被配置为将图像投影到表面上的投影仪以及包括这种投影仪的便携式装置的制作方法

本发明涉及一种投影仪，所述投影仪被配置为嵌入便携式装置中并且将图像投向朝着使用者眼睛反射光的表面。本发明进一步涉及一种包括这种投影仪的便携式装置。

背景技术

通常，旨在嵌入便携式装置(诸如移动电话或头戴式装置)中的微型显示器包括具有微米级像素的光源矩阵。

存在包括激光源或发光二极管(led)或用于形成彩色图像的三个激光源或led的微型显示器、以及微机电系统(mems)。mems被配置为接收led或激光源发射的光并且扫描便携式装置的使用者的眼睛表面。这种微型显示器具有高亮度水平，但通常需要复杂的激光源和复杂的光学设计。

而且，当配戴者的环境亮度处于高水平时，对于具有低亮度的微型显示器，可能出现可读性问题，尤其是对于增强现实应用。

另外，如果显示器的亮度被设置为高值，则显示器的元件的温度升高，引起散热问题，并且可能引起便携式装置的使用者不适，特别是当微型显示器嵌入头戴式装置的镜片中时。

存在具有低亮度的有机发光二极管(oled)显示器，液晶显示器(lcd)、硅上液晶(lcos)顺序彩色显示器、以及lcos滤光膜彩色显示器。lcos滤光膜彩色显示器包括一个led，而lcos顺序彩色显示器包括三个led。这种显示器通常具有比oled显示器更好的亮度，例如约2kcd/m²或更低。然而，由于lcos顺序彩色显示器包括三个led，因此需要更多空间以便将led装配到便携式装置中，例如装配到头戴式装置的镜片中。而且，这种微型显示器通常需要复杂的光导，尤其是对于增强现实应用，其中光导需要是透明的以实现使用者的透视视觉。另外，lcd需要一个或若干个led背光灯以便反射led的光，这需要更多空间以便将显示器装配到头戴式装置的片镜中。因此，oled和lcos显示器都具有矩阵形状，并且部件太大而不能容易地装配到便携式装置中。因此，这种微型显示器通常放置在头戴式装置的镜腿上，其中光导将待投影的图像传输到使用者眼睛上。

还存在微型发光二极管(微型led)显示器，所述显示器具有高亮度(例如约6000kcd/m²)、以及约10μm至20μm的像素大小。然而，包括这种微型led技术的矩阵存在传热问题。而且，微型led显示器具有与oled和lcos显示器相同的尺寸，因此，这种显示器难以集成到片镜中。

因此，需要一种光源的线性显示阵列和一种投影仪，所述投影仪被配置为将线性阵列投影在不同位置连续以显示矩阵图像。

本发明的一个目的是提供这种投影仪和光源的线性显示阵列。

技术实现要素：

为此目的，本发明提出了一种投影仪，所述投影仪被配置为嵌入便携式装置中并且将图像投向朝着使用者眼睛反射光的表面或者投向所述使用者眼睛，所述投影仪包括：

-发射光束的光源的线性阵列，所述光源的线性阵列以至少第一波长发光并且沿第一方向延伸；

-扫描装置，所述扫描装置被配置为使光束在横向于所述第一方向的第二方向上移动以显示所述图像；

-控制单元，所述控制单元用于控制所述扫描装置和所述线性阵列的光源。

有利的是，根据本发明的投影仪可以容易地嵌入便携式装置中，诸如移动电话或头戴式装置。有利的是，光源的线性阵列允许减小投影仪的总体尺寸，从而允许便于将投影仪嵌入头戴式装置中，例如嵌入放置在使用者眼睛前方的头戴式装置中。

而且，通过光源的线性阵列和扫描装置，减少了散热。

根据实施例，根据本发明的投影仪可以进一步包括以下根据任何可能组合的特征中的一个或几个：

-所述扫描装置包括反射光学器件，所述反射光学器件被配置为将所述光束引向朝着所述使用者眼睛反射光的表面或者引向所述使用者眼睛，所述反射光学器件可旋转移动，使得所述反射光学器件的旋转引起所述光束根据所述第二方向的移动以显示所述图像；和/或

