CN108681065A - 超高分辨率扫描光纤显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高分辨率扫描光纤显示器。一个实施例涉及一种用于扫描电磁成像辐射的紧凑系统，包括第一波导和第二波导，其中每一个是可操作地被耦合到至少一个电磁辐射源并被配置以致于来自于所述第一和第二波导的输出是亮度调制的并且使扫描沿一个或多个轴被扫描以至少形成图像的一部分。

Description

超高分辨率扫描光纤显示器
本申请是国际申请号为PCT/US2014/011736、国际申请日为2014年 01月15日、中国国家申请号为201480014814.9、发明名称为“超高分辨 率扫描光纤显示器”的专利申请的分案申请。
相关申请数据
本申请要求2013年1月15日提交的基于35U.S.C.§119的美国临时 申请号NO.61/752,972的权益。前述申请在此通过引用以其整体并入到本 申请中。
技术领域
本发明通常涉及用于在捕获和/或投影图像中使用的紧凑成像系统，而 且更具体而言，涉及通过多个光纤芯参与图像处理的配置。
背景技术
对于军事人员、以及平民、飞行员，情境感知具有首要重要性。例如 可控飞行撞地(CFIT)事故源于缺少关于即将发生与环境的灾难性碰撞的 信息。飞行员的通过驾驶舱的视野可能会受到能见度条件(黑夜、恶劣的 天气)，或者由于对通过窗帘或座舱罩的电子制暗有意地模糊视野以防范 定向能威胁的需求的阻碍。
关于飞机系统的状态、飞行路径、高度、空气速度、姿态、和许多其 它飞行参数的信息对于总体情境感知也是重要的。另外，现在具有大量数 据通过非机载或机载数据库对飞行员是可获得的，如驾驶舱中的实时信息 (RTIC)的概念，包括但不限于天气信息、敌对力量的位置、空对空和地 面对空的威胁、任务信息、和地形细节。另一信息源来自高分辨率机载传 感器，例如，前视红外(FLIR)和夜视传感器。可获得数据的大量流入可 通过头下显示器(HDD)、头上显示器(HUD)或者两者的一些结合呈现 给工作人员。HDD具有飞行员头向下而非参与并专注于驾驶舱外的景象的 明显缺点。HUD的缺点在于信息仅通过通常固定在飞机的视轴(bore sight)上的眼盒(eyebox)可见的。
光学地传递来自于一个或多个头盔安装微显示器的输出以在飞行员的 视场(FOV)中显示图像的头戴显示器(HMD)允许飞行员保持专注驾 驶舱外，同时呈现相关情境数据作为覆盖在视觉场景的顶部的视觉线索或 符号，或甚至在受损的能见度的情况下作为驾驶舱外地形和场景的充分人 工渲染。因为显示系统随飞行员头部移动，他/她可以始终在他们视场 (FOV)中保持显示的信息。
为了充分利用人类视觉系统的广阔能力，HMD应该提供大的水平和 垂直FOV、高的空间分辨率、和大的颜色深度。另外，亮度(luminance) 是非常重要的，因为透视显示器必须足够亮以便针对高眩光背景清楚地显 示信息。飞机空速、附近快速移动的物体和信息、以及飞行员的快速头部 运动意味着高帧率也是必要的。
HMD的FOV可以由微显示器图像尺寸和观察光学部件共同确定。人 类视觉系统具有总共约200°水平乘130°垂直的FOV，但是大部分HMD 提供40°FOV的数量级。对于合成的视觉应用，其中大量的可操作数据 是可获得的，一个更大的接近人类视觉能力的视场将使能外围视觉线索的 呈现，其减少飞行员的头部扫描并增加他们的自我稳定性的感知。约50-60 弧秒的角分辨率是对于20/20视敏度性能的阈值，并且其由微显示器的像 素密度确定。为了最佳匹配平均人类视觉系统的能力，HMD应该提供跨 过40°乘40°FOV的20/20的视敏度，因此在50弧秒的角分辨率下，其 等于大约8百万像素(Mpx)。为将其增加到期望的120°乘80°FOV将 需要将近50Mpx。
由于现今具有许多HMD系统在使用，它们中的许多围绕具有为该显 示器尺寸设计的传递和观察光学部件的12mm对角图像源被标准化，在该 包封中适配新的显示技术并且与已经存在的微显示器基本可以互换以便达 到最大的利用是有用的。
