CN219799909U - 一种双目式近眼显示系统及智能头戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双目式近眼显示系统及智能头戴设备，双目式近眼显示系统包括两个光波导和双目一体式光机；且两个光波导的耦入区和双目一体式光机均位于佩戴状态下两眼部的中间位置；双目一体式光机包括用于形成总影像光束的投影光机装置、分光结构和反射结构；分光结构设置在形成总影像光束的光学路径上，且用于将总影像光束分为通过分光结构的第一部分影像光束和反射至反射结构上的第二部分影像光束，第一部分影像光束进入其中一个耦入区，第二部分影像光束经反射结构的反射后进入另一个耦入区。智能头戴设备包括上述的双目式近眼显示系统。本实用新型结构更加简单紧凑、占用空间小，有利于进一步向轻量化和小型化方向发展。

Description

一种双目式近眼显示系统及智能头戴设备

技术领域

本实用新型属于近眼显示技术领域，尤其涉及一种双目式近眼显示系统及智能头戴设备。

背景技术

在AR近眼显示领域，光机结构的轻量化水平是AR近眼显示系统的重要评价标准，同样也是限制AR近眼显示系统发展的重要因素。目前，AR近眼显示系统中通常采用两个独立的AR光机，且两个AR光机分别放置在镜框远离鼻梁的两侧(即位于两眼部的左右两侧)，两个光机的布设使AR近眼显示系统在轻量化、小型化的发展的道路上遇到了极大的技术挑战。

鉴于此，目前亟需研发一种结构紧凑，体积小的双目式近眼显示系统及智能头戴设备。

实用新型内容

旨在克服上述现有技术中存在的至少之一处不足，本实用新型的目的在于提供了一种双目式近眼显示系统及智能头戴设备；其结构紧凑，体积小，有利于进一步向轻量化和小型化方向发展。

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种双目式近眼显示系统，包括两个对称排布的光波导；且两个所述光波导的耦入区位于佩戴状态下两眼部的中间位置；还包括双目一体式光机，且所述双目一体式光机位于佩戴状态下两眼部的中间位置，用于将两部分影像光束分别投射至相应的所述耦入区；

所述双目一体式光机至少包括用于形成总影像光束的投影光机装置、分光结构和反射结构；所述分光结构设置在形成所述总影像光束的光学路径上，且用于将所述总影像光束分为通过所述分光结构的第一部分影像光束和反射至所述反射结构上的第二部分影像光束，所述第一部分影像光束进入其中一个所述耦入区，所述第二部分影像光束经所述反射结构的反射后进入另一个所述耦入区。

进一步，所述光波导为透射式光波导；所述双目一体式光机位于所述光波导背离眼部的一侧。

进一步，所述分光结构和所述反射结构并排设置，且倾斜角度一致；所述第一部分影像光束的方向与所述分光结构的法线方向的夹角b大于零度且小于90度。

进一步，所述双目一体式光机还包括封装壳，所述投影光机装置、所述分光结构和所述反射结构均设置于所述封装壳内；所述封装壳上设有两个与所述分光结构和所述反射结构一一对应的透视窗。

进一步，所述投影光机装置包括用于提供红、绿、蓝光束的光源模组、影像光束形成模组和镜头模组；所述影像光束形成模组位于所述红、绿、蓝光束的投射路径上，通过改变所述红、绿、蓝光束的投射形态，形成所述总影像光束；

所述镜头模组位于所述影像光束形成模组和所述分光结构之间，用于供所述总影像光束通过并投射至所述分光结构上。

进一步，所述影像光束形成模组包括PBS偏振分光棱镜组件和LCOS面板；所述LCOS面板和所述光源模组排布在所述PBS偏振分光棱镜组件的相对两侧，所述镜头模组和所述光源模组排布在所述PBS偏振分光棱镜组件的相邻两侧。

进一步，所述PBS偏振分光棱镜组件包括PBS偏振分光棱镜、POL偏振片和光学镜片；

所述光学镜片包括透光基体、设置于所述透光基体相对两侧的QWP膜和反射膜；

所述POL偏振片设置于所述PBS偏振分光棱镜朝向所述光源模组的一端；所述光学镜片与所述镜头模组设置于所述PBS偏振分光棱镜的相对两侧；且所述QWP膜朝向所述PBS偏振分光棱镜。

