CN212083822U - 增强现实显示光学器件、眼镜及hud显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种增强现实显示光学器件，该增强现实显示光学器件包括基底层、多个发光像素以及多个微透镜，基底层包括第一表面以及与第一表面相背的第二表面，基底层透射环境光。多个发光像素按照预设像素间距分散设置于基底层内。多个微透镜与发光像素对应，微透镜设置于对应的发光像素与第一表面之间，或设置于第一表面上覆盖对应的发光像素，以汇聚多个发光像素的光线。同时，本实用新型还提供了具有该增强现实显示光学器件的增强现实显示眼镜以及增强现实HUD显示系统。该增强现实显示光学器件利用发光像素进行图像显示、且对环境光具有极高透射率的特性，实现显示信息与环境光同时在人眼成像，并且大幅减小了产品体积和空间占用。

Description

增强现实显示光学器件、眼镜及HUD显示系统

技术领域

本申请涉及增强现实显示技术领域，具体而言，涉及一种增强现实显示光学器件、眼镜及HUD显示系统。

背景技术

汽车HUD(Head Up Display，抬头显示)是交通工具领域中常用的电子显示设备，用于将各种驾驶信息如行驶速度、燃油量、导航等信息显示在驾驶者平视的前方，同时保证周围的环境透光率，从而避免驾驶者需要低头观察仪表盘或者导航信息，此时不能充分观察前方和周围环境所带来的安全隐患。

现有的HUD显示系统主要分为WHUD(Windshiled HUD，挡风玻璃型HUD)和CHUD(Combiner HUD，组合型HUD)。现有的系统都将影像显示系统和成像器件分开，即使采用WHUD的技术路线，影像显示器件依然需要额外空间。并且现有的HUD显示系统也难以做到兼顾成像亮度和环境透光率。。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增强现实显示光学器件、眼镜及HUD显示系统，以改善上述问题。本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本申请提供一种增强现实显示光学器件，包括基底层、多个发光像素以及多个微透镜，基底层包括第一表面以及与第一表面相背的第二表面，基底层透射环境光。多个发光像素按照预设像素间距分散设置于基底层内。微透镜与发光像素对应，微透镜设置于发光像素与第一表面之间，或者设置于第一表面上并覆盖对应的发光像素，以汇聚多个发光像素的光线。

在一种实施方式中，多个微透镜对应的汇聚多个发光像素发射的光线至基底层透射环境光的主光轴。

在一种实施方式中，增强现实显示光学器件还包括多个反射微结构，反射微结构与发光像素对应，多个反射微结构对应的设置于发光像素的远离第一表面的一侧。

在一种实施方式中，反射微结构还用于阻止环境光透过。

在一种实施方式中，所述反射微结构结合于所述发光像素。

在一种实施方式中，发光像素包括micro LED或者OLED。

在一种实施方式中，多个发光像素的占空比为8％-12％。

第二方面，本实用新型提供一种增强现实显示眼镜，包括镜架、镜片和上述的增强现实显示光学器件，其特征在于，镜架包括相互连接的镜框与镜腿支架，镜片设置于镜框中，增强现实显示光学器件贴附于镜片内表面；或者镜片作为增强现实显示光学器件的基底层。

第三方面，本实用新型提供一种增强现实HUD显示系统，包括挡风玻璃和上述的增强现实显示光学器件，增强现实显示光学器件贴附于挡风玻璃内表面，或者挡风玻璃作为增强现实显示光学器件的基底层。

第四方面，本实用新型提供一种增强现实HUD显示系统，包括独立HUD屏幕和上述的增强现实显示光学器件，增强现实显示光学器件贴附于独立HUD屏幕内表面，或者独立HUD屏幕作为增强现实显示光学器件的基底层。