-所述扫描装置包括可控的液体光学器件，所述可控的液体光学器件由所述控制单元控制并且被配置为引导所述光束以显示所述图像；和/或

-所述扫描装置包括支撑件，所述支撑件被配置为支撑所述光源的线性阵列并且可旋转移动，使得所述支撑件的旋转引起所述光束根据所述第二方向的移动以显示所述图像；和/或

-所述投影仪进一步包括导光元件，所述导光元件被安排为并且被配置为将由所述线性阵列的光源发射的所述光束引导向所述反射光学器件或所述可控的液体光学器件；和/或

-所述扫描装置至少包括微机电系统(mems)；和/或

-所述投影仪进一步包括散热器；和/或

-所述线性阵列包括以第一波长发光的光源的第一线矩阵、以第二波长发光的光源的第二线矩阵以及以第三波长发光的光源的第三线矩阵，所述光源的线矩阵沿着其他线矩阵安排，所述第一、第二以及第三波长彼此不同；和/或

-所述第一线矩阵包括红光二极管，所述第二线矩阵包括蓝光二极管，以及所述第三线矩阵包括绿光二极管；和/或

-所述线性阵列包括以一个波长发光的光源的一个线矩阵；和/或

-所述第一线矩阵包括红光二极管或蓝光二极管或绿光二极管；和/或

-所述线性阵列包括以第一、第二以及第三波长发光的光源的一个线矩阵，所述第一、第二以及第三波长彼此不同；和/或

-所述第一线矩阵包括红光二极管和蓝光二极管以及绿光二极管；和/或

-所述线性阵列包括以第一波长和第二波长发光的光源的第一线矩阵、以第二波长和第三波长发光的光源的第二线矩阵，所述光源的线矩阵沿着其他线矩阵安排，所述第一、第二以及第三波长彼此不同；和/或

-所述第一线矩阵包括红光二极管，而所述第二线矩阵包括蓝光二极管和绿光二极管。

本发明进一步涉及一种便携式装置，所述便携式装置包括至少一个根据本发明的投影仪，所述投影仪用于将图像投向朝着使用者眼睛反射光的表面或者投向所述使用者眼睛。

有利的是，本发明的便携式装置允许改善便携式装置的使用者的舒适度，特别是由于嵌入便携式装置中的投影仪的散热减少并且由于这种投影仪的尺寸减小。

根据实施例，根据本发明的便携式装置可以进一步包括以下根据任何可能组合的特征中的一个或几个：

-所述便携式装置是移动电话；和/或

-所述便携式装置是头戴式装置，所述头戴式装置至少包括光学系统，所述光学系统被设计为放置在所述使用者眼睛的前方并且具有背面，所述投影仪嵌入所述光学系统中，使得所述投影仪投影的所述图像透射穿过朝着所述使用者眼睛的所述背面；和/或

-所述投影仪被安排成使得所述线性阵列水平地或竖直地延伸到所述光学系统中；和/或

-所述光学系统是旨在由所述使用者配戴的眼科镜片，所述眼科镜片适于所述使用者；和/或

-所述光学系统是旨在由所述使用者配戴的眼科镜片，所述眼科镜片适于所述使用者的处方；和/或

-所述至少一个投影仪中的一个被安排在所述眼科镜片的下部中并且被配置为将所述图像投向所述眼睛，其中焦点被调谐用于视近，和/或所述至少一个投影仪中的一个被安排在所述眼科镜片的上部中并且被配置为将所述图像投向所述眼睛，其中焦点被调谐用于视远。

除非另有具体规定，从以下讨论中明显的是，将认识到贯穿本说明书，使用了如“计算”、“运算”等术语的讨论是指计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程对于在所述计算系统的寄存器和/或存储器内表示为物理(如电子)量的数据进行操纵和/或将其转换成在所述计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内类似地表示为物理量的其他数据。

