CN117075342A - 近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种近眼显示装置，包括：投影模组，用于出射图像光；以及光波导，包括相对设置的第一表面和第二表面以及设置于所述第一表面和所述第二表面之间的入光面，所述图像光从所述入光面入射进所述光波导，并从所述第二表面出射；其中，所述第一表面的曲率与所述第二表面的曲率被配置为使得所述光波导构成透镜结构。

Description

近眼显示装置

技术领域

本申请涉及投影领域，尤其涉及一种近眼显示装置。

背景技术

现有的基于增强现实(Augmented Reality,AR)的显示装置，尤其是AR眼镜，通常是由投影模组搭配光波导来实现近眼显示功能。其中，阵列式光波导包括设置于光波导结构中的多个半透半反平面，用于将投影模组出射的图像光反射到人眼中，从而呈现出图像。然而，对于近视眼或者远视眼的使用者来说，通常需要搭配额外的视力补正镜片，导致AR眼镜的重量以及厚度的增加，影响使用体验。

发明内容

本申请一方面提供一种近眼显示装置，包括：

投影模组，用于出射图像光；以及

光波导，包括相对设置的第一表面和第二表面以及设置于所述第一表面和所述第二表面之间的入光面，所述图像光从所述入光面入射进所述光波导，并从所述第二表面出射；

其中，所述第一表面的曲率与所述第二表面的曲率被配置为使得所述光波导构成透镜结构。

本申请实施例提供的近眼显示装置，通过在第一表面和第二表面之间构成透镜结构，可以改变图像光的聚焦位置，从而适配具有近视眼或者远视眼的使用者的视力。

在一实施例中，所述第一表面向远离所述第二表面的方向凸起，所述第二表面为平面。

在一实施例中，所述第一表面向靠近所述第二表面的方向凹陷，所述第二表面为平面。

在一实施例中，所述第二表面向靠近所述第一表面的方向弯曲，所述第一表面向远离所述第二表面的方向弯曲，所述第一表面的弯曲程度大于所述第二表面的弯曲程度。

在一实施例中，所述第二表面向靠近所述第一表面的方向弯曲，所述第一表面向远离所述第二表面的方向弯曲，所述第一表面的弯曲程度小于所述第二表面的弯曲程度。

在一实施例中，所述入光面向靠近所述投影模组的方向凸起。

在一实施例中，所述入光面向远离所述投影模组的方向凹陷。

在一实施例中，所述光波导还包括多个第三表面，所述多个第三表面设置于所述第一表面和所述第二表面之间，用于反射一部分所述图像光并透射另一部分所述图像光，被所述第三表面反射的部分所述图像光从所述第二表面出射；所述第三表面向靠近所述第一表面的方向凸起。

在一实施例中，所述投影模组包括图像调制模块，所述图像调制模块用于根据所述光波导的结构调制所述图像光。

在一实施例中，所述透镜结构的焦距根据使用者的视力设置。

附图说明

图1为本申请一实施例中近眼显示装置的结构示意图。

图2为本申请一实施例中入光面的结构示意图。

图3为本申请另一实施例中入光面的结构示意图。

图4为本申请一实施例中第一表面和第二表面的结构示意图。

图5为本申请另一实施例中第一表面和第二表面的结构示意图。

图6为本申请一实施例中第三表面的结构示意图。

主要元件符号说明

近眼显示装置 100

投影模组 10

图像调制模块 11

光波导 30

导光部 31

第一表面 32

镜面阵列部 33

第二表面 34

入光面 36

第三表面 38

图像光 L1

环境光 L3

人眼 E

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

为能进一步阐述本申请达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施方式，对本申请作出如下详细说明。

请参阅图1，本申请实施例提供一种近眼显示装置100，其包括投影模组10以及光波导30，投影模组10用于出射图像光L1，光波导30包括相对设置的第一表面32和第二表面34，以及设置于第一表面32和第二表面34之间的入光面36。图像光L1从入光面36入射进光波导30，并从第二表面34出射。其中，第一表面32的曲率与第二表面34的曲率被配置为使得光波导30构成透镜结构。

投影模组10为一图像生成单元，用于将需要显示的图像内容调制成图像光L1并投射，其中，由于投影模组10生成的图像通常尺寸较小，因此为了在人眼E中呈现较大视场角的图像，需要通过光波导30来对图像进行放大。光波导30为一成像模组，用于将图像光L1传导并投射到人眼E中。具体来说，光波导30需要将图像光L1从投影模组10的位置传导到人眼E的前方，再将图像光L1中包括的图像信息进行拆分，从而使图像内容分别从不同的位置入射至人眼E中，进而实现对图像的放大。其中，图像光L1通过入光面36入射进导光部31，并在第一表面32和第二表面34之间发生全反射，最终从第二表面34出射。光波导30沿图像光L1的传播方向可以被划分为导光部31和镜面阵列部33，导光部31用于将图像光L1从入光面36传导到镜面阵列部33，镜面阵列部33对应人眼E的位置设置，用于将图像光L1从第二表面34出射到人眼E。镜面阵列部33包括多个第三表面38，第三表面38用于反射一部分图像光L1并投射另一部分图像光L1，阵列设置的多个第三表面38依次反射一部分图像光L1，从而在人眼E中投射形成待显示的图像。

