CN210401837U - 一种近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近眼显示设备，用于解决现有近眼显示设备中镜腿和镜框的连接方式不稳固导致投影显示效果较差的技术问题。该近眼显示设备包括镜片、容置镜片的镜框和可转动地连接在镜框两端的镜腿，镜腿中设置有扫描显示模组，扫描显示模组包括光源和光纤扫描器，光源出射待显示图像的光束，光束经光纤扫描器扫描出射后传输到镜片中；其中，镜腿靠近镜框的连接端设置有第一磁性体，镜框的两端分别设置有与第一磁性体对应的第二磁性体，在镜腿相对于镜框转动且连接端的端面逐渐靠近镜框时，第一磁性体与第二磁性体之间的磁引力促使镜腿相对于镜框处于预设可穿戴位置，以使扫描显示模组出射的光束与镜片位置对准。

Description

一种近眼显示设备

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种近眼显示设备。

背景技术

光纤扫描投影技术的成像原理是：通过光纤扫描器中的致动器带动扫描光纤进行预定二维扫描轨迹的运动，同时调制光源出光功率，将待显示图像的每个像素点信息逐一投射到成像区域上，从而形成投射画面。

目前，光纤扫描投影技术被应用到越来越多的设备中实现图像显示，例如投影仪、智能眼镜等。在实现光纤扫描投影技术的过程中，对图像光束的投影位置和角度等的精准度要求较高。其中，当在智能眼镜中使用扫描显示在智能眼镜中，眼镜通常由镜片、镜框和镜腿构成，为了实现镜腿相对镜框的开合操作，在镜框与镜腿之间设有相互结合的连接结构，而该连接结构大都为转轴关节结构，即利用螺丝铰链作为该关节结构的转轴来完成两者的连接紧固。但在长期、频繁使用后，螺丝铰链的紧固作用会一定程度减弱，导致镜框与镜腿松动，偏离正常的投影显示位置，影响设备的投影显示效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种近眼显示设备，用于解决现有近眼显示设备中镜腿和镜框的连接方式不稳固导致投影显示效果较差的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种近眼显示设备，包括镜片、容置所述镜片的镜框和可转动地连接在所述镜框两端的镜腿，所述镜腿中设置有扫描显示模组，所述扫描显示模组包括光源和光纤扫描器，所述光源出射待显示图像的光束，所述光束经所述光纤扫描器扫描出射后传输到所述镜片中；其中，所述镜腿靠近镜框的连接端设置有第一磁性体，所述镜框的两端分别设置有与所述第一磁性体对应的第二磁性体，在所述镜腿相对于所述镜框转动且所述连接端的端面逐渐靠近所述镜框时，所述第一磁性体与所述第二磁性体之间的磁引力促使所述镜腿相对于所述镜框处于预设可穿戴位置，以使所述扫描显示模组出射的光束与所述镜片位置对准。

可选的，所述镜腿的连接端的端面凸设有限位部，所述镜框上设置有与所述限位部相匹配的凹槽。

可选的，所述第一磁性体的至少一部分设置于所述限位部中，所述第二磁性体的至少一部分对应设置于所述凹槽内。

可选的，所述限位部远离所述镜腿的一端的端面为弧面。

可选的，所述镜片中设置有波导片，当所述镜腿相对于所述镜框处于所述可穿戴位置时，所述扫描显示模组出射的图像光束被耦入至所述波导片并在波导片中传输，所述波导片中传输的图像光束经所述波导片的耦出区域耦出投射至人眼。

可选的，所述扫描显示模组还包括透镜组，设置在所述光纤扫描器的出光光路上，用于对所述扫描显示模组出射的图像光束进行准直。

可选的，所述第一磁性体和所述第二磁性体为磁铁。

可选的，所述镜腿与通过铰接结构与所述镜框铰接，当所述镜腿相对于所述镜框处于可穿戴位置时，所述连接端的端面与所述镜框贴合。

可选的，所述镜腿内置电源、处理器和通信模块，所述电源、处理器和通信模块位于所述镜腿中与所述连接端相对的自由端。

可选的，所述镜片及所述镜框内布设有导线或印刷电路，用于传输电流和/或图像数据。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例中，镜腿的连接端和镜框中对应设置有一组磁吸引部件，故在镜腿在相对于镜框转动且镜腿连接端的端面逐渐靠近镜框的过程中，第一磁性体与第二磁性体之间的磁引力能促使镜腿相对于镜框处于预设位置，从而使得扫描显示模组出射的光束能与镜片保持相对位置的准确性和稳固性，有效提高近眼显示设备的光学显示的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的近眼显示设备中扫描显示模组的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种光纤扫描器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种扫描显示组配合波导所构成的光学系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的近眼显示设备的结构示意图；

