CN217060642U - 一种近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种近眼显示设备，其包括两个镜像设置的显示模组，显示模组包括：第一显示器；第一传输组件，设置在第一显示器的一侧，第一显示器发出的像素光束沿人眼的一侧耦入第一传输组件内全反射并耦出以传入用户的视野中；第二显示器，用于出射像素光束；第二传输组件，与第一传输组件平行设置；第二显示器发出的像素光束沿人眼的另一侧耦入第二传输组件内全反射并耦出以传入用户的视野中。第一传输组件耦出的像素光束和第二传输组件耦出的像素光束分别位于用户每只眼睛的左右两侧，因此，用户的每只眼睛前方的视野均由两个不同角度的像素光束组成，可实现视场拼接，可避免出现视场角损失的问题。

Description

一种近眼显示设备

技术领域

本实用新型涉及显示器领域，尤其涉及一种近眼显示设备。

背景技术

近年来，随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)技术持续发展，目前已经基本达到半沉浸效果。该技术所使用的头盔或眼镜是近眼显示器，即一种位于人眼附近、由光学系统放大形成大视场的新型显示器。请结合说明书附图图3和图4，现有技术中的近眼显示设备的工作原理大致为：MICRO-LED显示器301出射的图像光束经准直镜头组件302准直后射向波导303，波导内设置的耦入单元304将准直光束耦入波导303内进行全反射传输，全反射光束经波导303内设置的耦出单元将图像光束耦出波导，导向人眼。

请结合说明书附图图3和图4，MICRO-LED显示器301各个像素所出射的像素光束经准直镜头302准直后以不同的角度进入耦入单元304的同一位置，MICRO-LED显示器301的图像光束进入耦入单元303的角度范围为-a1°至+a1°。耦入单元303一般采用耦入光栅。光栅是对入射角度非常敏感的元件，对于耦入光栅来说，不同角度入射光栅的光，其衍射效率和角度也不同，在特定入射角度时处具有最大衍射效率，当入射角度偏离该特定入射角度时，衍射效率会迅速下降(即光栅对此角度的入射光几乎不起衍射作用，近乎透射进光栅)，如图5所示，耦入光栅衍射效率分布曲线图中横坐标是入射到光栅的光束的角度，纵坐标是光栅的衍射效率，图中所示的光栅的有效衍射角带宽为±a0°(一般是±20°)。在a1＞a0的情况下，会有部分角度的图像光束无法被耦入到波导中进行传播，导致视场角损失的问题。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种近眼显示设备，旨在解决现有技术中近眼显示设备存在市场角缺失的问题。