在本实施例中，请参阅图2，入光面36设置于导光部31的一侧，入光面36向远离导光部31的方向凸起。具体来说，入光面36向靠近投影模组10的一侧凸起，从而形成凸透镜结构。当图像光L1入射至入光面36上时，图像光L1在凸起的表面发生折射，相较于平面的入光面，从凸起的入光面36入射的图像光L1发生会聚，也即，在导光部31中传播的图像光L1的光束尺寸相对于从投影模组10出射的图像光L1的光束尺寸更小。而当图像光L1投射到人眼E中时，由于图像光L1发生会聚，因此沿图像光L1反向会聚形成的虚像会变大，也即人眼E观察到的图像的尺寸会变大。以入光面36为平面时，显示的图像尺寸为0.94mm为例，当入光面36设置为向远离导光部31的方向凸起的曲面，且曲面的曲率半径为66mm时，人眼E观察到的图像的尺寸变为0.98mm。因此，向远离导光部31的方向凸起的入光面36起到类似放大镜的效果，从而实现了对显示的图像的放大，进而实现了视场角的变大。

在另一实施例中，请参阅图3，入光面36向靠近导光部31的方向凹陷。具体来说，入光面36向远离投影模组10的一侧凹陷，从而形成凹透镜结构。当图像光L1入射至入光面36上时，图像光L1在凹陷的表面发生折射，相较于平面的入光面，从凹陷的入光面36入射的图像光L1发生发散，也即，在导光部31中传播的图像光L1的光束尺寸相对于从投影模组10出射的图像光L1的光束尺寸更大。而当图像光L1投射到人眼E中时，由于图像光L1发生发散，因此沿图像光L1反向会聚形成的虚像会变小，也即人眼E观察到的图像的尺寸会变小。以入光面36为平面时，显示的图像尺寸为0.94mm为例，当入光面36设置为向远离导光部31的方向凹陷的曲面，且曲面的曲率半径为-66mm时，人眼E观察到的图像的尺寸变为0.90mm。因此，向靠近导光部31的方向凹陷的入光面36起到了对显示的图像缩小的效果。

本申请实施例中，通过设置入光面的曲率，可以改变图像光L1入射到导光部31时的光束截面尺寸，进而改变人眼E观察到的图像的尺寸。当入光面36向远离导光部31的方向凸起时，入光面36的曲率越大，人眼E观察到的图像越大，也即近眼显示装置100的视场角越大。

请参阅图4，在本实施例中，第二表面34为平面，第一表面32向远离第二表面34的方向凸起。具体来说，第一表面32与第二表面34之间构成平凸透镜结构，光波导30为透光结构，使得人眼E在接收光波导30传递的图像光L1的同时，还能接收到依次经过第一表面32和第二表面34后的外界的环境光L3。由于第一表面32和第二表面34之间构成凸透镜结构，环境光L3在穿过光波导30时发生会聚，使得光线在入射人眼E之后会聚在了视网膜前方。而对于远视眼的使用者，在未佩戴视力矫正的镜片时，外界的光线会聚焦在视网膜的后方，因此，本实施例的近眼显示装置100，通过设置第一表面32向远离第二表面34的方向凸起，可以供具有远视眼的使用者使用，避免了额外设置视力补偿的镜片。对于远视度数不同的使用者，可以通过调整第一表面32相对于第二表面34的凸起程度以设置透镜结构的焦距，从而实现度数的适配，本申请对此不做限制。

此外，由于第一表面32为凸起结构，图像光L1在第一表面32上发生全反射，并从第二表面34出射时，出射的多束图像光L1同样会发生会聚，从而聚焦在人眼E的视网膜的前方，从而实现对具有远视眼的使用者的视力补偿。

在另一实施例中，请参阅图5，第二表面34为平面，第一表面32向靠近第二表面34的方向凹陷。具体来说，第一表面32与第二表面34之间构成平凹透镜结构，光波导30为透光结构，使得人眼E在接收光波导30传递的图像光L1的同时，还能接收到依次经过第一表面32和第二表面34后的外界的环境光L3。由于第一表面32和第二表面34之间构成凹透镜结构，环境光L3在穿过光波导30时发生发散，使得光线在入射人眼E之后会聚在视网膜后方。而对于近视眼的使用者，在未佩戴视力矫正的镜片时，外界的光线会聚焦在视网膜的前方，因此，本实施例的近眼显示装置100，通过设置第一表面32向靠近第二表面34的方向凹陷，可以供具有近视眼的使用者使用，避免了额外设置视力补偿的镜片。对于近视度数不同的使用者，可以通过调整第一表面32相对于第二表面34的凹陷程度以设置透镜结构的焦距，从而实现度数的适配，本申请对此不做限制。

