CN116088174A - 穿戴式显示装置及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种穿戴式显示装置，包括光波导元件及投影装置。投影装置包括一光机本体、至少一发光单元、合光单元及投影镜头。光机本体具有至少一定位结构。发光单元连接于光机本体且用以发出照明光束。合光单元配置于光机本体内且定位于定位结构，合光单元位于照明光束的传递路径上，且合光单元用以对照明光束进行合光而产生影像光束。投影镜头连接于光机本体，投影镜头位于影像光束的传递路径上，且用以将影像光束往光波导元件投射。本发明提供的穿戴式显示装置及投影装置符合缩减体积与重量的设计需求。

Description

穿戴式显示装置及投影装置

技术领域

本发明是有关于一种显示装置及投影装置，且特别是有关于一种穿戴式显示装置及其所包含的投影装置。

背景技术

近年来，具有扩增实境(AR)或虚拟实境(VR)功能的穿戴式显示装置逐渐普及于消费市场，其借由投影装置将影像光束投射到光波导元件，以提供使用者虚拟实境的影像体验。穿戴式显示装置的体积与重量需尽可能地缩减以让使用者能够轻松地穿戴。在目前的穿戴式显示装置中的投影装置多采用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)模块搭配数字微镜装置(digital micromirror devices，DMD)的架构，然而，其需配合复杂的光学合光与成像系统并借由精密的光机系统进行投影装置内部各元件的定位，而会导致穿戴式显示装置的体积与重量增加。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种穿戴式显示装置，其投影装置符合缩减体积与重量的设计需求。

本发明提供一种投影装置，符合缩减体积与重量的设计需求。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种穿戴式显示装置，包括光波导元件及投影装置。投影装置包括光机本体、至少一发光单元、合光单元及投影镜头。光机本体具有至少一定位结构。发光单元连接于光机本体且用以发出照明光束。合光单元配置于光机本体内且定位于定位结构，合光单元位于照明光束的传递路径上，且合光单元用以对照明光束进行合光而产生影像光束。投影镜头连接于光机本体，投影镜头位于影像光束的传递路径上，且用以将影像光束往光波导元件投射。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，包括光机本体、至少一发光单元、合光单元及投影镜头。光机本体具有至少一定位结构。发光单元连接于光机本体且用以发出照明光束。合光单元配置于光机本体内且定位于定位结构，合光单元位于照明光束的传递路径上，且合光单元用以对照明光束进行合光而产生影像光束。投影镜头连接于光机本体，投影镜头位于影像光束的传递路径上，且用以将影像光束投射出。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的投影装置中，发光单元所发出的照明光束在合光单元中进行合光后即成为影像光束，而可直接被投影镜头投射至光波导元件以显示影像画面。并且，合光单元借由光机本体之定位结构而被精确地定位。相较于传统头戴式显示装置中的投影装置采用发光二极管模块搭配数字微镜装置的架构，本发明的穿戴式显示装置以及投影装置可省略数字微镜装置或其他种类之光阀的配置，不需配合复杂的光学合光与成像系统，且不需借由精密的光机系统进行投影装置内部各元件的定位，从而更加符合缩减体积与重量的设计需求。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的穿戴式显示装置穿戴于使用者的立体图。

图2是图1的穿戴式显示装置的部分构件立体图。

图3是图2的投影装置的部分构件立体图。

图4是图3的投影装置的剖视图。

图5是图3的投影装置的分解图。

图6是图3的投影装置的后视图。

图7是图3的投影装置的示意图。

图8是图6的发光单元的侧视图。

图9是本发明一实施例的光机本体的立体图。

图10是本发明一实施例的合光单元的立体图。

图11是本发明另一实施例的光机本体的立体图。

图12是对应于图11的光机本体的合光单元的立体图。

图13是图3的光机本体的立体图。

图14是图3的发光单元的部分构件立体图。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1是本发明一实施例的穿戴式显示装置穿戴于使用者的立体图。图2是图1的穿戴式显示装置的部分构件立体图。请参考图1及图2，本实施例的穿戴式显示装置10包括至少一光波导元件12(图1绘示为两个)及至少一投影装置100(图1绘示为两个)。穿戴式显示装置10可如图1所示穿戴于使用者50，使两个光波导元件12分别对应于使用者50的双眼，且各投影装置100用以将影像光束往对应的光波导元件12投射，再借由光波导元件12包括的光学结构例如绕射结构或分光元件等，以提供使用者50扩增实境(Augmented Reality，AR)或虚拟实境(Virtual Reality，VR)的影像体验。