相较于现有技术，本实用新型提供的增强现实显示光学器件、眼镜及HUD显示系统，利用发光像素实现显示、且离散的发光像素之间的间隙对环境光具有极高透射率的特性，实现显示信息与环境光同时在人眼成像，从而以低成本、高光效的实现增强现实显示。由于发光器件和成像器件集成于一体，改变了传统的HUD将发光器件和成像器件的分离式结构，大幅减小了产品体积和空间占用量。

本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的一种增强现实显示光学器件的结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例提供的另一种增强现实显示光学器件的结构示意图。

图3是本实用新型第二实施例提供的一种增强现实显示眼镜的第一视角下的结构示意图。

图4是本实用新型第二实施例提供的一种增强现实显示眼镜的第二视角下的结构示意图。

图5是本实用新型第三实施例提供的一种增强现实HUD显示系统在第一视角下的结构示意图。

图6是本实用新型第三实施例提供的一种增强现实HUD显示系统在第二视角下的结构示意图。

图7是本实用新型第四实施例提供的另一种增强现实HUD显示系统在第一视角下的结构示意图。

图8是本实用新型第四实施例提供的另一种增强现实HUD显示系统在第二视角下的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本实用新型实施例进行更全面的描述。附图中给出了本申请实施例的较佳实施方式。但是，本申请实施例可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文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。本文中在本申请实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

在增强现实显示技术领域中，从光源的方面看，主要包括基于传统显示面板的TFT-LCD/AM-OLED(TFT-LCD：薄膜晶体管液晶显示器；AM-OLED：有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体)显示屏幕、基于DLP(DLP：数字光处理)以及3LCD(3LCD：将光源发出的光分解成R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色(光的三原色)的光)的LED(LED：发光二极管)/激光光源投影技术、基于LCOS(LCOS：液晶附硅)的光源技术以及基于MEMS(MEMS：微机电系统)系统的激光扫描方案。从光学组合器方面来看，主要包括Birdbath(Birdbath：曲面反射镜)、自由曲面、几何光波导(又称阵列光波导)以及衍射光波导技术(包括表面浮雕光栅和全息体光栅)。其中，Birdbath、自由曲面、阵列光波导都是基于几何光学的技术。Birdbath以及自由曲面技术通过对光线的定向反射以及表面的半透半反镀膜实现光学组合的功能，相关技术生产成本较低，并且可以实现很大的视场角。但是由于此类技术难以在薄片式镜片上实现，基于此技术的产品通常难以具有普通眼镜的轻便形态。并且由于半透半反膜层的存在，在一定程度上会影响周围环境的光线，无法保证不影响用户对周围环境的观察。阵列光波导技术是将自由曲面的反射面做成多层反射阵列膜层，以减小产品体积，但是由于工艺难度极高，成本一直居高不小。

因此，经过长期研究，发明人提供了一种增强现实显示光学器件、光学系统、眼镜及HUD显示系统，以实现低成本、高光效的增强现实显示。

第一实施例

请参阅图1，本申请实施例提供了一种增强现实显示光学器件10，该增强现实显示光学器件10包括基底层200、多个发光像素100以及多个微透镜110。基底层200能透射环境光，且基底层200包括第一表面210以及与第一表面210相背的第二表面220，发光像素100按照预定像素间距分散设置于基底层200内，并且彼此之间间隔设置。多个微透镜110与发光像素100对应，以汇聚多个发光像素100发射的光线。

基底层200可以透过环境光，可以作为贴附层贴附于其他显示设备，使用时，第一表面210可以靠近人眼，环境光例如可以由第二表面220入射至基底层200，并透过基底层200从第一表面210透出并在人眼成像。在一些实施方式中，基底层200可以是平面构型、也可以是自由曲面。本实施例中，第一表面210为自由曲面，第二表面220可以安装贴附于各类显示系统，例如AR眼镜的镜片、HUD装置的挡风玻璃以及独立HUD屏幕等，基底层200也可以直接作为AR眼镜的镜片、HUD装置的挡风玻璃以及独立HUD屏幕的全部或者一部分。

