CN204496106U - 可佩戴式装置 - Google Patents

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詹姆斯·W·拉林
埃里克·古坦
黄华
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    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
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Abstract

本实用新型涉及可佩戴式装置以及基于可佩戴式激光器的显示系统。更具体地，本实用新型的各种实施方式提供了结合投影显示系统的可佩戴式增强实景眼镜，其中，一个或多个激光二极管用作光源，以使用透明波导通过光学递送至眼睛来显示图像。更进一步地，本实用新型涉及可佩戴式装置，其特征在于，包括：框架构件，将被配置给人类用户；显示设备，耦接至所述框架构件并被配置为被所述人类用户观看；以及激光源，可操作地耦接至所述显示设备，所述激光源包括使用含有镓和氮的材料制成的至少一个激光器。

Description

可佩戴式装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年10月11日提交的美国临时专利申请No.61/889,955和2014年8月1日提交的美国临时专利申请No.14/449,700的优先权，在此通过引用将其结合与本文中。
技术领域
本实用新型涉及对日常用户为透明的并具有低功耗的可佩戴式装置。更具体地，本实用新型的各种实施方式提供眼镜中的可佩戴式增强实景投影显示系统，其中，一个或多个激光二极管用作光源，用于示出使用透明波导光学传递到眼睛的图像。
背景技术
眼镜中的可佩戴式增强实景(reality)显示器变得越来越流行并且有望在未来几年获得进一步的牵引。
实用新型内容
根据本实用新型，提供了一种可佩戴式装置，其包括：框架构件，被配置到人类用户；显示设备，耦接至框架构件并被配置为被人类用户观看；以及激光源，可操作地耦接至显示设备，激光源包括使用含有镓和氮的材料制成的至少一个激光器。
进一步地，框架构件被配置为一副眼镜。
进一步地，框架构件被配置为可佩戴式手腕设备。
进一步地，激光源耦接至波长转换材料。
进一步地，激光源设置在模块设备中。
进一步地，激光源被配置为光源。
进一步地，激光源耦接至MEMS设备。
进一步地，激光源耦接至LCOS设备。
进一步地，激光源包括多个激光设备，激光设备包括蓝色激光器、绿色激光器和红色激光器。
可佩戴式装置进一步包括具有第一区和第二区的波导结构，第一区耦接至显示设备，并且第二区耦接至激光源，波导结构被配置为使来自激光源的电磁辐射横穿波导结构以使图像输出在显示设备上。
进一步地，激光源被配置为发射激光束以横穿(traverse through)波导，使得图像在1cm或更小的小孔中以20度或更小的准直度进入波导结构，并且通过直接写入波导结构或耦接至波导结构的衍射特征以某一角度进行衍射，并且其后，图像利用全内反射来反射或利用另外的衍射特征来衍射，以被横向地引导穿过波导结构，并且使得图像入射在最终的衍射元件上并被扩大(expand)或缩小(contracte)以照射在人类用户的眼睛的一部分上。
进一步地，波导结构被配置为将图像引导至所述显示设备。
进一步地，激光源包括红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管。
附图说明
图1是示出根据本实用新型的实例的激光二极管结构的简化示意性截面图。
图2是与短腔(short cavity)激光二极管一起示出的传统激光二极管的实例。
图3是具有全部安装在相同底座上的R-G-B激光芯片的TO-Can型封装件的实例，其示出了安装在传统头部封装件(header package)中的短腔RGB激光二极管芯片。
图4是根据实例的配置有短激光光学和准直光束的RGB TO-can，其示出了安装在传统头部封装件中的利用光学器件来准直光束的短腔RGB激光二极管芯片。
图5是具有3mm×3mm×0.5mm的尺寸的微型RGB激光模块的实例。在该实例配置中，激光二极管输出光束通过用于光束准直的透镜馈入，其通过微型致动器来对准。准直光束随后被耦合至用于输出RGB光束的波导光束组合(combing，合成)设备。
图6是根据实例的配置有固定透镜的RGB模块。
图7是示出结合使用衍射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
图8是示出结合使用全息波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
图9是示出结合使用偏振波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