本发明的实施例可以包括用于执行在此所述操作的设备。此设备可以是为所期望的目的而专门构建的，或此设备可以包括通用计算机或被储存在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的数字信号处理器(“dsp”)。这样的计算机程序可以被存储在计算机可读存储介质中，例如，但不限于以下任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、只读cd光盘、磁光盘、只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)、电子可编程只读存储器(eprom)，电可擦写可编程只读存储器(eeprom)，磁卡盘或光卡片，或任何其它类型适于存储电子指令并且能够接入计算机系统总线的介质。

此外，本发明的实施例并没有参照任何具体的编程语言而进行描述。将认识到的是，各种编程语言都可以用来实现如在此描述的本发明的传授内容。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从权利要求书和以下通过实例而不限于参照附图给出的一些实施例的描述中变得清楚，在附图中：

-图1表示根据本发明的实施例的投影仪，

-图2a至图2d表示根据本发明实施例的光源的线性阵列，

-图3表示根据本发明的另一个实施例的投影仪，并且

-图4表示根据本发明的实施例的便携式装置，所述便携式装置包括投影仪。

附图中的元件仅为了简洁和清晰而展示并且不一定按比例绘制。例如，这些图中的某些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以便帮助提高对本发明的实施例的理解。

具体实施方式

本发明涉及一种旨在嵌入比如移动电话或头戴式装置等便携式装置中的投影仪。

投影仪被配置为将图像投向朝着使用者眼睛反射光的表面。投影仪可以进一步将图像直接投向使用者眼睛。

投影仪优选地是微型投影仪。

图1表示根据本发明的实施例的投影仪。投影仪1包括光源的线性阵列10、扫描装置40、以及控制单元12。

光源的线性阵列10沿第一方向延伸，并且被配置为发射光束14。

扫描装置40被配置为使光束14在横向于第一方向的第二方向上移动以显示图像。更确切地，光束14由扫描装置40改向到第二方向上。扫描装置40允许向朝着使用者眼睛反射光的表面50显示图像，或者直接向使用者眼睛显示图像。

控制单元12被配置为控制扫描装置40和线性阵列10的光源。

投影仪可以是单件式投影仪。更确切地，在单件式投影仪中，线性阵列10的光源发射的光束14由扫描装置40直接改向以便显示图像。

投影仪可以是双件式投影仪。特别地，在双件式投影仪中，光源的线性阵列10发射的光束14例如通过光导被引向扫描装置40。换言之，线性阵列10和扫描装置40可以通过光导分开。

根据图2a中所示的本发明的实施例，线性阵列10可以包括沿第一方向延伸且以第一波长发光的光源的一个线矩阵16。换言之，线性阵列是沿着第一方向对齐的单色光源阵列。

有利的是，第一波长包含在可见光谱中，即在400nm与700nm之间。通过这种线性阵列10，由投影仪1投影的图像是单色图像。

线矩阵16可以包括激光二极管或微型led18。二极管18可以是红光二极管、或蓝光二极管、或绿光二极管。

线矩阵16可以包括多个二极管，取决于待投影的图像的大小和分辨率。例如，线矩阵可以包括2048个微型led。每个微型led可以约为10μm，即线矩阵可以约为20.48mm宽。有利的是，这种线矩阵的大小足够小以便于装配到移动电话或头戴式装置的镜片中。

