CN119472029B - 投影光机以及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种投影光机以及可穿戴设备；其中，投影光机包括光源模组，导光器件，分光器件及投影系统；光源模组用于发出照明光线；所述导光器件包括基底以及设于所述基底上的耦入区和耦出区，所述光源模组位于所述基底设有所述耦入区的一侧；所述分光器件嵌设在所述基底内；所述投影系统位于所述基底背离所述光源模组的一侧；所述照明光线经所述耦入区进入所述基底再出射至所述投影系统中形成投影光线，所述投影光线反射至所述基底中，且所述分光器件至少位于所述投影光线的传播路径上，用于反射所述投影光线并使所述投影光线在所述基底内全反射传播至所述耦出区，所述耦出区用于将所述投影光线耦出。

Description

投影光机以及可穿戴设备

技术领域

本申请属于光学投影技术领域，具体地，本申请涉及一种投影光机以及可穿戴设备。

背景技术

AR技术是一种将图像通过光学方法融合到现实以实现增强现实的技术。以AR眼镜为例，其是AR技术中重要的形态之一。其中，显示是通过两个光机分别对佩戴者的左右眼进行投影成像，通过图像算法可以调整双目画面的融合距离，让人眼产生远近的距离感。

但目前的投影光机方案存在的问题是体积过大，如DLP光机体积在5～6cc，传统LCOS光机在3～4cc，这不利于AR眼镜的轻量化。具体而言，传统的投影光机方案主要分为光源部分(或称照明部分)和投影成像部分，而光源部分往往采用多颗灯多通道光源最终再通过合光棱镜进行光源同一，这样往往会增加体积，导致整个投影光机过于笨重。

发明内容

本申请的目的是提供一种投影光机以及可穿戴设备的新技术方案，其为一种紧凑型光机光学架构，至少解决了现有投影光机的体积较大的问题。

根据本申请的第一方面，提供了一种投影光机。所述投影光机包括：

光源模组，用于发出照明光线；

导光器件，所述导光器件包括基底以及设于所述基底上的耦入区和耦出区，所述光源模组位于所述基底设有所述耦入区的一侧；

分光器件，所述分光器件倾斜地嵌设在所述基底内；

投影系统，所述投影系统位于所述基底背离所述光源模组的一侧，且至少部分所述投影系统与所述耦入区相对；

所述照明光线经所述耦入区进入所述基底再出射至所述投影系统中形成投影光线，所述投影光线被反射回所述基底中，且所述分光器件至少位于所述投影光线的传播路径上，用于反射所述投影光线并使所述投影光线在所述基底内全反射传播至所述耦出区，所述耦出区用于将所述投影光线耦出。

可选地，所述光源模组与所述分光器件在所述基底的厚度方向呈相对设置，所述厚度方向为垂直于所述基底的两个相对的表面的方向；

所述光源模组在所述基底的一侧覆盖所述耦入区，经所述耦入区耦入至所述基底内的照明光线可经过所述分光器件透射后再出射至所述投影系统中。

可选地，所述光源模组与所述分光器件在所述基底的厚度方向上呈相互错开设置，所述厚度方向为垂直于所述基底的两个相对的表面的方向，经所述耦入区耦入至所述基底内的所述照明光线直接出射至所述投影系统中。

可选地，所述光源模组与所述分光器件各占所述耦入区的一半。

可选地，所述分光器件设置为一个或者多个。

可选地，所述分光器件为半反半透镜，且在所述分光器件的任一表面上设有偏振反射膜。

可选地，所述光源模组包括照明光源及匀光器件，所述匀光器件设置在所述照明光源的出光路径上；或者，所述光源模组为LED点阵列光源。

可选地，所述光源模组能够发出多种不同波段的照明光线，且所述照明光线可直接进入所述导光器件，再传输至所述投影系统中形成所述投影光线。

可选地，所述投影系统包括依次设置的目镜及图像源；

所述目镜包括多个沿同一光轴设置的镜片；

所述图像源包括LCOS芯片或者DLP芯片。

可选地，进入所述投影系统中的所述照明光线透过所述目镜后投射至所述图像源，形成所述投影光线，所述投影光线经所述图像源反射至所述目镜，经所述目镜透射后进入所述基底内。