图10是示出结合使用反射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
图11是示出结合使用反射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
图12是示出结合使用反射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
图13是示出结合投影显示系统的各种可佩戴式增强实景眼镜的图片。这些产品都高度分散注意力并具有高功耗。
图14是结合投影显示系统的各种可佩戴式眼镜的比较。这些产品高度分散注意力并具有高功耗，并且在透明慎重眼镜(transparent discreeteye-glasses)的外形因素(form factor)方面不提供明亮图像。
具体实施方式
随着绿色激光二极管和突破性显示技术(例如，扫描微反射镜)的出现，基于红色、绿色和蓝色(RGB)激光二极管的显示系统的火爆市场是必然的。在诸如电话和其他装置的微型投影的应用以及用于在透镜上投影或者甚至进行直接视网膜扫描的谷歌眼镜等甚至更低的功率/更小的应用中，由小型投影设备驱动这些火爆市场的大部分。为了给这种应用提供最好的服务，激光二极管应以低功耗和长电池寿命高效地进行操作，激光二极管具有低成本结构以便实现具有高容量消费电子应用、具有高3dB调制带宽以便能够具有提供最佳和最有效的图像生成的驱动方案，并且具有非常小的外形，以便实现适合用于紧凑装置(例如，谷歌眼镜、智能电话、智能手表等)的微型光学引擎。在此处公开的本实用新型使用红色、绿色以及蓝色超短腔(cavity)面内(in-plane)激光二极管来解决这些要求。用于制造在这些应用中使用的传统平面激光二极管的切割技术将腔长度限制为大于350um并且更实际地限制为450um。由于难以实现高质量的切割面、产量以及处理考虑，在GaN系统中尤其如此。
图1为示出根据本公开的实施方式的激光二极管结构的简化示意性截面图，其示出了脊形激光二极管的示意性截面图，该脊形类型激光二极管的示意性截面图示出了与设备相关的各个特征。如图所示，激光设备包括氮化镓基板203，其具有底层n型金属背接触区201。在实施方式中，金属背接触区由合适的材料制成，诸如下述那些以及其他材料。
在实施方式中，该设备还具有上层n型氮化镓层205、有源区207以及构造为激光条带(stripe，带)区211的上层p型氮化镓层。此外，除了其他特征，该设备还包括n侧分别限制异质结构(SCH)206、p侧引导层或SCH 208、p-AlGaN EBL 209。在实施方式中，该设备还具有p++型氮化镓材料213，以形成接触区。在实施方式中，p++型接触区具有合适的厚度，并且可在从大约10nm到50nm的范围内，或者具有其他厚度。在实施方式中，掺杂程度可高于p型包覆(cladding)区和/或大块(bulk)区。在实施方式中，p++型区具有从大约1019Mg/cm3到1021Mg/cm3的掺杂浓度或其他浓度。p++型区优选地在半导体区与上层金属接触区之间形成沟道。在实施方式中，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或适合于GaN生长的其他外延生长技术中的至少一种外延沉积技术形成这些区中的每个。
在实施方式中，在基板上沉积n型AluInvGa1-u-vN层，其中，0≤u、v、u+v≤1。在实施方式中，载体(carrier)浓度可在介于大约1016cm-3与1020cm-3之间的范围内。可使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)执行沉积。
例如，大块GaN基板放置在MOCVD反应器(reactor)中的基座(susceptor)上。在将反应器(或者使用负载制动(load lock)配置)关闭、撤出以及回填到大气压力之后，在存在含氮气体的条件下，将基座加热到在大约900到大约1200摄氏度之间的温度。例如，载体可为氢或氮等。在实施方式中，在流动的氨下，将基座加热到大约1100摄氏度。含镓的金属有机前体(例如，三甲基镓(TMG)或三乙基镓(TEG))通过在每分钟大约1和50标准立方厘米(sccm)之间的总速率在运载气体(carrier gas)中开始流动。运载气体可包括氢、氦、氮或氩。在生长期间，V族前体(例如，氨)的流速与III族前体(三甲基镓、三乙基镓、三甲基铟、三甲基铝)的流速的比率在大约2000与大约12000之间。乙硅烷在运载气体中以在大约0.1与10sccm之间的总流速开始流动。
