CN111142256A

CN111142256A - 一种vr光学显示模组及显示设备

Info

Publication number: CN111142256A
Application number: CN201811302838.0A
Authority: CN
Inventors: 宋海涛; 周旭东; 姚长呈; 王佳舟; 徐瑞林
Original assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明公开了一种VR光学显示模组及显示设备，通过图像分割单元将待显示图像分割为M个子图像，进而通过图像产生单元包括的一个或多个图像产生子单元将所述M个子图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含待显示图像混合光束，耦入波导模组，波导模组具有多层耦入单元和耦出单元，每层耦入单元被配置为耦入一个子图像的光束；待显示图像混合光束经对应的波导模组的耦出单元耦出后的出射图像拼接为待显示图像，进而通过波导模组的出光光路上的可变焦单元调焦，即可呈现出具有深度的图像，同时，遮光单元遮挡除待显示图像的混合光束以外的其它光线射入波导模组。本发明以一种全新思路解决近眼显示模组大视场、可调深度及小型化兼顾的问题。

Description

一种VR光学显示模组及显示设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种VR光学显示模组及显示设备。

背景技术

随着社会的发展，增强现实技术(英文：Augmented Reality；简称：AR)和虚拟现实技术(英文：Virtual Reality；简称：VR)得到了越来越多的应用。增强现实技术将虚拟信息叠加在现实世界上供用户观看，虚拟现实技术提供一个完全的虚拟世界供用户观看，两者被广泛应用于医学、娱乐、教育、工业仿真等领域。

目前，常见的应用于VR领域的近眼显示系统如图1所示，包括：显示屏1，光学放大系统2(镜头组)。其中，显示屏1发出的图像光束经光学放大系统2进入人眼，人眼便会看到聚焦于远处的放大虚像3，如此带给人沉浸感。但在实际应用中，显示屏1与光学放大系统2之间的距离D一般需要设置为2～3厘米，这会造成整个VR近眼显示系统的体积庞大，同时，该结构的人眼只能看到没有深度的图像3，图像3中每个像素都聚焦于一定值，体验度较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种VR光学显示模组及显示设备，用于解决现有近眼显示设备大视场、可调深度及小型化兼顾问题。

为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种VR光学显示模组，包括：

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；

图像产生单元，包括一个或多个图像产生子单元，每个所述图像产生子单元调制射出N个子图像的光束，所述图像产生单元通过一个或多个图像产生子单元将所述M个子图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含M个子图像光束的待显示图像混合光束，N为正整数，且N小于等于M；

波导模组，设置在所述图像产生单元的出光光路上，所述波导模组具有多层耦入单元和多层耦出单元，每层耦入单元被配置为耦入一个子图像的光束；所述待显示图像混合光束经对应的波导模组的耦出单元耦出后的出射图像拼接为所述待显示图像；

可变焦单元，设置在所述波导模组的出光光路上，用于调整所述波导模组出射的所述待显示图像对应的焦距；

遮光单元，用于遮挡除所述待显示图像的混合光束以外的其它光线射入所述波导模组。

可选的，当所述图像产生单元通过多个图像产生子单元将所述M个子图像同时调制射出时，多个图像产生子单元的光束在入射到波导模组前相互拼接。

可选的，所述图像产生单元出射的所述待显示图像的混合光束中所述M个子图像的混合光束对应于不同的波长范围。

可选的，当N＝1，且所述图像产生单元包括至少两个图像产生子单元时，所述至少两个图像产生子单元对应调制射出的至少两个子图像的光束被错位地耦入所述波导模组。

可选的，当N≥2时，每个图像产生子单元调制采用波分复用的方式调制出所述N个子图像的混合光束，且每个图像产生子单元发光波长配置相同，所述N个子图像的混合光束中的相同色彩光束具有不同波长。

可选的，当每个子图像由R、G、B三种发光单元调制时，所述波导模组包括3*N层耦入单元和3*N层耦出单元，或，所述波导模组包括3*N层堆叠设置的波导，每层波导基片中具有一层耦入单元和一层耦出单元；其中，每层耦入单元被配置成只耦入待显示图像混合光束中一个波长的光束，所述耦入单元为反射式光栅或滤光片，所述耦出单元为耦出光栅或耦出反射镜阵列。