图3是图2的投影装置的部分构件立体图。图4是图3的投影装置的剖视图。图5是图3的投影装置的分解图。图6是图3的投影装置的后视图，其中将发光单元120绘示为透明以示出光机本体110内的合光单元130。请参考图3至图6，本实施例的投影装置100包括光机本体110、至少一发光单元120(图中绘示为多个)、合光单元130及投影镜头140。多个发光单元120例如分别是红光微发光二极管元件(Micro Light Emitting Diode)、绿光微发光二极管元件及蓝光微发光二极管元件且连接于光机本体110。光机本体110例如是一框体且具有多个开口110a～110d，合光单元130配置于光机本体110内，发光单元120分别透过光机本体110的开口110a～110c而朝向合光单元130。投影镜头140连接于光机本体110，且开口110d位于投影镜头140与合光单元130之间。

图7是图3的投影装置的示意图。请参考图7，发光单元120用以发出照明光束L1。合光单元130位于照明光束L1的传递路径上，且合光单元130用以对照明光束L1进行合光而产生影像光束L2。投影镜头140位于影像光束L2的传递路径上，且用以将影像光束L2往光波导元件12(绘示于图1及图2)投射。举例而言，红光微发光二极管元件发出的红光经合光单元130反射后进入投影镜头140，蓝光光微发光二极管元件发出的蓝光经合光单元130反射后进入投影镜头140，以及绿光微发光二极管元件发出的绿光穿透合光单元130后进入投影镜头140。上述红光、绿光和蓝光汇聚所形成的影像光束L2经投影镜头140传递至光波导元件12，让使用者可观察到由影像光束L2所形成的影像。

如上所述，在本实施例的投影装置100中，发光单元120发出的照明光束L1在合光单元130进行合光后即成为影像光束L2，而可直接被投影镜头140投射至光波导元件12以进行影像画面之显示。相较于传统头戴式显示装置中的投影装置采用发光二极管模块搭配数字微镜装置的架构，本实施例的投影装置100可省略数字微镜装置或其他种类之光阀的配置，不需配合复杂的光学合光与成像系统，且不需借由精密的光机系统进行投影装置内部各元件的定位，从而更加符合缩减体积与重量的设计需求。在本实施例中，投影装置100的体积例如不大于1.5立方厘米。

图8是图6的发光单元的侧视图。请参考图6及图8，本实施例的发光单元120包括发光组件122及背板124。背板124具有相反的正面124a及背面124b，正面124a朝向光机本体110(绘示于图6)，发光组件122配置于正面124a而面对光机本体110内的合光单元130。在本实施例中，发光单元120与光机本体110固定连接，更具体而言，发光单元120例如透过正面124a的结构特征或是透过额外的结构件与光机本体110固定连接。背板124的背面124b则可搭接散热片、石墨片、铜箔等散热材以提升散热效率。在本实施例中，发光组件122可包含微发光二极管(Micro Light Emitting Diode)阵列，微发光二极管阵列依据所需显示的影像而部分地发光。在本实施例中具体化为三个发光组件122分别在特定阵列位置发出的红光、绿光及蓝光(即上述照明光束L1)，经合光后可产生影像光束L2。

图9是本发明一实施例的光机本体的立体图。图10是本发明一实施例的合光单元的立体图。请参考图9及图10，本实施例的光机本体110具有多个定位结构，在本实施例中具体化为光机本体110具有三个定位块1101及一定位滑槽1102，且合光单元130定位于这些定位结构。具体而言，三个定位块1101分别在相互垂直的三个轴向上抵顶合光单元130。并且，合光单元130如图10所示具有对应于定位滑槽1102的凸台1301，凸台1301以滑动的方式定位于定位滑槽1102。在本实施例中，合光单元130例如是合光棱镜或其他可合成多个光线的光学元件，合光单元130的材质例如是玻璃或透明塑胶材质。