在实施方式中，激光条带区由p型氮化镓层211制成。在实施方式中，由选自干蚀刻或湿蚀刻的蚀刻工序设置激光条带。在实施方式中，蚀刻工序是干的，但是可为其他工序。例如，除了其他技术，干蚀刻工序是使用含氯物种的电感耦合等离子体工序或使用相似的化学反应的反应离子蚀刻工序或ICP和RIE的组合。再例如，含氯种类通常源自氯气等。该设备还具有包括213接触区的上层介电区，该区优选地为p++氮化镓区。在实施方式中，介电区是诸如二氧化硅的氧化物或氮化硅，但是可为其他，例如，在本说明书中更详细地并且在下面更特别地描述的那些。接触区与上层金属层215耦接。上层金属层是包含金和铂(Ni/Au)的多层结构，但是可为金和钯(Pd/Au)、金、钛和钯(Pd/Ti/Au)或者金和镍(Pt/Au)的其他结构。在替代性实施方式中，金属层包括使用合适的技术形成的Pd/Au。在实施方式中，通过电子束沉积、溅射或任何相似的技术来形成Ni/Au。厚度包括厚度范围从大约50到大约100nm的镍材料以及厚度范围从大约100埃到大约1-3微米的金材料。
在实施方式中，激光设备具有有源区207。根据一个或多个实施方式，有源区可包括1个到20个量子阱区。例如，为了实现预定的厚度，在将n型AluInvGa1-u-vN层沉积预定的时间段之后，沉积有源层。有源层可包括单个量子阱或多个量子阱(具有1-20个量子阱)。优选地，有源层可包括大约3-9个量子阱或者更优选地包括4-7个量子阱或其他数量的量子阱。量子阱可包括InGaN阱和GaN阻挡层。在其他实施方式中，阱层和阻挡层分别包括AlwInxGa1-w-xN和AlyInzGa1-y-zN，其中，0≤w、x、y、z、w+x、y+z≤1，其中，w<u、y和/或x>v、z，从而阱层的带隙(bandgap)小于阻挡层和n型层的带隙。阱层和阻挡层均可具有在大约1nm与大约40nm之间的厚度。在实施方式中，每个厚度优选地为2nm-8nm。在实施方式中，除此之外，每个阱层可具有大约4nm到7nm的厚度，并且每个阻挡层可具有大约2nm到大约5nm的厚度。
在实施方式中，有源区还可包括电子阻挡区以及分别限制异质结构。在实施方式中，分别限制异质结构(SCH)可包括AlInGaN或优选地包括InGaN，但是可为其他材料。根据实施方式，SCH通常包括中间指数在包覆层与发光有源层之间的材料，以便改善在激光设备的有源区内的光学模式的限制。在一个或多个实施方式中，SCH层在有源区之上和之下具有优选的厚度、杂质以及配置，以限制光学模式。根据该实施方式，可不同地或者相同地配置上部和下部SCH。根据实施方式，电子阻挡区可在位于有源区之上的SCH的任一侧或两侧上。
如上所述，在有源层之上沉积p型氮化镓结构，该结构可为p型掺杂的AlqInrGa1-q-rN层，其中，0≤q、r、q+r≤1。p型层可掺杂有Mg，掺杂到介于大约1016cm-3与1022cm-3之间的程度，并且可具有在大约5nm与大约1500nm之间的厚度。p型层的最外层的5nm到70nm可比该层的剩余部分更大量地掺杂，以便实现改善的电气接触。在实施方式中，通过选自干蚀刻或湿蚀刻的蚀刻工序设置激光条带。在实施方式中，蚀刻工序是干的，但是可为其他工序。该设备还具有包括213接触区的上层介电区。在实施方式中，介电区是诸如二氧化硅的氧化物，但是可为其他物质。
在实施方式中，金属接触由合适的材料制成。电气接触可包括银、金、铝、镍、铂、铑、钯、铬等中的至少一个。可通过热蒸发、电子束蒸发、电镀、溅射或另一种合适的技术来沉积电气接触。在实施方式中，电气接触用作光学设备的p型电极。在另一个实施方式中，电气接触用作光学设备的n型电极。当然，可具有其他变化、修改以及替换物。
图2为与短腔激光二极管一起示出的传统激光二极管的实例。图2示出了传统平面GaN LD对比短腔GaN LD的实例顶部视图图示，其是具有在450至600μm范围内的腔长度的传统平面GaN LD与具有50μm至300μm的腔长度的短腔GaN LD的实例顶部视图图示。如图所示，虽然可具有变化，但是短腔激光二极管短得多并且具有50微米到300微米的腔长度。
对于紧凑的、低功率、高容量的消费者应用程序，例如，嵌入微型投影、眼镜或头戴式显示器，并且甚至进入低功率RGB指示器应用程序内，成本是关键的市场驱动因素。在传统的激光构造中，腔尺寸的减小将通过相同的因素缩小所需要的芯片面积，因此，通过相似的因素，促使降低芯片成本。例如，通过将芯片尺寸从传统设计的500um缩小到50um，芯片面积减小10倍，能够使每个晶片生成10倍以上的芯片。
在实例中，提供高调制速率操作的短腔、低阈值电流、高效率的红色、绿色以及蓝色激光二极管实现RGB模块的独特的封装选择。在图3中，我们呈现了其中R-G-B激光芯片全部安装在相同底座上的传统TO-Can型封装件。短的和低功耗芯片可允许在最小的TO-can(例如，TO38)中的布置，以便以相同的外形实现通常容纳单色激光二极管的RGB激光模块。图4示出了RGB TO can短LD光学器件和准直光束。图4示出了用于使用光学器件(optics)准直光束并且随后空间地组合来自TO-Can封装型的光束的一个实施方式。TO-Can封装件通常由铜和/或钢构成。
