一种基于波导的显示系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波导的显示系统，包括图像分割单元、光纤扫描模组和波导，图像分割单元用于将待显示图像分割为2个以上子图像；波导为两组堆叠设置的波导，第一组波导设置有角带宽小于预设角度的耦入光栅；光纤扫描模组，包括至少一个扫描制动器，每个扫描制动器上固定有两组扫描光纤，第一组扫描光纤的出射光以小于第一组波导角带宽的角度射入波导，第二组扫描光纤的出射光以大于第一组波导角带宽的角度射入波导；利用光栅对超过其角带宽的入射光几乎不起衍射/反射作用这一特性，使光纤扫描模组可包括多根扫描光纤，且可集成为一个模块，既能提高视场、分辨率、刷新率，又利于近眼显示设备的小型化生产。

A display system based on waveguide

【技术实现步骤摘要】
一种基于波导的显示系统
本专利技术涉及显示
，尤其涉及一种基于波导的显示系统。
技术介绍
现有应用于增强现实(AugmentedReality，AR)领域的近眼显示模组，大多具有视场角做不大的问题，以现有技术中基于波导的显示模组为例：现有基于波导的显示模组一般都包括，图像源1、目镜系统2、耦入光栅3、波导4和耦出光栅5，如图1所示。图像源1发出的光束经目镜系统2准直后，通过耦入光栅3以一定的角度耦入到波导4中进行全反射传输，波导中对应出瞳位置设置的耦出光栅5将波导中传输的光束耦出至人眼。由于光栅是对入射角度非常敏感的元件，对于耦入光栅来说，不同角度入射光栅的光，其衍射效率和角度也不同，在特定入射角度时处具有最大衍射效率，当入射角度偏离该特定入射角度时，衍射效率会迅速下降(即光栅对此角度的入射光几乎不起衍射作用，近乎透射进光栅)，如图2所示，耦入光栅衍射效率分布曲线图中横坐标是入射到光栅的光束的角度，纵坐标是光栅的衍射效率，图中所示的光栅的有效衍射角带宽为±15°。如图3所示的光束传输图，其中，光线1表示-15°入射光的衍射光路，光线2表示0°入射光的衍射光路，光线3表示+15°入射光的衍射光路；光线1、光线2和光线3被耦入到波导内进行全反射传输后，经耦出光栅耦出波导呈现于人眼。其他角度的入射光(即超出±15°的入射光)，其衍射效率非常低，光线近乎透射过光栅不发生任何角度改变，如图中光线4所示，这束光线虽然也能在波导内全反射传输，但耦出光栅对它也不起衍射作用，它在波导里不能被耦出到人眼。因此，人眼只能观察到±15°的视场角。在中国专利CN107024769，中我们可以看到，现有技术已经想到了运用拼接方式来扩大视场角，但这种拼接方式每增加拼接一组视场角即需要增加一组对应的输入光源模组，且输入光源的摆放位置分散，该拼接方案使得近眼显示模组的体积无法实现小型化。如何解决近眼显示模组大视场和小型化兼顾问题，是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于波导的显示系统，解现有近眼显示技术视场角小、无法小型化的问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于波导的显示系统，包括图像分割单元、光纤扫描模组和波导，其中：所述图像分割单元，用于将待显示图像分割为M个子图像，M为大于等于2的整数；所述波导为两组堆叠设置的波导，设置在光纤扫描模组出光光路上，第一组波导设置有角带宽小于预设角度的耦入光栅；所述光纤扫描模组，包括至少一个扫描制动器，每个扫描制动器上固定有两组扫描光纤，第一组扫描光纤的出射光以小于第一组波导角带宽的角度射入波导，第二组扫描光纤的出射光以大于第一组波导角带宽的角度射入波导，使得第一组波导仅耦入第一组扫描光纤的出射光，第二组波导耦入第二组扫描光纤的出射光；所述光纤扫描模组通过M根扫描光纤将所述M个子图像同时调制射出，两组堆叠设置的波导的耦出单元相距一预设距离，以使两组波导耦出图像拼接为所述待显示图像。优选的，每组扫描光纤至少包括一根扫描光纤，当每组扫描光纤包括多根扫描光纤时，属于同一组扫描光纤的多根光纤出射的光相互平行。优选的，当每组扫描光纤包括多根扫描光纤时，每组扫描光纤的多根光纤调制的光束在入射到波导基片前相互拼接。优选的，所述耦出单元为耦出光栅或耦出反射镜阵列。优选的，所述每组波导中均设置有中继单元，用于沿垂直于耦出单元的扩瞳方向的方向扩瞳。优选的，所述图像分割单元分割出的多个子图像中相邻子图像具有相同图像区域。优选的，第一组扫描光纤静止状态和第二组扫描光纤静止状态的夹角大于耦入光栅角带宽与扫描光纤最大扫描角度之和的1/2。优选的，第二组扫描光纤垂直于波导设置，第二扫描光纤的出射端设置为斜面，其斜角β满足如下公式：n为光纤材料的折射率，α为第二组扫描光纤的出射光与波导垂直线形成的夹角。优选的，第二组扫描光纤静止状态时与波导垂直，第二组扫描光纤的出射端设置一层光栅结构，光栅结构的光栅周期d满足如下公式：dsinα＝mλ其中，λ为出射波长,α为第二组扫描光纤的出射光与波导垂直线形成的夹角，m可取0、±1、±2……，相应得到的光谱称零级光谱、一级光谱、二级光谱……，+、-号分别表示入射角和衍射角在法线的同侧或异侧。.