图5A-图5B是本实用新型实施例中近眼显示设备的中磁性体的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中镜腿与镜框的连接示意图；

图7是本实用新型实施例中智能眼镜的自由端的结构示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

首先，对本实用新型实施例中的近眼显示设备所采用的扫描显示模组的结构及工作原理进行介绍，以便本领域技术人员理解。

如图1所示，为本实用新型中近眼显示设备中的扫描显示模组的结构示意图，其中主要包括：处理器100、光源110、光纤扫描器120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。

处理器100可以为图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。

工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对光源110进行调制，光源110可为激光器组，其包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1中可见，光源中具体可采用红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三色激光器。光源110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。

处理器100控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描器120进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。

从传输光纤130输出端出射的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器120带动下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置进行扫描。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。

继续参考图2，为光纤扫描器120的具体结构，其中包括：致动部121、光纤悬臂122、透镜123、扫描器封装壳124以及固定件125。致动部121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在致动部121的自由端延伸形成光纤悬臂122，工作时，致动部121在扫描驱动信号的驱动下沿第一方向(Y方向)及第二方向(X方向)振动，受致动部121带动，光纤悬臂122出射端输出的光束便可按预定轨迹在介质表面上扫描。需要说明的是，传输光纤130从A端接入致动部121，其中的光束可传输至B端的光纤悬臂122，在可能的实施方式中，传输光纤130贯穿致动部121，并在致动部121的自由端延伸形成光纤悬臂122；或者，传输光纤130从A端接入致动部121，并在致动部121内部与B端的光纤悬臂122的精密对接，从而可将光束输出至光纤悬臂122中，也就是说，传输光纤130和光纤悬臂122并不是一体的。

前述图1及图2所对应的内容示出了扫描显示模组的基本结构，对于近眼显示设备，特别是AR眼镜而言，除了前述的扫描显示模组之外，还需要相应的波导配合构成完整的光学系统，以实现虚拟图像与真实世界环境光线的叠加显示。

进一步可参考图3，扫描显示模组所出射的光束输入至波导后，可在波导中传输并输出至人眼。其中，图3中的扫描显示模组包括：扫描器组300、第一激光器311、第二激光器312以及传输光纤330，每个光纤扫描器的出光光路上设置有透镜组，用于对其出射的图像光束进行准直。扫描器组300中包含至少一个光纤扫描器，图3所示实施例的扫描器组300中，包含两个光纤扫描器，即，第一光纤扫描器301及第二光纤扫描器302，但这并不应理解为对本实用新型的限定。波导可采用波导片，图3所示实施例中由波导片41和波导片42构成堆叠型波导，第一光纤扫描器301输出的光束经过波导片41上的输入区域411进入波导片41，相应地，第二光纤扫描器302输出的光束经过波导片42上的输入区域422进入波导片42。这里的输入区域411及422可认为是光栅或光学结构，使得光束在此处发生转折，在波导片中传输。

作为AR眼镜时，波导片41和波导片42所构成的堆叠型波导可构成镜片，故各波导片均可采用透明材料，以便于自然光从波导片中透过。当然，图3中所示出的内容仅是AR眼镜其中一侧的光学系统，容易理解，若仅实现单眼显示，则在一侧设置上述光学系统即可；而若要实现双眼显示，则AR眼镜的左右两侧可对称设置光学系统，此处不再赘述。

应理解，前述内容示出了应用于近眼显示设备中的扫描显示模组、光学系统的基本结构，在此基础上将对本实用新型实施例中的技术方案进行详细描述。另外，为了便于后续实施例中的描述，前述内容中所示出的方向坐标系可沿用至后续实施例中，这里并不应作为对本实用新型的限定。

