TW202111391A - 雷射光學投影模組及包含其之穿戴裝置 - Google Patents

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Abstract

一種雷射光學投影模組包括一雷射束掃描裝置、一第一光學透鏡組、以及一微透鏡陣列成像元件。雷射束掃描裝置具有一雷射光源及一微機電微鏡，雷射光源發射雷射光束至微機電微鏡，微機電微鏡擺動以反射雷射光束並投射出去。第一光學透鏡組設置於雷射束掃描裝置的一側，第一光學透鏡組縮小雷射束掃描裝置投射出來的雷射光束的光點，並減少光點之間的間距。微透鏡陣列成像元件設置於第一光學透鏡組的一側，並位於雷射光束的投射方向上，微透鏡陣列成像元件具有複數微透鏡，雷射光束經過微透鏡而形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像。

Description

雷射光學投影模組及包含其之穿戴裝置
本發明涉及一種光學投影模組及穿戴裝置，特別是涉及一種應用雷射光作為光源的雷射光學投影模組及使用其之穿戴裝置，例如眼鏡，以提供擴增實境的顯示影像。
為著供遊戲或移動設備的使用者可以利用透明或半透明顯示器以查看周圍環境，可供透視且混合現實顯示設備系統，或者稱為擴增實境(AR)系統，已逐漸被開發出來。使用者一面能夠透過設備的透明或半透明顯示器查看周圍環境，另一面還能夠看到虛擬影像的圖像，疊加或同時顯示在周圍環境。
這些顯示設備主要需要投射影像的光機(optical engine)以及透明或半透明的顯示器。光機接受另一設備的影像等資訊後，投射至透明或半透明的顯示器。由於受限於各種元件的體積限制、以及光源的限制，因此如何縮小這些顯示設備的體積，又能提供更寬視野及更高解析度的影像，是該項技術領域所欲解決的其中一項重要課題。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種雷射光學投影模組，在於縮小元件的尺寸並提高影像的解析度。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種雷射光學投影模組，其包括一雷射束掃描裝置、一第一光學透鏡組、以及一微透鏡陣列成像元件。所述雷射束掃描裝置具有一雷射光源及一微機電微鏡，所述雷射光源發射雷射光束至所述微機電微鏡，所述微機電微鏡擺動以反射所述雷射光束並投射到對應的像素位置，從而掃描投射出一圖像。所述第一光學透鏡組設置於所述雷射束掃描裝置的一側，所述第一光學透鏡組具有複數第一透鏡，所述第一透鏡縮小所述雷射束掃描裝置投射出來的所述雷射光束的光點，並減少所述光點之間的間距。所述微透鏡陣列成像元件設置於所述第一光學透鏡組的一側，並位於所述雷射光束經過所述第一光學透鏡組的投射方向上，所述微透鏡陣列成像元件具有複數排列成陣列的微透鏡，所述雷射光束經過所述微透鏡而形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像。
本發明所要解決的技術問題還在於，針對現有技術的不足提供一種穿戴裝置，不僅在於縮小元件的尺寸並提高影像的解析度，還在於結合體積小、亮度高、功耗小、及發熱量低的光機。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，另外提供一種穿戴裝置，其包括一雷射束掃描裝置、一第一光學透鏡組、一微透鏡陣列成像元件、一第二光學透鏡組以及一光學透視元件。所述雷射束掃描裝置具有一雷射光源及一微機電微鏡，所述雷射光源發射雷射光束至所述微機電微鏡，所述微機電微鏡擺動以反射所述雷射光束並投射到對應的像素位置，從而掃描投射出一圖像。所述第一光學透鏡組設置於所述雷射束掃描裝置的一側，所述第一光學透鏡組具有複數第一透鏡，所述第一透鏡縮小所述雷射束掃描裝置投射出來的所述雷射光束的光點，並減少所述光點之間的間距。所述微透鏡陣列成像元件設置於第一光學透鏡組的一側，並位於所述雷射光束經過所述第一光學透鏡組後的投射方向上，所述微透鏡陣列成像元件具有複數排列成陣列的微透鏡，所述雷射光束經過所述微透鏡而形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像。所述第二光學透鏡組設置於所述微透鏡陣列成像元件的一側，以接收所述微透鏡陣列成像元件的所述成像影像，所述第二光學透鏡組放大所述成像影像。所述光學透視元件設置於所述第二光學透鏡組的一側，所述光學透視元件包含膠合的複數半穿半反鏡片，每一所述半穿半反鏡片具有多層的鍍膜，以接收經過所述第二光學透鏡組放大後所述成像光線。
