眼镜及其近眼显示模组的制作方法

本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及一种近眼显示模组及眼镜。

背景技术：

近眼显示是指利用相关技术将位于人眼近处的微显示器的图像呈现在人眼可观看的范围内，并投射到人眼视网膜上。

现有技术中，如图1所示，近眼显示主要是利用透镜组件实现的，图1为现有技术中一种透镜组件近眼显示模组的示意图。

图1所示的简化的近眼显示模组，包括微显示器1’和透镜组件2’，微显示器1’的光线照射至透镜组件2’经过多级光线处理(包括多次折射和反射)，最终进入人眼3’，实现了人眼3’看到微显示器1’的图像和视频。

可以看出，现有技术中，通过微显示器1’和透镜组件2’的配合，实现近眼显示，但是透镜组件2’包含多个透镜，结构复杂，从而造成了近眼显示装置的体积较大，比较厚重。

为此，研发了一种体全息元件以部分或全部代替透镜组件2’，以提高近眼显示模组的轻薄性，但部分代替透镜组件2’的情况下，对于轻薄性的提高有限，而全部代替的情况下，就需要体全息元件能单独满足近眼显示的要求，加工难度很大。

因此，如何在近眼显示模组的轻薄性的情况下，降低近眼显示体全息元件加工的难度就成为本领域技术人员所要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种近眼显示模组，在保证其轻薄性的情况下，降低近眼显示体全息元件的加工难度。

为解决上述问题，本发明提供一种近眼显示模组，适于实现图像显示，图像具有多个像素，包括：

信号发生单元，适于获得与各像素的显示信息相对应的控制信号，还适于获得与各像素的显示位置相对应的驱动信号；

发光装置，用于接收控制信号，并根据控制信号发出准直光束；

光束控制器，用于接收准直光束，并根据驱动信号改变准直光束的方向获得扫描光束；

近眼显示体全息元件，适于接收扫描光束，并得到实现各像素的图像显示的显示光束。

优选地，还包括最大角度获取单元，适于获取最大角度信号，并传输至光束控制器，光束控制器根据最大角度信号，确定扫描光束的扫描范围。

优选地，还包括场景获取单元，适于获取近眼显示模组所处的场景，并将与场景对应的最大角度信号传输至最大角度获取单元。

优选地，信号发生单元、发光装置和光束控制器集成为扫描光束组件。

优选地，信号发生单元和发光装置集成为准直光束组件，光束控制器与准直光束组件分体设置。

优选地，还包括光纤耦合器，光纤耦合器接收发光装置的准直光束，并将准直光束通过光纤传输至光束控制器。

优选地，显示光束相交于至少1个汇聚点。

优选地，发光装置为激光器或发光二极管。

优选地，控制信号为亮度控制信号。

优选地，发光装置包括第一发光器、第二发光器和第三发光器，第一发光器的第一准直光束经过第一合束镜反射、第二合束镜透射和第三合束镜透射，第二发光器的第二准直光束经过第二合束镜反射和第三合束镜透射，第三发光器的第三准直光束经过第三合束镜反射。

优选地，光束控制器包括

反射镜，反射镜接收准直光束，且改变准直光束的方向获得扫描光束；以及

电控机械振动部件，根据驱动信号改变反射镜的方向。

优选地，近眼显示体全息元件包括：基底层以及位于基底层上的光致折变材料层，扫描光束经由基底层到达光致折变材料层。

优选地，基底层的端部设置有切削端面，切削端面与与其相邻平面的夹角大于或小于90度，扫描光束经由切削端面进入基底层。

优选地，基底层厚度为0.1mm-20mm。

为解决上述问题，本发明还提供一种眼镜，包括镜体，以及如上述任一项的近眼显示模组，近眼显示体全息元件设置于镜体的镜片位置。

优选地，信号发生单元、发光装置和光束控制器均设置于镜体的镜框上。

优选地，还包括与镜体分体设置的分体模块，信号发生单元和发光装置设置于分体模块，光束控制器设置于镜体的镜框，分体模块与镜体通过传输线连接。

优选地，传输线包括用于传输驱动信号的电控传输线和用于传输准直光束的光纤。

优选地，信号发生单元、发光装置、发光控制器和近眼显示体全息元件的数量均为1个，实现单目各像素的图像显示。

优选地，信号发生单元、发光装置、传输线、发光控制器和近眼显示体全息元件的数量均为两个，实现双目各像素的图像显示。

优选地，还包括分光控制器，信号发生单元包括左眼信号发生单元和右眼信号发生单元，传输线包括左眼传输线和右眼传输线，发光控制器包括左眼发光控制器和右眼发光控制器，近眼显示体全息元件包括左眼近眼显示体全息原件和右眼近眼显示体全息元件；