本发明实施例的定位结构具有多种形式，以下借由附图对此举例说明。图11是本发明另一实施例的光机本体的立体图。图12是对应于图11的光机本体的合光单元的立体图。图11及图12所示的实施例与前述实施例(图9及图10)的差异在于，图11所示的光机本体110的定位结构还包含了在一平面上的多个定位孔1103，本实施例中具体化为具有两个定位孔1103，图12所示的合光单元130相应地具有定位凸柱1302，本实施例中具体化为具有两个定位凸柱1302。合光单元130的定位凸柱1302可定位于光机本体110的定位孔1103。在另一实施例中，光机本体110的定位结构可仅包括三个定位块1101，并借由合光单元130的外表面承靠在三个定位块1101上使合光单元130定位于光机本体110。又或者，光机本体110的定位结构可仅包括两个定位块1101及一定位滑槽1102，本发明实施例不限制定位块1101及定位滑槽1102的具体数量。

图13是图3的光机本体的立体图。图14是图3的发光单元的部分构件立体图。请先参考图13，本实施例的光机本体110具有一定位面S1及多个连接面S2，每一连接面S2邻接定位面S1。在本实施例中，每一连接面S2分别具有开口110a～110d，且多个发光单元120及投影镜头140可透过胶合、卡合及/或定位孔等方式分别连接于这些连接面S2。光机本体110在定位面S1具有多个第一定位部，在本实施例中，第一定位部具体化为具有一定位孔1104及一定位凹槽1105。此外，发光单元120如图14所示具有第二定位部，在本实施例中，第二定位部具体化为具有定位孔1201及定位边1202。定位孔1201位于背板124的背面124b，定位边1202为背板124的侧边。在进行投影装置100之组装的过程中，这些第一定位部及这些第二定位部可被定位机台定位，使投影装置100可精确地组装。其中，发光单元120的第二定位部至少包含两个定位孔1201或至少包含一个定位孔1201及一个定位边1202，以利定位机台对发光单元120进行定位。定位孔1201例如可为圆形定位孔或圆形定位孔，本发明不限制定位孔1201的具体外观。此外，定位孔1201的直径例如大于0.8mm，定位孔1201的深度例如大于0.3mm，且定位边1202的长度例如大于0.8mm，以利定位机台对发光单元120进行定位。在其他实施例中，定位机台除了可如上述般对背板124的定位孔1201及/或定位边1202进行定位，亦可对发光组件122的透光盖体(cover class)进行定位。所述定位机台例如可对投影装置100的发光单元120进行六轴(上下、左右、前后)定位，其精度例如可达4um。在一实施例中，定位机台例如为AA(Auto Alignment，自动校准)光机。

在一实施例中，请参考图13，光机本体110的连接面S2还具有点胶槽G，用以在光机本体110与发光单元120或投影镜头140定位组装之前进行预点胶，使对应的发光单元120或投影镜头140在定位组装后胶合于连接面S2。在另一实施例中，各连接面S2可不具有点胶槽，可直接在连接面S2上进行预点胶以使对应的发光单元120或投影镜头140在定位组装后胶合于连接面S2。在本实施例中，连接面S2上的点胶宽度例如大于0.5mm，且点胶厚度例如小于0.5mm。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的投影装置中，发光单元发出的照明光束在合光单元进行合光后即成为影像光束，而可直接被投影镜头投射至光波导元件以显示影像画面。并且，合光单元借由光机本体之定位结构而被精确地定位，且光机本体及发光单元可具有定位部，在组装的过程中供定位机台进行定位。相较于传统头戴式显示装置中的投影装置采用发光二极管模块搭配数字微镜装置的架构，本发明的穿戴式显示装置以及投影装置可省略数字微镜装置或其他种类之光阀的配置，不需配合复杂的光学合光与成像系统，且不需借由精密的光机系统进行投影装置内部各元件的定位，从而更加符合缩减体积与重量的设计需求。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和标题(发明名称)仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

