CN115963631A - 视网膜扫描近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种视网膜扫描近眼显示装置，包括支撑架、图像源组件和分光镜组件，图像源组件和分光镜组件均设置在支撑架上；图像源组件用于将图像光沿主光轴射出；分光镜组件包括两个分光单元，两个分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元，左目分光单元和右目分光单元沿主光轴间隔排列；各分光单元均包括半透半反镜，半透半反镜面向使用者的人眼，且朝向主光轴倾斜，以用于将图像光反射至人眼。本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置，能够满足双目条件下使用，产品集成度高，产品完整性体验好。

Description

视网膜扫描近眼显示装置

技术领域

本申请涉及虚拟现实显示技术领域，尤其涉及一种视网膜扫描近眼显示装置。

背景技术

近年来，虚拟现实显示技术在医疗、航空、游戏、仿真等领域得到广泛应用，而随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)扫描微镜制造工艺的提升以及半导体激光器应用的普及，视网膜扫描近眼显示技术得到长足发展，使用者通过视网膜扫描近眼显示装置可以观察到正前方由激光扫描机投影的景象，实现虚拟现实显示。

在现有的视网膜扫描近眼显示装置中，一般RGB三种单色半导体激光器的光束经过平面反射镜合束后，同轴传输到MEMS扫描微镜上扫描，扫描后的光束通过半透半反曲面镜进行反射，反射光线经过瞳孔后到达视网膜。

但是上述现有方案只适用于单目场景使用，双目条件下使用需要同时具备两套相同的系统，这样增加了双目使用过程中的复杂度，又降低了产品的集成度，缺乏产品的完整性体验。

发明内容

本申请提供了一种视网膜扫描近眼显示装置，能够满足双目条件下使用，产品集成度高，产品完整性体验好。

本申请提供了一种视网膜扫描近眼显示装置，包括支撑架、图像源组件和分光镜组件，图像源组件和分光镜组件均设置在支撑架上；图像源组件用于将图像光沿主光轴射出；分光镜组件包括两个分光单元，两个分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元，左目分光单元和右目分光单元沿主光轴间隔排列；

各分光单元均包括半透半反镜，半透半反镜面向使用者的人眼，且朝向主光轴倾斜，以用于将图像光反射至人眼。

作为一种可能的实施方式，半透半反镜与主光轴之间的夹角均为45°。

作为一种可能的实施方式，分光单元还包括成像透镜；成像透镜和对应的半透半反镜沿主光轴依次设置。

作为一种可能的实施方式，还包括中继透镜组件，中继透镜组件设置于左目分光单元和右目分光单元之间；中继透镜组件包括至少一个凸透镜，以用于延长图像光的光程。

作为一种可能的实施方式，图像源组件包括图像源和反射镜，图像源的光轴和主光轴具有夹角，且图像源面向反射镜，反射镜用于将图像源发射的图像光反射至主光轴所在的方向。

作为一种可能的实施方式，分光镜组件位于支撑架的正面，图像源位于支撑架的侧方，且图像源指向支撑架的正面。

作为一种可能的实施方式，图像源包括RGB三色激光光源。

作为一种可能的实施方式，图像源组件还包括设置在图像源的图像光出射方向上的MEMS激光扫描机。

作为一种可能的实施方式，图像源组件还包括双胶合准直透镜，双胶合准直透镜设置于图像源和反射镜之间。

作为一种可能的实施方式，半透半反镜为平面镜。

本申请提供了一种视网膜扫描近眼显示装置，包括支撑架、图像源组件和分光镜组件，图像源组件和分光镜组件均设置在支撑架上；图像源组件用于将图像光沿主光轴射出；分光镜组件包括两个分光单元，两个分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元，左目分光单元和右目分光单元沿主光轴间隔排列；各分光单元均包括半透半反镜，半透半反镜面向使用者的人眼，且朝向主光轴倾斜，以用于将图像光反射至人眼。本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置，能够满足双目条件下使用，产品集成度高，产品完整性体验好。

除了上面所描述的本申请实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的一种视网膜扫描近眼显示装置的整体结构示意图。

