟图像耦合进入人眼的方式已经被采用，包括棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、光栅波导等。光栅波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。

其中专利号为CN211857059U的中国实用新型专利公开了一种近眼显示设备，该实用新型中的近眼显示设备中包含互为一体成型的眼镜横梁及镜腿，一字型封装壳罩在所述眼镜横梁顶面，与所述眼镜横梁顶面形成封闭的容置空间，用于容置光学模组，波导镜片，设置于所述眼镜横梁的下方，对应于使用者的左右眼，所述光学模组输出的光束入射至所述波导镜片，两条光纤传输线，分别沿所述镜腿连接至所述一字型封装壳中的光学模组。光学模组可设置于眼镜横梁顶面，通过一字型封装壳实现对光学模组的封装，这样一来，可以将用于显示成像的光学元件前置，且无需多余的容置结构，便可有效减少近眼显示设备的体积、重量。但这种结构的近眼显示设备图像直接显示在波导镜片上，波导镜片上没有用于遮挡外界光线的结构，外界光线对波导镜片上显示图像的清晰度影响较大，外界光线较强时，可能无法清楚观察波导镜片图像，且强光下观察波导镜片易对眼睛造成一定伤害。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种全息波导显示装置，能够与任意眼镜结合，无需特制的智能眼镜，遮光装置可以为光波导远离人眼的一侧遮光，防强光，使得光波导图像更清晰。

为实现上述目的，本发明提出了一种全息波导显示装置，包括壳体和设于所述壳体内的光学显示元件，所述光学显示元件包括用于发射虚拟图像的光机模组和可以与所述光机模组配合用于显示图像的光波导，所述光波导贯穿所述壳体设置，所述壳体内设有可以与所述光波导配合用于控制所述光波导一侧光照强度的遮光装置，所述壳体内设有与所述光学显示元件、所述遮光装置控制连接的控制主板和与所述控制主板电性连接的电池，所述的遮光装置包括滤光膜和可以与所述滤光膜配合的第一收卷轴、第二收卷机构，所述滤光膜两端分别绕卷于所述第一收卷轴和所述第二收卷机构上，所述第一收卷轴设于所述壳体内靠近所述光机模组的一侧，所述壳体上设有可供所述滤光膜伸出的滤光膜出口槽，所述第二收卷机构可拆卸设有所述光波导上远离光机模组的一侧，所述滤光膜设于光波导旁远离人眼的一侧，所述的滤光膜出口槽两侧设有可以与所述滤光膜配合的放卷辊筒，所述壳体上设有若干用于与眼镜腿配合的壳体眼镜腿固定件。

作为优选，所述的壳体内设有可以与第一收卷轴配合的电动收卷机构。

作为优选，所述的电动收卷机构包括设于所述壳体内的收卷电机，所述第一收卷轴上设有收卷轴齿轮，所述收卷电机旋转轴与所述收卷轴齿轮之间通过若干传动齿轮传动连接。

作为优选，所述的滤光膜由所述第一收卷轴端至所述第二收卷机构端滤光度逐渐增加或逐渐减少。

作为优选，所述的第二收卷机构包括第二收卷机构壳体和可旋转设于所述第二收卷机构壳体内的第二收卷轴，所述滤光膜一端绕卷于所述第二收卷轴上，所述第二收卷轴一端设有可以驱动其旋转以将所述滤光膜收卷至所述第二收卷轴上的卷簧。

作为优选，所述的第二收卷机构壳体上设有可以与所述光波导端部可拆卸配合的收卷机构壳体固定槽。

作为优选，所述的壳体上靠近所述滤光膜出口槽处设有可以与所述收卷机构壳体固定槽配合的卡脚。

作为优选，所述的卡脚有两块，所述两块卡脚分别对称设于所述滤光膜出口槽上下两侧，所述两块卡脚之间设有可以与所述滤光膜配合的过渡辊筒。

作为优选，所述的壳体上靠近所述遮光装置处设有与所述控制主板电性连接以采集光照强度数据从而控制所述遮光装置自动调节的光照度传感器。

作为优选，还包括与所述壳体可拆卸连接的头箍，所述头箍一端设有可以与所述壳体卡接配合的头箍卡槽。

作为优选，所述的头箍上远离所述头箍卡槽的一端设有模块化部件安装槽，所述模块化部件安装槽内可拆卸设有模块化部件，所述模块化部件与所述模块化部件安装槽之间通过磁吸片磁吸固定。

