CN210109462U - 一种近眼光学显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近眼光学显示装置，包括：图像源、投影单元、耦合棱镜、光波导、第一调节镜和第二调节镜；投影单元位于图像源的出光面一侧，耦合棱镜的入光面与投影单元的出光面接触，耦合棱镜的出光面与光波导的入光面接触；投影单元和耦合棱镜用于将图像源的出射光耦合入光波导；沿背离光波导的出光面的方向，第一调节镜和第二调节镜依次设置于光波导的出光面一侧；间距调节结构，与第一调节镜或第二调节镜连接，间距调节结构用于调节第一调节镜与第二调节镜的间距。本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置实现了视度可调。

Description

一种近眼光学显示装置

技术领域

本实用新型实施例涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种近眼光学显示装置。

背景技术

头戴显示器(Head-mounted displays，HMD)是指通过各种光学显示装置向眼睛发送光学信号，可以实现虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(AugmentedReality，AR)、混合现实(Mix Reality，MR)等不同效果，具有沉浸性、交互性以及可提高势态感知等特点，在军事、工业设计与制造、医疗及娱乐等虚拟现实和增强现实领域得到了广泛应用。

现有技术中，为了能够满足不同佩戴者的视力要求以及观看视度要求，在进行佩戴头戴显示器体验过程中，通常在不同用户体验时需要频繁更换相应的近(远)视镜片，影响了用户体验。

实用新型内容

本实用新型提供一种近眼光学显示装置，以实现近眼光学显示装置的视度可调。

本实用新型实施例提供了一种近眼光学显示装置，包括：

图像源、投影单元、耦合棱镜、光波导、第一调节镜和第二调节镜；

所述投影单元位于所述图像源的出光面一侧；

所述耦合棱镜的入光面与所述投影单元的出光面接触，所述耦合棱镜的出光面与所述光波导的入光面接触；

所述投影单元和所述耦合棱镜用于将所述图像源的出射光耦合入所述光波导；

沿背离所述光波导的出光面的方向，所述第一调节镜和所述第二调节镜依次设置于所述光波导的出光面一侧；

间距调节结构，与所述第一调节镜或所述第二调节镜连接，所述间距调节结构用于调节所述第一调节镜与所述第二调节镜的间距。

可选的，所述间距调节结构包括：

第一镜筒和第二镜筒；

所述第一调节镜位于所述第一镜筒中，所述第一镜筒包括内螺纹；

所述第二调节镜位于所述第二镜筒中，所述第二镜筒包括外螺纹；

所述间距调节结构与所述第二调节镜连接，所述间距调节结构控制所述第二镜筒通过所述外螺纹和所述第一镜筒的所述内螺纹连接，以调节所述第一调节镜与所述第二调节镜的间距。

可选的，所述近眼光学显示装置还包括光波导镜框，用于将所述光波导与所述第一镜筒连接。

可选的，所述间距调节结构还包括防滑齿；所述防滑齿沿所述第二镜筒的外壁边缘设置。

可选的，所述第一调节镜为凸透镜，所述第二调节镜为凹透镜。

可选的，所述第一调节镜和所述第二调节镜为菲涅尔透镜。

可选的，所述投影单元包括：

沿背离所述图像源的出光面的方向依次设置的透镜、偏振分光棱镜、1/4波片和反射面镜。

可选的，所述光波导包括至少两个沿背离所述耦合棱镜的出光面的方向依次胶合的平行四角棱镜。

可选的，所述图像源为Micro-LED微显示器。

可选的，所述第一调节镜和所述第二调节镜的间距调节范围为D，其中0≤D≤3.5mm。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过投影单元将图像源的出射光转换为偏振光，耦合棱镜将投影单元的出射光耦合入光波导，第一调节镜和第二调节镜依次设置于光波导的出光面一侧，通过间距调节结构调节第一调节镜与第二调节镜的间距，调节近眼光学显示装置的焦距，解决了现有技术中显示装置无法调节视度的问题，实现了近眼光学显示装置的视度可调。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种近眼光学显示装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种近眼光学显示装置的主视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种近眼光学显示装置的爆炸结构示意图；

图4为第一调节镜和第二调节镜之间的调节距离与近视度数的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

头戴显示器(Head-mounted displays，HMD)是指通过各种光学显示装置向眼睛发送光学信号，可以实现虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(AugmentedReality，AR)、混合现实(Mixreality，MR)等不同效果，具有沉浸性、交互性以及可提高势态感知等特点，在军事、工业设计与制造、医疗及娱乐等虚拟现实和增强现实领域得到了广泛应用。

现有技术中的头戴显示器多采用AR几何/阵列光波导方案，由于AR几何/阵列光波导方案的出瞳扩展原理，几何/阵列光波导方案只能是无焦系统，使得头戴显示器不能进行视度调节。目前，AR光波导产品解决视度调节问题时，通常是根据不同佩戴者的近视度在产品前夹装不同视度的镜片，产品配套有全套的近(远)视镜片，每次使用时需挑选镜片，十分繁琐和不便。另一种解决视度调节问题的方案是使用液体透镜，通过电机驱动调节/改变液体透镜曲率，实现视度调节功能，但该方案技术难点高，目前该技术还不成熟，电机驱动系统也很复杂，成本高、不易实现。