需要说明的是，在轻量化、小体积需求的推动下，智能眼镜等近眼显示设备的外形逐渐向普通眼镜的形态演变，其佩戴方式也越来越贴近普通眼镜的佩戴方式，即，以人的上耳廓和鼻梁受力支撑近眼显示设备，镜腿末端的箍紧结构可逐渐减小，在理想情况下，甚至可以取消箍紧结构。

下面，结合附图详细描述本实用新型实施例提供的近眼显示设备，本实施例中主要以近眼显示设备为智能眼镜为例。

本实用新型实施例中，在将前述扫描显示模组应用于智能眼镜时，主要将扫描显示模组设置在镜腿中，其出射的图像光束经投射面(如镜片)后摄入人眼。为了使光纤扫描器出射的光束能够精准地被显示在镜片中相应的位置，对光纤扫描器与投射面(即镜片)之间的相对角度及距离的稳定性要求较高。但在现有常规技术中，在实现镜腿相对镜框的开合操作时，镜框与镜腿之间通常设有相互结合的连接结构，该连接结构大多采用转轴关节结构，即利用螺丝铰链作为该关节结构的转轴来完成两者的连接紧固，但在长期、频繁使用后，螺丝铰链的紧固作用会一定程度减弱，导致眼镜前框与镜腿松动，甚至是螺丝铰链的脱落，如此也就容易导致扫描显示模组中光纤扫描器与镜片的相对位置发生改变，从而影响智能眼镜的投射显示效果。

因此，本实用新型实施例提出在智能眼镜中镜腿的连接端及镜框的两侧分别设置磁性体，使得镜腿转动并相镜框闭合时存在磁引力，增强镜腿与镜框相互之间的牵制，促使镜腿与镜框精准闭合，保证扫描显示模组和镜片之间的相对角度和距离等，避免相对位置的偏差。

参见图4，为本实用新型实施例提供的智能眼镜的结构示意图，图中以头戴式近眼显示装置为智能眼镜为例。本实用新型实施例的智能眼镜包括镜片10、容置所述镜片10的镜框20和可移动地设置在所述镜框20两端的镜腿30，该镜腿30中设置有扫描显示模组40，该扫描显示模组40包括光源110和光纤扫描器120，光源出射待显示图像的光束，光束经光纤扫描器扫描出射后能传输到镜片10中显示；其中，智能眼镜在镜腿30靠近镜框20的连接端中设置第一磁性体31，镜框20的两端分别设置有与所述第一磁性体31对应的第二磁性体32，第一磁性体31可设置于扫描显示模组40侧边的空隙位置处，只要其设置位置不影响扫描显示模组40的功能即可。

需要说明的是，智能眼镜内部设置的两个磁性体，在外观上实际为不可见状态，图4中为了便于表达本实施例的技术方案分别对其进行标示。在图4所示的结构中，当镜腿30相对于镜框20转动且连接端的端面逐渐靠近镜框20时，第一磁性体31与第二磁性体32之间产生的吸附力促使镜腿30相对于镜框20处于预设的可穿戴位置，从而使得镜腿30中的扫描显示模组40能够与镜框20中设置的镜片10保持稳定的相对位置，扫描显示模组40出射的图像光束即可精准地投射到镜片10中。

本实用新型实施例中，镜片10可采用透明材料的波导片，该波导片中设置有耦入单元和耦出单元。当镜腿30相对于所述镜框20处于所述可穿戴位置时，扫描显示模组40出射的图像光束经耦入单元耦入波导片并在波导片中传输，波导片中传输的图像光束经耦入单元耦出后投射至人眼；同时，外部环境光也可透过波导片进入人眼，从而使用户观看到叠加于现实环境中的虚拟图像。当然，镜片10及镜框20内可布设有导线或印刷电路，用于传输电流和/或图像数据。