在更先进的封装配置中，RGB激光光源可装配为非标准外形。通过短腔芯片，可使载置台非常微小。例如，如果芯片的腔长度是150um并且宽度是150um，那么载置台的长度可小于0.5mm并且宽度可小于1mm，或者根据芯片定位的空间限制，甚至更小。在另一个实施方式中，每个R-G-B芯片可安装在其自身的载置台上，然后，安装在共同的平台或背板上。在这种实施方式中，空间要求与一个共同的载置台实施方式的空间要求相似。用于安装和组合R-G-B激光芯片的载置台、基板以及平台的构造材料可选自陶瓷(例如，AlN或BeO)、金属(例如，铜、钢或铝)、硅或者甚至利用合适的性能和电气配置设计的塑料化合物。
除了在载置台、基板和/或共同的平台上安装激光芯片，以便实现具有单个组合的红色、绿色以及蓝色输出光束的RGB模块，这三个激光中的每个的输出还必须被光束成形并且被准直。存在很多做到这一点的方式，包括诸如快轴准直透镜、慢轴准直透镜的透镜，诸如衍射或全息器件的单个非球面、球面或更复杂的光学器件。还可使用微透镜阵列或波导(2D或3D)来进行光束成形。这种光学器件的对准是关键，这是因为这些光学器件必须精确地定位并且可为模块组装成本的最昂贵的方面。可在工作台上或者使用微型集成机械致动器(例如，MEMS)技术被动地(将透镜落在图案化的“母板”上)或者主动地进行透镜对准。
在光学对准以进行准直和光束成形之后，激光光束必须进行组合。有几种方法来组合光束。不同颜色的光束可在自由空间内组合，其中光束被布置成任何期望的图案(线形、三角形、矩形以及圆形(如果大于3…))。在另一种方法中，光纤耦合可用于组合光束，其中，每个单革激光被光纤耦合，然后，所有光纤组合在一起、捆绑、融合在一起或者使用商用组合器组合。
图5为尺寸为3mm×3mm×0.5mm的微型RGB激光模块的实例。图5示出了RGB微型模块的实例，在该实例配置中，激光二极管输出光束通过用于光束准直的透镜来馈入，透镜通过微型致动器来对准。准直光束随后被耦合至用于输出RGB光束的波导光束组合设备。
图6为根据实例的配置有固定透镜的RGB模块。图6示出了RGB微型模块固定透镜。在该概念中，光耦合至使用光学器件或光学器件组的、主动或被动地对准并随后使用粘合剂或焊料固定在合适位置光束成形波导。
在实例中，本实用新型可应用于各种应用程序中，例如，移动显示器、微型显示器等。
已知移动设备的实例为谷歌眼镜，在下面进行了部分描述。还参照www.wikipedia.com。
相机：
谷歌眼镜具有拍摄照片和录制720p HD视频的能力。在录制视频的同时，屏幕停留(stay on)。
触摸板：
用户使用内置在设备一侧中的触摸板控制谷歌眼镜。触摸板位于谷歌眼镜的一侧，允许用户通过滑动(swipe)在屏幕上显示的类似时间线的界面来控制设备。向后滑动，显示了当前事件(例如，天气)，向前滑动，显示过去的事件(例如，电话呼叫、照片、周期更新等)。
当然，可存在改变。
在实例中，本实用新型提供了一种装置，该装置被配置在人体头部上以显示图像。该装置具有框架构件，该框架构件被配置为适配在人体的头部。该装置具有显示区，显示区耦接至框架构件并且空间地布置为允许人类用户查看显示器和激光二极管源。该设备还具有波导结构，该波导结构具有第一区和第二区，第一区耦接至显示区，并且第二区耦接至激光源，并且该波导结构被配置为使来自激光二极管源的电磁辐射横穿波导结构，以使图像显示在显示器上。
图7是示出结合使用衍射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。如图所示，图像在1cm或更小的小孔(aperture)中以20度或更小的准直度进入波导，并且通过直接写入或耦接至波导的衍射特征以某一角度进行衍射，并且然后利用全内反射来反射，或者利用另外的衍射特征来衍射，以被横向地引导穿过波导。然后，图像入射在最终的衍射元件上，并且根据需要被扩大或缩小，以便照亮眼睛。使用光敏材料制造衍射元件，并且使用玻璃、塑料、硅或其他材料制造波导，以使其对周围光具有50％以上的透明度，使观看者能够透过波导越过眼镜中的光学元件看到环境。激光图像的空间亮度实现耦合至波导输入的高效的使用，并且使用小于1cm并且在某些情况下小于1mm的超薄波导。激光图像的光谱亮度源于这样一个事实：使用红色、绿色以及蓝色激光光束，生成光源，每个光束具有小于10nm并且在某些情况下小于5nm以及在某些情况下小于2nm的光谱宽度。窄光谱允许波导光学系统仅仅将进入波导内的激光通过波导横向转移到波到眼睛中。绝大部分周围环境光(超过50％)在激光的窄光谱区之外，并且垂直地穿过波导，直接进入眼睛内，这使得观看者能够看到与来自环境的明亮的环境图像重叠的明亮的激光显示图像。
图8是示出结合使用全息波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