为了在该12mm格式中适配8MPX，像素尺寸可以是3微米或更小。 在HMD微型显示技术中本领域的现状不能以所需要的高帧率提供足够的 分辨率和FOV来为将来的飞行员HMD提供最小期望(20/20敏度)的视 觉要求。目前部署的图像源例如AMOLED、AM-LCD、和LCOS的像 素密度受最小可实现像素尺寸限制。对于这些技术的每一个，彩色显示器 需要3个并排元件，进一步限制了有效像素间距和结果角分辨率，所以新 的使能技术必须被开发。
存在对改进的紧凑成像系统的需求，该成像系统可以被应用到多种应 用中，例如HMD应用。各种实施例在此提出以解决该挑战。
发明内容
一个实施例涉及一种用于扫描电磁成像辐射的紧凑系统，包括第一波 导和第二波导，其中每一个是可操作地被耦合到至少一个电磁辐射源并被 配置以致于来自所述第一和第二波导的输出是亮度调制的并且沿一个或多 个轴被扫描以至少形成图像的一部分。所述第一或者第二波导的至少其中 一个可以包括光纤。所述光纤可包括包层和至少一个芯。所述光纤可包括 占据相同包层的两个或更多个芯。所述光纤可以是单模光纤。所述光纤可 以是多模光纤。所述光纤可以是阶跃折射率光纤。所述光纤可以是渐变折 射率光纤。所述光纤可以是光子晶体光纤。所述至少一个电磁辐射源可以 被配置为产生具有在紫外到红外范围内的波长的电磁辐射。所述至少一个 电磁辐射源可被配置为产生可见光电磁辐射。所述第一和第二波导可以共 同位于相同的主介质中。所述第一和第二波导可以共同位于单独的主介质 中。所述系统进一步可以包括扫描致动器，其可操作地被耦合到所述第一 和第二波导中的至少一个并且被配置为物理地移动所述第一和第二波导的 所述至少一个。所述扫描致动器可以包括压电致动元件。所述扫描致动器 可以被耦合到所述第一和第二波导两者并被配置为物理地将它们共同移 动。第一扫描致动器可被耦合到所述第一波导，以及第二扫描致动器可被 耦合至所述第二波导，以致于所述第一和第二波导可以被独立地致动。所 述系统进一步可包括第一扫描致动器和第二扫描致动器，所述第一扫描致 动器可操作地被耦合到并被配置为物理地移动所述第一波导连同至少一个 其它互相耦合波导，所述第二扫描致动器可操作地被耦合到并被配置为物 理地移动所述第二波导连同至少一个其它互相耦合波导。所述第一波导和 至少一个其它互相耦合波导可以包括单一多芯光纤。来自所述第一和第二 波导的输出可以被传输到被配置为沿所述一个或多个轴扫描所述输出的扫 描元件。所述扫描元件可以选自包括以下的组：MEMS镜扫描仪、可变形 薄膜镜、扫描棱镜、和扫描透镜。所述至少一个电磁辐射源可以包括两个 独立的电磁辐射源，第一电磁辐射源可操作地耦合到所述第一波导，并且 第二电磁辐射源可操作地耦合到所述第二波导。所述至少一个电磁辐射源 可以包括复合源，其被配置成将多个波长的辐射发射到所述第一或第二波 导的至少一个中。所述复合源可以被配置为发射红色、绿色和蓝色可见光 辐射波长。所述复合源可以包括与组合器可操作地耦合在一起的多个单个源。所述组合器可以包括波分复用器。所述至少一个电磁辐射源可以包括 直接可调发射器。所述直接可调发射器可以包括二极管激光器。所述直接 可调发射器可包括发光二极管。所述至少一个电磁辐射源可以包括可操作 地耦合到调制器的发射器。所述调制器可以包括干涉调制器。所述调制器 可以包括Mach-Zehnder干涉调制器。所述调制器可以包括声光调制器。 所述调制器可以包括快门。来自所述第一和第二波导的输出可以以螺旋扫 描样式扫描。在所述图像平面处的图像可具有大于所述第一和第二波导的 组合横截面几何测量的直径。所述系统进一步可以包括多个附加波导，所 述第一、第二、和多个附加波导以六角堆积阵列配置布置。与所述第一、 第二、和多个附加波导的输出相关联的图像场区可以通过三个相等圆的公 共交点确定的最小量重叠。在以多于一个芯(即，所谓的“多芯”配置) 为特征的配置中，所述芯可以以六角堆积阵列配置布置。所述系统可以进 一步包括耦合到所述第一和第二波导的第一和第二透镜，以致于传输通过 所述第一和第二波导的成像辐射在被输出以形成所述图像部分之前穿过所 述第一和第二透镜。所述第一和第二透镜可以包括渐变折射率透镜。所述 第一和第二透镜可以包括折射透镜。
附图说明
图1显示一个被操作者的手支撑的光纤扫描显示器。