发光装置根据左眼信号发生单元的控制信号发出左眼准直光束，左眼准直光束经分光控制器的控制通过左眼传输线传输至左眼发光控制器，得到左眼扫描光束，通过左眼近眼显示体全息原件实现图像显示；

发光装置根据右眼信号发生单元的控制信号发出右眼准直光束，右眼准直光束经分光控制器的控制通过右眼传输线传输至右眼发光控制器，得到右眼扫描光束，通过右眼近眼显示体全息原件实现图像显示。

优选地，分光控制器包括左眼分光控制器和右眼分光控制器，左眼分光控制器控制左眼准直光束的传输，右眼分光控制器控制右眼准直光束的传输。

优选地，分光控制器为液晶快门或机械快门。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明所提供的一种近眼显示模组，适于实现图像显示，图像具有多个像素，包括：信号发生单元，适于获得与各像素的显示信息相对应的控制信号，还适于获得与各像素的显示位置相对应的驱动信号；发光装置，用于接收控制信号，并根据控制信号发出准直光束；光束控制器，用于接收准直光束，并根据驱动信号改变准直光束的方向获得扫描光束；近眼显示体全息元件，适于接收扫描光束，并得到实现各像素的图像显示的显示光束。本发明所提供的近眼显示模组，利用信号发生单元提供控制信号，发光装置根据控制信号发出准直光束，并投射到光束控制器上，光束控制器接收准直光束，并根据信号发生单元提供的驱动信号改变所处的状态，将准直光束转变为扫描光束投射到近眼显示体全息元件上，进而得到显示光束，实现图像的近眼显示。可以看出，近眼显示体全息元件接收到的光束并非为普通光束，而是由准直光束转变而来的扫描光束，这就要求近眼显示体全息元件只要满足对扫描的准直光束的近眼显示即可，这大大降低了对近眼显示体全息元件的加工要求，也大大降低了加工难度，从而将此近眼显示体全息元件与信号发生单元、发光装置和光束控制器配合应用，保证了近眼显示模组的轻薄性。

本发明所提供的眼镜，其效果与近眼显示模组相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是现有技术中一种透镜组件近眼显示模组的示意图；

图2是本发明第一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图3是本发明第二种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图4是本发明第三种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图5是本发明第四种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图6是本发明第五种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图7是本发明一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的第一种近眼显示体全息元件示意图；

图8是本发明一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的第二种近眼显示体全息元件示意图；

图9是本发明一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的第三种近眼显示体全息元件示意图；

图10是本发明第六种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图11是本发明第七种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图12是本发明第八种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；

图13是本发明一种具体实施方式所提供的眼镜的结构示意图；

图14是本发明第二种具体实施方式所提供的眼镜的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的近眼显示模组，有的需要利用厚重的透镜组件，有的需要利用经过复杂加工的体全息元件，不能同时满足方便加工且近眼显示模组轻薄的需要。

为了解决所述技术问题，保证近眼显示模组的轻薄性，以提高近眼显示眼镜的佩戴舒适性，同时降低体全息元件的加工难度，本发明提供了一种近眼显示模组，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图2，图2是本发明第一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图。

如图中所示，本发明所提供的近眼显示模组，适于实现图像显示，即图像的近眼显示，图像具有多个像素，包括：信号发生单元1、发光装置2、光束控制器3和近眼显示体全息元件4，其中：

信号发生单元1，用于获得与各像素的显示信息相对应的控制信号，并获得与各像素的显示位置(在近眼显示体全息元件4上的显示位置，为更清楚地理解，可结合参考图10)相对应的驱动信号；发光装置2，接收信号发生单元1的控制信号，并根据控制信号发出准直光束，即发光装置2发出的光束是准直光束；光束控制器3，接收发光装置2发出的准直光束，并根据驱动信号改变准直光束的方向获得扫描光束，扫描光束照射在近眼显示体全息元件4上的显示位置由驱动信号提供；近眼显示体全息元件4，接收扫描光束，并根据其显示特性，将扫描光束投射到人眼瞳孔中，从而得到实现各像素的图像显示的显示光束。