如图所示，图像在1cm或更小的小孔中以20度或更小的准直度进入波导，并且通过直接写入或耦接至波导的全息特征以某一角度被定向，并且随后利用全内反射来反射或者利用另外的衍射特征来定向，以被横向地引导穿过波导。然后，图像入射在最终的全息元件上，并且根据需要被扩大或缩小，以便照亮眼睛。在所显示的图中，包括用于绿色的波导和全息元件，并且第二波导用于红色和蓝色，在第二波导上包括红色和蓝色全息元件。在其他实施方式中，可使用单个波导或多个波导。使用光敏材料制造每个全息元件，并且使用玻璃、塑料、硅或其他材料制造波导元件，以使其对周围环境光具有50％以上的透明度，使得观看者能够透过波导越过眼镜中的光学元件看到环境。激光图像的空间亮度能够在波导输入内使用高效耦合，并且使用小于1cm并且在某些情况下小于1mm的超薄波导。绝大部分周围环境光(超过50％)在激光的窄光谱区之外，并且垂直地穿过波导，直接进入眼睛内，这使得观看者能够看到与来自环境的明亮的环境图像重叠的明亮的激光显示图像。
图9是示出结合使用偏振波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
如图所示，图像在1cm或更小的小孔中以20度或更小的准直度进入波导，并且通过反射光的特定偏振状态的反射界面以某一角度被定向，并且然后利用全内反射来反射，或者利用另外的偏振敏感特征来定向，以被横向地引导穿过波导。然后，图像入射在最终的偏振敏感元件上，并且根据需要被扩大或缩小，以便照亮眼睛。在所显示的图中，包括用于绿色、红色以及蓝色的单独偏振敏感反射元件，并且还可包括由仅仅反射激光的窄光谱的选择性光学涂层或界面造成的光谱选择性。使用具有偏振敏感性或波长敏感性的光学涂层或材料制造每个偏振敏感元件，并且使用玻璃、塑料、硅或其他材料制造波导元件，以使其对于周围环境光具有50％以上的透明度，使得观看者能够透过波导越过眼镜中的光学元件看到环境。激光图像的空间亮度能够在波导输入内使用高效耦合，并且使用小于1cm并且在某些情况下小于1mm的超薄波导。
图10是示出结合使用反射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
如图所示，图像在1cm或更小的小孔中以20度或更小的准直度进入波导，并且通过全内反射以某个角度被定向，横向地穿过波导。然后，图像入射在最终的反射元件上，并且根据需要被扩大或缩小，以便照亮眼睛。在所显示的图中，示出了共同的波导，并且其他实施方式可包括多个波导的使用，例如，每种颜色使用一个。波导还可包括由仅仅反射激光的窄光谱的选择性光学涂层或界面造成的光谱选择性。使用玻璃、塑料、硅或其他材料制造波导，以使其对于周围环境光具有50％以上的透明度，使得观看者能够透过波导越过眼镜中的光学元件看到环境。激光图像的空间亮度能够在波导输入内使用高效耦合，并且使用小于1cm并且在某些情况下小于1mm的超薄波导。激光图像的光谱亮度源于这样一个事实：使用红色、绿色以及蓝色激光光束，生成光源，每个光束具有小于10nm并且在某些情况下小于5nm以及在某些情况下小于2nm的光谱宽度。窄光谱允许波导光学系统仅仅将进入波导内的激光通过波导横向转移到波到眼睛中。绝大部分周围环境光(超过50％)在激光的窄光谱区之外，并且垂直地穿过波导，直接进入眼睛内，这使得观看者能够看到与来自环境的明亮的环境图像重叠的明亮的激光显示图像。
图11是示出结合使用反射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
如图所示，LED和LCOS组合禁止使用薄波导，并且造成大孔以及大尺寸的偏振分束器和部分反射镜，使该设备太厚(1cm或更大)。由于使用LED，所以光的光谱较大，大于10nm，并且因此，选择性光学涂层不被用于使来自环境的高亮度图像以透明的方式穿过波导进入眼睛中。
图12是示出结合使用反射波导的投影显示系统来将图像递送到眼睛的可佩戴式增强实景眼镜的简化图。
如图所示，图像在1cm或更小的小孔中以20度或更小的准直度进入波导，并且通过全内反射以某个角度被定向，横向地穿过波导。然后，图像入射在最终反射元件上，并且根据需要，该图像扩大或缩小，以便照亮眼睛。在所显示的图中，示出了共同的波导，并且其他实施方式可包括多个波导的使用，例如，每种颜色使用一个。波导还可包括由仅仅反射激光的窄光谱的选择性光学涂层或界面造成的光谱选择性。使用玻璃、塑料、硅或其他材料制造波导，以使其对于周围环境光具有50％以上的透明度，使得观看者能够透过波导越过眼镜中的光学元件看到环境。
图13为示出结合投影显示系统的各种可佩戴增强实景眼镜的图片。这些产品高度分散注意力并具有高功耗。
图14为结合投影显示系统的各种可佩戴眼镜的比较。这些产品高度分散注意力并具有高功耗，并且在透明慎重眼镜(transparent discreeteye-glasses)的外形因素(form factor)方面不提供明亮图像。