本实用新型解决技术问题所采用的一技术方案如下：

一种近眼显示设备，其特征在于，包括两个镜像设置的显示模组，所述显示模组包括：

第一显示器，用于出射像素光束；

第一传输组件，设置在所述第一显示器的出光侧，所述第一显示器发出的像素光束沿人眼的一侧耦入所述第一传输组件内全反射并耦出以传入用户的视野中；

第二显示器，用于出射像素光束；

第二传输组件，与所述第一传输组件平行设置；所述第二显示器发出的像素光束沿人眼的另一侧耦入所述第二传输组件内全反射并耦出以传入用户的视野中。

进一步的，所述显示模组还包括：

第一偏振片，设置在所述第二显示器的输出端；

第二偏振片，位于所述第一偏振片的出光侧，且将所述第一偏振片所发出的像素光束反射至所述第二传输组件。

进一步的，所述显示设备还包括棱镜，所述棱镜设置在两个所述显示模组的对称轴上；

两个所述第一偏振片分别设置在所述棱镜的两侧。

进一步的，两个所述第二偏振片在所述棱镜内交叉设置；所述第二偏振片的一端朝向一个所述第一偏振片且所述第二偏振片的另一端朝向另一个所述第一偏振片。

进一步的，所述第一传输组件包括：

第一波导，沿垂直两个所述显示模组的对称轴的方向延伸；

第一耦入元件，设置在所述第一波导朝向所述第一显示器的一侧，并与所述第一显示的输出端相对；

第一耦出元件，设置在所述第一波导背离所述第一显示器的一侧。

进一步的，所述第二传输组件包括：

第二波导，与所述第一波导平行设置；

第二耦入元件，设置在所述第二波导朝向所述第二显示器的一侧，并与所述第二显示的输出端相对；

第二耦出元件，设置在所述第二波导背离所述第二显示器的一侧。

进一步的，所述第一耦入元件和所述第二耦入元件的输入端均设置有准直镜头。

进一步的，所述第一耦出元件和所述第二耦出元件对齐设置且均位于用户眼球的正前方。

进一步的，所述第一耦入元件、所述第一耦出元件、所述第二耦入元件和所述第二耦出元件均为光栅。

进一步的，所述第一显示器和所述第二显示器均为MICRO-LED显示器。

由上述技术方案可知，本实用新型至少具有如下优点和积极效果：

本实用新型中，第一显示器发出的像素光束沿人眼的一侧耦入第一传输组件内全反射并耦出，因此第一显示器发出的像素光束耦出第一传输组件后也位于人眼一侧。第一传输组件耦出的来自于第一显示器的像素光束透过第二传输组件以进入用户的视野中。第二显示器发出的像素光束沿人眼的另一侧耦入第二传输组件内全反射并耦出，因此第二显示器发出的像素光束耦出第二传输组件后位于第一传输组件的另一侧并进入用户的视野中。因此，用户的每只眼睛前方的视野均由两个不同角度的像素光束组成，可实现视场拼接，可避免出现视场角损失的问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中近眼显示设备的结构示意图。

图2是图1中A部分的放大示意图。

图3是现有技术中近眼显示设备的结构示意图。

图4是现有技术中近眼显示设备的局部结构示意图。

图5是耦入单元的入射角度和衍射效率的关系图。

附图标记说明：

100、近眼显示设备；

1、显示模组；11、第一显示器；12、第一传输组件；121、第一耦入元件；122、第一波导；123、第一耦出元件；13、第二显示器；14、第二传输组件；141、第二耦入元件；142、第二波导；143、第二耦出元件；15、第一偏振片；16、第二偏振片；17、棱镜；18、准直镜头；201、左眼；202、右眼。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1和图2，在本实用新型的一个实施例中，提供了一种近眼显示设备100，其包括两个镜像设置的显示模组1。使用时，两个显示模组1中的一个位于使用者的左眼201前方，两个显示模组1中的另一个位于使用者的右眼202前方。为便于描述，本文现以位于左眼201前方的显示模组1为参照进行来阐述显示模组1的具体结构。位于右眼202前方的显示模组1的具体结构可参照位于左眼201前方的显示模组1的结构。

显示模组1均包括第一传输组件12、位于第一传输组件12靠近用户一侧的第二传输组件14、位于第一传输组件12左端的第一显示器11和位于第二传输组件14右端的第二显示器13。第一显示器11用于提供像素光束S1。第一传输组件12用于传输光源，第一传输组件12设置在第一显示器11的出光侧。第一显示器11出射的像素光束S1耦入第一传输组件12内全反射并耦出。第一显示器11出射的像素光束S1耦出第一传输组件12后透过第二传输组件14传入用户的视野内。由于第一显示器11位于左眼201的左侧且第一显示器11出射的像素光束S1在第一传输组件12内全反射，因此，耦出第一传输组件12的像素光束S1位于左眼201的左侧。第一显示器11出射的像素光束S1耦出第一传输组件12后位于左眼201的左侧，并透过第二传输组件14传入用户的视野中。

第二显示器13用于提供像素光束S2。第二传输组件14用于传输光源，第二传输组件14与第一传输组件12平行设置，第二传输组件14位于第一传输组件12朝向用户的一侧。第二显示器13出射的像素光束S2沿左眼201的右侧耦入第二传输组件14内全反射并耦出以传入用户的视野中，由于第二显示器13出射的像素光束S2沿左眼201的右侧耦入第二传输组件14内，因此，第二显示器13出射的像素光束S2耦出第二传输组件14后位于第二传输组件14的右侧。因此，用户的每只眼睛前方的视野均由S1+S2组成，即用户的每只眼睛前方均由两个不同角度的像素光束组成，可实现视场拼接，可避免出现视场角损失的问题。

