一种光源模组、光纤扫描成像装置及智能眼镜的制作方法

1.本实用新型涉及投影成像领域，尤其涉及一种光源模组、光纤扫描成像装置及智能眼镜。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，智能眼镜已经逐渐融入人们的生活。智能眼镜，是指像智能手机一样，具有独立的操作系统，可以由用户安装软件、游戏等软件服务商提供的程序，可通过语音或动作操控完成添加日程、地图导航、与好友互动、拍摄照片和视频、与朋友展开视频通话等功能，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一类眼镜的总称。
3.现阶段，受限于显示屏的体积，智能眼镜的体积都很大，无法做到普通眼镜一样的形态，用户长时间佩戴容易引起不适，佩戴体验不佳。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种光源模组、光纤扫描成像装置及智能眼镜，用以解决现有智能眼镜体积较大的技术问题，通过减小智能眼镜体积，提升用户体验度。
5.为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例第一方面提供一种光源模组，包括：多个晶片基板键合cos光源；
6.多个准直透镜，设置在多个cos光源的出射光路上，所述多个准直透镜与多个cos光源一一对应；
7.合束组件，设置在所述多个准直透镜的出射光路上，所述合束组件包括合束基体，所述合束基体包括相对的第一通光面和第二通光面，所述第一通光面上设置有与所述多个cos光源一一对应的多个不同截止波长的滤波片；所述第二通光面包括内反射区域和出光区域；所述多个cos光源出射的光从所述第一通光面入射，经所述多个不同截止波长的滤波片合束和所述内反射区域反射后，合束为一束光束并从所述出光区域出射；
8.耦合透镜，用于将所述合束组件出射的光耦入光纤。
9.可选的，所述多个不同截止波长的滤波片胶合在所述第一通光面上。
10.可选的，所述内反射区域镀内反射膜；所述出光区域镀增透膜。
11.可选的，所述合束基体为玻璃基体。
12.可选的，所述多个cos光源出射的光经对应的准直透镜准直后，倾斜入射至对应的滤波片；所述多个cos光源出射的光的入射方向与所述滤波片的法线之间的夹角为6度至15度。
13.可选的，每个所述cos光源包括发光芯片，多个所述cos光源的多个发光芯片设置在一个芯片热沉上；或
14.每个所述cos光源包括发光芯片和芯片热沉，所述发光芯片设置在所述芯片热沉上，多个所述芯片热沉设置在一个过渡热沉上。
15.可选的，所述光源模组包括基座，所述基座内部具有中空的腔体，所述多个cos光
源、所述多个准直透镜和所述合束组件设置在所述腔体内；
16.所述基座包括基座体、并排设置在所述基座体右侧的多个正电极，所述基座体上的多个正电极与所述多个cos光源的多个正电极一一对应；设置在所述基座体左侧的负电极，所述多个cos光源的负电极串联连接后，再与所述基座体左侧的负电极连接。
17.可选的，所述耦合透镜嵌入设置在所述基座体的左侧壁内，所述耦合透镜和所述基座体通过玻璃焊料烧结固定。
18.本实用新型实施例第二方面提供一种光纤扫描成像装置，包括如第一方面所述的光源模组和光扫描模组，所述光源模组出射的光经所述光扫描模组扫描输出后，作为显示图像光；所述光扫描模组包括致动器，所述光源模组中的光纤输出端固定在所述致动器上，所述光纤超出所述致动器并形成光纤悬臂，所述光纤悬臂被所述致动器带动以在三维空间中扫动。
19.本实用新型实施例第三方面提供一种智能眼镜，包括：镜片、容置所述镜片的镜框、设置在所述镜框两侧的镜腿和至少一个如第二方面所述的光纤扫描成像装置；所述光扫描模组设置在所述镜腿内部或所述镜框上；所述光源模组设置在所述镜腿远离所述镜框的自由端内部，或所述光源模组与所述镜腿分离设置；所述光源模组的出射光通过光纤传输至所述光扫描模组。
20.本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
21.本实用新型的方案中，合束组件采用合束基体上设置多个不同截止波长的滤波片的方式，合光过程中，光束入射方向与出射方向为同一方向，光发射源与接收光纤在平行方向，器件体积可以做得很小，从而为满足头戴显示设备的光源小型化要求提供了可能。
22.另一方面，光源采用cos光源，相比其他激光器封装方式，cos封装光源可以密集排布，能够减小光源模组的体积，进而减小智能眼镜的体积，提升用户佩戴舒适性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