本發明的至少一有益效果在於，本發明所提供的雷射光學投影模組，其安排第一光學透鏡組位於雷射束掃描裝置與微透鏡陣列成像元件之間。雷射束掃描裝置產生的光點的尺寸，透過第一光學透鏡組可以縮小光點的尺寸，以縮小微透鏡陣列成像元件的尺寸並提高解析度。此外，本發明將雷射光學投影模組應用於穿戴裝置，例如擴增實境的眼鏡，其中雷射光學投影模組以微機電微鏡作為光機，優點在於體積小、亮度高、功耗小、以及發熱量低。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
參閱圖1至圖5所示，本發明第一實施例提供一種雷射光學投影模組100，其包括一雷射束掃描裝置(Laser Beam Scanning device, LBS)10、一第一光學透鏡組(first optical lens)20、一微透鏡陣列成像元件(micro lens array, MLA)30、一第二光學透鏡組(second optical lens)40及一光學透視元件 50。簡要的說，第一光學透鏡組20設置於雷射束掃描裝置10的一側。微透鏡陣列成像元件30與雷射束掃描裝置10相對地設置於第一光學透鏡組20一側。第二光學透鏡組40與第一光學透鏡組20相對地設置於微透鏡陣列成像元件30的一側。光學透視元件50與微透鏡陣列成像元件30相對地置於第二光學透鏡組40的一側。其中人眼E及影像P也示意呈現於光學透視元件50的兩側以表達本發明所達成的技術特徵。雷射束掃描裝置10所產生的圖像光束依序穿過第一光學透鏡組20、微透鏡陣列成像元件30、及第二光學透鏡組40，然後進入光學透視元件50後，光線部分穿透光學透視元件50及部分反射而進入人眼E，人眼E可以透過光學透視元件50看到虛像的影像P。
如圖2所示，雷射束掃描裝置10可以包括有一雷射光源11及一微機電微鏡12。所述雷射光源11發射雷射光束至所述微機電微鏡12。雷射光源11可以包括紅光雷射、綠光雷射及藍光雷射的三色雷射112，經過準直單元114，發出準直的雷射光束。然而，本實施例也可以使用其他顏色雷射。雷射光源11可以是單色雷射。微機電微鏡12可以是一微機電系統(MEMS, Micro-Electro- Mechanical System)的掃描鏡(scanning mirror)。微機電微鏡12快速擺動以反射雷射光束並投射到對應的像素位置，從而在空間中掃描投射出一圖像。
本發明的微機電微鏡12有別於傳統的矽基液晶(LCoS, Liquid Crystal on Silicon)投影技術以及數位光處理(DLP, Digital Light Procession) 投影技術。矽基液晶(LCoS)的基礎技術是利用液晶分子來進行反射，缺點是亮度和解析度不佳，功耗大，體積大。數位光處理(DLP)的投影是由數位微鏡設備(DMD, Digital Micromirror Device）的矩陣式微型反射鏡反射光線以產生圖像。兩者都需要外部白光光源，若應用於擴增實境的裝置，將增加整體的體積。相較於上述兩者，微機電微鏡12適合作為擴增實境裝置的光機，優點在於體積小、亮度高、功耗小、以及發熱量低。
如圖2所示，本實施例的第一光學透鏡組20設置於雷射束掃描裝置10的出光側。第一光學透鏡組20具有複數第一透鏡21，22，23，該些第一透鏡21，22，23可以是凸透鏡與凹透鏡的組合，本實施例中，該些第一光學透鏡組20的每一第一透鏡21，22，23具有非規則曲面，用以縮小雷射束掃描裝置10投射出來的雷射光束B的光點S，並減少光點S之間的間距D1。當第一光學透鏡組20與雷射束掃描裝置10之間的距離越近，第一光學透鏡組20的尺寸將會縮小。相對應地，為著配合微透鏡陣列成像元件30的面積，第一光學透鏡組20的有效焦距能相對應地設計變小。
如圖2及圖3所示，微透鏡陣列成像元件(MLA)30設置於第一光學透鏡組20的一側，並位於雷射光束B經過所述第一光學透鏡組20的投射方向上。換句說話，第一光學透鏡組20位於雷射束掃描裝置10與微透鏡陣列成像元件30之間。微透鏡陣列成像元件30具有複數排列成陣列的微透鏡32。本實施例中，該些微透鏡32可以是形成在一透明基板的一側或兩側，形成單凸的微透鏡或雙凸的微透鏡。雷射光束B經過微透鏡32而形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像。藉此，本發明可以提供均勻且平行的成像光線。