示例性电子装置可为便携式电子设备，例如，媒体播放器、蜂窝电话、个人数据文件夹等。实际上，在这种实施方式中，便携式电子设备可包括这些设备的功能的组合。此外，电子设备可允许用户连接至互联网或其他网络(例如，局域网或广域网)并且通过互联网或通过其他网络通信。
在某些实施方式中，设备可由一个或多个充电电池和/或可替换电池来供电。这种实施方式可非常便于携带，允许用户在旅行、工作、锻炼等时携带电子设备。通过这种方式，并且根据由电子设备提供的功能，用户可在携带设备自由移动的同时听音乐、玩游戏或播放视频、录制视频或拍摄图像、拨打和接听电话、与其他人进行通话、控制其他装置(例如，通过遥控和/或蓝牙功能)等。
该显示器可为液晶显示器(LCD)、基于发光二极管(LED)的显示器、基于有机发光二极管(OLED)的显示器或某些其他合适的显示器。根据本实用新型的某些实施方式，显示器可显示用户界面和各种其他图像，例如，商标、头像、照片、相册艺术等。此外，在实施方式中，显示器可包括触摸屏，用户通过触摸屏与用户界面交互。
在实例中，该设备还包括激光模块，该激光模块配置有微型显示器以形成光引擎(light engine)。在本说明书中，已经描述了RGB模块的实例。微型显示器可包括扫描MEMS反射镜、LCOS芯片或数字光处理芯片。
根据一个实施方式，本实用新型提供了一种投影系统。该投影系统包括用于接收视频的界面。该系统还包括用于处理视频的图像处理器。该系统包括光源，该光源包括多个激光二极管。多个激光二极管包括蓝色激光二极管。
根据另一个实施方式，本实用新型提供了一种投影系统。该系统包括用于接收视频的界面。该系统还包括用于处理视频的图像处理器。该系统包括光源，该光源包括多个激光二极管。多个激光二极管包括蓝色激光二极管。
根据实施方式，本实用新型提供了一种投影装置。该投影装置包括具有孔的外壳。该装置还包括用于接收一个或多个图像帧的输入界面。该装置包括视频处理模块。此外，该装置包括激光源。激光源包括蓝色激光二极管、绿色激光二极管以及红色激光二极管。该装置还包括微机电系统(MEMS)扫描镜或“飞行镜”，其被配置为通过孔将激光光束投射到特定的位置中，从而产生单个图片。通过光栅扫描二维像素，形成完整的图像。该装置包括设置在激光源附近的光学构件，该光学构件被适配为将激光光束导向MEMS扫描镜。该装置包括与激光光源和MEMS扫描镜电耦接的电源。
根据实施方式，本实用新型提供了一种投影装置。该投影装置包括具有孔的外壳。该装置还包括用于接收一个或多个图像帧的输入界面。该装置包括视频处理模块。此外，该装置包括激光源。激光源包括蓝色激光二极管、绿色激光二极管以及红色激光二极管。该激光源被配置为通过组合来自蓝色、绿色以及红色激光二极管的输出来产生激光光束。该装置还包括与激光源耦接的激光驱动器模块。该激光驱动器模块根据一个或多个图像帧的像素生成三个驱动电流。这三个驱动电流中的每个被适配为驱动激光二极管。该装置还包括MEMS扫描镜或“飞行镜”，其被配置为通过孔将激光光束投射到特定的位置中，从而产生单个图片。通过光栅扫描二维像素，形成完整的图像。
根据另一个实施方式，本实用新型提供了一种投影装置。该投影装置包括具有孔的外壳。该装置还包括用于接收一个或多个图像帧的输入界面。该装置包括激光源。激光源包括蓝色激光二极管、绿色激光二极管以及红色激光二极管。该激光源被配置为通过组合来自蓝色、绿色以及红色激光二极管的输出来产生激光光束。该装置包括数字光处理(DLP)芯片，该芯片包括数字镜(digital mirror)设备。数字镜设备包括多个反射镜，每个反射镜与一个或多个图像帧的一个或多个像素对应。该装置包括与激光源和数字光处理芯片电耦接的电源。该实施方式可具有多种变化，例如，绿色和蓝色激光二极管共享相同的基板或者两种或更多种不同颜色的激光可容纳在相同封装件内的实施方式。在该共同封装的实施方式中，来自蓝色、绿色以及红色激光二极管的输出将被组合成单个光束。
根据另一个实施方式，本实用新型提供了一种投影装置。该投影装置包括具有孔的外壳。该装置还包括用于接收一个或多个图像帧的输入界面。该装置包括激光源。激光源包括蓝色激光二极管、绿色激光二极管以及红色激光二极管。该装置包括数字光处理(DLP)芯片，该芯片包括三个数字镜设备。每个数字镜设备包括多个反射镜。每个反射镜与一个或多个图像帧的一个或多个像素对应。彩色光束分别透射在数字镜设备上。该装置包括与激光源和数字光处理芯片电耦接的电源。该实施方式可具有多种变化，例如，绿色和蓝色激光二极管共享相同的基板或者两种或更多种不同颜色的激光可容纳在相同封装件内的实施方式。在该共同封装的实施方式中，来自蓝色、绿色以及红色激光二极管的输出将被组合成单个光束。