进一步，所述光源模组包括Micro LED-R器件、Micro LED-B器件和Micro LED-G器件；

所述影像光束形成模组包括合色元件，所述Micro LED-R器件、所述Micro LED-B器件、所述Micro LED-G器件和所述镜头模组对应位于所述合色元件的四个侧部；所述合色元件用于将所述Micro LED-R器件、所述Micro LED-B器件和所述Micro LED-G器件发出的不同的颜色光束进行合色、并形成所述总影像光束。

进一步，所述合色元件为X-Cube合光棱镜。

本实用新型实施例还提供了一种智能头戴设备，包括上述的双目式近眼显示系统。

由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：

本实用新型中的双目式近眼显示系统，包括两个对称排布的光波导；且两个光波导的耦入区位于佩戴状态下两眼部的中间位置；还包括双目一体式光机，且双目一体式光机位于佩戴状态下两眼部的中间位置，用于将两部分影像光束分别投射至相应的耦入区；双目一体式光机包括用于形成总影像光束的投影光机装置、分光结构和反射结构；分光结构设置在形成总影像光束的光学路径上，且用于将总影像光束分为通过分光结构的第一部分影像光束和反射至反射结构上的第二部分影像光束，第一部分影像光束进入其中一个耦入区，第二部分影像光束经反射结构的反射后进入另一个耦入区。智能头戴设备包括上述的双目式近眼显示系统。

通过增加分光结构和反射结构实现由一个投影光机装置形成的影像光束分两部分同时进入两个耦入区；几乎以单光机的体积实现了双目显示的功能；相比现有利用两个投影光机实现双目显示的方案而言，其结构更加简单紧凑、占用空间小，有利于进一步向轻量化和小型化方向发展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，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是本实用新型双目式近眼显示系统的结构示意图；

图2是图1中双目一体式光机第一种实施例的结构原理图；

图3是图1中双目一体式光机第二种实施例的结构原理图；

其中，1-光波导，11-耦入区，12-耦出区，2-双目一体式光机，21-投影光机装置，210-第一光源模组，211-第二光源模组，2111-Micro LED-R器件，2112-Micro LED-B器件，2113-Micro LED-G器件，212-第一影像光束形成模组，2121-PBS偏振分光棱镜，2122-POL偏振片，2123-透光基体，2124-QWP膜，2125-反射膜，2126-LCOS面板，213-镜头模组，214-X-Cube合光棱镜，22-分光片，23-反射镜，24-第一部分影像光束，25-第二部分影像光束，26-封装壳，261-透视窗，3-眼部。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

由图1至图3共同所示，本实用新型展现主体构思的基础实施例公开了一种双目式近眼显示系统，包括两个对称排布的光波导1；且两个光波导1的耦入区11位于佩戴状态下两眼部3的中间位置(耦出区12与眼部3相对)；还包括双目一体式光机2，且双目一体式光机2位于佩戴状态下两眼部3的中间位置，用于将两部分影像光束分别投射至相应的耦入区11；双目一体式光机2至少包括用于形成总影像光束的投影光机装置21、分光结构和反射结构；分光结构设置在形成总影像光束的光学路径上，且用于将总影像光束分为通过分光结构的第一部分影像光束24和反射至反射结构上的第二部分影像光束25，第一部分影像光束24进入其中一个耦入区11，第二部分影像光束25经反射结构的反射后进入另一个耦入区11。

仅通过增加分光结构和反射结构，就能实现由一个投影光机装置21形成的总影像光束分两部分同时进入两个耦入区；几乎以单光机的体积实现了双目显示的功能；相比现有利用两个投影光机实现双目显示的方案而言，其结构更加简单紧凑、占用空间小，有利于进一步向轻量化和小型化方向发展。

一具体实施例中，由图1所示，，光波导1为透射式光波导；双目一体式光机2位于光波导1背离眼部3的一侧。还有一些实施例中(图中未示出)，光波导1为反射式光波导；双目一体式光机2位于光波导1朝向眼部3的一侧。