本實施例中，所述微透鏡32為凸透鏡，相鄰的兩個所述微透鏡32具有相同的間距(pitch)D2，所述雷射束掃描裝置10的所述光點S的尺寸等於或小於所述微透鏡的間距D2。相鄰兩個微透鏡32的透鏡間距D2與雷射光束B的光點S尺寸愈小愈好，可以提供更好的解析度。舉例說明，假設微透鏡陣列成像元件30的長寬為12mm × 6 mm，並假設雷射束掃描裝置10經過第一光學透鏡組20入射到微透鏡陣列成像元件30有1024×768個掃描點。此時，微透鏡陣列成像元件30的間距(pitch)D2為12mm/1024=11.7μm。雷射束掃描裝置10所產生的光點S之間的間距D1需要是11.7μm，雷射光束B的光點S尺寸等於或小於11.7μm。
另一舉例說明，本發明為著提高解析度，可以縮小雷射束掃描裝置10與微透鏡陣列成像元件30之間的距離X，相對應的，微透鏡陣列成像元件30的尺寸需要縮小。假設微透鏡陣列成像元件30的長寬為6 mm × 3 mm，並假設雷射束掃描裝置10經過第一光學透鏡組20入射到微透鏡陣列成像元件30有1024×768個掃描點。此時，微透鏡陣列成像元件30的間距(pitch)D2為6mm/1024=5.8μm。
綜合上述舉例，本實施例中，所述微透鏡陣列成像元件30的微透鏡32的間距D2可以是5微米至12微米(㎛)之間。然而，本發明並不限制於此。
本發明的其中一項特徵在於，安排第一光學透鏡組20位於雷射束掃描裝置10與微透鏡陣列成像元件30之間。雷射束掃描裝置10產生的光點S的尺寸，透過第一光學透鏡組20可以縮小光點S的尺寸，以縮小微透鏡陣列成像元件30的尺寸並提高解析度。反之，若缺少第一光學透鏡組20，雷射束掃描裝置10產生的光點S的尺寸將受到微機電微鏡12的尺寸限制而無法縮小。
當雷射束掃描裝置10產生的雷射光束B經過第一光學透鏡組20的多片帶有非規則曲面的第一透鏡，光線受到非規則曲面的表面而改變行徑路線，包括相位(phase)改變以及光程(optical path)改變。
如圖2及圖3所示，本實施例中，當微透鏡陣列成像元件30的間距(pitch)D2與光點S相同時，本實施例可以減低散斑(speckle)，以提供較佳的成像品質。本實施例可以透過設計第一光學透鏡組20，使得雷射束掃描裝置10的光點尺寸縮小。因此，雷射束掃描裝置10的光點S的尺寸SA等於微透鏡32的間距D2時，所述第一光學透鏡組20的厚度TL加上第一光學透鏡組20的焦距f不超過微機電微鏡12到微透鏡陣列成像元件30之間的距離X。
如圖3所示，本實施例設計第一光學透鏡組20之前，需要先確認第一光學透鏡組20的焦距f能否符合系統的設計。參照F-Theta lens的關係式 光點的尺寸(spot size) = C × λ × (f/A) 其中：C為變跡因子 (factor of apodization)與鏡片的材料有關；λ 為波長； f為有效焦距；A為光束尺寸。
如圖4所示，第二光學透鏡組40設置於微透鏡陣列成像元件30的一側，以接收微透鏡陣列成像元件30均勻且平行的成像影像。第二光學透鏡組40放大成像影像，目的在於將微透鏡陣列成像元件30的每一光點可以有效地進入光學透視元件50。微透鏡陣列成像元件30的光點代表影像顯示的每一個物點(object point)。每一個物點發出的光線有一個發散角度。本發明的雷射光學投影模組100所欲達成的目的之一在於，使最後看到的虛像位於無窮遠處。因此，透過第二光學透鏡組40可以修正微透鏡陣列成像元件30的光點的光程及光型。具體的說，第二光學透鏡組40可以具有複數第二透鏡，分別具有不同折射率及不同色散係數，例如高折射及低折射的材料組合，以及高色散及低色散材料的組合，藉此可以減少像差(aberration)及色差(chromatic aberration)。本實施例利用第二透鏡的表面形狀及厚度，使得不同角度的光線最後能平行地進入光學透視元件50，並且不同物點朝著各自方向前進。也就是說，第二光學透鏡組40修正經過微透鏡陣列成像元件30的成像光線，使不同角度的成像光線平行地進入所述光學透視元件50。
本實施例中，第二光學透鏡組40的形狀可以搭配光學透視元件50的形狀。具體的說，例如光學透視元件50的長寬比例為16:9，本實施例可以設計第二光學透鏡組40的外形為16:9，以達到最小的體積。
如圖2所示，本發明的雷射光學投影模組可以只包括雷射束掃描裝置10、第一光學透鏡組20、微透鏡陣列成像元件30，也可以投影出影像。換句話說，本發明的雷射光學投影模組不一定需要投射至光學透視元件50。
如圖4及圖5所示，所述光學透視元件50置於第二光學透鏡組40的一側，也就是出光側。本實施例中，光學透視元件50，例如可以是導光元件(light guide optical element, LOE)，其包含膠合的複數半穿半反鏡片M，每一半穿半反鏡片具有多層的鍍膜，以接收經過第二光學透鏡組40放大後的成像光線。光學透視元件50反射第二光學透鏡組40放大後的成像光線至人眼E，並使人眼E可以透過光學透視元件50看到放大後的光學影像P。