根据图2b中所示的本发明的实施例，线性阵列10可以包括以第一、第二以及第三波长发光的光源的一个线矩阵16，第一、第二以及第三波长彼此不同。

如图2b所展示的，线矩阵16可以包括红光二极管26、蓝光二极管28以及绿光二极管30。

这种配置允许获得彩色图像。

根据图2c中所示的本发明的另一个实施例，线性阵列10可以包括光源的第一线矩阵20、光源的第二线矩阵22以及光源的第三线矩阵24。

线矩阵优选地沿着其他线矩阵安排。换言之，第一线矩阵20、第二线矩阵22以及第三线矩阵24一个挨着另一个对齐。

特别地，第一线矩阵20以第一波长发光、第二线矩阵22以第二波长发光以及第三线矩阵24以第三波长发光，其中，第一、第二以及第三波长彼此不同。有利的是，第一、第二以及第三波长可以包含在可见光谱中。优选地，第一、第二以及第三波长各自之间的波长差大于30nm[待由发明人确认]。换言之，通过这种线性阵列10，当第一、第二以及第三波长对应于红色、蓝色以及绿色时，投影仪1投影的图像是彩色图像。

如图2c所示，第一线矩阵20可以包括红光二极管26，第二线矩阵22可以包括绿光二极管30，以及第三线矩阵24可以包括蓝光二极管28。当然，第一、第二以及第三行阵列可以互换。通常，第一、第二以及第三线矩阵包括相同数量的光源，以便无错误地投影图像。

第一、第二以及第三线矩阵可以包括微型led。例如，三行微型led的高度可以约为30μm。有利的是，这种线矩阵的大小足够小以便于装配到移动电话或头戴式装置中。

根据本发明的实施例，可以打开光源的第一线矩阵，然后可以打开光源的第二线矩阵，然后可以开光源的第三线矩阵。每个线矩阵可以由扫描装置扫描。

根据图2d中所示的本发明的另一个实施例，光源的线性阵列10可以包括以第一和第二波长发光的光源的第一线矩阵20、以及以第二和第三波长发光的光源的第二线矩阵22，其中，第一、第二以及第三波长彼此不同。光源的线矩阵沿着另一线矩阵安排。

如图2b所展示的，第一线矩阵20可以包括红光二极管26和绿光二极管30，而第二线矩阵22可以包括蓝光二极管28和绿光二极管30。当然，第一和第二线矩阵可以包括二极管的任何组合，所述二极管包括红光二极管、蓝光二极管、绿光二极管或白光二极管。

根据图1中所示的实施例，扫描装置40可以包括反射光学器件42，所述反射光学器件被配置为将光束14引向朝着使用者眼睛反射光的表面50。具体地，反射光学器件42可以是可旋转移动的，旋转移动由箭头42a表示。旋转反射光学器件42引起光束14根据第二方向移动以显示图像。

反射光学器件可以是例如反射镜。

根据进一步实施例，扫描装置40可以包括微机电系统(mems)，所述微机电系统被配置为将光束14引向朝着使用者眼睛反射光的表面50。

反射光学器件42可以包括mems。有利的是，扫描装置40包括反射镜，反射镜是mems，投影仪具有薄的厚度。

根据进一步实施例，扫描装置40可以包括可控的液体光学器件，所述可控的液体光学器件被配置为引导光束14以显示图像。可控的液体光学器件优选地由控制单元12控制。更确切地，可控的液体光学器件通过电场控制。可控的液体光学器件被设计为覆盖线性阵列以及沿第二方向引导光束。

根据进一步实施例，扫描装置40可以包括电活性光学器件，所述电活性光学器件被配置为引导光束14以显示图像。电活性光学器件优选地由控制单元12控制。

根据图3中所示的进一步实施例，扫描装置40可以包括支撑件44，所述支撑件被配置为支撑光源的线性阵列10。支撑件44是可旋转移动的，旋转移动由箭头44a表示。支撑件44的旋转引起光束14根据第二方向的移动以显示图像。更确切地，支撑件44的旋转引起光源的线性阵列10的旋转,使得线性阵列10的光源发射的光束14显示图像。

有利的是，支撑件44被设计成的形状与线性阵列10的形状类似。

扫描装置40可以进一步包括光学元件，所述光学元件被配置为将光束14引导至第二方向以显示图像。扫描装置40、线性阵列10以及光学元件可一起旋动移动以将光束14引导至第二方向，从而显示图像。