其中，分光结构优选为分光片22，也可以是其它可同时供光束通过及反射的光学片。反射结构优选为反射镜23，也可以是其它能改变光学路径的光学镜片。另一具体实施例中，分光片22和反射镜23左右并排设置，且倾斜角度一致，第一部分影像光束24的方向与分光片22的法线方向的夹角b大于零度且小于90度(图中所示为45度)。如此，可提高第一部分影像光束24的通过和第二部分影像光束25的反射效果。

另一具体实施例中，双目一体式光机2还包括封装壳26，投影光机装置21、分光结构和反射结构均设置于封装壳26内；封装壳26上设有两个与分光结构和反射结构一一对应的透视窗261。为了确保第一部分影像光束24和第二部分影像光束25有效的进入耦入区11；可根据需要在透视窗261上设置增透片或其它镜片。

一些实施例中，投影光机装置21包括用于提供红、绿、蓝光束的光源模组、影像光束形成模组和镜头模组213；影像光束形成模组位于红、绿、蓝光束的投射路径上，通过改变红、绿、蓝光束的投射形态，形成总影像光束；镜头模组213位于影像光束形成模组和分光结构(分光片22)之间，用于供总影像光束通过并投射至分光结构(分光片22)上。

一具体实施例中，由图2所示，影像光束形成模组记为第一影像光束形成模组212，包括PBS偏振分光棱镜组件和LCOS面板2126(目前常用的一种反射型液晶显示面板)；LCOS面板2126和光源模组(第一光源模组210)排布在PBS偏振分光棱镜组件的相对两侧，镜头模组213和第一光源模组210排布在PBS偏振分光棱镜组件的相邻两侧。PBS偏振分光棱镜组件包括PBS偏振分光棱镜2121、POL偏振片2122和光学镜片；光学镜片包括透光基体2123、设置于透光基体2123相对两侧的QWP膜2124和反射膜2125；POL偏振片2122设置于PBS偏振分光棱镜2121朝向第一光源模组210的一端；光学镜片与镜头模组213设置于PBS偏振分光棱镜2121的相对两侧；且QWP膜2124朝向PBS偏振分光棱镜2121。由第一影像光束形成模组212构成的双目一体式光机可以称为基于LCOS微显示的双目一体式光机。

优选地，LCOS面板2126和PBS偏振分光棱镜2121还设有一个光学镜片。

其中，第一光源模组210为目前常用的一种光源形式，包括LED、镜片和进行均光的复眼，在此不做赘述。PBS偏振分光棱镜2121是一种常用的PBS胶合棱镜，一般由两个直角棱镜的斜边胶合或光胶而成，在斜面上镀上PBS膜(允许入射光中的P光透射，而S光被反射)；POL偏振片2122用于吸收S光，透过P光。PBS偏振分光棱镜组件的光学路径是公知技术，为了便有理解，下面基于图2中所示的光学路径进行简言阐述，入射光中的P光透过POL偏振片2122达到PBS膜，然后透过PBS膜到达LCOS面板2126，P光转变为S光后经LCOS面板2126反射至PBS膜，然后S光经PBS膜反射至QWP膜2124后变成另一状态的光，然后该状态下的光经过反射膜2125的反射后再次返回到QWPS膜变成P光，然后P光透过PBS膜到达镜头模组213。

另一具体实施例中，由图3所示，光源模组(记为第二光源模组211)包括MicroLED-R器件2111、Micro LED-B器件2112和Micro LED-G器件2113；影像光束形成模组(记为第二影像光束形成模组)包括合色元件，Micro LED-R器件2111、Micro LED-B器件2112、Micro LED-G器件2113和镜头模组213对应位于合色元件的四个侧部；合色元件用于将Micro LED-R器件2111、Micro LED-B器件2112和Micro LED-G器件2113发出的不同的颜色光束进行合色、并形成总影像光束。优选地，合色元件为X-Cube合光棱镜214。X-Cube合光棱镜214的具体工作原理是本领域技术人员所熟知的，在此不做赘述。由第二影像光束形成模组构成的双目一体式光机可以称为，基于Micro LED微显示的双目一体式光机。