成像有一重要的參數為視角(FOV, field of view)，或稱視場、視野、視域。視角與人眼E所能看到的成像尺寸有關係。視角可以經過設計而更改，不同的視角影響微透鏡陣列成像元件30的尺寸與位置。
請參閱圖4，視角(FOV)與微透鏡陣列成像元件(MLA)30的尺寸及間距之間的關係式： 按，一半像高 = 有效焦距(EFL)*tan (半FOV) Diagonal FOV = 2*tan-1 (MLA diagonal size /2/f) 假設微透鏡陣列成像元件(MLA)30的長寬比例為16:9 微透鏡陣列成像元件(MLA)30的水平尺寸(寬) ： MLA H size=d*
Figure 02_image001
(其中d 為微透鏡陣列成像元件30的對角尺寸(MLA diagonal size)) 微透鏡陣列成像元件30的垂直尺寸(高) ： MLA V size= d*
Figure 02_image003
依解析度設定為1024×600 微透鏡陣列成像元件30的水平間距(pitch)為 MLA H size/1024 微透鏡陣列成像元件30的垂直間距(pitch)為 MLA V size/600
具體範例說明如下： 設定本實施例的視角FOV為30度，接著決定焦距f為25.7mm，也就是第二光學透鏡組40的有效焦距(EFL)。 0.5*d/25.7=tan(30°/2) 微透鏡陣列成像元件30的對角尺寸 d=2*tan(30°/2)*25.7 =13.77mm 因此算出微透鏡陣列成像元件30的對角尺寸為13.77mm 由於畫面以16:9的比例呈現，可以得出： MLA H size = 12mm；MLA V size = 6.75mm 依解析度設定為1024×600，可以得出： 微透鏡陣列成像元件30的水平間距(pitch)為 12mm/1024=11.72μm 微透鏡陣列成像元件30的垂直間距(pitch)為6.75mm /600=11.25μm
微透鏡陣列成像元件30的尺寸確定後，微透鏡陣列成像元件30與微機電微鏡12之間的距離X也能確定，其中h為微透鏡陣列成像元件30的一半高度(6.75/2)mm。由於微機電微鏡12投射的畫面大小隨著距離而改變，因此微機電微鏡12的投射畫面大小需要與微透鏡陣列成像元件30一樣，方能符合設計。假設微機電微鏡12一半的水平掃描角為20.13°，一半的垂直掃描角為11.65°。上述距離X的算式如下： X=h/tan(11.65°) = (6.75/2)/tan(11.65°) = 16.37 mm
[第二實施例]
如圖6所示，為本發明的雷射束掃描裝置的第二實施例。與圖1的實施例不同之處在於，本實施例省略第二光學透鏡組，其包括雷射束掃描裝置10、第一光學透鏡組20、微透鏡陣列成像元件30、以及光學透視元件50。由於雷射光束B經過微透鏡陣列成像元件30的微透鏡32可以形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像。本發明仍可以提供均勻且平行的成像光線進入光學透視元件50。
如圖7所示，本發明的雷射光學投影模組100可以應用於穿戴裝置以提供擴增實境的顯示影像，具體的說，以光學投影眼鏡200為例。光學投影眼鏡200包括雷射束掃描裝置10、第一光學透鏡組20、微透鏡陣列成像元件30、第二光學透鏡組40以及光學透視元件50。其中雷射束掃描裝置10、第一光學透鏡組20、微透鏡陣列成像元件30、及第二光學透鏡組40可以設置於光學投影眼鏡200的鏡腳201。光學透視元件50結合於眼鏡200的鏡片202。此外，光學投影眼鏡200可以設置電源供應裝置60及控制電路板70於鏡腳201。電源供應裝置60可以提供電力給雷射束掃描裝置10，控制電路板70可以連接外部裝置(圖略)以傳送相關資訊給雷射束掃描裝置10。然而，本發明並不限制於此，本發明的雷射光學投影模組100也作為其他影像投影裝置的光機，例如虛擬實境（virtual reality，VR）的裝置，或抬頭顯示裝置（heads up display）。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