具体地，请参阅图1和图2，作为本实施例的一种具体实现方式，显示模组1还包括设置在第二显示器13的输出端的第一偏振片15和位于第一偏振片15朝向对侧显示模组1一侧的第二偏振片16。由于第一偏振片15位于第二显示器13的输出端，因此，第二显示器13出射的像素光束S2可通过第一偏振片15。第二偏振片16位于第一偏振片15的出光侧，第二偏振片16用于反射第一偏振片15出射的像素光束S2，使得第二偏振片16出射的像素光束S2位于左眼201的右侧。

具体地，请参阅图1和图2，作为本实施例的一种具体实现方式，显示设备还包括棱镜17，棱镜17大致呈块状。棱镜17设置在两个显示模组1的对称轴上且位于第二传输组件14靠近用户的一侧。两个第一偏振片15分别设置在棱镜17的两侧，以实现固定。近眼显示设备100设有两个第二显示器13，一个第二显示器13安装在位于左侧的第一偏振片15的左侧，另一个第二显示器13安装在位于右侧的第二偏振片16的右侧。因此，和为左眼201提供像素光束S2的第二显示器13相适配的第一偏振片15可吸收或反射为右眼202提供像素光束S2的第二显示器13出射的像素光束S2。同理，和为右眼202提供像素光束S2的第二显示器13相适配的第一偏振片15可吸收或反射为左眼201提供像素光束S2的第二显示器13出射的像素光束S2。

具体地，请参阅图1和图2，作为本实施例的一种具体实现方式，两个第二偏振片16在棱镜17内交叉设置，具体地，各第二偏振片16的一端朝向一个第一偏振片15且第二偏振片16的另一端朝向另一个第一偏振片15。因此，两个第二显示器13、两个第一偏振片15、两个第二偏振片16共同组成一个集合图像源，可提高近眼显示设备100的元件的集成性，降低了近眼显示设备100的复杂程度和安装步骤。

具体地，请参阅图1，作为本实施例的一种具体实现方式，第一传输组件12包括第一波导122、设置在第一波导122朝向第一显示器11一侧的第一耦入元件121和设置在第一波导122背离第一显示器11一侧的第一耦出元件123。第一波导122沿垂直两个显示模组1的对称轴的方向延伸。第一波导122用于传输耦入的像素光束S1，耦入的像素光束S1在第一波导122内全反射，可避免像素光束S1透过第一波导122，波导的具体结构可参照相关技术，本文不再详细描述。第一耦入元件121用于使特定角度的像素光束S1通过自身而进入第一波导122内，进入第一耦入元件121的像素光束S1的角度由第二偏振片16控制。第一耦出元件123用于反射像素光束S1，从而使第一波导122内的像素光束S1反射出去。

具体地，请参阅图1和图2，作为本实施例的一种具体实现方式，第二传输组件14包括与第一波导122平行间隔设置的第二波导142、设置在第二波导142朝向第二显示器13的一侧第二耦入元件141和设置在第二波导142背离第二显示器13一侧的第二耦出元件143。第二波导142与第一波导122平行设置，第二波导142位于第一波导122靠近用户的一侧。第二波导142用于传输耦入的像素光束S2，耦入的像素光束S2在第二波导142内全反射，可避免像素光束S2透过第二波导142。第二耦入元件141用于使特定角度的像素光束S2通过自身而进入第二波导142内，进入第二耦入元件141的像素光束S2的角度由第二偏振片16控制。第二耦出元件143用于反射像素光束S2，从而使第二波导142内的像素光束S2反射出去。

具体地，请参阅图1，作为本实施例的一种具体实现方式，第一耦入元件121和第二耦入元件141的输入端均设置有准直镜头18，具体地，第一耦入元件121朝向用户的一侧设置有准直镜头18，第一显示器11出射的像素光束S1经过准直镜头18准直后再通过第一耦入元件121进入第一波导122内。