图2显示相对于硬币以证明特定实施例的尺寸的光纤扫描显示器。
图3显示根据本发明的系统配置的一个实施例。
图4显示交叠的配置。
图5显示根据一个实施例的投影显示区域。
图6A和6B显示其中多个光纤扫描显示器在阵列或矩阵中耦合在一起 的配置。
图7A和7B显示传统的多芯光纤配置。
图8显示其中两个波导并置在一个主介质中的实施例。
图9显示其中两个波导并置在两个主介质中的实施例。
图10显示如图8中所示的配置的配置的运动。
图11显示以相似于图9中所绘配置的两个主介质/波导配置为特点的 配置的运动，其中两个主介质被相互耦合以共同移动。
图12显示以相似于图9中所绘配置的两个主介质/波导配置为特点的 配置的运动，其中两个主介质被配置以独立移动。
图13显示以相似于图8中所绘配置的两个主介质/波导配置为特点的 配置的运动，其中两个主介质被配置以独立移动。
图14显示六角堆积多芯波导配置。
图15A和15B显示多芯波导配置，其中在多芯结构中单个芯是六角堆 积的。
图16A显示相似于图12的配置的配置，具有作为来自于波导远端的 输出的发射。
图16B显示相似于图16A配置的配置，除了作为来自于波导远端的输 出的发射被穿过相互耦合透镜。
具体实施方式
为了解决上述挑战，文中介绍两种用于使用光纤扫描显示(FSD)技 术产生彩色、超高清晰度微型显示器(CUDM)的通用配置，该FSD技术 例如在美国专利6,046,720；7,555,333；7,784,697；和美国专利申请序列 号11/573,118和12/468,832中所述的。该五个引用中的每个在此以整体的 方式通过引用被并入。该两种通用配置以满足它们的对于CUDM、实现的 成本和复杂度的最小期望要求的能力以及针对它们的达到或超过最大期望 要求的能力为特征。图1显示被操作者的手(2)支持的FSD配置(4)， 同时图像(6)被投影到邻近表面上。
如在前述引用中所述的，在一个实施例中，FSD通过使用压电致动器 振动光纤端部(tips)来操作，同时调制向下传输其芯的光的强度以形成 图像。因为单模芯保持传输的光的相干性，其充当点源并可被成像成衍射 限制斑，该衍射限制斑的尺寸由扫描透镜确定。通过将扫描成像到恰好在 扫描透镜前面的平面上，可以产生尺寸小于3微米的斑。FSD的一个实施 例能够显示分辨率的有效500×500行(实际上产生圆形显示区域的250 周紧螺旋，例如图1的实施例中，元素6)。沿该螺旋的像素间隔是像素 调制率的函数，并且在一个实施例的普通操作条件下为20MHz。通过 11.5kHz的机械扫描频率，这导致30Hz的帧率，如果像素调制保持常数， 扫描的每一螺旋周具有大约2000像素，产生大约250000像素。在实验室 中已实现高达24kHz的扫描率，其可允许在大约60Hz的帧率下产生相同 的分辨率。通过以大约28kHz驱动光纤可实现72Hz帧率。通过增加或减 小扫描频率和扫描振幅，帧率、分辨率、和扫描角可动态调节，具有通常 在变化的分辨率下实现的处于15Hz和60Hz之间的帧率，和高达120°的 扫描角。FSD的极小尺寸(例如于1mm直径x 7mm长的范围内，如图2 的实施例中所示，其中一个相对于美国10分硬币8的FSD 4被显示)使 其在考虑尺寸和重量的应用中适合的很好，并且由于驱动电子、光源、和 电源都可以被置于远离扫描仪头部本身处，其尤其很好的适合用于HMD 中的使用。在图3中显示系统配置，连同相关的压电驱动信号图和螺旋扫 描样式图。参考图3，显示FSD的示例性实施例。辐射源，例如红色激光 28、绿色激光30、和蓝色激光32被组合进单一波导(例如RGB组合器 34)中。该波导，例如单模光纤20，向波导的端部传递光(例如悬臂式光 纤端部12)，其中其被发射和穿过可选透镜组件10，该透镜组件10优选 地促使发射的光聚焦于图像平面(例如螺旋扫描图像14)。波导端部12 被致动器沿一个或多轴扫描，例如压电管致动器17，以便在波导的端部发 射的光在图像平面处以区域填充扫描样式优选地被扫描，例如螺旋扫描图 像14。致动器17可以附着于带有附件环16的外围(enclosure)。驱动电 子系统22可以为压电致动器17产生驱动信号24，以控制所述致动器17 的致动。