附图标记说明：

100-视网膜扫描近眼显示装置；

110-图像源组件；

111-图像光；

120-分光镜组件；

121-左目分光单元；

1211-第一半透半反镜；

1212-第一成像透镜；

122-右目分光单元；

1221-第二半透半反镜；

1222-第二成像透镜；

130-中继透镜组件；

131-双凸透镜；

132-第一平凸透镜；

133-第二平凸透镜；

140-反射镜；

150-人眼；

160-MEMS激光扫描机；

170-双胶合准直透镜。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理，并非旨在限制本申请的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

其次，需要说明的是，在本申请的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或构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申请的限制。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是两个构件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是：在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

近年来，视网膜扫描近眼显示技术得到迅速发展，该技术可以使得使用者观察到由激光扫描机投影的景象，以实现虚拟现实显示。现有的视网膜扫描近眼显示装置一般包括半导体激光器、平面反射镜、MEMS扫描微镜和半透半反曲面镜，其中，半导体激光器用于发射出RGB三种单色光，平面反射镜用于将三色光的光束合束后同轴传输到MEMS扫描微镜，MEMS扫描微镜扫描该合束后的光束，并将扫描后的光束通过半透半反镜进行反射，反射光线到达人眼并在视网膜上成像。但是现有的这种视网膜扫描近眼显示装置仅适用于单目场景使用，双目使用时需要具备两套该装置，这样一方面会增加装置安装配合的复杂性，另一方面由于装置的集成度低导致用户的完整性体验较差。

本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置，包括图像源组件、透镜组件和分光镜组件；分光镜组件包括两个分光单元，两个分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元，分光单元均包括半透半反镜，半透半反镜面向使用者的人眼，即本申请中的视网膜扫描近眼显示装置通过设置对应于左右眼的光路实现双目使用，且两部分光路为一个整体，完整性体验好，产品集成度高。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1为本申请一实施例提供的一种视网膜扫描近眼显示装置的整体结构示意图。

本申请提供了一种视网膜扫描近眼显示装置，如图1所示，包括支撑架(图中未示出)、图像源组件110和分光镜组件120，图像源组件110和分光镜组件120均设置在支撑架上；图像源组件110用于将图像光111沿主光轴射出；分光镜组件120包括两个分光单元，两个分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元121和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元122，左目分光单元121和右目分光单元122沿主光轴间隔排列；各分光单元均包括半透半反镜，半透半反镜面向使用者的人眼150，且朝向主光轴倾斜，以用于将图像光111反射至人眼150。

本实施方式提供的视网膜扫描近眼显示装置100，包括两个分光单元，分别而对应于左目和右目，需要说明的是，上述主光轴处于图像源组件110和分光镜组件120共同所在的光路的中心，每个分光单元各包括至少一个半透半反镜，左目分光单元121和右目分光单元122实际上在同一个光路上，其图像光111由同一个图像源组件110发射出，左右眼看到的是同一个图像源组件110发出的图像，因而本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置100是适用于双目显示的一套完整的光学系统。

本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置100，通过设置上述光学系统，能够满足双目条件下使用，且左目分光单元121和右目分光单元122在同一个光路上，实现将同一个图像源组件的图像光111射入双目，产品的集成度高，产品的完整性体验好。

在其中一种实施方式中，半透半反镜与主光轴之间的夹角均为45°。

半透半反镜与主光轴之间的夹角均为45°，此时，图像光111在分光镜组件120的反射下恰好聚焦在正对人眼150瞳孔的位置，汇聚在人眼150瞳孔的图像光111继续传播，最终投射在人眼150的视网膜上实现成像。一般的，主光轴沿水平方向延伸，半透半反镜与主光轴之间的夹角均为45°，此种设置方式使得各光学元件之间的位置关系较为简单，光路也更为简单，容易实现双目可视。

在一种可选的实施方式中，分光单元还包括成像透镜；成像透镜和对应的半透半反镜沿主光轴依次设置。

示例性的，如图1所示，成像透镜分为第一成像透镜1212和第二成像透镜1222，第一成像透镜1212和第二成像透镜1222分别对应于左目分光单元121和右目分光单元122，第一成像透镜1212和第二成像透镜1222的中心与图像光111的主光轴重合；分光镜组件120包括第一半透半反镜1211和第二半透半反镜1221，且第一半透半反镜1211和第二半透半反镜1221分别对应于左目分光单元121和右目分光单元122，第一成像透镜1212、第一半透半反镜1211、第二成像透镜1222和第二半透半反镜1221由靠近图像源组件110的一侧起沿主光轴依次间隔排列；第一成像透镜1212用于聚焦图像光111，第一半透半反镜1211用于将聚焦后的图像光111部分反射偏转进入左目，第二成像透镜1222用于聚焦由第一半透半反镜1211透射的部分图像光111，并由第二半透半反镜1221将透射的图像光111偏转进入右目，由此形成完整的双目可视的光路。