在一种可能的实施方式中，请参见图5A和5B，为镜腿30中设置的磁性体的结构示意图。智能眼镜中镜腿30靠近镜框20的连接端的端面凸设有第一限位部33，镜框20上设置有与第一限位部33相匹配的凹槽34。图5B为智能眼镜中镜腿30与镜框20的截面示意图，以便于查看凹槽34与第一限位部33的位置。图中以第一磁性体31与第一限位部33对应设置在镜腿30中，第二磁性体32与凹槽34对应设置在镜框20中为例。当镜腿30相对于镜框20闭合时，第一磁性体31和第二磁性体32产生磁引力，第一限位部33滑入镜框20的凹槽内，实现进行限位部的限位，同时提高位置对准的精准性。优选的，第一限位部33远离镜腿30一端的端面为弧面，有助于提高第一限位部33嵌入凹槽34内时的顺畅性。

在实际应用中，第一限位部33可由镜腿30的材料直接凸出形成的，或者，第一限位部33也可是第一磁性体31的一部分凸出连接端端面所形成的，或者，第一磁性体31的一部分也可容置在第一限位部33内部，以便与凹槽34对应的第二磁性体32产生磁吸力。相应的，第二磁性体32可以对应设置在凹槽34的后侧，甚至可以部分设置在凹槽34内，只要能与第一磁性体31在预设位置对应相吸即可，本实用新型实施例对第一磁性体31和第二磁性体32的设置方式不做具体限制。镜腿30和镜框20可以采用较为坚固且轻便的材料，如碳纤维材质、塑钢材料、钛合金等等，以降低智能眼镜的重力，提高佩戴的舒适度。

其中，第一磁性体31和第二磁性体32是磁铁，优选的，两个磁性体均为钕磁铁。两个磁性体可以均为块状的磁铁，如方块状或其它形状，其尺寸及摆放位置可以根据实际情况设置，只要设置后的两个磁性体之间产生的吸附力能牵引镜腿30到达可佩戴位置即可。例如，请参见图5B，方块状的第一磁性体31可以沿镜腿30的延伸方向设置，如设置于镜腿30连接端中扫描显示模组40侧边的空隙位置处，其设置位置只要不影响扫描显示模组40的功能即可，第二磁性体32沿镜框20的延伸方向设置；当镜腿30与镜框20到达可穿戴位置时，第一磁性体31可垂直于第二磁性体32，如此可获得较大且吸附方向明确的磁铁吸附力。

在一种可能的实施方式中，镜腿30和镜框20可通过铰接结构50铰接，以容许镜腿30相对于镜框20在可穿戴位置与折叠位置之间移动，且在可穿戴位置，镜腿30大体上与人眼的观察方向对准，在折叠位置，镜腿30大体上横向于观察方向延伸。请参见图6，该铰接结构50可以包括镜框20上朝人眼方向凸设的两个基脚，该基脚与镜腿30的左侧面凸设的部分铰接，从而镜腿30可相对于镜框20在水平方向上可枢转地运动，直至到达可穿戴位置，该可穿戴位置可以是预设的适合用户佩戴的镜腿30与镜框20之间的相对位置，在可穿戴位置时，镜腿30的连接端的端面与镜框20内侧朝向人眼方向的侧面相贴合。当镜腿30相对于镜框20进行闭合运动时(即镜腿30向可穿戴位置运动)，第一磁性体31和第二磁体之间产生的磁引力牵引镜腿30运动到它的可穿戴位置，即为扫描显示模组40与镜片10的对准位置。

为了增强镜腿30相对于镜框20转动时的限位效果，在镜腿30中垂直于连接端端面的表面上，如镜腿30的上表面和/下表面，还可凸设有第二限位部35，请仍参见图6，其与铰接结构50靠近的端面为弧面。在镜腿30绕镜框20打开/闭合过程中，第二限位部35的弧形端面始终有一部分与铰接结构50的基脚部分相接触实现限位。

本实用新型实施例中，镜腿30的自由端(即镜腿30尾部)还可以设有容置腔体36，如图7所示，为镜腿30中自动端的容置腔体36的示意图。该容置腔体36中可用于容置电池、处理器、通信模块等元件(图中未示出)，上述元件可向镜腿30中的扫描显示模组40提供电能、处理后的图像数据等。同时，通过将上述功能元件设置在自由端可使得智能眼镜的重量合理分布，提升佩戴舒适度。