可选地，所述导光器件为光波导元件。

根据本申请的第二方面，还提供了一种可穿戴设备。所述可穿戴设备包括：

壳体；以及

如第一方面所述的投影光机。

本申请的有益效果在于：

本申请实施例提出的投影光机，引入导光器件在光源模组与投影系统之间进行光线的传输，其中通过对光源模组、分光器件及投影系统三者的布设位置的优化设计，将光源模组与投影系统分设在导光器件的两侧，并在导光器件的基底内嵌入了分光器件，这使得光源模组与投影系统二者可以共用光路，而且整个光学架构中还省去了合光器件，压缩了体积，实现了整个投影光机的光学构架紧凑型设计，解决了现有投影光机因体积较大而导致的过于笨重的问题。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请一种实施例提供的投影光机的结构示意图；

图2为本申请另一种实施例提供的投影光机的结构示意图；

图3为本申请又一种实施例提供的投影光机的结构示意图。

附图标记说明：

1、光源模组；2、导光器件；21、基底；22、耦入区；23、耦出区；3、分光器件；4、投影系统；41、目镜；42、图像源；01、照明光线；02、投影光线；001、人眼。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图，对本申请实施例提供的投影光机以及可穿戴设备进行详细地描述。

根据本申请的一个方面，提供了投影光机，其可应用于例如AR设备中。所述AR设备例如为AR头戴式显示设备，如AR眼镜或者AR头盔等。

本申请实施例提供的投影光机，参见图1至图3，所述投影光机包括：光源模组1，导光器件2，分光器件3以及投影系统4。所述光源模组1用于发出照明光线01。所述导光器件2包括基底21以及设于所述基底21上的耦入区22和耦出区23，所述光源模组1位于所述基底21设有所述耦入区22的一侧。所述分光器件3倾斜地嵌设在所述基底21内。所述投影系统4位于所述基底21背离所述光源模组1的一侧，且至少部分所述投影系统4与所述耦入区22相对。所述照明光线01经所述耦入区22进入所述基底21再出射至所述投影系统4中形成投影光线02，所述投影光线02反射至所述基底21中，且所述分光器件3至少位于所述投影光线02的传播路径上，可用于反射所述投影光线02并使所述投影光线02在所述基底21内全反射传播至所述耦出区23，所述耦出区23用于将所述投影光线02耦出。

根据上述实施例提供的投影光机，参见图1至图3，其中的所述光源模组1为投影光机的照明部分，其可以发出用于成像显示的照明光线01。所述导光器件2可用于将经所述光源模组1发出的照明光线01传输至投影系统4中。所述投影系统4可以使入射的所述照明光线01形成带有图像信息的投影光线02。当所述投影光线02再次进入所述导光器件2的基底21内，可经所述基底21内嵌设的分光器件3进行反射以改变光线传播方向，此时的所述分光器件3作为反射镜使用，所述投影光线02在所述基底21内可以全反射传播至所述耦出区23，最终经所述耦出区23进行耦出，从而形成投影画面。这样，用户可以从导光器件2的耦出区23的一侧观看到投影画面。

其中，所述导光器件2介于所述光源模组1与所述投影系统4之间，所述导光器件2可用于在二者之间实现光线的传输作用。在本申请实施例提供的投影光机中，所述光源模组1与所述投影系统4分设在所述基底21相对的两侧，该设计对整个投影光机的光学架构进行了更加合理的布局。

对于传统的投影光机方案，其中的照明部分往往采用多颗灯珠形成多通道光源，在光线传输的路径上要通过设置合光器件例如合光棱镜进行光源同一，也即合光处理，在此基础上，会增加投影光机的体积，使得整个投影光机较为笨重，在应用于AR设备后会降低佩戴的舒适感。