体全息元件的特性是能够将记录光束进行存储和再次显示，如果要利用体全息按元件实现某个视频图像的再显示，就需要对该视频图像的光线进行记录，要显示的光束越复杂，则对于体全息元件的加工越复杂，如果为普通光束，则需要对普通光束进行记录，在对普通光束进行记录时，需要考虑不同光束在体全息元件上的照射情况，控制和制作都非常困难。而本发明所提供的近眼显示模组，利用信号发生单元提供控制信号，发光装置根据控制信号发出准直光束，并投射到光束控制器上，光束控制器接收准直光束，并根据信号发生单元提供的驱动信号改变所处的状态，将准直光束转变为扫描光束投射到近眼显示体全息元件上，进而得到显示光束，实现图像的近眼显示，即通过将显示信息转化为相对应扫描的准直光束的方式投射到近眼显示体全息元件，利用人眼视觉的暂留现象，将代表不同像素的准直光束投射到近眼显示体全息元件的不同位置，实现图像的投射，并得到显示光束。近眼显示体全息元件接收到的光束并非为普通光束，而是由准直光束转变而来的扫描光束，这就要求近眼显示体全息元件只要满足对扫描的准直光束的近眼显示即可，这大大降低了对近眼显示体全息元件的加工要求，也大大降低了加工难度，从而将此近眼显示体全息元件与信号发生单元、发光装置和光束控制器配合应用，保证了近眼显示模组的轻薄性。

在另一种具体实施方式中，请参考图3，图3是本发明第二种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图。

如图3所示，本发明所提供的近眼显示模组还包括最大角度获取单元5，最大角度获取单元5获取最大角度信号，并传输至光束控制器3，光束控制器3根据最大角度信号，确定扫描光束的扫描范围。

扫描光束的扫描范围即光束的投射范围，扫描范围的改变，会带来显示图像所呈现的范围的改变，也就是视角，在不同的应用环境或者应用场景下，人们对于视角的大小要求会有所不同，比如在户外，所需要的视角较小，而在室内会较大，而在看电影或者打游戏时，所需要的视角也较大，为匹配应用要求，就需要近眼显示模组也能够进行视角的调节，为此设置最大角度获取单元，通过改变光束控制器3的最大偏转角度，以获改变扫描光束的扫描范围，从而实现了近眼显示模组视角调节的要求。

具体的，最大角度的获取可以是人为进行调整设定，也可以根据不同的模式进行选择，当然，也可以通过自动的方式进行选择。

请参考图4，图4是本发明第三种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图。

可以看到，在此具体实施方式中，本发明所提供的近眼显示模组包括场景获取单元6，场景获取单元6获取近眼显示模组所处的场景，并将与场景对应的最大角度信号传输至最大角度获取单元5。具体场景获取单元6可以是人为进行场景的输入，也可以利用传感器等装置进行检测，将检测结果传输只场景获取单元6，从而实现了近眼显示模组的视角随所处场景的变化而变化。

请参考图5，图5是本发明第四种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图。

如图中所示，为方便安装，可以将信号发生单元1、发光装置2和光束控制器3集成为扫描光束组件11。这样，在将近眼显示模组与其他装置组合使用时，仅需要将扫描光束组件11和近眼显示体全息元件4与其他装置进行安装即可，简化了安装流程。

当然根据需要也可以分体设置，具体请参考图6，图6是本发明第五种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图。

可以将信号发生单元1和发光装置2单独进行集成，形成准直光束组件11’，而光束控制器3则可以与准直光束组件11’分体设置，在进行安装时，可以将准直光束组件11’独立设置，从而可以减小组合装置的尺寸和重量。

当光束控制器3和准直光束组件11’分体设置时，为实现准直光束的传输，具体可以使用光纤，并在光纤的端部设置光纤耦合器，这样光纤耦合器接收发光装置2发出的准直光束，并将准直光束通过光纤传输至光束控制器3，进而实现后续的传输。当然，在此情况下，驱动信号也通过相应的电信号传输线进行传输至光束控制器3。

具体近眼显示体全息元件4也可以有多种结构，请参考图7至图9，图7是本发明一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的第一种近眼显示体全息元件示意图；图8是本发明一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的第二种近眼显示体全息元件示意图；图9是本发明一种具体实施方式所提供的近眼显示模组的第三种近眼显示体全息元件示意图。

由图中可以看出，本发明所提供的近眼显示模组的近眼显示体全息元件4接收到光束控制器3发出的扫描光束后，投射出的显示光束相交于至少1个汇聚点a，但无论几个汇聚点，都要满足能够实现图像近眼显示的目的。