可选的，所述显示模组还包括：

光束分离器，设置在所述图像产生单元的出光光路，及所述波导模组的入射光路上，用于将所述待显示图像混合光束中的不同波长的光束进行分离。

可选的，所述显示模组还包括：

检测器，用于检测人眼在所述待显示图像中聚焦的位置，确定所述聚焦位置对应的深度信息；

所述可变焦单元根据所述深度信息调整所述待显示图像对应的焦距，改变所述待显示图像对应的投射图像与人眼之间的距离。

可选的，所述图像产生单元为光纤扫描模组、MEMS扫描器或平板显示屏的一种，所述可变焦单元为折射光学元件或衍射光学元件。

可选的，若所述图像产生单元为光纤扫描模组，所述光纤扫描模组包括光纤扫描器和输入光源，所述光纤扫描器包括至少一根扫描光纤，一根扫描光纤对应一路输入光源，一路所述输入光源包括一组或多组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，当一路所述输入光源中包含多组光源时，多组光源产生的光线经合束后输入所述光纤扫描器中的一根扫描光纤中，且多组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射不同波长的光；当光纤扫描器包含两根以上光纤时，每根扫描光纤对应的输入光源的波长配置相同；一路所述输入光源中的光源为激光管光源或LED光源。

可选的，所述波导模组采用的波导材料的折射率为大于1.9。

第二方面，本发明实施例提供一种VR显示设备，包括至少一组如第一方面所述的VR光学显示模组，用于投射出待显示图像对应的光束，并调整投射出的所述待显示图像对应的焦距。

本发明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：

本发明以一种全新思路解决近眼显示模组大视场、可调深度及小型化兼顾的问题。本发明采用的VR光学显示模组通过图像产生单元包括的一个或多个图像产生子单元将M个子图像同时调制射出，耦入波导模组，待显示图像混合光束经对应的波导模组的耦出单元耦出后的出射图像拼接为待显示图像，从而实现大视场显示；且当一个图像产生子单元调制出射多个子图像的光束时，即通过复用方式在实现同样分辨率同样视场角的情况下，图像产生子单元的数量可减少，有利于近眼显示设备的小型化生产，且在波导模组的出光光路上设置可变焦元件，可调节耦出光束拼接的待显示图像对应的焦距，提高虚拟现实的显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为现有技术中虚拟现实领域近眼显示模组的示意图；

图2A-图2C为本发明实施例公开的光纤扫描模组的结构示意图；

图3A-图3B为本发明实施例公开的平板显示屏的示意图；

图4A-图4B为本发明实施例公开的MEMS扫描模组的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的图像产生单元为光纤显示模组的近眼光学显示模组的结构示意图一；

图6为本发明实施例公开的图像产生单元为光纤显示模组的近眼光学显示模组的结构示意图二；

图7为本发明实施例公开的图像产生单元为平板显示屏的近眼光学显示模组的结构示意图；

图8为本发明实施例公开的设置有光束分离器的近眼光学显示模组的结构示意图一；

图9为本发明实施例公开的设置有光束分离器的近眼光学显示模组的结构示意图二；

图10为本发明实施例公开的适于VR的近眼光学显示模组的结构示意图；

图11A-图11C为本发明实施例公开的VR光学显示模组的结构示意图；

图12为本发明实施例公开的适于AR的近眼光学显示模组的结构示意图；

图13A-图13C为本发明实施例公开的AR光学显示模组的结构示意图；

图14为本发明实施例公开的近眼显示设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例基于近眼显示的思维，提出一系列应用于近眼显示的光学显示模组，及其对应的图像生成模组及其应用。