本申请实施例提供的投影光机，其采用了导光器件2在所述光源模组1与所述投影系统4之间进行光线的传输，可以省去在光路上设置合光器件。合光器件体积大、占用空间大，本申请中因省去了传统的合光器件，可以压缩投影光机的体积，可以实现投影光机的小型化及轻量化。

根据本申请上述实施例的投影光机，其可应用于例如AR眼镜的光学显示部分，由于所述投影光机的光学架构较为紧凑，使得其体积较比较小，利于实现AR眼镜的小型化设计，可减轻整机的重量，从而能够提高用户的佩戴舒适感。

本申请实施例提供的投影光机，其为一种紧凑型光学结构设计，其中通过引入导光器件2来传导经所述光源模组1发出的照明光线01，所述照明光线01可以包括多种不同波段的光线。所述照明光线01例如包括红光、绿光即蓝光。所述照明光线01可以经所述基底21上的耦入区22耦入至所述基底21内，之后出射至与所述耦入区22相对的所述投影系统4中，所述照明光线01就变成了带有图像信息的投影光线02，所述投影光线02经所述基底21内嵌设的分光器件3反射后可以在所述基底21内以全反射状态进行光线传播，最终传播至所述耦出区23后耦出至所述基底21之外进行投影成像。

在本申请上述实施例提供的投影光机中，所述导光器件2可以起到将所述光源模组1发出的照明光线01传播至所述投影系统4的作用，同时形成的投影光线02也可以经所述导光器件2传播后耦出投影成像。所述导光器件2的引入不仅可以省去设置合光器件，还可以使所述光源模组1与所述投影系统4二者共用光路。所述导光器件2的外形轻薄、体积小巧，其在应用于投影光机内后并不会占用较大的空间，利于减小投影光机的体积尺寸及重量。

本申请实施例提出的投影光机，引入了所述导光器件2在所述光源模组1与所述投影系统4之间进行光线的传输，其中通过对所述光源模组1、分光器件3及投影系统4三者的布设位置的优化设计，例如将所述光源模组1与所述投影系统4设计分设在所述导光器件2的两侧，并在所述导光器件2的基底21内嵌入了分光器件3，这使得所述光源模组1与所述投影系统4二者可以共用光路，而且整个光学架构中还省去了合光器件，压缩了体积，实现了整个投影光机的光学构架紧凑型设计，解决了现有投影光机因体积较大而导致的过于笨重的问题。

在本申请的一些示例中，参见图1及图2，所述光源模组1与所述分光器件3在所述基底21的厚度方向呈相对设置，所述厚度方向为垂直于所述基底21的两个相对的表面的方向；所述光源模组1覆盖所述耦入区22，以使经所述耦入区22耦入至所述基底21内的照明光线01可经过所述分光器件3透射再出射至所述投影系统4中。

需要说明的是，所述导光器件的基底21例如为一个具有一定厚度的薄片，所述基底21具有两个相对表面，所述基底21的厚度方向即为与该两个相对的表面垂直的方向。

根据上述示例，参见图1及图2，所述基底21上的耦入区22与所述投影系统4在位置上是相对的，所述光源模组1位于所述耦入区22的一侧，且所述光源模组1被设计为占据整个所述耦入区22，也即所述光源模组1在所述基底21上的投影可以覆盖整个所述耦入区22，此时，所述光源模组1所发出的照明光线01能够覆盖整个所述耦入区22。

根据上述示例，所述分光器件3倾斜地嵌设在所述基底21内并在位置上与所述耦入区22相对，且其也是占据整个所述耦入区22的。这样，经所述光源模组1发出的照明光线01经所述耦入区22进入所述基底21内后会经过所述分光器件3，此时，所述分光器件3起到透射光线的作用，使得所述光源模组1所发出的照明光线01的传播路径会经过所述分光器件3后出射至所述投影系统4中。