驱动电子22也可以产生像素调制信号26以调制辐射源28、30、 和32的亮度，以便在图像平面14处形成像素。在一个实施例中，致动器 驱动信号24根据正交(x)轴图40所示的示例性样式来调制，以便信号构成 正弦驱动信号即随时间调幅。在一个实施例中，驱动信号24包括驱动致动 器17的一个扫描轴的正弦信号部分，以及驱动第二扫描轴的第二正弦信号 部分，具有相对于第一驱动信号部分相移的第二正弦驱动信号以便波导端 部12通过圆形扫描样式扫描。在一个实施例中，正弦驱动信号24是随时间调幅的以扩大和收缩该圆形扫描样式以形成区域填充螺旋扫描样式38。
为了产生具有更多总分辨率行的更大显示器，同时保持帧率和像素密 度，多个FSD可以被装配到二维阵列中。如果聚焦光学部件是如此以致投 影场区比投影仪的物理直径稍大，或者在光学部件的焦距处直径约1.2mm (例如，对于大约1mm的FSD模块直径)，这些场区可以被重叠由三个 相等圆的公共交点确定的最小量(例如，如图4中所示，元素42；圆的公 共交点在元素43处，元素45显示重叠区域；元素47显示非重叠区域)， 因此产生完全填充的矩形显示区。阵列然后可以被按比例缩放到期望的任 意垂直和水平尺寸。为了在12mm对角格式中实现期望的8Mpx显示器(至 少3840x 2048分辨率行)，我们可以创建例如拼接(tiled)FSD的11x 7 六角格，产生大约4375x 2300行(或lOMpx)显示器；合适的投影显示区域(44)实施例在图5中画出。
以该方式拼接产生比在单个显示器中可自然地获得的分辨率行更多的 分辨率行。拼接通过FSD投影的略微放大的图像的优点是不需要额外的光 学融合来隐藏显示器硬件的边界。图6A显示示例性拼接显示器配置，其 中11x7FSD阵列(46)被耦合到相同的外壳或平台(48)以便他们可以 共同被移动，如果在特定实施例中这种移动是所期望的；在其他实施例中， 例如如(4)所示的通过FSD机构，单个致动器可以被利用以单独或独立 地致动每一个FSD。图6B显示在特定图像平面处的投影显示区域(44)， 其可由这样的配置产生，其中从共同平台或耦合(48)一起利用FSD矩阵。
为了产生作为一个单一的、高分辨率、整体的显示器呈现给观察者的 无缝图像，具有一些重要挑战，包括几何配准，和光度无缝。
几何配准是指每一个投影模块与其近邻的物理对准。为了按照预期方 式重叠扫描，每一个FSD应当对于邻近FSD被精确放置。对于标准的桌 顶或顶棚安装的投影仪，这可证明为复杂和困难的过程，但对于FSD，这 是单个扫描仪外壳和主装配外壳的高质量、精确加工的相对容易的事情。
一些因素对如由观察者所觉察到的图像的均匀性有贡献。投影仪内的 亮度和色度指的是单个投影仪内部的明亮度(brightness)和颜色的变化， 但由于对于每个颜色通道使用单光源FSD仅扫描单一像素，对于每个投影 仪亮度和色度应该完全均匀。
投影仪间的亮度和色度指的是单个投影仪之间的变化。色度变化通常 是小的，但是亮度差别在投影仪之间可能是显著的。对于FSD，来自于激 光二极管的输出的密度可被调节以促使投影仪与另一个吻合。
因为FSD扫描单一像素，因此邻近扫描仪的像素物理上不重叠。然而， 感觉上，由于人类视觉系统不能暂时在投影斑点之间区分，因此这些区域 内的亮度可以几乎加倍。可以采用平衡在拼接的普通投影仪之间的明亮度 的方法来平衡这些重叠扫描区域内的明亮度。
一些技术供应商，例如Corning和Nufern，提供具有芯尺寸如小到 2.1-3.5微米的单模、可视波长光纤。然而，即使具有2.5微米的芯尺寸， 高斯模式场直径是大约3.5微米。FSD的高品质聚焦光学部件的设计对于 实现针对扫描像素的衍射限制斑尺寸是有用的，其降到低于所需的3微米 像素尺寸以实现显示器的期望分辨率。
另外，每一个FSD在光纤端部产生弯曲扫描场，并且光学设计应当被 优化以充分平整该场同时最小化变形和其他像差。
在该拼接方法中，整体扫描角已被减小以最小化重叠、最大化像素密 度、并且最小化显示器的整体延展。然而，这光学地导致观察者端较窄的 眼盒(eyebox)(术语“眼盒”代表操作者可移动他们的眼睛并保持看到 图像所通过的体积)。为克服这一点，在一个实施例中，可以采用透镜的 使用以在扫描光纤显示器的端部的输出产生较大数值孔径(NA)(图16B)， 采用的透镜例如渐变折射率棒状透镜(“GRIN”透镜)。