基于上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种近眼光学显示装置，通过投影单元将图像源的出射光转换为偏振光，耦合棱镜将投影单元的出射光耦合入光波导，第一调节镜和第二调节镜依次设置于光波导的出光面一侧，通过间距调节结构调节第一调节镜与第二调节镜的间距，调节近眼光学显示装置的焦距，实现近眼光学显示装置的视度可调。

以上是本实用新型的核心思想，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种近眼光学显示装置的立体结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种近眼光学显示装置的主视图，图3为本实用新型实施例提供的一种近眼光学显示装置的爆炸结构示意图，如图1、图2和图3所示，本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置包括：图像源11、投影单元12、耦合棱镜13、光波导14、第一调节镜15和第二调节镜16。投影单元12位于图像源11的出光面111一侧，耦合棱镜13的入光面131与投影单元12的出光面122接触，耦合棱镜13的出光面132与光波导14的入光面141接触。投影单元12和耦合棱镜13用于将图像源11的出射光耦合入光波导14。沿背离光波导14的出光面142的方向，第一调节镜15和第二调节镜16依次设置于光波导14的出光面142一侧。本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置还包括间距调节结构17，与第一调节镜15或第二调节镜16连接，间距调节结构17用于调节第一调节镜15与第二调节镜16的间距。

本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置，通过投影单元12和耦合棱镜13将图像源11的出射光耦合入光波导14，第一调节镜15和第二调节镜16依次设置于光波导14的出光面142一侧，通过间距调节结构17调节第一调节镜15与第二调节镜16的间距，调节近眼光学显示装置的焦距，解决了现有技术中显示装置无法调节视度的问题，实现了近眼光学显示装置的视度可调。

继续参考图3所示，可选的，间距调节机构17包括：第一镜筒171和第二镜筒172。第一调节镜15位于第一镜筒171中，第一镜筒171包括内螺纹1711；第二调节镜16位于第二镜筒172中，第二镜筒172包括外螺纹1721。间距调节结构17与第二调节镜16连接，间距调节结构17控制第二镜筒172通过外螺纹1721和第一镜筒171的内螺纹1711连接，以调节第一调节镜15与第二调节镜16的间距。

其中，第一调节镜15位于第一镜筒171中，第一镜筒171包括内螺纹1711；第二调节镜16位于第二镜筒172中，第一镜筒171和第二镜筒172通过螺纹连接，通过旋转第二镜筒172能够改变第一镜筒171和第二镜筒172的相对位置，从而改变位于第一镜筒171中的第一调节镜15和位于第二镜筒172中的第二调节镜16的距离，从而实现视度调节。此外，第一镜筒171和第二镜筒172还起到保护第一调节镜15和第二调节镜16的作用。

可选的，内螺纹1711和外螺纹1721为微调螺纹，从而实现第一调节镜15和第二调节镜16的距离微调，使得近眼光学显示装置能够针对不同使用者进行匹配调节。

继续参考图3所示，可选的，本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置还包括光波导镜框18，用于将光波导14与第一镜筒171连接。其中，通过光波导镜框18将光波导14与第一镜筒171连接，起到保护显示近眼光学显示装置的作用，便于携带。

继续参考图3所示，可选的，间距调节结构17还包括防滑齿173，防滑齿173沿第二镜筒172的外壁边缘设置。

其中，沿第二镜筒172的外壁边缘设置防滑齿173，使得第二镜筒172更易旋转，便于用户使用。

可选的，第一调节镜15为凸透镜，第二调节镜16为凹透镜，通过改变第一调节镜15和第二调节镜16之间的距离，能够改变近眼光学显示装置整体的焦距。

可选的，第一调节镜15和第二调节镜16为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜更加轻薄，有利于减小近眼光学显示装置的体积，使得近眼光学显示装置的使用更加轻便。

可选的，投影单元12包括：沿背离所述图像源11的出光面111的方向依次设置的透镜123、偏振分光棱镜124、1/4波片125和反射面镜126。

其中，图像源11的出射光经过透镜123放大后，进入偏振分光棱镜(polarizationbeam splitter，PBS)124。偏振分光棱镜124是在两个直角棱镜的斜面镀制多层膜结构，然后胶合成的一个立方体结构棱镜，在光线通过多层膜结构以后，偏振方向与入射面平行的p偏振分量完全透过，偏振方向与入射面垂直的s偏振分量反射。示例性的，透过偏振分光棱镜124的光线为p偏振光，p偏振光经过1/4波片125后由反射面镜126反射，再次经过1/4波片125，此时由于p偏振光经过两次1/4波片125，其偏振方向旋转了90°，变为s偏振光。s偏振光再次进入偏振分光棱镜124后反射至耦合棱镜13，耦合棱镜13将s偏振光传导入光波导14，进而通过第一调节镜15和第二调节镜16进行视度调节后传送至人眼。