根据本发明的进一步实施例，投影仪1可以包括导光元件，所述导光元件被安排为并且被配置为将由线性阵列10的光源发射的光束14引向扫描装置40，更确切地引向反射光学器件42或引向可控的液体光学器件。

图4中表示的导光元件60可以是透明的光导。

在本实施例中，投影仪1是双件式投影仪。线性阵列10通过导光元件60与扫描装置40分开。

投影仪1可以进一步包括聚焦光学器件，所述聚焦光学器件用于将由导光元件引导的光束聚焦在预定距离处。例如，聚焦光学器件可以被安排成用于接收光束并使其聚焦在扫描装置40上。

根据本发明的进一步实施例，投影仪1可以包括机械支撑件70。

机械支撑件70被配置为支撑线性阵列10、扫描装置40以及控制单元12。

投影仪1可以进一步包括散热器。优选地，机械支撑件70包括散热器。散热器允许降低投影仪1的温度，尤其是当线性阵列10包括微型led时。

有利的是，散热器约为2mm或更小，使得投影仪1可以容易地嵌入头戴式装置的镜片中。

本发明进一步涉及一种便携式装置，如前所述，所述便携式装置包括投影仪，所述投影仪用于将图像投向朝着使用者眼睛反射光的表面。换言之，本发明的投影仪可以嵌入便携式装置中。

所述便携式装置旨在由使用者配戴。

例如，便携式装置可以是移动电话以将图像投影在平坦表面上。

便携式装置可以进一步是头戴式装置。

例如，投影仪可以嵌入增强现实设备中，比如具有透明的光导的增强现实镜片。

举另一个实例来讲，投影仪可以嵌入虚拟现实设备中，所述虚拟现实设备包括被适配成用于提供非常大的视野的线性阵列。例如，线性阵列可以包括8000个微型led并且延伸超过80mm宽。

如图4所示，便携式装置是头戴式装置100，更确切地是一副眼镜镜片。

术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”、“颞侧”以及“鼻侧”应为理解为在戴着头戴式装置100的情况下，即这种术语指示当由使用者戴着时头戴式装置100的相对位置。

头戴式装置100可以包括镜架和光学系统110，所述光学系统被设计为有待放置在使用者眼睛的前方。

光学系统110可以是旨在由使用者配戴的光学镜片、或眼科镜片。优选地，眼科镜片适于使用者或使用者处方。

光学系统110通常具有背面。投影仪1可以嵌入光学系统110中，使得由投影仪1投影的图像透射穿过光学系统110的朝着使用者眼睛的背面。

根据本发明的实施例，投影仪1可以被安排成使得线性阵列10水平地延伸到光学系统110中。有利的是，水平地延伸到光学系统110中的线性阵列10沿着光学系统110的上边缘或下边缘放置。

替代性地，投影仪1可以被安排成使得线性阵列10竖直地延伸到光学系统110中。有利的是，竖直地延伸到光学系统110中的线性阵列10沿着光学系统110的鼻边缘或颞边缘放置。

根据本发明的实施例，投影仪1可以被安排在眼科镜片110的下部中。具体地，在这种实施例中，投影仪1可以被配置为将图像投向眼睛，其中焦点被调谐用于视近。

在这种实施例中，仅当使用者向下看时，使用者才能看到投影到使用者眼睛上的图像。换言之，图像投影在眼科镜片110的下部。

有利的是，这种实施例允许使用者不被投影图像分心。这种实施例在使用者进行诸如驾驶汽车等活动时是特别有利的。

根据本发明的另一个实施例，投影仪1可以被安排在眼科镜片110的上部中。具体地，在这种实施例中，投影仪1可以被配置为将图像投向眼睛，其中焦点被调谐用于视远。

对于双件式投影仪，线性阵列10可以沿着眼科镜片110的上边缘水平放置，如图4所示，而扫描装置40可以放置在眼科镜片110的中间附近。特别地，导光元件60可以放置在线性阵列10与扫描装置40之间，位于眼科镜片110的上部。扫描装置可以放置在使用者视野的前方。在这种实施例中，扫描装置可以被配置为使由线性阵列10发射的光束直接在使用者眼睛的方向上移动。