此外，由于第一表面32为凹陷结构，图像光L1在第一表面32上发生全反射，并从第二表面34出射时，出射的多束图像光L1同样会发生发散，从而聚焦在人眼E的视网膜的后方，从而实现对具有近视眼的使用者的视力补偿。

在其他实施例中，请参阅图1，第二表面34向靠近第一表面32的方向弯曲，第一表面32向远离第二表面34的方向弯曲。第一表面32和第二表面34之间同样可以构成透镜结构，当第一表面32的弯曲程度大于第二表面34的弯曲程度时，第一表面32和第二表面34之间构成凸透镜结构，当第一表面32的弯曲程度小于第二表面34的弯曲程度时，第一表面32和第二表面34之间构成凹透镜结构。本申请对第一表面32和第二表面34的弯曲程度不作限制，只要近眼显示装置100可以根据使用者的视力，对应的设置第一表面32和第二表面34的弯曲程度，从而设置光波导30的屈光度，都在本申请的范围内。

本申请实施例提供的近眼显示装置100，通过设置第一表面32与第二表面34之间构成透镜结构，可以改变光波导30的屈光度，从而满足近视眼或者远视眼的使用者的需求，避免了额外设置视力辅助的镜片，有利于减小近眼显示装置100的厚度。

请参阅图6，镜面阵列部33包括多个第三表面38，第三表面38用于反射一部分图像光L1并透射另一部分图像光L1，第三表面38向远离导光部31的方向凸起。具体来说，第三表面38为一半透半反的表面，其可以通过将光波导材料切割后镀上半透射半反射膜再重新粘合形成。第三表面38依次反射一部分图像光L1，从而在人眼E中组合成完整的图像。而向远离导光部31的方向凸起的多个第三表面38，相对于入射的图像光L1构成近似凹面镜的结构，在多个第三表面38上发生反射时，多束图像光L1会分别被反射向不同的方向，从而使从第二表面34出射的多束图像光L1发生会聚，最终沿图像光L1反向会聚形成的虚像会变大，也即人眼E观察到的图像的尺寸会变大。

本申请实施例提供的近眼显示装置100，通过设置多个弯曲的第三表面38，可以增大呈现在人眼E中的图像的尺寸，从而实现扩大近眼显示装置100的视场角的效果。

请继续参阅图1，投影模组10包括图像调制模块11，图像调制模块11用于根据光波导30的结构调制图像光L1。具体来说，在近眼显示装置100设置第一表面32和第二表面34之间构成透镜结构，并设置入光面36和第三表面38为曲面时，由于图像光L1经过了多个曲面的反射或折射，因此会产生像差，导致最终在人眼E中呈现的图像发生畸变。通过设置图像调制模块11，可以通过调制图像光L1，从而对上述畸变进行补偿，进而在人眼E中呈现正常的图像。

本申请实施例提供的近眼显示装置100，通过设置第一表面32和第二表面34之间构成透镜结构，可以对近视眼或者远视眼的使用者进行视力补偿，通过设置透镜结构的焦距，可以适配不同视力的使用者。通过设置入光面36以及第三表面38为曲面，可以对图像光L1进行调制，从而扩大显示的图像的尺寸，进而扩大近眼显示装置100的视场角。通过设置图像调制模块11，可以针对上述的多个曲面对图像光L1进行调制，从而补偿由于曲面产生的相差，进而对显示的图像进行补偿。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

投影模组，用于出射图像光；以及

光波导，包括相对设置的第一表面和第二表面以及设置于所述第一表面和所述第二表面之间的入光面，所述图像光从所述入光面入射进所述光波导，并从所述第二表面出射；

其中，所述第一表面的曲率与所述第二表面的曲率被配置为使得所述光波导构成透镜结构。

2.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一表面向远离所述第二表面的方向凸起，所述第二表面为平面。

3.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一表面向靠近所述第二表面的方向凹陷，所述第二表面为平面。

4.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二表面向靠近所述第一表面的方向弯曲，所述第一表面向远离所述第二表面的方向弯曲，所述第一表面的弯曲程度大于所述第二表面的弯曲程度。

5.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二表面向靠近所述第一表面的方向弯曲，所述第一表面向远离所述第二表面的方向弯曲，所述第一表面的弯曲程度小于所述第二表面的弯曲程度。

6.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述入光面向靠近所述投影模组的方向凸起。

7.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述入光面向远离所述投影模组的方向凹陷。

8.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述光波导还包括多个第三表面，所述多个第三表面设置于所述第一表面和所述第二表面之间，用于反射一部分所述图像光并透射另一部分所述图像光，被所述第三表面反射的部分所述图像光从所述第二表面出射；所述第三表面向靠近所述第一表面的方向凸起。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的近眼显示装置，其特征在于，所述投影模组包括图像调制模块，所述图像调制模块用于根据所述光波导的结构调制所述图像光。

10.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述透镜结构的焦距根据使用者的视力设置。