100:雷射光學投影模組 200:光學投影眼鏡 201:鏡腳 202:鏡片 10:雷射束掃描裝置 11:雷射光源 112:三色雷射 114:準直單元 12:微機電微鏡 20:第一光學透鏡組 21，22，23:第一透鏡 30:微透鏡陣列成像元件 32:微透鏡 40:第二光學透鏡組 50:光學透視元件 60:電源供應裝置 70:控制電路板 B:雷射光束 D1:間距 D2:間距 S:光點 SA:尺寸 E:人眼 P:影像 A:光束尺寸 TL:厚度 X:距離 f:焦距 M:半穿半反鏡片
圖1為本發明第一實施例的雷射光學投影模組的示意圖。
圖2為本發明投射雷射光束至微透鏡陣列成像元件的示意圖。
圖3為本發明的第一光學透鏡組縮小光點尺寸的示意圖。
圖4為本發明的雷射光學投影模組投射出影像的示意圖。
圖5為本發明的光線經過光學透視元件被人眼查看的示意圖。
圖6為本發明第二實施例的雷射光學投影模組的示意圖。
圖7為本發明具有雷射光學投影模組的穿戴裝置的示意圖。
100:雷射光學投影模組
10:雷射束掃描裝置
20:第一光學透鏡組
30:微透鏡陣列成像元件
32:微透鏡
40:第二光學透鏡組
50:光學透視元件
B:雷射光束
E:人眼
P:影像

Claims (10)

  1. 一種雷射光學投影模組，包括： 一雷射束掃描裝置，具有一雷射光源及一微機電微鏡，所述雷射光源發射雷射光束至所述微機電微鏡，所述微機電微鏡擺動以反射所述雷射光束並投射到對應的像素位置，從而掃描投射出一圖像； 一第一光學透鏡組，設置於所述雷射束掃描裝置的一側，所述第一光學透鏡組具有複數第一透鏡，所述第一透鏡縮小所述雷射束掃描裝置投射出來的所述雷射光束的光點，並減少所述光點之間的間距；以及 一微透鏡陣列成像元件，設置於所述第一光學透鏡組的一側，並位於所述雷射光束經過所述第一光學透鏡組的投射方向上，所述微透鏡陣列成像元件具有複數排列成陣列的微透鏡，所述雷射光束經過所述微透鏡而形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像。
  2. 如請求項1所述的雷射光學投影模組，其中所述第一光學透鏡組之每一所述第一透鏡具有非規則曲面。
  3. 如請求項1所述的雷射光學投影模組，其中所述微透鏡為凸透鏡或雙凸透鏡，相鄰的兩個所述微透鏡具有相同的透鏡間距，所述雷射束掃描裝置的所述光點的尺寸等於或小於所述微透鏡間距。
  4. 如請求項3所述的雷射光學投影模組，其中所述微透鏡陣列成像元件的所述微透鏡的間距為5微米至12微米。
  5. 如請求項3所述的雷射光學投影模組，其中所述雷射束掃描裝置的所述光點的尺寸等於所述微透鏡間距時，所述第一光學透鏡組的厚度加上所述第一光學透鏡組的焦距不超過所述微機電微鏡到所述微透鏡陣列成像元件之間的距離。
  6. 如請求項1所述的雷射光學投影模組，還包括一第二光學透鏡組，所述第二光學透鏡組設置於所述微透鏡陣列成像元件的一側，以接收所述微透鏡陣列成像元件的所述成像影像，所述第二光學透鏡組放大所述成像影像。
  7. 如請求項6所述的雷射光學投影模組，其中所述第二光學透鏡組具有複數第二透鏡，分別具有不同折射率及不同色散係數。
  8. 如請求項6所述的雷射光學投影模組，還包括一光學透視元件，所述光學透視元件置於所述第二光學透鏡組的一側，所述光學透視元件包含膠合的複數半穿半反鏡片，每一所述半穿半反鏡片具有多層的鍍膜，以接收經過所述第二光學透鏡組放大後所述成像光線。
  9. 如請求項8所述的雷射光學投影模組，其中所述第二光學透鏡組修正經過所述微透鏡陣列成像元件的成像光線，使不同角度的成像光線平行地進入所述導光元件光學透視元件。
  10. 一種具有雷射光學投影模組的穿戴裝置，包括： 一雷射束掃描裝置，具有一雷射光源及一微機電微鏡，所述雷射光源發射雷射光束至所述微機電微鏡，所述微機電微鏡擺動以反射所述雷射光束並投射到對應的像素位置，從而掃描投射出一圖像； 一第一光學透鏡組，設置於所述雷射束掃描裝置的一側，所述第一光學透鏡組具有複數第一透鏡，所述第一透鏡縮小所述雷射束掃描裝置投射出來的所述雷射光束的光點，並減少所述光點之間的間距； 一微透鏡陣列成像元件，設置於第一光學透鏡組的一側，並位於所述雷射光束經過所述第一光學透鏡組後的投射方向上，所述微透鏡陣列成像元件具有複數排列成陣列的微透鏡，所述雷射光束經過所述微透鏡而形成均勻且平行的成像光線，以形成均勻的成像影像； 一第二光學透鏡組，設置於所述微透鏡陣列成像元件的一側，以接收所述微透鏡陣列成像元件的所述成像影像，所述第二光學透鏡組放大所述成像影像；以及 一光學透視元件，設置於所述第二光學透鏡組的一側，所述光學透視元件包含膠合的複數半穿半反鏡片，每一所述半穿半反鏡片具有多層的鍍膜，以接收經過所述第二光學透鏡組放大後所述成像光線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002236268A (ja) 2001-02-07 2002-08-23 Fuji Photo Film Co Ltd 走査光学系、画像記録用露光装置