根据本发明的进一步实施例，投影仪1可以放置在眼科镜片110的中间附近。特别地，投影仪1可以包括扫描装置40，所述扫描装置包括mems镜以便将光束引导到使用者眼睛的方向上，从而显示图像。更确切地，mems镜可以放置在使用者眼睛前方，而不会给使用者带来不适。

例如，这种扫描装置40可以约为1mm，因此可以通过透明连接线(诸如透明导电薄膜、或银纳米线)或用于在眼科镜片110的中间连接这种扫描装置40的任何透明塑料电子技术集成在头戴式装置100的眼科镜片110中。这种实施例对于增强现实应用是特别有利的。

投影仪可以可移除地附接到便携式装置上，诸如腕戴式装置、或移动电话、或头戴式装置。

例如，腕部感测装置(诸如手表)可以包括投影仪。投影仪可以位于腕部感测装置的框架中并且被配置为将图像投向朝着使用者眼睛反射光的表面或投向使用者眼睛。

例如，投影仪可以位于手表的空框架中并且被配置为将一天中的时间直接投向投影仪下方的且被空框架包围的使用者皮肤。

可移除的投影仪可以被安排在头戴式装置上，诸如镜架上。头戴式装置可以包括连接到可移除的投影仪上的连接器和旨在配戴在头戴式装置的使用者眼睛附近的光学元件。光学元件可以是透明显示器，其上可以通过可移动的投影仪投影图像。连接器可以将投影仪连接到命令模块上，所述命令模块可移除地安排或不安排在头戴式装置上。

可移除的投影仪可以包含在移动电话中并且被配置为将图像投影在移动电话的屏幕上而不是将这种图像显示在其上。例如，由于投影仪是可移除的，因此投影仪可以从移动电话移除并配戴在使用者眼睛附近，或者可以用于将图像投向近距离处的朝着使用者眼睛反射光的表面，或者可以用作标准屏幕。

投影仪可以是易于集成到头戴式装置中的薄且透明的微型显示器。投影仪还可以用作多功能显示的腕部显示装置，例如手表显示器。

投影仪可以包括发射光束的光源的线性阵列和被配置为使光束圆形移动的扫描装置。扫描装置的圆形移动允许获得圆形显示。

光源的线性阵列允许制作薄的单轴显示器，所述显示器被配置为当扫描装置静止时显示在一个轴上，而当扫描装置旋转时显示圆形图像。

光源可以小至10μm。有利的是，具有这种光源的投影仪允许具有更好的投影图像分辨率，并且具有允许将显示器集成在腕表上或靠近眼睛的显示器上的小形状因数。

投影仪可以进一步包括线圈和用于旋转线性光源的线性阵列的磁体。线圈可以以圆形阵列放置在显示器的边缘。

投影仪可以包括被配置为连接光源的线性阵列和控制系统的连接器。连接器可以传输供电和待显示的数据。连接器可以通过无线传输将电力和数据传输到光源的线性阵列。光源的线性阵列可以包括与放置在连接器上的发射天线(诸如透明发射天线)联接的接收天线。电力和数据可以由光源的线性阵列通过高频无线电信号(诸如射频识别(rfid)技术)接收。

以上已经借助于实施例描述了本发明，而并不限制总体发明概念。而且，本发明的实施例可以没有任何限制地进行组合。

对于参考了以上说明性实施例的本领域技术人员来说，还可提出很多进一步的改进和变化，所述实施例仅以举例方式给出，无意限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求决定。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”并不排除复数。不同的特征在相互不同的从属权利要求中被叙述这个单纯的事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制本发明的范围。