24.图1a-图1b为本实用新型实施例中的光纤扫描成像系统的结构示意图；
25.图2a为本实用新型实施例提供的光源模组的剖视图；
26.图2b为本实用新型实施例提供的光源模组的侧视图；
27.图3为本实用新型实施例提供的光源模组的光路传播示意图；
28.图4为本实用新型实施例提供的一种可能的合束组件的结构示意图；
29.图5为本实用新型实施例提供的光束倾斜入射的示意图；
30.图6为本实用新型实施例提供的一种可能的电极设置方式的示意图；
31.图7为本实用新型实施例提供的一种可能的cos光源的结构示意图；
32.图8为本实用新型实施例提供的一种可能的尾纤组件的结构示意图；
33.图9为本实用新型实施例提供的尾纤组件与基座连接的结构示意图；
34.图10为本实用新型实施例提供的一种可能的光纤扫描成像装置的结构示意图；
35.图11为本实用新型实施例提供的一种可能的智能眼镜的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.本说明书中，首先对光纤扫描成像系统进行说明。光纤扫描成像系统利用光纤扫描器中的致动器带动光纤高速振动，并配合激光调制算法，实现图像信息的显示。如图1a所示，为现有的一种光纤扫描成像系统，其主要包括：处理器100、激光器模组110、光纤扫描器120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。
38.其中，处理器100可以为图形处理器(graphics processing unit，gpu)、中央处理器(central processing unit，cpu)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。
39.系统工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器模组110进行调制。激光器模组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1a中可见，激光器模组中具体可采用红(red，r)、绿(green，g)、蓝(blue，b)三色激光器。激光器模组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。
40.处理器100还可控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描器120进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。
41.由光纤扫描器120扫描输出的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器120带动下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置进行扫描。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置，以完成一帧图像的扫描，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。
42.继续参考图1b，为现有的光纤扫描器120的结构，其主要包括：压电致动器121、光纤悬臂122、透镜123、扫描器封装壳124以及固定件125。压电致动器121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在压电致动器121的自由端延伸形成光纤悬臂122(也可称为扫描光纤)，工作时，压电致动器121在扫描驱动信号的驱动下沿y轴方向及x轴方向振动，受压电致动器121带动，光纤悬臂122的自由端按预设轨迹扫动并出射光束，出射的光束便可透过透镜123在介质表面上扫描。其中，y轴方向与x轴方向相交，显然，y轴方向和x轴方向可以垂直。
43.如图2a-图4所示，该光源模组包括多个cos(chip on substrate；晶片基板键合)光源20；多个准直透镜21，设置在多个cos光源20的出射光路上，所述多个准直透镜21与所述多个cos光源20一一对应；合束组件22，设置在所述多个准直透镜21的出射光路上，所述
