TWI834299B - 一種近眼顯示裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種近眼顯示裝置，包括：光源模組和光學模組；光源模組包括多個雷射圖像源；其中，所述雷射圖像源為VCSEL雷射圖像源或准直光圖像源；光源模組被配置為：將圖像信號進行數模轉換後載入至各個雷射圖像源，以使每一雷射圖像源發出RGB雷射光束；光學模組包括複眼控制晶片和投射件陣列；投射件陣列包括多個投射件，多個投射件以預設的排列規則設置在複眼控制晶片上；光學模組被配置為：通過複眼控制晶片分別控制各個投射件在預設角度範圍內轉動，以通過各個投射件將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。本發明實施例能夠大大減小近眼顯示裝置的體積，且降低了光束投射的角度誤差，從而能夠有效提高用戶使用體驗。

Description

一種近眼顯示裝置

本發明涉及近眼顯示技術領域，尤其是涉及一種近眼顯示裝置。

隨著顯示技術的進步及人們對於高科技的渴望，近眼顯示技術已經廣泛應用於工作和生活的各種領域，包括虛擬實境(VR)、增強現實(AR)、混合現實(MR)等。近眼顯示器通常佩戴在用戶的眼部，通常以眼鏡的形式呈現，即將顯示幕幕置於離用戶的眼睛比較近的位置，使用戶能在虛擬世界或者虛實結合的世界中遨遊。

目前，近眼顯示裝置的光束在投射到眼睛前，需經過多次反射或折射，導致顯示裝置的體積龐大，且光束在經過多次反射或折射後的綜合角度誤差較大，用戶使用體驗較差。

本發明提供了一種近眼顯示裝置，以解決現有的近眼顯示裝置體積過大且光束投射角度誤差較大，導致用戶使用體驗較差的技術問題。

本發明的實施例提供了一種近眼顯示裝置，包括： 光源模組和光學模組； 所述光源模組包括多個雷射圖像源；其中，所述雷射圖像源為VCSEL雷射圖像源或准直光圖像源； 所述光源模組被配置為：將圖像信號進行數模轉換後載入至各個所述雷射圖像源，以使每一所述雷射圖像源發出RGB雷射光束； 所述光學模組包括複眼控制晶片和投射件陣列； 所述投射件陣列包括多個投射件，所述多個投射件以預設的排列規則設置在所述複眼控制晶片上；其中，所述投射件採用3D微振鏡或3D掃描機構； 所述光學模組被配置為：通過所述複眼控制晶片分別控制各個所述投射件在預設角度範圍內轉動，以通過各個所述投射件將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。

進一步地，所述光源模組與所述光學模組為分體設置，每一所述投射件為通過光反射方式將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束反射至用戶眼睛。

進一步地，所述光源模組與所述光學模組為合體設置，每一所述投射件為通過直接發光方式將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。

進一步地，所述投射件與所述雷射圖像源為一對多的對應關係。

進一步地，所述複眼控制晶片包括基底和控制電路，所述控制電路刻畫在所述基底上。

進一步地，所述預設的排列規則包括等邊三角形、正方形和長方形。

進一步地，所述預設角度範圍為0°至180°。

本發明實施例通過光源模組的雷射圖像源發出RGB雷射光束，通過複眼控制晶片控制投射件的偏轉角度，以通過各個所述投射件將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛，雷射光束在到達人眼之前無需經過多次反射或折射，從而大大減小了近眼顯示裝置的體積，且降低了光束投射的角度誤差，能夠有效提高用戶使用體驗。

下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本申請保護的範圍。

在本申請的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。

請參閱圖1-7，在本發明實施例中，提供了圖1所示的一種近眼顯示裝置，包括： 光源模組110和光學模組130； 在本發明實施例中，光源模組110包括多個雷射圖像源160，其中，所述雷射圖像源160為VCSEL雷射圖像源或准直光圖像源；光學模組130為複眼光學結構。

光源模組110被配置為：將圖像信號進行數模轉換後載入至各個雷射圖像源160，以使每一雷射圖像源160發出RGB雷射光束； 在本發明實施例中，光源模組110將圖像信號處理成串列信號，通過數模轉換後載入到各個雷射圖像源160中，以形成各組R、G、B雷射光束，每一組R、G、B雷射光束可以對應配置一個投射件120，也可以多組R、G、B雷射光束對應一個投射件120；以各組R、G、B雷射光束作為光源並配合各個投射件120的偏轉，從而將圖像信號對應的圖像資訊成像至使用者眼睛上。