如图7所示，显示光束相交于1个汇聚点a，且汇聚点a处于近眼显示模组的出瞳位置，而图8和图9所示的，显示光束相交于多个汇聚点a，图8所示，多个汇聚点a位于近眼显示模组的出瞳位置，保证人眼能够捕捉到图像，而图9所示的情况，会有大量的显示光束投射到出瞳以外的位置，造成光束的浪费，但只要有1个能够投射到出瞳，仍然能够保证图像显示。相比较仅有1个汇聚点的情况，由图8和图9可以看出，显示光线及其反向延长线上会有相交点，且相交点距离人眼的位置不同，从而当人眼看到的时候，会出现从离人眼距离不等的位置发出的光的现象，从而使图像的显示不仅仅是平面显示，而是结合了纵深方向上的显示，即实现了光场显示。

当然，要保证在近眼显示模组显示图像的时候实现上述光场显示，就需要在对近眼显示体全息元件进行制作的时候按照显示的要求进行记录，即在近眼显示体全息元件上发生干涉的两个记录光，具体可以为记录光1和记录光2，其中记录光1为与光束控制器3发出的光束相同的光束，记录光2为满足显示要求的光束，且多个记录光2的光束在到达近眼显示模组的设定出瞳(在加工前所想要近眼显示模组具备的出瞳)前相交。

为保证发光装置2发出的光束满足显示的需要，发光装置2可以选择为激光器或发光二极管，激光器或者发光二极管所发出的准直光束质量更高。

而对于控制发光装置2发出准直光束的控制信号可以为亮度控制信号，可以采用直接调制、脉宽调制或者频率调制等调制方式控制发光装置2。

当然，如图10所示，图10是本发明第六种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图，发光装置2可以包括第一发光器211、第二发光器212和第三发光器213，第一发光器211的第一准直光束经过第一合束镜221反射、第二合束镜透射222和第三合束镜223透射，第二发光器212的第二准直光束经过第二合束镜222反射和第三合束镜223透射，第三发光器213的第三准直光束经过第三合束镜223反射，从而实现满足控制信号要求的准直光束的生成。

前述第一发光器211、第二发光器212和第三发光器213可以分别为红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器，第一发光器211、第二发光器212和第三发光器213的颜色并不设定，只要包含红、蓝、绿三种颜色即可，同时第一发光器211、第二发光器212和第三发光器213也可以为发光二极管。

准直光束生成后，还可以通过准直镜23进一步提高光束的品质，并通过反射镜24反射至光束控制器23。

第一发光器211、第二发光器212和第三发光器213的设置以及第一合束镜221、第二合束镜222和第三合束镜223的设置保证了各像素点的形成。

具体地，光束控制器3可以包括反射镜和电控机械振动部件，其中反射镜接收准直光束，且改变准直光束的方向获得扫描光束；电控机械振动部件根据驱动信号改变反射镜的方向。电控机械振动部件具体可以为压电陶瓷，根据电压的变化会产生变形从而带动反射镜改变状态，进而改变准直光束的方向，当然，电控机械振动部件也可以是压电陶瓷以外的其他部件，比如静电驱动式、电热驱动式、电磁驱动式等，只要可以实现在驱动信号的作用下改变反射镜方向的部件都可以。

请参考图11和图12，图11是本发明第七种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图；图12是本发明第八种具体实施方式所提供的近眼显示模组的示意图。

如图11和图12所示，近眼显示体全息元件4包括：基底层42以及位于基底层42上的光致折变材料层41，扫描光束经由基底层42到达光致折变材料层41。基底层42的设置，对光致折变材料层41有支撑作用，基底层42一般可以为树脂或者玻璃等透光性较好材料。

可以看出，近眼显示体全息元件4还可以包括保护层43，覆盖在光致折变材料层41的上面，以保护光致折变材料层41，延长其使用寿命。

具体地，光致折变材料层41的形状可以为片状、块状、薄膜状或者镜片形状中的任何一种。

当然，近眼显示体全息元件4可以为平面状，也可以为圆弧状，或者其他需要的形状。

扫描光束组件11发出的扫描光束经基底层42，到达光致折变材料层41，实现图像的近眼显示。

当然，基底层42的端部可以设置切削端面421，切削端面421与与其相邻平面422的夹角大于或小于90度，扫描光束经由切削端面421进入基底层42。

切削端面421的设置可以改变扫描光束的方向，从而可以使扫描光束组件11安装于近眼显示体全息元件4的端部，扩大了近眼显示模组的应用范围。

基底层42的厚度可以为0.1mm-20mm，如果厚度过大，当应用于近眼显示眼镜等装置上的时候，会使得眼镜过于厚重，起不到提高近眼显示轻薄性的目的，而过薄的话，又会造成从侧面投射的难度加大甚至不能侧面投射的问题。