镜腿30内置有传输线，该传输线可由电源供电线、显示数据线、控制数据线中的一种或多种组合而成，近眼显示内部的各功能元件通过传输线即可进行相互之间甚至与外界的连接及通信。其中，电源供电线可用于向光纤扫描器120提供驱动电信号，显示数据线用于传输图像信号，控制数据线用户传输控制信号。

在一种可能的实施方式中，电源可以为无线充电电源，或者在智能眼镜的镜腿30上预留充电接口，以对智能眼镜进行充电。

在实际应用中，镜框20和/或镜腿30上还可以设置有摄像头，如设置在镜框20上两个镜片10之间的位置、镜框20的两端(如图7中镜框20两端的开口位置)或其它位置，当然，设置的摄像头不应影响用户通过镜片10观看周围环境以及叠加与周围环境上的虚拟图像。设置的摄像头中，一部分可以用于采集实际环境得到图像数据，该图像数据可反馈至相应的处理器，以便于处理器完成虚拟图像的叠加处理，实现AR显示效果；另一部分摄像头可用于进行眼动追踪。具体涉及的处理过程不在此过多赘述。

此外，镜框20和/镜腿30上还可设置相应的散热装置，如散热片、散热孔等，从而实现散热，保证智能眼镜的正常运行。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例中，镜腿30的连接端和镜框20中对应设置有一组磁吸引部件，故在镜腿30在相对于镜框20转动且镜腿30连接端的端面逐渐靠近镜框20的过程中，第一磁性体31与第二磁性体32之间的磁引力能促使镜腿30相对于镜框20处于预设位置，从而使得扫描显示模组40出射的光束能与镜片10保持准确的相对位置，有效提高近眼显示设备的光学显示的精准度。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种近眼显示设备，其特征在于，包括镜片、容置所述镜片的镜框和可转动地连接在所述镜框两端的镜腿，所述镜腿中设置有扫描显示模组，所述扫描显示模组包括光源和光纤扫描器，所述光源出射待显示图像的光束，所述光束经所述光纤扫描器扫描出射后传输到所述镜片中；其中，所述镜腿靠近镜框的连接端设置有第一磁性体，所述镜框的两端分别设置有与所述第一磁性体对应的第二磁性体，在所述镜腿相对于所述镜框转动且所述连接端的端面逐渐靠近所述镜框时，所述第一磁性体与所述第二磁性体之间的磁引力促使所述镜腿相对于所述镜框处于预设可穿戴位置，以使所述扫描显示模组出射的光束与所述镜片位置对准。

2.如权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述镜腿的连接端的端面凸设有限位部，所述镜框上设置有与所述限位部相匹配的凹槽。

3.如权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一磁性体的至少一部分设置于所述限位部中，所述第二磁性体的至少一部分对应设置于所述凹槽内。

4.如权利要求3所述的近眼显示设备，其特征在于，所述限位部远离所述镜腿的一端的端面为弧面。

5.如权利要求4所述的近眼显示设备，其特征在于，所述镜片中设置有波导片，当所述镜腿相对于所述镜框处于所述可穿戴位置时，所述扫描显示模组出射的图像光束被耦入至所述波导片并在波导片中传输，所述波导片中传输的图像光束经所述波导片的耦出区域耦出投射至人眼。

6.如权利要求5所述的近眼显示设备，其特征在于，所述扫描显示模组还包括透镜组，设置在所述光纤扫描器的出光光路上，用于对所述扫描显示模组出射的图像光束进行准直。

7.如权利要求1-6任一权项所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一磁性体和所述第二磁性体为磁铁。

8.如权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述镜腿与通过铰接结构与所述镜框铰接，当所述镜腿相对于所述镜框处于可穿戴位置时，所述连接端的端面与所述镜框贴合。

9.如权利要求8所述的近眼显示设备，其特征在于，所述镜腿内置电源、处理器和通信模块，所述电源、处理器和通信模块位于所述镜腿中与所述连接端相对的自由端。

10.如权利要求9所述的近眼显示设备，其特征在于，所述镜片及所述镜框内布设有导线或印刷电路，用于传输电流和/或图像数据。

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