根据又一个实施方式，本实用新型提供了一种投影装置。该投影装置包括具有孔的外壳。该装置还包括用于接收一个或多个图像帧的输入界面。该装置包括激光源。该激光源被配置为通过组合来自蓝色、绿色以及红色激光二极管的输出来产生激光光束。该装置包括数字光处理芯片，该芯片包括三个数字镜设备。每个数字镜设备包括多个反射镜。每个反射镜与一个或多个图像帧的一个或多个像素对应。彩色光束分别投射在数字镜设备上。该装置包括与激光源和数字光处理芯片电耦接的电源。该实施方式可具有多种变化，例如，绿色和蓝色激光二极管共享相同的基板或者两种或更多种不同颜色的激光可容纳在相同封装件内的实施方式。在该共同封装的实施方式中，来自蓝色、绿色以及红色激光二极管的输出将被组合成单个光束。
在一个实施方式中，一个或多个用户输入结构被配置为控制设备，例如，通过控制操作模式、输出等级、输出类型等。例如，用户输入结构可包括打开或关闭设备的按钮。而且，用户输入结构可允许用户与在显示器上的用户界面交互。便携式电子设备的实施方式可包括任何数量的用户输入结构，包括按钮、开关、控制板、滚轮或任何其他合适的输入结构。
示例性设备还可包括各种输入和输出端口，以允许连接额外的设备。例如，端口可为耳机插孔，该插孔为耳机提供连接。此外，端口可具有为头戴式耳机提供连接的输入/输出功能(例如，耳机和麦克风组合)。本实用新型的实施方式可包括任何数量的输入和/或输出端口，例如，耳机和头戴式耳机插孔、通用串行总线(USB)端口、IEEE-1394端口以及AC和/或DC电源连接器。而且，设备可使用输入和输出端口连接至任何其他设备(例如，其他便携式电子设备、个人电脑、打印机等)并且发送或接收数据。例如，在实施方式中，设备可通过IEEE-1394连接来连接至个人电脑，以便发送和接收数据文件，例如，媒体文件。在受让给苹果公司的美国专利No,8,294,730中可找到该设备的进一步的细节。
在实例中，在显示器应用中，基于超短芯片的RGB激光源提供几个优点。在传统的RGB激光模块中，使用长芯片，并且长芯片具有有限的上升时间和由此的调制速度。这通常造成使用模拟调制来确定在扫描MEM设备时每个像素的亮度以及在基于LCOS和DLP的显示器中的面板的长脉冲曝光。在这些设置中，激光光束相干和干扰造成称为斑点(speckle)的不期望的可见图像质量问题。通过利用短芯片，与更长的芯片相比，脉冲可能具有更短的上升时间，能够更快速地进行调制。这能够使用高速脉宽调制(PWM)，以便每当脉冲调制激光时，尽可能减小造成光谱的扰频的相干和干扰，这减少了斑点并且提高了图像质量。
在另一个实例中，基于超短芯片的RGB激光源的另一个优点与图像质量的颜色纯度相关。在使用长芯片的传统RGB激光模块中，在图像中的由暗淡至明亮的斑点促使激光从暗淡状态变成明亮状态时，生成图像伪影。发生这种情况时，激光加热，并且阈值电流改变。阈值电流的这种变化使在像素或帧亮度与操作电流之间的相关性不精确，并且造成将错误的亮度输送给屏幕并且经受颜色质量劣化。人眼可看见这些变化，并且这些变化是由具有长芯片的RGB模块递送的图像质量的缺点。通过利用短芯片激光设计，阈值电流低得多，因此，减少阈值电流随着温度的变化。这能够提高在像素或帧亮度与操作电流之间的相关性的精度，并且因此，不管在图像或视频中的明亮和黑暗的转变，都具有优异的图像质量。
基于超短芯片的RGB激光源的另一个优点与由减小的阈值电流引起的更少功耗相关，在显示器以低电平进行操作时，这尤其重要。
与基于大芯片和大块宏观光学元件的RGB激光源相比，其他优点包括基于超短芯片和微型光学元件的RGB激光源的尺寸的减小以及成本的降低。
总之，在实例中，基于超短芯片的RGB激光源以高容量提供具有最佳图像质量、最高效率、最小外形尺寸以及最低成本结构的最亮图像。
在实例中，如下所述，并且在本说明书中，本RGB源可具有各种应用：
·基于超短芯片的RGB激光源的应用包括新颖的、生物医学上的、防卫用以及工业上的显示器；
·显示器应用包括用于汽车售后市场部分以及新车的嵌入式汽车市场的抬头式(heads up)显示器；
·显示器应用还包括嵌入移动电话、相机、平板手机、平板电脑、机顶盒、视频游戏、Go-Pro相机以及其他可佩戴或便携式消费性电子产品(例如，手表)内的微型投影仪。使用实例包括共享图像和视频以及人们查看大图像，用于网上冲浪和娱乐；
·可一起使用基于超短芯片的RGB激光源的多个昏暗的投影仪来产生具有多个视点的明亮图像，用于广泛的可视眼镜的免费3D应用；
·基于超短芯片的RGB激光源的一个或多个投影仪可被用于与用于产生在全息材料和投影仪之上的空间内出现的3D虚拟图像的全息材料相结合使用；
·基于超短芯片的RGB激光源的投影仪可用于具有高度透明的窗口的可佩戴显示器或眼镜内，为了共享图像的目的，可在这些显示器或眼镜上显示图像和视频。这种显示器为透射式以及交互式，透射式表示在具有一定参考意义的登记的某些情况下将信息无阻碍地加入眼睛看见的图像中，交互式表示可打开或关闭图像，或者使该图像变暗，或者操作该图像：
ο例如，在生物医学应用中，例如，在协作外科手术中，或者在培训中，显示示意图或解剖信息或者患者的生命体征和状态；