合束组件22包括合束基体221，所述合束基体221包括相对的第一通光面222和第二通光面223，所述第一通光面222上设置有与所述多个cos光源20一一对应的多个不同截止波长的滤波片224；所述第二通光面223包括内反射区域2230和出光区域2231；所述多个cos光源20出射的光从所述第一通光面222入射，经所述多个不同截止波长的滤波片224合束和所述内反射区域2230反射后，合束为一束光束并从所述出光区域2231出射；耦合透镜23，用于将所述合束组件22出射的光耦入光纤24。
44.如图3所示，为本实用新型实施例提供的光源模组的光路传播示意图，合束组件22采用合束基体221上设置多个不同截止波长的滤波片224的方式来实现合束，合光过程中，光束入射方向与光束出射方向为同一方向，cos光源20与接收光纤24设置在平行方向，器件体积可以做得很小，从而为满足头戴显示设备的光源小型化要求提供了可能。其中，头戴显示设备可以为ar(augmented reality；增强现实)设备，vr(virtual reality；虚拟现实)设备等等。
45.另一方面，光源采用cos光源20，相比其他激光器封装方式，采用cos封装的光源可以密集排布，能够减小光源模组的体积，进而减小智能眼镜等头戴显示设备的体积，提升用户佩戴舒适性。
46.如图4所示，为本实用新型实施例提供的合束组件的示意图，合束组件22包括相对的第一通光面222和第二通光面223，两个通光面为了实现合束采用不同的工艺，第一通光面222不镀膜，多个不同截止波长的滤波片224胶合在所述第一通光面222上，第二通光面223分为2个通光区域，分别为内反射区域2230和出光区域2231，内反射区域2230上镀内反射膜；所述出光区域2231镀增透膜或者不镀膜。
47.本实用新型实施例中，合束基体221可以为玻璃基体，合束基体221也可以为其它透光的材料，本实用新型对此不做限制。
48.本实用新型实施例中，所述多个cos光源20出射的光经对应的准直透镜21准直后，倾斜入射至对应的滤波片224。
49.如图5所示，3个间隔距离为d的cos光源20发出的光通过准直镜21后，斜入a角进入合束组件22，通过合束组件22上的滤波片224和合束基体221反射合为一束光，然后进入耦合透镜23耦合入光纤24。
50.在一种可能的实施方式中，cos芯片出射的光斜入合束基体221的角度a为6度至15度。换言之，所述多个cos光源20出射的光的入射方向与所述滤波片224的法线之间的夹角a为6度至15度，在这个角度区间范围内，一方面能够保证对多个cos光源20出射的光进行合束，另一方面，能够尽量减小滤波片224之间的间隔距离，或者减小cos光源20之间的间隔距离，从而减小整个光源模组的体积。
51.本实用新型实施例中，3个cos光源20对应3个不同波长，例如3个cos光源20为红绿蓝rgb光源，对应的，合束组件22上的3个滤波片224对应不同的截止波长，从而实现rgb合束。
52.本实用新型实施例中，如图2a和图2b所示，光源模组包括基座25，基座25内部具有中空的腔体，基座25包括基座体251，所述cos光源20、所述准直透镜21、所述合束组件22设置在所述腔体内。
53.本实用新型实施例中，为了对cos芯片进行供电，需要在基座体251上排布电极。在
一种可能的实施方式中，相对于基座体251而言，正电极和负电极分别排布在基座体251的左右两侧，也就是说，正电极和负电极极分别排布在cos芯片的前后两面，正电极排在cos芯片后侧，负电极排在cos芯片的前侧，即设置耦合透镜23的出光口252所在的一侧，以实现小型和紧凑的排列。
54.本实用新型实施例中，仍然以cos光源20为rgb光源为例进行说明。如图6和图7所示，基座25包括基座体251，并排设置在所述基座体251右侧的多个正电极b+，g+，和r+，基座体251上的多个正电极b+，g+，和r+，与所述多个cos光源20的多个正电极b+，g+，和r+分别对应。负电极rgb-在基座体251左侧，多个cos光源20的负电极通过导线204串联连接后，再与所述基座体251左侧的负电极rgb-连接。
55.本实用新型实施例中，每个cos光源20的正电极与基座体251上对应的正电极可以通过导线253连接；多个cos光源20的负电极通过导线204串联连接后，再通过导线254、过渡导带26、以及导线255与基座体251左侧的负电极rgb-连接，其中，过渡导带26设置在绝缘块27上。本实用新型实施例中，所用导线204、253、254、255可以为金丝线，也可以为其它，本实用新型对此不做限制。