光學模組130包括複眼控制晶片140和投射件陣列170；其中，所述投射件120採用3D微振鏡或可以進行3D掃描的機構； 在本發明實施例中，複眼控制晶片140與投射件陣列170均設置在光學模組130上，投射件陣列170包括多個投射件120，多個投射件120以預設的排列規則設置在複眼控制晶片140上；投射件陣列170中的每一個投射件120均與複眼控制晶片140連接，複眼控制晶片140根據實際需要分別控制各個投射件120的轉向角度，以通過投射件120將對應的雷射圖像源160發出的RGB雷射光束反射（或直接發光投射）至人眼150（用戶眼睛）。

光學模組130被配置為：通過複眼控制晶片140分別控制各個投射件120在預設角度範圍內轉動，以通過各個投射件120將對應的雷射圖像源160發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。 在本發明實施例中，串列雷射圖像信號與受複眼控制晶片140控制的投射件120的偏轉角度形成同步，如當投射件120從基準面（垂直於0°視角的線的面為基準面）向右轉動50°時，此時射在投射件120上的雷射圖像為左側50度視角的圖像內容，而投射件120高速轉動，且在眼前由很多有規律排布的投射件120組成的複眼光學結構將全視角的光反射到人眼150，人眼就看到了完整畫面。

需要說明的是，雷射圖像源160的幾何尺寸為微米級，有的甚至小於一微米，此類雷射器本身的體積對人的視線不構成任何影響，將圖像信號載入到雷射器形成雷射光束，即作為雷射圖像源，雷射光束經投射件120投影到人眼視網膜上，就形成了完整的圖像。

本發明實施例提供的近眼顯示裝置，通過光源模組110的雷射圖像源160發出RGB雷射光束，通過複眼控制晶片控制投射件120的偏轉角度，以通過各個投射件120將對應的雷射圖像源160發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛，雷射光束在到達人眼之前無需經過多次反射或折射，從而大大減小了近眼顯示裝置的體積，且降低了光束投射的角度誤差，能夠有效提高用戶的使用體驗。

在一個實施例中，光源模組110與光學模組130為分體設置，每一投射件120為通過光反射方式將對應的雷射圖像源160發出的RGB雷射光束反射至用戶眼睛。 在本實施例中，投射件120上鍍有光反射膜，將雷射圖像源160設置於投射件120旁邊，此雷射圖像源160和投射件120的幾何尺寸都為微米級，故整體厚度可做到一毫米以內。

在一個實施例中，光源模組110與光學模組130為合體設置，每一投射件120為通過直接發光方式將對應的雷射圖像源160發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。 在本實施例中，可以將雷射圖像源160直接設置在投射件120上，則投射件120由反光方式變為直接發光方式，可將雷射圖像源160的雷射光束直接投射到人眼上。

需要說明的是，光源模組110與光學模組130可以為分體設置，也可以為合體設置。兩種設置方式各有製造工藝的優缺點，分體設置可以簡化振鏡的控制電路，而合體設置則可以簡化光路的結構。但需要說明的是，合體設置和分體設置的成像效果幾乎是相同的，不分伯仲。

在一個實施例中，投射件120與雷射圖像源160為一對多的對應關係。 在本發明實施例中，通過雷射圖像源160形成R、G、B雷射光束時，每一組R、G、B雷射光束可以對應配置一個投射件120，也可以多組R、G、B雷射光束對應一個投射件120。可以理解的是，相對於每一投射件120配備一個雷射圖像源160的設置方式，將投射件120與雷射圖像源160配置為一個對多個的對應關係時，R、G、B雷射光束的光通量較大，可以達到增大成像亮度的效果。

在一個實施例中，複眼控制晶片140包括基底和控制電路，控制電路刻畫在基底上。 在本實施例中，複眼控制晶片140的基底為透明材質結合半導體材料的基底，採用光刻或與光刻加工精度相當的工藝刻畫出控制電路得到複眼控制晶片140，其中，複眼控制晶片140與每一投射件120連接，用於控制投射件120高速轉動，使得人眼150能夠獲得較大的視場角。

在一個實施例中，預設的排列規則包括等邊三角形、正方形和長方形。 在本發明實施例中，投射件陣列170可以包括多個投射件120，這些投射件120的排列規則也可以不同，包括等邊三角形、正方形和長方形等規律排布方式。

在一個實施例中，預設角度範圍為0°至180°。 在本發明實施例中，可以採用將雷射圖像源160直接做在投射件120上或做在投射件120旁邊，要擴大視場角，只要增加投射件120的數量、偏轉角度和分佈面積，使得投射件120與入射光束的夾角在0°~180°之間轉動，人眼就能看到無限接近180°視場角的圖像。