其中，反射面镜126还具有放大的作用，使得近眼光学显示装置显示的图像更容易分辨。

可选的，耦合棱镜13为三角棱镜，可根据近眼光学显示装置的实际需求选择耦合棱镜13的匹配角度。

本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置，通过投影单元12和耦合棱镜13将图像源11的出射光以匹配的光路耦合入光波导14，第一调节镜15和第二调节镜16依次设置于光波导14的出光面142一侧，通过间距调节结构17调节第一调节镜15与第二调节镜16的间距，调节近眼光学显示装置的焦距，解决了现有技术中显示装置无法调节视度的问题，实现了近眼光学显示装置的视度可调。

可选的，光波导14包括至少两个沿背离耦合棱镜13的出光面132的方向依次胶合的平行四角棱镜143。

其中，平行四角棱镜143之间具有光波导反射阵列，光波导14用于将耦合棱镜13出射的光束进行等效尺寸增大，由耦合棱镜13射入光波导14的光束经过光波导反射阵列反射后向人眼输出扩展光束，从而实现出瞳扩展。

示例性的，光波导14包括五个光波导反射阵列，由投影单元12出射的光线经过耦合棱镜13进入光波导14，再通过五个光波导反射阵列导出，经过第一调节镜15和第二调节镜16进行视度调节后传送至人眼。

可选的，图像源11为微显示器，微显示器又称为微型平面显示面板，通常指对角线尺寸小于1英寸(2.54厘米)的显示器，图像源11采用微显示器，减小近眼光学显示装置的体积，便于携带。示例性的，图像源11为Micro-LED微显示器，Micro-LED是新一代显示技术，Micro-LED微显示器比现有的OLED显示器亮度更高、发光效率更好、功耗更低。

可选的，第一调节镜15和第二调节镜16的间距调节范围为D，其中0≤D≤3.5mm。通过设置合适的间距调节范围D，既能够保证较大的焦距调节范围，又不会使近眼光学显示装置的体积过大。

示例性的，图4为第一调节镜和第二调节镜之间的调节距离与近视度数的关系示意图，如图4所示，本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置中，第一调节镜15为凸透镜，焦距为38mm；第二调节镜16为凹透镜，焦距为-31.5mm，第一调节镜15和第二调节镜16的间距调节范围为D，其中0≤D≤3.5mm，能够调节的近视度数范围为0度到1000度，能够满足大多数近视人群的使用。

通过改变第一调节镜15和第二调节镜16的焦距，能够实现视度调节范围覆盖近视和远视人群，本领域技术人员能够对此进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置，通过投影单元12将图像源11的出射光转换为偏振光，耦合棱镜13将投影单元12的出射光耦合入光波导14，第一调节镜15和第二调节镜16依次设置于光波导14的出光面142一侧，通过间距调节结构17调节第一调节镜15与第二调节镜16的间距，调节近眼光学显示装置的焦距，解决了现有技术中显示装置无法调节视度的问题。本实用新型实施例提供的近眼光学显示装置结构简单、成本低、使用便捷，实现了近眼光学显示装置的视度可调，和针对近视或远视人群的使用。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种近眼光学显示装置，其特征在于，包括：

图像源、投影单元、耦合棱镜、光波导、第一调节镜和第二调节镜；

所述投影单元位于所述图像源的出光面一侧；

所述耦合棱镜的入光面与所述投影单元的出光面接触，所述耦合棱镜的出光面与所述光波导的入光面接触；

所述投影单元和所述耦合棱镜用于将所述图像源的出射光耦合入所述光波导；

沿背离所述光波导的出光面的方向，所述第一调节镜和所述第二调节镜依次设置于所述光波导的出光面一侧；

间距调节结构，与所述第一调节镜或所述第二调节镜连接，所述间距调节结构用于调节所述第一调节镜与所述第二调节镜的间距。

2.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述间距调节结构包括：

第一镜筒和第二镜筒；

所述第一调节镜位于所述第一镜筒中，所述第一镜筒包括内螺纹；

所述第二调节镜位于所述第二镜筒中，所述第二镜筒包括外螺纹；

所述间距调节结构与所述第二调节镜连接，所述间距调节结构控制所述第二镜筒通过所述外螺纹和所述第一镜筒的所述内螺纹连接，以调节所述第一调节镜与所述第二调节镜的间距。

3.根据权利要求2所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述近眼光学显示装置还包括光波导镜框，用于将所述光波导与所述第一镜筒连接。

4.根据权利要求2所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述间距调节结构还包括防滑齿；所述防滑齿沿所述第二镜筒的外壁边缘设置。

5.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述第一调节镜为凸透镜，所述第二调节镜为凹透镜。

6.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述第一调节镜和所述第二调节镜为菲涅尔透镜。

7.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述投影单元包括：

沿背离所述图像源的出光面的方向依次设置的透镜、偏振分光棱镜、1/4波片和反射面镜。

8.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述光波导包括至少两个沿背离所述耦合棱镜的出光面的方向依次胶合的平行四角棱镜。

9.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述图像源为微显示器。

10.根据权利要求1所述的近眼光学显示装置，其特征在于，所述第一调节镜和所述第二调节镜的间距调节范围为D，其中0≤D≤3.5mm。

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