56.本实用新型实施例中，为了在基座25内部形成密封腔，所述光源模组包括多个电极绝缘子256，电极绝缘子256设置在正电极和负电极外侧。所述多个电极绝缘子256用于对正电极b+，g+和r+和负电极rgb-进行密封和绝缘。在一种可能的实施方式中，电极绝缘子256可以为圆管状。
57.如图6所示，为了在基座25内部形成密封腔，所述耦合透镜23嵌入设置在所述基座体251的左侧壁内，并采用玻璃焊料257烧结固定。
58.本实用新型实施例中，cos光源20与基座25用中温焊烧结，cos光源20与基座25之间不需要调节，散热很好。并且，cos光源20烧结在基座25上，稳定性好，结构紧凑，适合小尺寸封装。
59.本实用新型实施例中，每个cos光源20包括发光芯片，多个cos光源20的多个发光芯片可以设置在一个芯片热沉上，从而使得多个cos光源20安装更加集成化，有利于减小光源模组的体积，散热好。
60.在另一种可能的实施方式中，如图7所示，每个cos光源20包括发光芯片201和芯片热沉202，所述发光芯片201设置在所述芯片热沉202上，芯片热沉202烧结在过渡热沉203上，烧结温度220℃至230℃，过渡热沉203烧结基座体251上，烧结温度175℃至190℃，这种方式便于cos芯片的安装，可以将cos光源20的正电极设置在过渡热沉203上，并且过渡热沉203的面积较大，能够提升散热性能。
61.如图8和图9所示，为本实用新型实施例提供的尾纤组件的结构示意图，尾纤组件28与基座体251通过焊接的方式连接。尾纤组件28包括尾纤281、套在尾纤281外侧的套筒282和设置在套筒282外侧的保护管283；所述尾纤281内部开设有供光纤24穿过的通孔。
62.本实用新型实施例中，由于耦合透镜23与基座体251烧结在一起，可以通过调节准直透镜21和光纤尾纤组件28实现光束耦合，从而简化光纤出纤密封要求。在安装时，尾纤281可以沿套筒282前后移动，套筒282可以沿基座体251的出光口252横向移动，从而方便实现耦合调节，在完成尾纤组件28与基座25的位置调节后，可以在焊点284、285、286处焊接实现固定。
63.如图10所示，为本实用新型实施例提供的光纤扫描成像装置的结构示意图，包括光源模组1001和光扫描模组1002，所述光源模组1001出射的光经所述光扫描模组1002扫描输出后，作为显示图像光；所述光扫描模组1002包括致动器，所述光源模组1001中的光纤1003输出端固定在所述致动器上，所述光纤1003超出所述致动器并形成光纤悬臂，所述光纤悬臂被所述致动器带动以在三维空间中扫动，其成像原理在图1a-图1b对应实施例中已说明，本说明书在此不再赘述。
64.本实用新型实施例中的光纤扫描成像装置可以应用至各种投影显示设备中，如：头戴式ar设备、头戴式vr设备、投影电视、投影仪等等，在这些投影显示设备中，可以使用一个光纤扫描成像装置进行显示，也可以通过多个光纤扫描成像装置拼接的方式进行显示，本实用新型对此不做限制。
65.本实用新型实施例中，智能眼镜就是光纤扫描成像装置的一种可能的应用方式，因为智能眼镜要求显示器件的体积非常小，因此，本方案中的光纤扫描成像装置特别适合用于智能眼镜。如图11所示，为本实用新型实施例提供的智能眼镜的一种可能的结构示意图，包括：镜片、容置所述镜片的镜框、设置在所述镜框两侧的镜腿和光纤扫描成像装置(镜腿内部或镜框上，图中未示出)；所述光扫描模组设置在所述镜腿内部或镜框上。光源模组可以内置在智能眼镜的内部，例如：光源模组设置在所述镜腿远离所述镜框的自由端，即镜腿末端。在其它实施例中，光源模组可以与所述镜腿分离设置；所述光源模组的出射光通过光纤传输至所述光扫描模组。
66.本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
67.本实用新型的方案中，合束组件采用合束基体上设置多个不同截止波长的滤波片的方式，合光过程中，光束入射方向与出射方向为同一方向，光发射源与接收光纤在平行方向，器件体积可以做得很小，从而为满足头戴显示设备的光源小型化要求提供了可能。
68.另一方面，光源采用cos光源，相比其他激光器封装方式，cos封装光源可以密集排布，能够减小光源模组的体积，进而减小智能眼镜的体积，提升用户佩戴舒适性。
69.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
70.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
71.本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。