與現有技術相比，本發明實施例具有以下有益效果： 1、鏡片厚度可達到1mm以內，目前所有的近眼顯示產品還沒有能做到這麼低厚度的。 2、現有的陣列光波導技術雖然可以做到比較輕薄，但其做不到大視場角，對角線視場角都小於50°，本發明實施例的近眼顯示裝置視場角能輕鬆超過120°，是目前VA/AR產品中視場角最大的。 3、現有的衍射光波導技術也可做到比較輕薄，可其色純度很差，色散和彩虹現象是目前全世界都還沒有解決的難題。本發明實施例採用雷射圖像信號，因為各單色雷射的頻寬很窄，大大提高了圖像的色純度，合成顏色更豔麗。雖然衍射光波導也有採用雷射圖像信號的，但因不同顏色的衍射角度存在差異，產生了嚴重的色散，而本發明實施例的複眼結構的光路中沒有衍射，故保存了雷射信號本有的色純度。 4、現有的BB方案只有顏色豔麗這一唯一優點，沒有任何動眼框，上下、左右任意移動一下眼睛，圖像就會畸變，體積雖然比VR和自由曲面AR小，但最小也做不到15mm厚度。本發明實施例中每一振鏡都有顯示完整畫面的功能，所有視角的圖像都有光學從每一投射件上反射出來，因此整個複眼結構具有所以方向的動眼框。 5、現有的所有用到雷射圖像源的VR/AR，其光路中皆採用毫米級尺寸的透鏡做准直處理，再經過多次毫米級尺寸的棱鏡反射，不光整體尺寸龐大，且經過多次反射後的綜合角度誤差很大。發明實施例採用微米級尺寸的雷射圖像源160，且最多經過一次平面反射，不光整體厚度尺寸可以小到一毫米以下，而且圖像源的角度誤差可達1″以內。

以上是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。

110:光源模組 120:投射件 130:光學模組 140:複眼控制晶片 150:人眼 160:光圖像源 170:投射件陣列

圖1是本發明實施例提供的光源模組與光學模組分體設置的近眼顯示裝置的結構示意圖之一； 圖2是本發明實施例提供的光學模組的結構示意圖； 圖3是本發明實施例提供的光源模組的結構示意圖； 圖4是本發明實施例提供的光源模組與光學模組合體設置的近眼顯示裝置的結構示意圖之一; 圖5是本發明實施例提供的光源模組與光學模組合體設置的近眼顯示裝置的結構示意圖之二； 圖6是本發明實施例提供的光源模組與光學模組分體設置的近眼顯示裝置的結構示意圖之二; 圖7是本發明實施例提供的光源模組與光學模組分體設置的近眼顯示裝置的結構示意圖之三。

110:光源模組

120:投射件

130:光學模組

140:複眼控制晶片

150:人眼

Claims (7)

1. 一種近眼顯示裝置，其特徵在於，包括： 光源模組和光學模組； 所述光源模組包括多個雷射圖像源；其中，所述雷射圖像源為VCSEL雷射圖像源或准直光圖像源； 所述光源模組被配置為：將圖像信號進行數模轉換後載入至各個所述雷射圖像源，以使每一所述雷射圖像源發出RGB雷射光束； 所述光學模組包括複眼控制晶片和投射件陣列； 所述投射件陣列包括多個投射件，所述多個投射件以預設的排列規則設置在所述複眼控制晶片上；其中，所述投射件採用3D微振鏡或3D掃描機構； 所述光學模組被配置為：通過所述複眼控制晶片分別控制各個所述投射件在預設角度範圍內轉動，以通過各個所述投射件將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。
2. 如請求項1所述的近眼顯示裝置，其中，所述光源模組與所述光學模組為分體設置，每一所述投射件為通過光反射方式將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束反射至用戶眼睛。
3. 如請求項1所述的近眼顯示裝置，其中，所述光源模組與所述光學模組為合體設置，每一所述投射件為通過直接發光方式將對應的雷射圖像源發出的RGB雷射光束投射至用戶眼睛。
4. 如請求項1所述的近眼顯示裝置，其中，所述投射件與所述雷射圖像源為一對多的對應關係。
5. 如請求項1所述的近眼顯示裝置，其中，所述複眼控制晶片包括基底和控制電路，所述控制電路刻畫在所述基底上。
6. 如請求項1所述的近眼顯示裝置，其中，所述預設的排列規則包括等邊三角形、正方形和長方形。
7. 如請求項1所述的近眼顯示裝置，其中，所述預設角度範圍為0°至180°。