另一方面，本发明还提供一种眼镜，请参考图13，图13是本发明一种具体实施方式所提供的眼镜的结构示意图。

如图13所示，本发明所提供的眼镜包括镜体，以及如前述的近眼显示模组，近眼显示体全息元件4设置于镜体的镜片位置，保证图像投射至人眼。

在一种具体实施方式中，信号发生单元1、发光装置2和光束控制器3均设置于镜体的镜框上，从而，使得整个眼镜成为一个整体。

另一方面，本发明还提供了一种分体设置的眼镜，请参考图14，图14是本发明第二种具体实施方式所提供的眼镜的结构示意图。

分体设置的眼镜，包括与镜体分体设置的分体模块7，信号发生单元1和发光装置2设置于分体模块7，光束控制器3设置于镜体的镜框，分体模块7与镜体通过传输线8连接。

这样，由于光束控制器3需要将扫描光束投射至近眼显示体全息元件4，为减小投射过程中所受到的干扰，且保证投射的准确性，将其设置于镜框上，而将信号发生单元2和发光装置1设置为独立于镜体的分体模块7，利用传输线8保证了准直光束和驱动信号的传输，同时减少了镜体上所安装的部件，缩减了镜体的结构，降低了镜体的重量，提高了眼镜的轻薄性。

传输线8包括用于传输驱动信号的电控传输线81和用于传输准直光束的光纤82，以实现准直光束和驱动信号的传输。二者可以集成到同一根线缆里，共用一个接口，减少线缆的设置，方便用户的携带和使用。

信号发生单元1、发光装置2、发光控制器3和近眼显示体全息元件4的数量均可以为1个，实现单目各像素的图像显示，即近眼显示仅在一只眼睛上实现，这样所使用的部件较少，也能满足使用的需要。

当然，为提高用户体验，也可以将信号发生单元1、发光装置2、传输线8、发光控制器3和近眼显示体全息元件4的数量均设置为两个，从而实现双目各像素的图像显示，用户体验更好。

在此情况下，左侧眼睛使用一个信号发生单元1、发光装置2、传输线8、发光控制器3和近眼显示体全息元件4，右侧眼睛使用一个信号发生单元1、发光装置2、传输线8、发光控制器3和近眼显示体全息元件4，两者互相独立工作，互不干涉，同时实现左右眼分别观看到左右相应的图像。

另外，还可以左眼和右眼共用发光装置2，在此情况下，就需要设置分光控制器，包括，信号发生单元1包括左眼信号发生单元和右眼信号发生单元，传输线包括左眼传输线和右眼传输线，发光控制器包括左眼发光控制器31和右眼发光控制器32，近眼显示体全息元件4包括左眼近眼显示体全息原件41和右眼近眼显示体全息元件42；发光装置2根据左眼信号发生单元的控制信号发出左眼准直光束，左眼准直光束经分光控制器的控制通过左眼传输线传输至左眼发光控制器，得到左眼扫描光束，通过左眼近眼显示体全息原件41实现图像显示；发光装置2根据右眼信号发生单元的控制信号发出右眼准直光束，右眼准直光束经分光控制器的控制通过右眼传输线传输至右眼发光控制器，得到右眼扫描光束，通过右眼近眼显示体全息原件42实现图像显示。

分光控制器可以设置在发光装置2和光束控制器3之间的任何一个位置，可以与光纤进行集成。

具体地，为降低成本，左眼传输线的光纤和右眼传输线的光纤可以部分重叠，到需要分开的地方分开形成如图中所示的左眼光纤821和右眼光纤822。

分光控制器包括左眼分光控制器91和右眼分光控制器92，左眼分光控制器91控制左眼准直光束的传输，右眼分光控制器92控制右眼准直光束的传输在使用过程中，二者互相配合实现图像的传输，当传输左眼图像时，左眼分光控制器91打开，右眼分光控制器92关闭，当传输右眼图像时，左眼分光控制器91关闭，右眼分光控制器92打开，保证左右眼分别看到左右相应的图像。

分光控制器可以为液晶快门或机械快门，或者其他能够实现分光控制的装置。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。