发光像素100可以是场致发光点Micro LED或者OLED，其中场致发光点micro LED是指在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列中的其中一个LED(发光二极管)。OLED是指有机发光二极管，其中场致发光点Micro LED或者OLED可以根据预设的像素间距进行阵列式排布，例如以矩形阵列、圆形阵列方式进行排布等。例如，多个发光像素100可以在矩形阵列中按照彼此垂直的行和列来排列。这样各个发光像素100形成的放大图像光刚好可以拼接成完整图像，同时不会发生重叠，此时每一行中的发光像素100之间的间距可以相等，且每一列中的发光像素100之间的间距也可以相等。

多个发光像素100以离散的形式分散设置于基底层200内，且多个发光像素100是按照预设像素间距分散设置的，像素间距是指相邻的发光像素100之间的间距。并且在一些实施方式中，多个发光像素100均匀分布于基底层200内，即相邻的发光像素100之间具有预定的间隙或者具有预定的像素周期，其中像素周期是指相邻像素之间的间距。

在一些实施方式中，每个发光像素100的占空比为8％-12％。占空比是指每个像素中，发光像素100所占的比例。当占空比为8％-12％，发光像素100形成的遮光范围较小，使得环境光可以很好的依次透过第二表面220、基底层以及第一表面210，提高环境光的成像效果。当然，可以理解的是，在其他的一些实施方式中，占空比也可以是其他数值。

在一些实施方式中，多个发光像素100形成的平面的像素可以是720P、1080P、1920P、2560P等。例如在一些实施方式中，仅作为一种示例，如果单方向上有1080个像素，那么每个像素的间隔距离为185微米。按照单方向10％的占空比计算，则每个发光像素单边尺寸为18.5微米，即每个发光像素点为单边长为18.5微米的Micro LED或者OLED发光像素。保证被每一个发光像素100反射的图像激发光能完整的拼接成图像，避免产生图像重叠，同时也能使环境光具有较好的透过性。

在一些实施方式中，多个微透镜110对应的设置于多个发光像素100的远离第二表面220的一侧，并设置于发光像素100与第一表面210之间，以汇聚多个发光像素100的光线，使得多个发光像素100发射的光线能够经微透镜110被汇聚到人眼处。其中每个微透镜110根据需要偏折光线的角度进行设置。在一些实施方式中，多个微透镜110对应的汇聚多个发光像素100发射的光线至主光轴，主光轴是指基底层透射环境光的主光轴，即基底层的焦点所在的光轴上。例如：当基底层贴附于眼镜镜片或者作为眼镜镜片的一部分时，主光轴可以是指镜片的焦点轴线，以使得被多个微透镜110汇聚的光线可以汇聚到人眼成像。

在其他的一些实施方式中，微透镜110也可以设置于第一表面210上并覆盖发光像素100，当发光像素100发射的光线经过微透镜110时，被微透镜110汇聚至人眼成像。

在发光像素100发射光线时，大部分的光线朝向微透镜110反射，并从第一表面210透过。但仍有一部分的光线会朝向第二表面220一侧出射，这些从第二表面220出射的光线无法进入人眼，会导致光效降低。

因此，参阅图2，在一些实施方式中，增强现实显示光学器件还可以包括多个反射微结构120，反射微结构120的数量、发光像素100的数量以及微透镜110的数量可以相等也可以不相等。多个反射微结构120与发光像素100对应的设置于发光像素100的远离第一表面210的一侧，即发光像素100位于微透镜110和反射微结构120之间，使得环境光可以从相邻的反射微结构120之间的间隙透过基底层200。