请参阅图2，第二耦入元件141朝向用户的一侧设置有准直镜头18，第二显示器13出射的像素光束S2经过第一偏振片15后再经过第二偏振片16反射以调整角度，然后通过准直镜头18准直后通过第二耦入元件141进入第二波导142内。准直镜头18的具体结构可参照相关技术，本文不再详细描述。

具体地，请参阅图1，作为本实施例的一种具体实现方式，第一耦出元件123和第二耦出元件143对齐设置且均位于用户眼球的正前方，因此，从第一耦出元件123耦出的像素光束S1和从第二耦出元件143耦出的像素光束S2位于用户的眼球的正前方，可便于用于观看。

具体地，请参阅图1，作为本实施例的一种具体实现方式，第一耦入元件121、第一耦出元件123、第二耦入元件141和第二耦出元件143均为光栅。光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。

具体地，请参阅图1，作为本实施例的一种具体实现方式，第一显示器11和第二显示器13均为MICRO-LED显示器，MICRO-LED显示器无需另设背光组件，采用MICRO-LED显示器作为图像源能够极大地减小空间占用。

综上，本实用新型提供了一种近眼显示设备100，本实用新型中，第一显示器11出射的像素光束S1沿左眼201的一侧耦入第一传输组件12内全反射并耦出，因此第一显示器11出射的像素光束S1耦出第一传输组件12后也位于人眼一侧。第一传输组件12耦出的来自于第一显示器11的像素光束S1透过第二传输组件14以进入用户的视野中。第二显示器13出射的像素光束S2沿人眼的另一侧耦入第二传输组件14内全反射并耦出，因此第二显示器13出射的像素光束S2耦出第二传输组件14后位于第一传输组件12的另一侧并进入用户的视野中。因此，用户的每只眼睛前方的视野均由S1+S2两个不同角度的像素光束组成，可实现视场拼接，可避免出现视场角损失的问题。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

当然，本实用新型上述实施例的描述较为细致，但不能因此而理解为对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围，本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种近眼显示设备，其特征在于，包括两个镜像设置的显示模组，所述显示模组包括：

第一显示器，用于出射像素光束；

第一传输组件，设置在所述第一显示器的出光侧，所述第一显示器发出的像素光束沿人眼一侧耦入所述第一传输组件内全反射并耦出以传入用户的视野中；

第二显示器，用于出射像素光束；

第二传输组件，与所述第一传输组件平行设置；所述第二显示器发出的像素光束沿人眼的另一侧耦入所述第二传输组件内全反射并耦出以传入用户的视野中。

2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述显示模组还包括：

第一偏振片，设置在所述第二显示器的输出端；

第二偏振片，位于所述第一偏振片的出光侧，且将所述第一偏振片所发出的像素光束反射至所述第二传输组件。

3.根据权利要求2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述显示设备还包括棱镜，所述棱镜设置在两个所述显示模组的对称轴上；

两个所述第一偏振片分别设置在所述棱镜的两侧。

4.根据权利要求3所述的近眼显示设备，其特征在于，两个所述第二偏振片在所述棱镜内交叉设置；所述第二偏振片的一端朝向一个所述第一偏振片且所述第二偏振片的另一端朝向另一个所述第一偏振片。

5.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一传输组件包括：

第一波导，沿垂直两个所述显示模组的对称轴的方向延伸；

第一耦入元件，设置在所述第一波导朝向所述第一显示器的一侧，并与所述第一显示的输出端相对；

第一耦出元件，设置在所述第一波导背离所述第一显示器的一侧。

6.根据权利要求5所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第二传输组件包括：

第二波导，与所述第一波导平行设置；

第二耦入元件，设置在所述第二波导朝向所述第二显示器的一侧，并与所述第二显示的输出端相对；

第二耦出元件，设置在所述第二波导背离所述第二显示器的一侧。

7.根据权利要求6所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一耦入元件和所述第二耦入元件的输入端均设置有准直镜头。

8.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一耦出元件和所述第二耦出元件对齐设置且均位于用户眼球的正前方。

9.根据权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一耦入元件、所述第一耦出元件、所述第二耦入元件和所述第二耦出元件均为光栅。

10.根据权利要求1-9任一项所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一显示器和所述第二显示器均为MICRO-LED显示器。

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