所述照明光线01经所述投影系统4后，可形成带有图像信息的投影光线02，所述投影光线02被反射至所述基底21内，也会遇到所述分光器件3，此时，所述分光器件3起到反射镜作用，可改变光线传播方向，耦入到所述基底21内的投影光线02会全反射传播至所述耦出区23，最终由所述耦出区23耦出后形成投影图像。

其中，所述分光器件3例如为半反半透镜，其可以透射一部分光线，同时可以反射另一部分光线。

其中，所述分光器件3可以倾斜的嵌设在所述基底21内。

可选的是，所述分光器件3可以设置为一个，参见图1。此时，所述分光器件3的尺寸较大。当所述基底21内嵌设一个所述分光器件3时，该一个分光器件3可以呈例如30度倾斜设置。

可选的是，所述分光器件3可以设置为多个，参见图2。例如，所述分光器件3可以设置为两个或者三个。此时，每个所述分光器件3的尺寸较小。该设计的好处在于，可以将一个较大的分光器件拆分成多个小尺寸的分光器件，每个小尺寸的分光器件的倾斜角度可以设置的比较小，这可以降低所述基底21的厚度。例如，所述基底21的厚度可以减小至0.8mm左右。图1中示出的设置一个分光器件3的光学方案，所述基底21的厚度约为2mm左右。

在本申请的一些示例中，参见图3所示，所述光源模组1与所述分光器件3在所述基底21的厚度方向上呈相互错开设置，所述厚度方向为垂直于所述基底21的两个相对的表面的方向，经所述耦入区22耦入至所述基底21内的所述照明光线01直接出射至所述投影系统4中。

其中，所述光源模组1与所述分光器件3各占所述耦入区22的一半。

根据上述示例，参见图3，所述光源模组1及所述分光器件3的尺寸设计的都比较小，具体而言，二者分别占据所述耦入区22的一半尺寸；并且，所述光源模组1与所述分光器件3分别在所述耦入区22的两侧呈错位设置。这样，经所述光源模组1所发出的照明光线01在经所述导光器件2出射至所述投影系统4的过程中，所述照明光线01并不经过所述分光器件3，可以提升光能利用率。而经所述投影系统4出射的投影光线02在传播至所述基底21内会经所述分光器件3反射改变光线传播路径，使得所述投影光线02可以沿所述基底21内全反射传播至所述耦出区23。

参见图3，上述示例的设计可以满足投影光机的基本投影成像亮度和清晰度需求。而且，所述光源模组1及所述分光器件3的尺寸都比较小，可以进一步降低整个投影光机的体积及重量，还可以降低生产成本。

在本申请的一些示例中，参见图1至图3，所述分光器件3设置为一个或者多个。

所述分光器件3设置在所述导光器件2的基底21内，若所述分光器件3设置为多个，每个分光器件3的倾斜角度可以设置的比较小，利于降低所述基底21的厚度，所述基底21的厚度例如为8mm左右。

在本申请的一些示例中，所述分光器件3为半反半透镜，且在所述分光器件3的任一表面上设有偏振反射膜。

根据上述示例，所述分光器件3具有偏振特性。

所述分光器件3采用半反半透镜利于降低所述基底21的厚度，且不会增加整个投影光机的尺寸和重量。

在本申请的一些示例中，所述光源模组1包括照明光源及匀光器件，所述匀光器件设置在所述照明光源的出光路径上；或者，所述光源模组1为LED点阵列光源。

其中，所述照明光源例如包含不同颜色的灯，其可以发出不同颜色的光线如红光、绿光及蓝光。当然，所述照明光源还可以包括其他颜色的灯珠，只要能发出可见光即可。

需要说明的是，所述光源模组1可以包括匀光器件，所述光源模组1也可以直接采用mini-LED点阵光源，所发出的照明光线01本身就较均匀。，无需引入匀光器件。

在本申请的一些示例中，所述光源模组1能够发出多种不同波段的照明光线01，且所述照明光线01可直接进入所述导光器件2，再传输至所述投影系统4中形成所述投影光线02。