作为优选，所述的头箍内设有可以与所述模块化部件配合的头箍数据线，所述头箍数据线两端分别从所述头箍卡槽处和所述模块化部件安装槽处伸出，所述壳体上设有与所述控制主板电性连接的数据端口，所述头箍数据线一端可以与所述数据端口可拆卸电性连接。

作为优选，所述的模块化部件为音响、骨传声耳机或生命体征监测传感器。

作为优选，还包括与所述壳体分体设置的扩容电源，所述扩容电源内设有扩容电池，所述扩容电源与所述壳体之间通过可拆卸设置的扩容电源线电性连接，所述扩容电源侧边设有若干用于与眼镜腿配合的扩容电源眼镜腿固定件。

作为优选，所述的壳体包括第一壳体和与所述第一壳体铰接连接的第二壳体，所述第二壳体可绕所述铰接点上下翻转，所述控制主板和所述电池设于所述第一壳体内，所述光学显示元件、所述遮光装置设于所述第二壳体内。

本发明一种全息波导显示装置的有益效果：本发明通过通过设置光学显示元件用于显示图像，壳体可以与眼镜组合，构成智能眼镜，本装置可以与任意眼镜结合，无需特制的智能眼镜，无需定制，使用更方便，成本更低，使用范围更广。设置遮光装置可以为光波导远离人眼的一侧遮光，防强光，使得光波导显示图像更清晰，便于人眼观察光波导上显示图像，减小外界光线影响，且可以增强隐私性，滤光膜设置多个不同滤光度的区域，能够满足各种不用滤光度需求，通过调整滤光膜收卷位置即可调整滤光度，使用更方便。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明一种全息波导显示装置的俯视结构示意图。

图2是本发明一种全息波导显示装置的俯视剖面结构示意图。

图3是本发明一种全息波导显示装置与眼镜配合时主视结构示意图。

图4是本发明一种全息波导显示装置与眼镜配合时俯视结构示意图。

图5是本发明一种全息波导显示装置的头箍主视结构示意图。

图中：1-壳体、2-光学显示元件、3-遮光装置、4-光照度传感器、5-控制主板、6-电池、7-头箍、8-扩容电源、11-滤光膜出口槽、12-卡脚、13-过渡辊筒、14-放卷辊筒、15-数据端口、16-壳体眼镜腿抱紧弹片、17-第一壳体、18- 第二壳体、21-光机模组、22-光波导、31-滤光膜、32-第一收卷轴、33-第二收卷机构、34-电动收卷机构、321-收卷轴齿轮、331-第二收卷机构壳体、332-第二收卷轴、333-卷簧、341-收卷电机、3311-收卷机构壳体固定槽、71-头箍卡槽、72-模块化部件安装槽、73-模块化部件、74-磁吸片、75-头箍数据线、81- 扩容电源线、82-扩容电源眼镜腿抱紧弹片