供应商例如日本的Asahi-Kasei和Mitsubishi提供多芯光纤或者熔锥 形多芯光纤。因为这些材料有利于一次扫描多个像素的可能性(相对于目 前扫描的单一像素)，在图像平面处的总分辨率对于给定扫描频率可以被 增加，并且有效帧率可以被增加同时保持或甚至增加显示器的空间分辨率。 图7A和7B显示可用的多芯光纤配置的实施例(图7A显示多芯配置的 剖视图50；图7B显示锥形多芯配置的侧视图52)。
上述技术有利于在头戴或其他近眼显示器配置中支持大的FOV的超 高分辨率显示器。
关于拼接，由扫描光纤显示模块产生的图像可被无缝拼接以形成连续 的组合图像。当在拼接阵列图像中来自于每一个单个FSD的扫描图像部分 重叠时，扫描场交集将导致增强的亮度的区域，即，组合图像将包括亮度 非均匀性。为了在组合图像中提供较大的亮度均匀性，一些方法可以被采 用，包括消隐重叠像素和/或调制这些区域中的FSD的亮度水平(例如， 当两个扫描仪正在寻址同一图像区域时，在给定像素下减小每个扫描仪 50％的亮度，以便光强和达到期望光强水平的100％)。
在多个FSD配置中，该多个FSD优选地使用精密制造技术以拼接阵 列定位。对于无缝集成，光纤中线之间的分离距离被严格控制，压电致动 管上的致动轴的取向也是。
在光纤的机械公差(直径、芯/包层同心度、芯尺寸、光纤横截面的圆 度)中的非常小的变化可以导致光纤扫描仪之间的机械行为的变化。在优 选的实施例中，给予每一个致动器的驱动信号被定制以补偿阵列中光纤之 间的这种机械变化。
在一个实施例中，阵列中的FSD可以被同步以减小任何可感知的时间 或时空误差，例如对于移动图像的闪烁或图像撕裂。
关于扫描光学部件，FSD的优选实施例在光纤端部处产生弯曲扫描 场，因而，除放大外，传递图像到眼睛的光学系统优选地执行场平整功能 (例如，通过在光学链中包含负透镜)。光纤光学部件和其后的扫描光学 部件也优选地最大化物体侧数值孔径(NA)以支持对于观察者的大眼盒。 增加NA也减小图像平面处的斑尺寸，使能更多的像素在图像平面的小区 域内被密集堆积。标准光纤可以提供对于可见光的3-4微米的起动模场直 径。如图16B中所示的，通过增加透镜到光纤端部(例如，通常的弯曲透 镜或渐变折射率GRIN透镜)，来自于光纤的NA被增加(并且因此在端 部处的斑尺寸或模场直径被减小)。通过在端部处增加强透镜，能够在光 纤的端部附近提供0.6微米的模场直径。相比较，可选的显示技术例如硅 上液晶和LED当前被限制到大约4-5微米的像素强度。GRIN透镜可被单 独制造并直接熔合到光纤端部。
在采用多芯光纤的实施例中，多个芯可以被扫描以产生完美填充的图 像平面，其图像质量不会被图像中可观察到的缝隙降低。光纤芯的数量和 光纤芯之间的间距与扫描样式的密度相互作用。较大数量的芯可以以稀疏 的扫描样式(即，扫描线之间大的距离)被扫描同时保持完美填充的图像。 相反，较少数量的芯可以优选地通过密集扫描样式(即，扫描线之间的较 小距离)被扫描以提供完美填充的图像。在一个实施例中，多芯光纤的芯 以六角堆积拼接，其提供最小化大量芯之间距离的优点(例如，图7A、15A、和15B)。
在两个在一起非常近的波导中，例如多芯光纤中的邻近芯，通过一个 芯传输的光可以通过倏逝模式部分地交叉耦合到邻近模式。如果它们被定 位在一起非常近，这样的倏逝模式行为可以在由邻近芯产生的图像内容之 间产生串扰。在优选实施例中，芯由最小距离分开以最小化光纤芯之间的 串扰到不易被人类观察者探测到的水平，以保持高的图像质量。可选地或 附加地，不透明材料可被引入到光纤芯之间的包层中，以为更紧密间隔的光纤减少串扰。
重要的需要强调的是，虽然前文以相对分立的方式描述两种方法，多 个扫描光纤的阵列和单一扫描多芯光纤(包括光纤芯阵列)，但是这些方 法代表连续统一体的目的。在另一优选实施例中，通过多个多芯光纤阵列 被扫描以形成复合高分辨率图像(例如，图13)，所述方法被组合。通过 将多芯光纤中的芯组收集到一起，移动部分的数量可以最小化并且制造复 杂度可以降低。