反射微结构120可以将发光像素100发射一部分光线朝向第一表面210反射，以提高光效，避免光线的损失。同时，在一些实施方式中，反射微结构120还用于阻止环境光透过，即阻止环境光经第二表面220进入基底层200，并透过反射微结构120，入射至发光像素100，即形成对发光像素100的遮光效果。避免环境光与被发光像素100反射的图像激发光重叠。反射微结构120可以是具有遮光层的反射镜，此时遮光层朝向第二表面220设置。反射镜的尺寸可以与发光像素100的尺寸相匹配，也可以大于发光像素100的尺寸。反射微结构120可以使用遮光图层形成。

在一些实施方式中，反射微结构120可以设置于基底层200内并与发光像素100之间具有预定的间距。在一些实施方式中，反射微结构120可以设置于基底层200内并与发光像素100相贴，以进一步的减少光线损失，提高光效。作为一种实施方式，所述反射微结构还可以结合于所述发光像素，使得反射微结构120与发光像素100贴近，并且在形成发光像素阵列时可以一并形成，进而降低工艺难度。

在一些实施方式中，增强现实显示光学器件10还可以一输入端口，输入端口用于接收待显示图像，并传输至多个发光像素，多个发光像素用于显示待显示图像。

综上，本申请实施例提供的增强现实显示光学器件10，利用发光像素100进行图像显示，透过微透镜110使所有的发光像素100显示的图像光线汇聚，同时环境光可以从离散分布的发光像素100之间的间隙透过，使得用户可以同时观看到图像光和环境光，整个增强现实显示光学器件10成本低廉，光效高。

第二实施例

请参阅图3，本申请实施例提供了一种增强现实显示眼镜30，增强现实显示眼镜30包括镜架500、镜片400以及第一实施例中的增强现实显示光学器件10。镜架500包括相互连接的镜框520与镜腿支架510，镜片400设置于镜框520中，增强现实显示光学器件10贴附于镜片400内表面。

请一并参阅图3与图4，镜架500为镜片400以及增强现实显示系统10提供安装基础。在一些实施方式中，镜架500包括相互连接的镜框520与镜腿支架510，镜框520可以是环状结构，镜框520具有两个，两个镜框520相互连接，且呈环状结构的镜框520内部用于安装镜片400。镜腿支架510转动设置于镜框510，同样，镜腿支架510具有两个，两个镜腿支架510分别设置于两个镜框520。

请再次参阅图4，在一些实施方式中，镜片400与镜框520可以具有相同的外形结构，以满足镜片400与镜框520的配合安装。同样，镜片400可以是两个，两个镜片400分别设置于两个镜框520。镜片400可以是采用玻璃或树脂等光学材料制作而成的具有曲面结构的光学器件，对环境光具有极好的透射率。

具体的，增强现实显示光学器件10贴附于镜片400内表面，即镜片400的朝向镜腿支架510的表面。作为一种实施方式，增强现实显示光学器件10的基底层200的第二表面220贴附于镜片400的内表面。

在一些实施方式中，增强现实显示光学器件10的基底层200还可以直接作为镜片400，直接安装于镜框520，此外基底层200还可以仅作为镜片400的一部分嵌入镜片400中。

同样，为了使增强现实显示眼镜30具有更好的显示效果，增强现实显示系统20同样可以包括两个，两个增强现实显示系统20的增强现实显示光学器件10分别设置于两个镜片400上。

本实施例提供的增强现实显示眼镜30，可以实现图像光和环境光的同步显示，并且成本低廉。

第三实施例

请一并参阅图5和图6，本申请实施例还提供了一种增强现实HUD显示系统40，该增强现实HUD显示系统40包括挡风玻璃500以及第一实施例中的增强现实显示光学器件10。

挡风玻璃500可以是汽车的挡风玻璃，也可以是其他一些设备或建筑等的挡风玻璃。增强现实显示光学器件10贴附于挡风玻璃500的内表面。

在一些实施方式中，如图5所示，增强现实显示光学器件10可以仅贴附于挡风玻璃500的一部分区域，当然，增强现实显示光学器件10也可以贴附于挡风玻璃500的全部区域上。具体的，增强现实显示光学器件10贴附于挡风玻璃500的内表面，可以理解的是，挡风玻璃500的内表面即使指挡风玻璃500位于车内的一侧(此处以汽车为例，在其他的一些设备中具有相同的实施方式)。作为一种实施方式，增强现实显示光学器件10的基底层200的第二表面220的表面贴附于挡风玻璃400的内表面。