本申请实施例提供的投影光机，在所述光源模组1的出光路径上无需设置合光器件，其发出的多种不同波段的照明光线01可以直接投射至所述导光器件2中，由所述导光器件2进行光线的传输，所述导光器件2与传统的合光器件相比，所述导光器件2的外形轻薄、体积小巧，其在应用于投影光机内后并不会占用较大的空间，利于减小投影光机的体积尺寸及重量。

在本申请的一些示例中，参见图1至图3，所述投影系统4包括依次设置的目镜41及图像源42；所述目镜41包括多个沿同一光轴设置的镜片；所述图像源42包括LCOS芯片或者DLP芯片。

其中，进入所述投影系统4中的所述照明光线01透过所述目镜41后投射至所述图像源42，此时形成所述投影光线02，所述投影光线02经所述图像源42反射至所述目镜41，经所述目镜41透射后进入所述基底21内。

根据上述示例，所述投影系统4例如包括上述的目镜41及图像源42。

根据图1及图2示出的光学架构，所述光源模组1及所述分光器件3均占据所述目镜41的整个视场。根据图3示出的光学架构，所述目镜41一半视场用于所述光源模组1，另一半视场用于所述分光器件3。

根据本申请上述示例，所述目镜41与所述图像源42位于所述导光器件2的同一侧，这样布局方式简单。

本申请实施例提供的投影光机，引入导光器件2实现投影光机照明部分的光线入、光线传输及光线耦出，能够降低投影光机的生产工艺难度和生产成本，另外消除了传统方案的合光器件，优化了体积尺寸，降低了投影光机的重量。

在本申请的一些示例中，所述导光器件2为光波导元件。

其中，所述基底21为波导基底，整个投影光机中基于了衍射光波导来传输光线。

以下通过实施例1～实施例3进一步描述本申请提供的投影光机。

实施例1

参见图1，所述投影光机包括光源模组1，导光器件2，分光器件3以及投影系统。所述光源模组1能够发射不同波段的光线。所述导光器件2包括基底21以及设置在所述基底21上的耦入区22和耦出区23。所述光源模组1位于所述基底21设有所述耦入区22的一侧。至少部分所述投影系统4与所述耦入区22相对。所述分光器件3为半反半透镜，在半反半透镜的任一表面上设有偏振反射膜，该半反半透镜设置为一个并嵌设在所述基底21内。所述投影系统4位于所述基底21背离所述光源模组1的一侧。所述投影系统4包括依次设置的目镜41及图像源42；所述目镜41包括多个沿同一光轴设置的镜片，所述图像源为LCOS芯片。

其中，所述光源模组1与所述分光器件3在所述基底21的厚度方向呈对应设置，所述光源模组1覆盖所述耦入区22。所述照明光线01经所述耦入区22进入所述基底21，所述照明光线01可经所述分光器件3透过后再出射至所述投影系统4中，所述照明光线01形成投影光线02，所述投影光线02反射至所述基底21中，此时，所述分光器件3还用于反射所述投影光线02并使所述投影光线02在所述基底21内全反射传播至所述耦出区23，所述耦出区23用于将所述投影光线02耦出。

实施例2

参见图2，本实施例与上述的实施例1的区别在于，所述基底21内设置的分光器件3布局方式不同。在本实施例中，在所述基底21内嵌设有多个尺寸较小的分光器件3。

与实施例1相比，本实施例的方案可以降低所述基底21的厚度。

实施例3

参见图3，本实施例与实施例1提供的投影光机的光学构架的不同之处在于：所述分光器件3与所述光源模组1分别占据所述耦入区22的一半，且所述光源模组1与所述分光器件3在所述基底21的厚度方向上呈相互错开设置，该设计使得经所述耦入区22耦入至所述基底21内的照明光线01直接出射至所述投影系统4中，也即所述照明光线01不经过所述分光器件3直接投射至所述投影系统4中。