近眼光学显示模组，主要包括图像分割单元、图像产生单元、波导模组和可变焦单元，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；图像产生单元包括一个或多个图像产生子单元，每个图像产生子单元调制射出N个子图像的光束，N为大于等于1的整数，且N小于等于M；图像产生单元通过一个或多个图像产生子单元将M个子图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含M个子图像光束的待显示图像混合光束；波导模组，设置在图像产生单元的出光光路上，波导模组具有多层耦入单元和多层耦出单元，每层耦入单元被配置为耦入一个子图像的光束，耦出单元的位置，则根据耦入单元耦入光情况进行对应设置，耦入单元与耦出单元配合在一起，使图像产生单元产生的待显示图像混合光束经波导模组耦出单元耦出后的出射图像拼接为待显示图像；可变焦单元，设置在波导模组的出光光路上，用于将波导模组出射的待显示图像进行聚焦及调整待显示图像对应的焦距，并将调焦后的待显示图像对应的光束导入人眼，改变人眼观察到的图像的深度。

首先，对本发明实施例中近眼光学显示模组的主要部件进行介绍：

一、图像产生单元。

图像产生单元可以为液晶显示屏LCD、有机发光二级管OLED显示屏、液晶硅LCOS显示屏、DLP显示屏等平板显示屏，也可以是基于特殊结构的光纤扫描模组或MEMS扫描模组等，只要发光光源能发光即可，优选发光光源能采用波分复用的方式，在发出的同一个像素光点中包含多个子图像的多个像素光信息作为本发明实施例中的图像产生单元。

本发明实施例中，图像产生单元包括但不仅限于以下几种：

(1)光纤扫描模组

本发明实施例中，光纤扫描模组包括光纤扫描器和输入光源。其中，光纤扫描器包括至少一根扫描光纤，这里的光纤扫描器包括至少一个制动器(比如压电制动器)，每个制动器驱动一根或多根扫描光纤；一根扫描光纤对应一路输入光源，这里的输入光源可以是激光光源或发光二极管LED等其他光源；一路输入光源包括N组光源，N为正整数，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，其中一种发光单元可以包括多个发光器，比如R发光单元可以是通过R’和R”两个发光器混光形成的，每一种发光单元包括多种发光器时，可提升光能量。优选的，当每根扫描光纤扫描对应一组输入光源时，不同扫描光纤对应的输入光源的波长配置可以不同；当光纤扫描器包含两根以上光纤，且每根扫描光纤扫描对应至少两组输入光源时，每根扫描光纤对应的输入光源波长配置相同。

图2A以光纤扫描模组100包括一个制动器110，该制动器110驱动一根扫描光纤111为例。图2A中，一路输入光源包括N组激光光源120，每组激光光源包括R、G、B三个单色激光器(R、G、B三个单色激光器分别指红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器)，N组激光光源中相同色彩通道的N个单色激光器被配置为发射不同波长的光；N组激光光源产生的光线输入光纤扫描器100中的一根扫描光纤111中，N为大于等于1的整数。其中，N组激光光源中产生的光线优选经合束后输入光纤扫描器中的一根扫描光纤中。合束可以是单组激光光源中的R、G、B三个单色激光器分别产生的红光、绿光和蓝光合束，也可以是N组激光光源所有光的合束，或前述两种合束同时包含，在此不做限制。

N组激光光源中相同色彩通道的N个单色激光器被配置为发射不同波长的光，以红光单色激光器为例，如图2A所示的R1单色激光器、R2单色激光器……Rn单色激光器虽然都产生红光，但产生的是不同波长的红光。同样地，G1单色激光器、G2单色激光器……Gn单色激光器虽然都产生绿光，但产生的是不同波长的绿光；B1单色激光器、B2单色激光器……Bn单色激光器虽然都产生蓝光，但产生的是不同波长的蓝光。

下面我们以一路输入光源包括2组激光光源为例，如图2B所示的光纤扫描模组200，其输入光源220包括2组激光光源221和222，第一组激光光源221包括R1、G1、B1三个单色激光器，第二组激光光源222包括R2、G2、B2三个单色激光器，两组激光光源中色彩通道相同的两个单色激光器中心波长值相差范围优选在5nm～30nm之间，例如，图2B中，各激光器的波长可配置为如下方式：红光激光器R1的出射波长为650nm，绿光激光器G1的出射波长为530nm，蓝光激光器B1的出射波长为460nm；红光激光器R2的出射波长为635nm，绿光激光器G2的出射波长为520nm，蓝光激光器B2的出射波长为450nm。两组激光光源221和222均输入到光纤扫描器210中的扫描光纤211中，如此，扫描光纤211所扫描的每一个像素点都携带有第一组激光光源221和第二组激光光源222所出射的两部分光信息。