ο协作的其他应用，例如，教育或在职培训，其中，要由人们自己的眼睛的图像覆盖分享手册或指令的信息，例如，技工查看在其自己的眼睛看到的车辆图像上覆盖的引擎设计图；
·这种应用程序包括增强实景，其中，还可添加来自其他传感器的图像，例如，热图像、IR夜视增强、UV成像、光致激发照明，例如，荧光粉。
当然，可存在变化。
在本文中使用的术语GaN基板与基于III族氮化物的材料相关联，这些材料包括GaN、InGaN、AlGaN或用作起始材料的其他包含III族的合金或成分。这种起始材料包括极性GaN基板(即，最大区域表面名义上是(h k l)平面的基板，其中，h＝k＝0，并且l是非零)、非极性GaN基板(即，最大区域表面以从大约80到100度的角度从上述极性方向朝着(hk l)平面的基板材料，其中，l＝0，并且h和k中的至少一个是非零)或半极性GaN基板(即，最大区域表面以从大约+0.1到80度或者从110到179.9度的角度从上述极性方向朝着(h k l)平面的衬底材料，其中，l＝0，并且h和k中的至少一个是非零)。
如图所示，本设备可封闭在合适的封装件内。这种封装件可包括在TO-38和TO-56头(header)内的封装件。还可存在其他合适的封装设计以及方法，例如，需要光纤耦合的TO-9或扁平外壳以及甚至非标准封装。在特定的实施方式中，本设备可被实施为共同封装配置，例如，在共同受让的美国临时申请No.61/347,800中描述的那些，并且为了所有目的将其通过引用结合于此。
在其他实施方式中，本激光设备可配置在各种应用中。这种应用包括激光显示器、度量衡(metrology)、通信、卫生保健和手术、信息技术等。例如，本激光设备可设置在激光显示器内，例如，在于2010年5月27日提交的美国序列号12/789,303中描述的那些。

Claims (13)

1.一种可佩戴式装置，其特征在于，包括：
框架构件，将被配置给人类用户；
显示设备，耦接至所述框架构件并被配置为被所述人类用户观看；以及
激光源，可操作地耦接至所述显示设备，所述激光源包括使用含有镓和氮的材料制成的至少一个激光器。
2.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述框架构件被配置为一副眼镜。
3.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述框架构件被配置为可佩戴式手腕设备。
4.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源耦接至波长转换材料。
5.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源设置在模块设备中。
6.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源被配置为光源。
7.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源耦接至MEMS设备。
8.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源耦接至LCOS设备。
9.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源包括多个激光设备，所述多个激光设备包括蓝色激光器、绿色激光器和红色激光器。
10.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，进一步包括具有第一区和第二区的波导结构，所述第一区耦接至所述显示设备，并且所述第二区耦接至所述激光源，所述波导结构被配置为使来自所述激光源的电磁辐射横穿所述波导结构以使图像输出在所述显示设备上。
11.根据权利要求10所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源被配置为发射激光束以横穿所述波导结构，使得图像在1cm或更小的小孔中以20度或更小的准直度进入所述波导结构，并且通过直接写入所述波导结构或耦接至所述波导结构的衍射特征以某一角度进行衍射，并且其后，所述图像利用全内反射来反射或者利用另外的衍射特征来衍射以被横向地引导穿过所述波导结构，并且使得所述图像入射在最终的衍射元件上并被扩大或缩小以照射在所述人类用户的眼睛的一部分上。
12.根据权利要求10所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述波导结构被配置为将所述图像引导至所述显示设备。
13.根据权利要求1所述的可佩戴式装置，其特征在于，所述激光源包括红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管。
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