本实用新型实施例还公开了一种智能头戴设备，包括上述任一实施例所公开的双目式近眼显示系统。比如，安装有双目式近眼显示系统的AR眼镜，两个光波导1安装在镜框的左框体和右框体上，双目一体式光机2设置于背离人脸的镜框的鼻梁位置处。由于该AR眼镜的其它组成及连接关系均可以采用现有技术实现，故本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进或并列的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。另外，本文着重描写的是基于现有技术的改进之处，与现有技术相似或相同的部分由于是本领域技术所熟知的内容，因此没有进行详细阐述，比如PBS偏振分光棱镜组件、X-Cube合光棱镜的工作原理等。

综上所述，本实用新型通过增加分光结构和反射结构实现由一个投影光机装置形成的影像光束分两部分同时进入两个耦入区；几乎以单光机的体积实现了双目显示的功能；相比现有利用两个投影光机实现双目显示的方案而言，其结构更加简单紧凑、占用空间小，有利于进一步向轻量化和小型化方向发展。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双目式近眼显示系统，包括两个对称排布的光波导；且两个所述光波导的耦入区位于佩戴状态下两眼部的中间位置；其特征在于，还包括双目一体式光机，且所述双目一体式光机位于佩戴状态下两眼部的中间位置，用于将两部分影像光束分别投射至相应的所述耦入区；

所述双目一体式光机至少包括用于形成总影像光束的投影光机装置、分光结构和反射结构；所述分光结构设置在形成所述总影像光束的光学路径上，且用于将所述总影像光束分为通过所述分光结构的第一部分影像光束和反射至所述反射结构上的第二部分影像光束，所述第一部分影像光束进入其中一个所述耦入区，所述第二部分影像光束经所述反射结构的反射后进入另一个所述耦入区。

2.根据权利要求1所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述光波导为透射式光波导；所述双目一体式光机位于所述光波导背离眼部的一侧。

3.根据权利要求1所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述分光结构和所述反射结构并排设置，且倾斜角度一致；所述第一部分影像光束的方向与所述分光结构的法线方向的夹角b大于零度且小于90度。

4.根据权利要求1所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述双目一体式光机还包括封装壳，所述投影光机装置、所述分光结构和所述反射结构均设置于所述封装壳内；所述封装壳上设有两个与所述分光结构和所述反射结构一一对应的透视窗。

5.根据权利要求1所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述投影光机装置包括用于提供红、绿、蓝光束的光源模组、影像光束形成模组和镜头模组；所述影像光束形成模组位于所述红、绿、蓝光束的投射路径上，通过改变所述红、绿、蓝光束的投射形态，形成所述总影像光束；

所述镜头模组位于所述影像光束形成模组和所述分光结构之间，用于供所述总影像光束通过并投射至所述分光结构上。

6.根据权利要求5所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述影像光束形成模组包括PBS偏振分光棱镜组件和LCOS面板；所述LCOS面板和所述光源模组排布在所述PBS偏振分光棱镜组件的相对两侧，所述镜头模组和所述光源模组排布在所述PBS偏振分光棱镜组件的相邻两侧。

7.根据权利要求6所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述PBS偏振分光棱镜组件包括PBS偏振分光棱镜、POL偏振片和光学镜片；

所述光学镜片包括透光基体、设置于所述透光基体相对两侧的QWP膜和反射膜；

所述POL偏振片设置于所述PBS偏振分光棱镜朝向所述光源模组的一端；所述光学镜片与所述镜头模组设置于所述PBS偏振分光棱镜的相对两侧；且所述QWP膜朝向所述PBS偏振分光棱镜。

8.根据权利要求5所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述光源模组包括MicroLED-R器件、Micro LED-B器件和Micro LED-G器件；

所述影像光束形成模组包括合色元件，所述Micro LED-R器件、所述Micro LED-B器件、所述Micro LED-G器件和所述镜头模组对应位于所述合色元件的四个侧部；所述合色元件用于将所述Micro LED-R器件、所述Micro LED-B器件和所述Micro LED-G器件发出的不同的颜色光束进行合色、并形成所述总影像光束。

9.根据权利要求8所述的双目式近眼显示系统，其特征在于，所述合色元件为X-Cube合光棱镜。

10.一种智能头戴设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的双目式近眼显示系统。