JP2005017896A (ja) 2003-06-27 2005-01-20 Canon Inc 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置
JP4158757B2 (ja) * 2003-12-24 2008-10-01 セイコーエプソン株式会社 光学表示装置及び投射型表示装置
JP2007523369A (ja) * 2004-02-04 2007-08-16 マイクロビジョン，インク． 走査ビームヘッドアップ表示装置および関連システム、および方法
JP4483840B2 (ja) * 2006-09-04 2010-06-16 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置
US7550713B2 (en) * 2007-04-26 2009-06-23 Microvision, Inc. System for determining an operational state of a MEMS based laser scanner
US7791810B2 (en) * 2007-12-21 2010-09-07 Microvision, Inc. Scanned beam display having high uniformity and diminished coherent artifacts
CN201293869Y (zh) 2008-08-15 2009-08-19 一品光学工业股份有限公司 微机电激光扫描装置的二片式fθ镜片
JP2010276757A (ja) * 2009-05-27 2010-12-09 Seiko Epson Corp プロジェクターおよび電気光学装置
DE102009024894A1 (de) * 2009-06-15 2010-12-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Projektionsdisplay und dessen Verwendung
US8837050B2 (en) 2011-04-05 2014-09-16 Microvision, Inc. Optical wedge redirection apparatus and optical devices using same
JP6270674B2 (ja) * 2014-02-27 2018-01-31 シチズン時計株式会社 投影装置
WO2016034247A1 (en) 2014-09-05 2016-03-10 Lemoptix Sa An image projector and optical assembly
JP6747769B2 (ja) * 2014-12-15 2020-08-26 デクセリアルズ株式会社 光学素子、表示装置、原盤、及び光学素子の製造方法
US10147235B2 (en) 2015-12-10 2018-12-04 Microsoft Technology Licensing, Llc AR display with adjustable stereo overlap zone
US10025093B2 (en) 2016-04-13 2018-07-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide-based displays with exit pupil expander
US10203431B2 (en) * 2016-09-28 2019-02-12 Ricoh Company, Ltd. Microlens array, image display apparatus, object apparatus, and mold
JP6535702B2 (ja) * 2017-06-13 2019-06-26 浜松ホトニクス株式会社 走査型表示装置及び走査型表示システム
CN108398791B (zh) * 2018-03-29 2022-11-25 陈超平 一种基于偏光隐形眼镜的近眼显示装置

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