优选的，第一组扫描光纤静止状态时垂直于波导设置。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出了一种新的基于波导的图像拼接方案，利用光栅对超过其角带宽的入射光几乎不起衍射/反射作用这一特性，设计了本专利技术的基于波导的显示系统，在本专利技术方案中，光纤扫描模组可包括多根扫描光纤，且可集成为一个模块，既能提高视场、分辨率、刷新率，又利于近眼显示设备的小型化生产，即本专利技术采用了一种全新思路解决近眼显示模组大视场和小型化兼顾问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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：图1为现有技术中增强现实领域近眼显示模组的示意图；图2为图1所示近眼显示模组的耦入光栅衍射效率分布曲线图；图3为图1所示近眼显示模组中不同角度光束的传输路径图；图4为本专利技术实施例基于波导的显示系统的结构示意图；图5为图4中光纤扫描模组的第一结构示意图；图6为图4中光纤扫描模组的第二结构示意图；图7为图4中光纤扫描模组的第三结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术利用了光栅对超过其角带宽的入射光几乎不起衍射/反射作用这一特性，设计了本专利技术的基于波导的显示系统，本专利技术实施例基于波导的显示系统包括图像分割单元、光纤扫描模组和波导，其中：图像分割单元，用于将待显示图像分割为M个子图像，M为大于等于2的整数；所述波导为两组堆叠设置的波导，设置在光纤扫描模组出光光路上，第一组波导设置有角带宽小于预设角度的耦入光栅；所述光纤扫描模组，包括至少一个扫描制动器，每个扫描制动器上固定有两组扫描光纤，第一组扫描光纤的出射光以小于第一组波导角带宽的角度射入波导，第二组扫描光纤的出射光以大于第一组波导角带宽的角度射入波导，使得第一组波导仅耦入第一组扫描光纤的出射光，第二组波导耦入第二组扫描光纤的出射光；优选方案为第一组扫描光纤的出射光以垂直波导的方式射入波导。所述光纤扫描模组通过M根扫描光纤将所述M个子图像同时调制射出，两组堆叠设置的波导的耦出单元相距一预设距离，以使两组波导耦出图像拼接为所述待显示图像。每组扫描光纤可以为一根扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波导的显示系统，其特征在于，包括图像分割单元、光纤扫描模组和波导，其中：/n所述图像分割单元，用于将待显示图像分割为M个子图像，M为大于等于2的整数；/n所述波导为两组堆叠设置的波导，设置在光纤扫描模组出光光路上，第一组波导设置有角带宽小于预设角度的耦入光栅；/n所述光纤扫描模组，包括至少一个扫描制动器，每个扫描制动器上固定有两组扫描光纤，第一组扫描光纤的出射光以小于第一组波导角带宽的角度射入波导，第二组扫描光纤的出射光以大于第一组波导角带宽的角度射入波导，使得第一组波导仅耦入第一组扫描光纤的出射光，第二组波导耦入第二组扫描光纤的出射光；/n所述光纤扫描模组通过M根扫描光纤将所述M个子图像同时调制射出，两组堆叠设置的波导的耦出单元相距一预设距离，以使两组波导耦出图像拼接为所述待显示图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于波导的显示系统，其特征在于，包括图像分割单元、光纤扫描模组和波导，其中：
所述图像分割单元，用于将待显示图像分割为M个子图像，M为大于等于2的整数；
所述波导为两组堆叠设置的波导，设置在光纤扫描模组出光光路上，第一组波导设置有角带宽小于预设角度的耦入光栅；
所述光纤扫描模组，包括至少一个扫描制动器，每个扫描制动器上固定有两组扫描光纤，第一组扫描光纤的出射光以小于第一组波导角带宽的角度射入波导，第二组扫描光纤的出射光以大于第一组波导角带宽的角度射入波导，使得第一组波导仅耦入第一组扫描光纤的出射光，第二组波导耦入第二组扫描光纤的出射光；
所述光纤扫描模组通过M根扫描光纤将所述M个子图像同时调制射出，两组堆叠设置的波导的耦出单元相距一预设距离，以使两组波导耦出图像拼接为所述待显示图像。


2.如权利要求1所述的显示系统，其特征在于，每组扫描光纤至少包括一根扫描光纤，当每组扫描光纤包括多根扫描光纤时，每组扫描光纤的多根光纤调制的光束在入射到波导基片前相互拼接。


3.如权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述耦出单元为耦出光栅或耦出反射镜阵列。


4.如权利要求3所述的显示系统，其特征在于，所述每组波导中均设置有中继单元，用于沿垂直于耦出单元的扩瞳方向的方向扩瞳。

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳舟，徐瑞林，
申请(专利权)人：成都理想境界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51