在另一种实施方式中，还包括中继透镜组件130，中继透镜组件130设置于左目分光单元121和右目分光单元122之间；中继透镜组件130包括至少一个凸透镜，以用于延长图像光111的光程。

可以理解的是，如图1所示，当由图像源组件110发射的图像光111穿过由第一成像透镜1212汇聚到第一半透半反镜1211后，后续的图像光111会交叉并上下颠倒，若不进行矫正，另一只眼看到的图像即为倒立的图像，影响使用体验，为了避免该现象发生，在第一半透半反镜1211和第二成像透镜1222之间设置中继透镜组件130，该中继透镜组件130通过几个透镜的组合，使原本倒立的图像翻转为正立的图像，再将正立的图像光111汇聚进入另一只眼睛，从而使得两只眼睛都能看到正立的图像，提升用户的使用体验。

示例性的，如图1所示，上述中继透镜组件130包括由靠近第一半透半反镜1211一侧起依次间隔设置的双凸透镜131、第一平凸透镜132和第二平凸透镜133，第一平凸透镜132和第二平凸透镜133的曲面侧相对设置。由第一半透半反镜1211透射的图像光111经过中继透镜组件130后变为平行光束，该平行光束由第二成像透镜1222汇聚后聚焦到第二半透半反镜1221上，并由第二半透半反镜1221反射进入人眼150。可以理解的是，经过第一半透半反镜1211的图像光111后续传播过程中会向主光轴两侧发散，直接通过第二成像透镜1222汇聚该较为发散的图像光111可能较为困难，可能会有图像光111能量的损失，而若先通过中继透镜组件130，发散的图像光111被汇聚为平行光束，然后再由第二成像透镜1222汇聚到第二半透半反镜1221，通过两次汇聚避免图像光111的发散损失，使得图像呈现质量更高。因而，设置中继透镜组件130一方面对图像光111具有一定的汇聚作用，避免图像光111能量损失，另一方面可以将倒立的图像光111转变为正立的图像光111，提升用户的使用体验。

本实施方式中，通过设置中继透镜组件130，保证双目均能看到正立的图像，实现良好的用户使用体验。

可选的，图像源组件110包括图像源(图中未示出)和反射镜140，如图1所示，图像源的光轴和主光轴具有夹角，且图像源面向反射镜140，反射镜140用于将图像源发射的图像光111反射至主光轴所在的方向。

需要说明的是，图像源可能直接设置在主光轴上，其发射出的图像光111可以直接沿主光轴传播。图像源也可能不设置在主光轴上，图像源的光轴和主光轴具有夹角，此时其发出的图像光111需要通过反射镜140进行反射，将图像光111偏转至与主光轴重合，然后该图像光111继续传播至第一成像透镜1212，并由第一成像透镜1212聚焦。

通过设置上述反射镜140对图像源组件110发出的图像光111进行反射，使图像源组件110的设置位置更为灵活，无需仅限定在主光轴一端，便于根据需要对图像源组件110的设置位置进行合理布局。

可能的，如图1所示，分光镜组件120位于支撑架的正面，图像源位于支撑架的侧方，且图像源指向支撑架的正面。需要说明的是，这里的支撑架应当理解为视网膜扫描近眼显示装置100的主体，支撑架的正面即为双目的前方对应的一面。

示例性的，图像源包括RGB三色激光光源。

具体可以使用RGB三种单色半导体激光器，RGB三色激光投影显示具有色域广、亮度高、色彩饱和度高的优点，能够更好地还原真实色彩。

可选的，激光扫描投影机，激光扫描投影机用于扫描投影出图像源呈现的图像，并将投影的图像光111经过成像透镜和半透半反镜后传递到人眼150视网膜。如图1所示，图像源组件110还包括设置在图像源的图像光111出射方向上的为微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)扫描微镜激光扫描机，该MEMS扫描微镜激光扫描机。具体的，该MEMS激光扫描机160包含静电驱动系统和二维扫描微镜的图像扫描显示装置，微机电系统控制扫描微镜快速转动，将RGB激光光源发出的图像光111调制为加载了图像信息的光束，并将光束投影到各光学元件中。