在一些实施方式中，增强现实显示光学器件10的基底层200还可以直接作为挡风玻璃500，直接安装于车架或者其他设备的安装挡风玻璃500的框架上，此外基底层200还可以仅作为挡风玻璃500的一部分嵌入挡风玻璃500中。

第五实施例

请一并参阅图7和图8，本申请实施例还提供了一种增强现实HUD显示系统50，该增强现实HUD显示系统50包括独立HUD屏幕600和以及第二实施例中的增强现实显示光学器件10，增强现实显示光学器件10贴附于独立HUD屏幕600的内表面。

其中独立HUD屏幕600可以被配置为可以独立携带的形式，并可以以粘贴等方式固定于汽车等的玻璃上，作为一显示屏幕。例如：独立HUD屏幕600可以粘贴于汽车前挡风玻璃的内表面，并大致位于方向盘的正前方，作为一种抬头显示器，供司乘人员观看。

具体的，增强现实显示光学器件10贴附于独立HUD屏幕的内表面，即位于独立HUD屏幕靠近后方光学系统的一侧(在运用于汽车领域中时，即位于独立HUD屏幕靠600近司乘人员的一侧)。作为一种实施方式，增强现实显示光学器件10的基底层200的第二表面220贴附于独立HUD屏幕600的内表面。

在一些实施方式中，增强现实显示光学器件10的基底层200还可以直接作为独立HUD屏幕600，此外基底层200还可以仅作为独立HUD屏幕600的一部分嵌入独立HUD屏幕600中。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种增强现实显示光学器件，其特征在于，包括：

基底层，所述基底层包括第一表面以及与所述第一表面相背的第二表面，所述基底层透射环境光；

多个发光像素，所述多个发光像素按照预设像素间隔分散设置于所述基底层内；以及

多个微透镜，所述微透镜与所述发光像素对应，所述微透镜设置于对应的所述发光像素与所述第一表面之间，或设置于所述第一表面上覆盖对应的所述发光像素，以汇聚多个所述发光像素的光线。

2.根据权利要求1所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述多个微透镜对应的汇聚所述多个发光像素发射的光线至所述基底层透射环境光的主光轴。

3.根据权利要求1所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，还包括多个反射微结构，所述反射微结构与所述发光像素对应，所述反射微结构对应的设置于所述发光像素的远离所述第一表面的一侧。

4.根据权利要求3所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述反射微结构还用于阻止环境光透过。

5.根据权利要求3所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述反射微结构结合于所述发光像素。

6.根据权利要求1-5任一项所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述发光像素包括场致发光点micro LED或者OLED。

7.根据权利要求1-5任一项所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，每个所述发光像素的占空比为8％-12％。

8.一种增强现实显示眼镜，包括镜架、镜片和如权利要求1-7任一项所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述镜架包括相互连接的镜框与镜腿支架，所述镜片设置于所述镜框中，所述增强现实显示光学器件贴附于所述镜片内表面；

或者所述镜片作为所述增强现实显示光学器件的基底层。

9.一种增强现实显示HUD显示系统，包括挡风玻璃和如权利要求1-7任一项所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述增强现实显示光学器件贴附于所述挡风玻璃内表面；

或者所述挡风玻璃作为所述增强现实显示光学器件的基底层。

10.一种增强现实显示HUD显示系统，包括独立HUD屏幕和如权利要求1-7任一项所述的增强现实显示光学器件，其特征在于，所述增强现实显示光学器件贴附于所述独立HUD屏幕内表面；

或者所述独立HUD屏幕作为所述增强现实显示光学器件的基底层。

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