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

参阅图1、图2和图3，本发明一种全息波导显示装置，包括壳体1和设于壳体1内的光学显示元件2。光学显示元件2包括用于发射虚拟图像的光机模组 21和可以与光机模组21配合用于显示图像的光波导22。光波导22贯穿壳体1 设置。壳体1内设有可以与光波导22配合用于控制光波导22一侧光照强度的遮光装置3。壳体1内设有与光学显示元件2、遮光装置3控制连接的控制主板 5和与控制主板5电性连接的电池6。遮光装置3包括滤光膜31和可以与滤光膜31配合的第一收卷轴32、第二收卷机构33。滤光膜31两端分别绕卷于第一收卷轴32和第二收卷机构33上。第一收卷轴32设于壳体1内靠近光机模组21 的一侧。壳体1上设有可供滤光膜31伸出的滤光膜出口槽11。第二收卷机构 33可拆卸设有光波导22上远离光机模组21的一侧。滤光膜31设于光波导22 旁远离人眼的一侧。滤光膜出口槽11两侧设有可以与滤光膜31配合的放卷辊筒14。壳体1上设有若干用于与眼镜腿配合的壳体眼镜腿固定件16。通过设置滤光膜31滤去光波导22一侧部分光线，降低亮度，从而使得光波导22显示图像更清晰，通过设置第一收卷轴32、第二收卷机构33固定滤光膜31，且第二收卷机构33与光波导22可拆卸连接，可以根据需求自由选择是否将第二收卷机构33与光波导22连接，滤光膜31不使用时可以收卷回第一收卷轴32和第二收卷机构33内，并将第二收卷机构33与光波导22之间拆解，依靠第二收卷机构33和第一收卷轴32的收卷力将第二收卷机构33固定在滤光膜出口槽11 处，使用更方便，能够根据需求选择调整滤光度。本实施例中通过设置光学显示元件2用于显示图像，壳体1可以与眼镜组合，构成智能眼镜，本装置可以与任意眼镜结合，无需特制的智能眼镜，无需定制，使用更方便，成本更低，使用范围更广。设置遮光装置3可以为光波导22远离人眼的一侧遮光，防强光，使得光波导22显示图像更清晰，便于人眼观察光波导22上显示图像，减小外界光线影响，且可以增强隐私性，放卷辊筒14用于放卷滤光膜31，避免滤光膜 31拖动过程中刮伤。壳体1上设有若干用于与眼镜腿配合的壳体眼镜腿固定件 16可以与普通眼镜的眼镜腿配合，从而将普通眼镜改造成智能眼镜，本装置可以与任意眼镜结合，无需特制的智能眼镜，无需定制，使用更方便，成本更低，使用范围更广。

参阅图2和图3，壳体1内设有可以与第一收卷轴32配合的电动收卷机构 34。设置电动收卷机构34用驱动第一收卷轴32自动收卷调节滤光膜31，滤光膜31不同部位遮光度不相同，通过电动收卷机构34调整滤光膜31收卷位置，从而可以调整滤光膜31的遮光度，实现电控调整，满足各种不同光照度需求。

参阅图2和图3，电动收卷机构34包括设于壳体1内的收卷电机341。第一收卷轴32上设有收卷轴齿轮321。收卷电机341旋转轴与收卷轴齿轮321之间通过若干传动齿轮342传动连接。通过收卷电机341驱动第一收卷轴32旋转从而收卷滤光膜31，收卷更方便，滤光膜31调整更自由便捷。

参阅图1，滤光膜31由第一收卷轴32端至第二收卷机构33端滤光度逐渐增加或逐渐减少。通过将滤光膜31设置多个不同滤光度的区域，能够满足各种不用滤光度需求，通过调整滤光膜31收卷位置即可调整滤光度，使用更方便。

参阅图2和图3，第二收卷机构33包括第二收卷机构壳体331和可旋转设于第二收卷机构壳体331内的第二收卷轴332。滤光膜31一端绕卷于第二收卷轴332上。第二收卷轴332一端设有可以驱动其旋转以将滤光膜31收卷至第二收卷轴332上的卷簧333。通过设置卷簧333驱动第二收卷轴332自动收卷，可以与第一收卷轴32配合实现滤光膜31的自动收卷和张紧。

参阅图2和图3，第二收卷机构壳体331上设有可以与光波导22端部可拆卸配合的收卷机构壳体固定槽3311。设置收卷机构壳体固定槽3311可以与光波导22端部卡接配合，方便第二收卷机构壳体331的固定和拆卸，第二收卷机构壳体331与光波导22端部连接即可将滤光膜31撑开。