在本实施方式中，采用扫描成像技术直接将图像源的图像信息成像在视网膜上，不需要人眼150的聚焦功能，使得近视眼和远视眼的人群均能观看到清晰的投影图像。

可能的，图像源组件110还包括双胶合准直透镜170，该双胶合准直透镜170设置于图像源和反射镜140之间。

示例性的，如图1所示，且双胶合准直透镜170的中心对准MEMS激光扫描机160的出光口的中心位置，双胶合准直透镜170用于将MEMS激光扫描机160的出光口发射出的图像光111变换为平行光束，平行光束由反射镜140偏转至与主光轴重合的水平面。

需要说明的是，上述成像透镜和双胶合准直透镜170也可以选择其他低色散镜片，在此不做特别限定。

在一种可能的实施方式中，半透半反镜为平面镜。如图1所示，第一半透半反镜1211和第二半透半反镜1221均为平面镜。需要说明的是，现有技术中的视网膜扫描近眼显示装置，一般使用半透半反曲面镜反射图像光111，由于半透半反曲面镜具有一定的光焦度，而这种光焦度会使透射光线出现明显偏折，进而导致到达视网膜的图像在成像过程中发生变形扭曲，影响使用者的视觉体验。本方案提供的视网膜扫描近眼显示装置100的第一半透半反镜1211和第二半透半反镜1221均为平面镜，很好的避免了因曲面镜的光焦度造成的图像变形扭曲的问题，改善了成像质量，进一步提升了客户的使用体验。

本申请提供了一种视网膜扫描近眼显示装置100，包括支撑架、图像源组件110和分光镜组件120，图像源组件110和分光镜组件120均设置在支撑架上；图像源组件110用于将图像光111沿主光轴射出；分光镜组件120包括两个分光单元，两个分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元121和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元122，左目分光单元121和右目分光单元122沿主光轴间隔排列；各分光单元均包括半透半反镜，半透半反镜面向使用者的人眼150，且朝向主光轴倾斜，以用于将图像光111反射至人眼150。本申请提供的视网膜扫描近眼显示装置100，能够满足双目条件下使用，产品集成度高，产品完整性体验好。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，包括支撑架、图像源组件和分光镜组件，所述图像源组件和所述分光镜组件均设置在所述支撑架上；所述图像源组件用于将图像光沿主光轴射出；所述分光镜组件包括两个分光单元，两个所述分光单元包括用于将光线反射至使用者的左眼的左目分光单元和用于将光线反射至使用者的右眼的右目分光单元，所述左目分光单元和所述右目分光单元沿所述主光轴间隔排列；

各所述分光单元均包括半透半反镜，所述半透半反镜面向使用者的人眼，且朝向所述主光轴倾斜，以用于将所述图像光反射至人眼。

2.根据权利要求1所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述半透半反镜与所述主光轴之间的夹角均为45°。

3.根据权利要求1或2所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述分光单元还包括成像透镜；所述成像透镜和对应的所述半透半反镜沿所述主光轴依次设置。

4.根据权利要求1或2所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，还包括中继透镜组件，所述中继透镜组件设置于所述左目分光单元和所述右目分光单元之间；所述中继透镜组件包括至少一个凸透镜，以用于延长所述图像光的光程。

5.根据权利要求1或2所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述图像源组件包括图像源和反射镜，所述图像源的光轴和所述主光轴具有夹角，且所述图像源面向所述反射镜，所述反射镜用于将所述图像源发射的所述图像光反射至所述主光轴所在的方向。

6.根据权利要求5所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述分光镜组件位于所述支撑架的正面，所述图像源位于所述支撑架的侧方，且所述图像源指向所述支撑架的正面。

7.根据权利要求5所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述图像源包括RGB三色激光光源。

8.根据权利要求7所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述图像源组件还包括设置在所述图像源的图像光出射方向上的MEMS激光扫描机。

9.根据权利要求6-8任一项所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述图像源组件还包括准双胶合准直透镜，所述双胶合准直透镜设置于所述图像源和所述反射镜之间。

10.根据权利要求1或2所述的视网膜扫描近眼显示装置，其特征在于，所述半透半反镜为平面镜。

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