在一个实施例中，在HMD或其他可穿戴显示器中的图像传递是透明 元件，其叠加影像于真实世界的直接视图之上。兼容的HMD观察光学部 件包括，但不限于，折射系统、反射、衍射、衬底引导光学部件。
文中描述的技术有利于高分辨率、轻重量和不显耀的HMD并且使能 对于每件事物的虚拟与增强现实视觉系统，从游戏和个人娱乐系统到工作 空间合作和真实世界导航和信息系统和高性能航空电子显示器。优选地， HMD应当是舒适的、吸引人的、并且几乎与常规的眼穿戴不可区分。
参考图8，实施例被描述，其中两个或多个波导(54,56)被耦合到或 共同位于相同主介质(58)。图9显示其中两个波导(54,56)中的每一个 被耦合到它们自己独立的主介质(58,60)的实施例。参照图10，当如图8 中显示的配置例如通过如上文参照FSD系统描述的压电致动元件被可控 地移动(如短线状对比位置62显示的)时，两波导(54,56)一起移动或扫描。参照图11，当如图9中描绘的两个配置被可操作地彼此耦合时，例 如通过共有外壳或者耦合元件，它们一起移动或扫描(如短线状对比位置62，64显示的移动)。可选地，参照图12，独立致动的(例如通过压电致 动元件)主介质平台(58,60)可以独立移动它们的相互耦合的波导(54,56)， 如图12中所示具有在显示时沿相反方向移动(62,64)的波导。图13显示相似于图12配置的配置，例外之处在于图13的独立致动的主介质/波导构 造的每一个包括每个介质多于一个波导(例如，多芯光纤)以便给定主介 质(例如，58)内的不同波导共同移动，同时它们可以相对于耦合到其他 主介质(60)的波导完全独立的移动。
参照图14，多芯波导(70,72,74,76,78,80,82)的六角堆积(84)配 置被显示。如上所述的六角堆积对于高横截面密度可以是优选的。参考图 15A和15B，多芯光纤配置(70)内的单个芯(86,88,90,92,94,96,98) 也可以是六角堆积的(78)。图15A的配置显示以六角配置(84)堆积的 7个单个芯的组；该配置显示任意数量的单个芯，例如所描绘的多数(100),对于期望的截面密度可以是六角堆积(84)。
参照图16A，相似于图12的配置的配置被描绘，伴随来自具有相对低 发射数值孔径配置的波导(54，56)的输出端(102，104)的发射(106， 108)。为了优化可能的显示分辨率和/或增加提供给观察者的眼盒的尺寸， 数值孔径可以通过使用透镜来增加；在一个实施例中，如图16B中所示， 透镜(114,116)例如GRIN透镜(如上所述)可被利用以增加输出发射(110,112)的数值孔径。
文中描述了本发明的各种示例性实施例。在非限制的意义上对这些实 例进行引用。提供它们以说明本发明的更宽地可应用方面。可以对描述的 本发明做各种变化并且等价物可以被替换而不脱离本发明的真实精神和范 围。另外，可以进行各种修改以使特定情况、材料、物质的构成、过程、 过程行为或步骤适应于本发明的目标、精神或范围。进一步，如本领域技 术人员应当理解的，本文中描述和显示的每一个个体变化具有分立的组件 和特征，其可以容易地从任意其他一些实施例的特征分离或容易与任意其 他一些实施例的特征组合而不脱离本发明的范围和精神。所有这些修改被 归结为与本公开相关联的权利要求的范围中。
本发明包括可以使用主体装置执行的方法。该方法可以包括提供这样 适合装置的行为。这种提供可以被终端用户执行。换言之，“提供”行为 仅要求终端用户获取、访问、靠近、定位、设定、激活、供电或其他行为 以提供主体方法中的必需的装置。本文叙述的方法可以以逻辑上可能的叙 述的事件的任意顺序以及以事件的叙述的顺序执行。
本发明的示例性方面连同有关材料的选择和制造细节已在上文阐明。 对于本发明的其他细节，这些连同上面引用的专利和出版物以及本领域技 术人员通常已知或理解的应当被理解。对于根据如通常或逻辑上采用的附 加行为，本发明基于方法的方面同样适用。另外，即使本发明已经参照可 选地包括各种特征的一些实例被描述，本发明不限于被描述或指示的那些， 如关于本发明每种变化所预期的那样。可以对描述的本发明做各种变化并 且等价物(无论本文是否叙述或出于一些简洁的目的未包括在内)可以被 替换而不脱离本发明的真实精神和范围。另外，在值的范围被提供的情况 下，可以理解的是，在该范围和任何其他规定的范围的上限和下限之间的 每一个居间值或该规定的范围内的居间值，被包含于本发明中。