参阅图2和图3，壳体1上靠近滤光膜出口槽11处设有可以与收卷机构壳体固定槽3311配合的卡脚12。设置卡脚12与收卷机构壳体固定槽3311配合，无需遮光时，可以将第二收卷机构33与光波导22端部拆解，第二收卷机构33 固定在卡脚12上，使第二收卷机构33固定更稳定，保护第二收卷机构33和滤光膜31。

参阅图2和图3，卡脚12有两块。两块卡脚12分别对称设于滤光膜出口槽 11上下两侧。两块卡脚12之间设有可以与滤光膜31配合的过渡辊筒13。过渡辊筒13用于放卷滤光膜31，避免滤光膜31拖动过程中刮伤。

参阅图2和图3，壳体1上靠近遮光装置3处设有与控制主板5电性连接以采集光照强度数据从而控制遮光装置3自动调节的光照度传感器4。设置光照度传感器4可以采集光照强度数据并发送给控制主板5，控制主板5接收信息并分析从而自动控制电动收卷机构34调整合适滤光度的滤光膜遮挡光波导22。

参阅图2和图3，还包括与壳体1可拆卸连接的头箍7。头箍7一端设有可以与壳体1卡接配合的头箍卡槽71。设置头箍7可以与人体头部上侧配合抱紧头部，从而提高本装置固定稳固性，设置头箍卡槽71与壳体1配合，方便头箍 7的安装拆卸，模块化设计，可以自由选择是否佩戴头箍7。

参阅图4和图5，头箍7上远离头箍卡槽71的一端设有模块化部件安装槽 72。模块化部件安装槽72内可拆卸设有模块化部件73。模块化部件73与模块化部件安装槽72之间通过磁吸片74磁吸固定。设置模块化部件安装槽72并将内部可拆卸设置模块化部件73，能够将模块化部件安装槽72内设置各种不同的模块化部件73从而实现各种不同功能，模块化部件73通过磁吸片74磁吸固定，安装拆卸更方便，使用更便捷。

参阅图4和图5，模块化部件73为骨传声耳机。通过骨传声耳机传声，便于接收音频。

参阅图4和图5，还包括与壳体1分体设置的扩容电源8。扩容电源7内设有扩容电池。扩容电源8与壳体1之间通过可拆卸设置的扩容电源线81电性连接。扩容电源8侧边设有若干用于与眼镜腿配合的扩容电源眼镜腿固定件82。设置扩容电源8能够为本装置供电，提高续航性能，通过设置扩容电源眼镜腿固定件82可以与另一侧眼镜腿固定，平衡两侧眼镜腿重量，避免眼镜侧翻。

参阅图1、图2和图4，壳体1包括第一壳体17和与第一壳体17铰接连接的第二壳体18。第二壳体18可绕铰接点上下翻转。控制主板5和电池6设于第一壳体17内。光学显示元件2、遮光装置3设于第二壳体18内。通过将壳体1 设置为两段式，并将中间铰接连接，将眼镜腿抱紧弹片16设置在第一壳体17 上，翻转第二壳体18便可以调整光波导22位置和角度，满足各种位置需求，不使用时可以将第二壳体18翻转至最上端，避免光波导22影响视线。