附图标记说明：

10：穿戴式显示装置

12：波导元件

50：使用者

100：投影装置

110：光机本体

1101：定位块

1102：定位滑槽

1103、1104、1201：定位孔

1105：定位凹槽

110a～110d：开口

120：发光单元

1202：定位边

122：发光组件

124：背板

124a：正面

124b：背面

130：合光单元

1301：凸台

1302：定位凸柱

140：投影镜头

G：点胶槽

L1：照明光束

L2：影像光束

S1：定位面

S2：连接面。

Claims (16)

1.一种穿戴式显示装置，其特征在于，所述穿戴式显示装置包括光波导元件以及投影装置，其中：

所述投影装置包括光机本体、至少一发光单元、合光单元及投影镜头，其中：

所述光机本体具有至少一定位结构；

所述至少一发光单元连接于所述光机本体且用以发出照明光束；

所述合光单元配置于所述光机本体内且定位于所述至少一定位结构，所述合光单元位于所述照明光束的传递路径上，且所述合光单元用以对所述照明光束进行合光而产生影像光束；以及

所述投影镜头连接于所述光机本体，所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上，且用以将所述影像光束往所述光波导元件投射。

2.根据权利要求1所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述光机本体具有至少一第一定位部，所述至少一第一定位部包括定位孔及定位凹槽的至少其中之一。

3.根据权利要求2所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述光机本体具有定位面及多个连接面，所述多个连接面中的每一连接面邻接所述定位面，所述至少一发光单元及所述投影镜头分别连接于所述多个连接面，所述至少一第一定位部位于所述定位面。

4.根据权利要求1所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述至少一发光单元具有至少一第二定位部，所述至少一第二定位部包括定位孔及定位边的至少其中之一。

5.根据权利要求4所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述至少一发光单元包括发光组件及背板，所述背板具有相反的正面及背面，所述正面朝向所述光机本体，所述发光组件配置于所述正面，所述至少一第二定位部位于所述背面。

6.根据权利要求1所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述光机本体具有多个连接面，所述至少一发光单元及所述投影镜头分别连接于所述多个连接面，其中所述多个连接面中的至少一连接面具有至少一点胶槽。

7.根据权利要求1所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述至少一定位结构包括定位滑槽、定位孔及定位块的至少其中之一。

8.根据权利要求1所述的穿戴式显示装置，其特征在于，所述投影装置的体积不大于1.5立方厘米。

9.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括光机本体、至少一发光单元、合光单元及投影镜头，其中：

所述光机本体具有至少一定位结构；

所述至少一发光单元连接于所述光机本体且用以发出照明光束；

所述合光单元配置于所述光机本体内且定位于所述至少一定位结构，所述合光单元位于所述照明光束的传递路径上，且所述合光单元用以对所述照明光束进行合光而产生影像光束；以及

所述投影镜头连接于所述光机本体，所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上，且用以将所述影像光束投射出。

10.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述光机本体具有至少一第一定位部，所述至少一第一定位部包括定位孔及定位凹槽的至少其中之一。

11.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述光机本体具有定位面及多个连接面，所述多个连接面中的每一连接面邻接所述定位面，所述至少一发光单元及所述投影镜头分别连接于所述多个连接面，所述至少一第一定位部位于所述定位面。

12.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述至少一发光单元具有至少一第二定位部，所述至少一第二定位部包括定位孔及定位边的至少其中之一。

13.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述至少一发光单元包括发光组件及背板，所述背板具有相反的正面及背面，所述正面朝向所述光机本体，所述发光组件配置于所述正面，所述至少一第二定位部位于所述背面。

14.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述光机本体具有多个连接面，所述至少一发光单元及所述投影镜头分别连接于所述多个连接面，其中所述多个连接面中的至少一连接面具有至少一点胶槽。

15.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述至少一定位结构包括定位滑槽、定位孔及定位块的至少其中之一。

16.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置的体积不大于1.5立方厘米。

Images