并且，可以预期任意描述的本发明变化的可选特征可被提出并独立要 求权利，或结合任意或更多文中描述的特征。涉及单数条目，包括具有多 个相同条目存在的可能性。更特别地，如本文和关联到这里的权利要求中 使用的，单数形式的“一个(a)”、“一个(an)”、“所述”和“该” 包括多个参考对象，除非另外特别说明。换而言之，在上面的说明书以及 与该公开相关的权利要求书中，冠词的使用允许对象条目的“至少一个”。 进一步指出这种权利要求可撰写成排除任何可选的元件。同样，本声明意 图为与要求的元件的叙述有关的这样的排他性术语如“单独”、“仅”等 等的使用，或“负面”限制的使用作为先行基础。
没有这种排他性术语的使用，与该公开相关的权利要求书中的词“包 括”应允许包括任意额外元件-无论是否给定数量的组件在该权利要求书中 被枚举，或特征的添加可被认为在该权利要求中提出的元件的性质的转换。 除了文中特别定义的以外，文中使用的所有技术和科学术语可被赋予尽可 能宽的通常理解的意义同时保持权利要求的有效性。
本发明的宽度不限于所提供的实例和/或本说明书，而是仅由与该公开 相联系的权利要求的语言的范围限定。

Claims (32)

1.一种用于扫描电磁成像辐射的系统，包括：
驱动电子系统，其被配置为生成至少一个像素调制信号；
至少一个电磁辐射源，其被配置为基于所述至少一个像素调制信号调制来自所述至少一个电磁辐射源的光；
第一波导，其被配置为产生第一投影场区；以及
第二波导，其被配置为产生第二投影场区，
其中，所述第一波导和所述第二波导中的每一个可操作地耦合到所述至少一个电磁辐射源，以及
其中，所述驱动电子系统被配置为在所述第一投影场区和所述第二投影场区共享重叠区域时，对所述第一波导或所述第二波导中的至少一个进行亮度调制。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述重叠区域中的所述亮度等于所述重叠区域之外的所述第一投影场区或所述第二投影场区的亮度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一波导或所述第二波导中的至少一个包括扫描元件。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述扫描元件包括光纤。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源产生具有在紫外到红外范围内的波长的电磁辐射。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源产生可见光电磁辐射。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一波导和所述第二波导共同位于相同的主介质中。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括扫描致动器，所述扫描致动器可操作地耦合到所述第一波导和所述第二波导中的至少一个并且被配置为物理地移动所述第一波导和所述第二波导中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述扫描致动器包括压电致动元件。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述扫描致动器被耦合到所述第一波导和所述第二波导两者并且被配置为物理地共同移动它们。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，第一扫描致动器被耦合到所述第一波导，并且其中，第二扫描致动器被耦合到所述第二波导，以致于所述第一波导和所述第二波导可以被独立地致动。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括第一扫描致动器和第二扫描致动器，所述第一扫描致动器可操作地耦合到所述第一波导并且被配置为将所述第一波导与至少一个其他互相耦合的波导一起物理地移动，所述第二扫描致动器可操作地耦合到所述第二波导并且被配置为物理地移位所述第二波导，所述第二波导与第一波导互相耦合。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一波导和至少一个其他互相耦合波导包括单一多芯光纤。