本发明工作过程：

本发明一种全息波导显示装置在工作过程中，通过壳体眼镜腿固定件(16)可以与普通眼镜的眼镜腿配合，从而将普通眼镜改造成智能眼镜，光学显示元件2用于显示图像，设置遮光装置3可以为光波导22远离人眼的一侧遮光，防强光，使得光波导22显示图像更清晰，便于人眼观察光波导22上显示图像，减小外界光线影响，且可以增强隐私性，通过滤光膜31滤去光波导22一侧部分光线，降低亮度，从而使得光波导22显示图像更清晰，通过第一收卷轴32、第二收卷机构33固定滤光膜31，且第二收卷机构33与光波导22可拆卸连接，可以根据需求自由选择是否将第二收卷机构33与光波导22连接，滤光膜31不使用时可以收卷回第一收卷轴32和第二收卷机构33内，并将第二收卷机构33 与光波导22之间拆解，依靠第二收卷机构33和第一收卷轴32的收卷力将第二收卷机构33固定在滤光膜出口槽11处，滤光膜31不同部位遮光度不相同，通过电动收卷机构34调整滤光膜31收卷位置，从而可以调整滤光膜31的遮光度，实现电控调整，满足各种不同光照度需求。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全息波导显示装置，包括壳体(1)和设于所述壳体(1)内的光学显示元件(2)，其特征在于：所述光学显示元件(2)包括用于发射虚拟图像的光机模组(21)和可以与所述光机模组(21)配合用于显示图像的光波导(22)，所述光波导(22)贯穿所述壳体(1)设置，所述壳体(1)内设有可以与所述光波导(22)配合用于控制所述光波导(22)一侧光照强度的遮光装置(3)，所述壳体(1)内设有与所述光学显示元件(2)、所述遮光装置(3)控制连接的控制主板(5)和与所述控制主板(5)电性连接的电池(6)，所述的遮光装置(3)包括滤光膜(31)和可以与所述滤光膜(31)配合的第一收卷轴(32)、第二收卷机构(33)，所述滤光膜(31)两端分别绕卷于所述第一收卷轴(32)和所述第二收卷机构(33)上，所述第一收卷轴(32)设于所述壳体(1)内靠近所述光机模组(21)的一侧，所述壳体(1)上设有可供所述滤光膜(31)伸出的滤光膜出口槽(11)，所述第二收卷机构(33)可拆卸设有所述光波导(22)上远离光机模组(21)的一侧，所述滤光膜(31)设于光波导(22)旁远离人眼的一侧，所述的滤光膜出口槽(11)两侧设有可以与所述滤光膜(31)配合的放卷辊筒(14)，所述壳体(1)上设有若干用于与眼镜腿配合的壳体眼镜腿固定件(16)。

2.如权利要求1所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的壳体(1)内设有可以与第一收卷轴(32)配合的电动收卷机构(34)。

3.如权利要求2所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的电动收卷机构(34)包括设于所述壳体(1)内的收卷电机(341)，所述第一收卷轴(32)上设有收卷轴齿轮(321)，所述收卷电机(341)旋转轴与所述收卷轴齿轮(321)之间通过若干传动齿轮(342)传动连接。

4.如权利要求1所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的滤光膜(31)由所述第一收卷轴(32)端至所述第二收卷机构(33)端滤光度逐渐增加或逐渐减少。

5.如权利要求1所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的第二收卷机构(33)包括第二收卷机构壳体(331)和可旋转设于所述第二收卷机构壳体(331)内的第二收卷轴(332)，所述滤光膜(31)一端绕卷于所述第二收卷轴(332)上，所述第二收卷轴(332)一端设有可以驱动其旋转以将所述滤光膜(31)收卷至所述第二收卷轴(332)上的卷簧(333)。

6.如权利要求5所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的第二收卷机构壳体(331)上设有可以与所述光波导(22)端部可拆卸配合的收卷机构壳体固定槽(3311)。

7.如权利要求6所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的壳体(1)上靠近所述滤光膜出口槽(11)处设有可以与所述收卷机构壳体固定槽(3311)配合的卡脚(12)。

8.如权利要求7所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的卡脚(12)有两块，所述两块卡脚(12)分别对称设于所述滤光膜出口槽(11)上下两侧，所述两块卡脚(12)之间设有可以与所述滤光膜(31)配合的过渡辊筒(13)。

9.如权利要求1所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：所述的壳体(1)上靠近所述遮光装置(3)处设有与所述控制主板(5)电性连接以采集光照强度数据从而控制所述遮光装置(3)自动调节的光照度传感器(4)。

10.如权利要求1所述的一种全息波导显示装置，其特征在于：还包括与所述壳体(1)可拆卸连接的头箍(7)，所述头箍(7)一端设有可以与所述壳体(1)卡接配合的头箍卡槽(71)。

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