又一方面，本申请实施例还提供了一种可穿戴设备。所述可穿戴设备包括壳体以及如上所述的投影光机。

上述的可穿戴设备例如为AR智能眼镜或者AR智能头盔。

本申请实施例的投影光机及可穿戴设备的具体实施方式可以参照上述的投影光机的实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种投影光机，其特征在于，包括：

光源模组(1)，用于发出照明光线(01)；

导光器件(2)，所述导光器件(2)包括基底(21)以及设于所述基底(21)上的耦入区(22)和耦出区(23)，所述光源模组(1)位于所述基底(21)设有所述耦入区(22)的一侧；

分光器件(3)，所述分光器件(3)倾斜地嵌设在所述基底(21)内；

投影系统(4)，所述投影系统(4)位于所述基底(21)背离所述光源模组(1)的一侧，且至少部分所述投影系统(4)与所述耦入区(22)相对；

所述照明光线(01)经所述耦入区(22)进入所述基底(21)再出射至所述投影系统(4)中形成投影光线(02)，所述投影光线(02)被反射回所述基底(21)中，且所述分光器件(3)至少位于所述投影光线(02)的传播路径上，用于反射所述投影光线(02)并使所述投影光线(02)在所述基底(21)内全反射传播至所述耦出区(23)，所述耦出区(23)用于将所述投影光线(02)耦出。

2.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，所述光源模组(1)与所述分光器件(3)在所述基底(21)的厚度方向呈相对设置，所述厚度方向为垂直于所述基底(21)的两个相对的表面的方向；

所述光源模组(1)在所述基底(21)的一侧覆盖所述耦入区(22)，经所述耦入区(22)耦入至所述基底(21)内的照明光线(01)可经过所述分光器件(3)透射后再出射至所述投影系统(4)中。

3.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，所述光源模组(1)与所述分光器件(3)在所述基底(21)的厚度方向上呈相互错开设置，所述厚度方向为垂直于所述基底(21)的两个相对的表面的方向，经所述耦入区(22)耦入至所述基底(21)内的所述照明光线(01)直接出射至所述投影系统(4)中。

4.根据权利要求3所述的投影光机，其特征在于，所述光源模组(1)与所述分光器件(3)各占所述耦入区(22)的一半。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的投影光机，其特征在于，所述分光器件(3)设置为一个或者多个。

6.根据权利要求5所述的投影光机，其特征在于，所述分光器件(3)为半反半透镜，且在所述分光器件(3)的任一表面上设有偏振反射膜。

7.根据权利要求5所述的投影光机，其特征在于，所述光源模组(1)包括照明光源及匀光器件，所述匀光器件设置在所述照明光源的出光路径上；或者，所述光源模组(1)为LED点阵列光源。

8.根据权利要求7所述的投影光机，其特征在于，所述光源模组(1)能够发出多种不同波段的照明光线(01)，且所述照明光线(01)可直接进入所述导光器件(2)，再传输至所述投影系统(4)中形成所述投影光线(02)。

9.根据权利要求5所述的投影光机，其特征在于，所述投影系统(4)包括依次设置的目镜(41)及图像源(42)；

所述目镜(41)包括多个沿同一光轴设置的镜片；

所述图像源(42)包括LCOS芯片或者DLP芯片。

10.根据权利要求9所述的投影光机，其特征在于，进入所述投影系统(4)中的所述照明光线透过所述目镜(41)后投射至所述图像源(42)，形成所述投影光线(02)，所述投影光线(02)经所述图像源(42)反射至所述目镜(41)，经所述目镜(41)透射后进入所述基底(21)内。

11.根据权利要求1所述的投影光机，其特征在于，所述导光器件(2)为光波导元件。

12.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：

壳体；以及

如权利要求1-11中任一项所述的投影光机。