14.根据权利要求1所述的系统，还包括图像扫描元件，所述图像扫描元件选自如下组成的组：MEMS镜扫描仪、可变形膜镜、扫描棱镜和扫描透镜。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述图像扫描元件被配置为接收所述第一投影场区和所述第二投影场区作为所述第一波导和所述第二波导的输出并且沿着一个或多个轴扫描所述输出。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述图像扫描元件被配置为接收所述第一投影场区和所述第二投影场区作为所述第一波导和所述第二波导的输出并且以螺旋扫描图案扫描所述输出。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源包括两个独立的电磁辐射源：可操作地耦合到所述第一波导的第一电磁辐射源，以及可操作地耦合到所述第二波导的第二电磁辐射源。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源包括复合源，所述复合源被配置为将多个辐射波长注入到所述第一波导或所述第二波导中的至少一个中。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述复合源被配置为注入红色、绿色和蓝色可见光辐射波长。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述复合源包括用组合器可操作地耦合在一起的多个独立源。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述组合器包括波分复用器。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源包括可直接调制发射器。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述直接可调制发射器是二极管激光器。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述直接可调制发射器是发光二极管。
25.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源包括可操作地耦合到调制器的发射器。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述调制器是声光调制器。
27.根据权利要求25所述的系统，其中，所述调制器是快门。
28.根据权利要求25所述的系统，其中，所述调制器是干涉调制器。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述干涉调制器是Mach-Zehnder干涉调制器。
30.根据权利要求1所述的系统，其中，在图像平面处的图像具有比所述第一波导和所述第二波导的组合的第一投影场区和第二投影场区大的直径。
31.根据权利要求1所述的系统，还包括具有附加投影场区的多个附加波导，所述第一波导、所述第二波导和所述多个附加波导以六角堆积阵列配置布置。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，与所述第一波导、所述第二波导和所述多个附加波导中的每一个的输出相关联的投影场区通过三个相等圆的公共交点确定的最小量而重叠。
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