图2C以光纤扫描器300包括3个制动器310、320和330，制动器310、320和330分别驱动一根扫描光纤311、321和331为例。图中的输入光源340包括6组激光光源341-346。其中，激光光源341和342产生的光束都输入到制动器310所驱动的扫描光纤311中，激光光源343和344产生的光束都输入到制动器320所驱动的扫描光纤321中，激光光源345和346产生的光束都输入到制动器330所驱动的扫描光纤331中。其中，激光光源341包括R1、G1、B1三个单色激光器，激光光源342包括R2、G2、B2三个单色激光器，两组激光光源中色彩通道相同的两个单色激光器发射波长不同的光。其他扫描光纤321和331对应的输入光源波长配置与扫描光纤311相同。

(2)平板显示屏

基于与光纤扫描模组同样的思路，本发明实施例还公开了一种平板显示屏，如图3A所示，该平板显示屏的每个像素包括至少两组子像素，每组子像素包括R、G、B三个色彩单元，各组子像素中的相同色彩单元采用不同波长。

在图中，可以看出平板显示屏710中的一个像素点X包含了m组子像素信息，每组子像素信息由不同波长的R、G、B三种色彩单元调制。比如，第一组子像素信息由R1波长的红光色彩单元、G1波长的绿光色彩单元、B1波长的蓝光色彩单元调制；第二组子像素信息由R2波长的红光色彩单元、G2波长的绿光色彩单元、B2波长的蓝光色彩单元调制；以此类推，第m组子像素信息由Rm波长的红光色彩单元、Gm波长的绿光色彩单元、Bm波长的蓝光色彩单元调制。

作为较佳实施例，如图3B所示，图中平板显示屏700中的一个像素点X包含了两组子像素信息。其中，第一组子像素信息由R1波长的红光色彩单元、G1波长的绿光色彩单元、B1波长的蓝光色彩单元调制；第二组子像素信息由R2波长的红光色彩单元、G2波长的绿光色彩单元、B2波长的蓝光色彩单元调制。可以理解，如此上述平板显示屏700中的每一个像素便携带了两组像素的信息，一个平板显示屏700在同一时间便可通过波分复用的方式显示两幅内容不同的图像。

上述平板显示屏可以为液晶显示屏LCD、有机发光二级管OLED显示屏、液晶硅LCOS显示屏、DLP显示屏等平板显示屏。

(3)MEMS扫描模组

基于与光纤扫描模组同样的思路，本发明实施例还公开了一种MEMS扫描模组850，如图4A所示，包括MEMS扫描器和光源，所述光源包括N组光源，每组光源包括R、G、B三种发光单元，所述N组光源中相同色彩通道的N种发光单元被配置为发射不同波长的光，N为大于等于1的整数。所述发光光源中的N组光源为N组激光管光源或N组LED光源。

在图中，可以看出有N组RGB光源，其中，第一光源的红光产生器产生R1波长的红光，绿光产生器产生G1波长的绿光，蓝光产生器产生B1波长的蓝光；第二光源的红光产生器产生R2波长的红光，绿光产生器产生G2波长的绿光，蓝光产生器产生B2波长的蓝光……第N光源的红光产生器产生Rn波长的红光，绿光产生器产生Gn波长的绿光，蓝光产生器产生Bn波长的蓝光。各组光源产生的光合束后一起经MEMS扫描模组的扫描镜反射扫描出去。

可选的，如图4B所示，图中MEMS扫描模组800的扫描镜810所扫描的每个像素都是由第一光源821和第二光源822调制的光束合束反射出去。其中，第一光源821的红光产生器产生R1波长的红光，绿光产生器产生G1波长的绿光，蓝光产生器产生B1波长的蓝光；第二光源822的红光产生器产生R2波长的红光，绿光产生器产生G2波长的绿光，蓝光产生器产生B2波长的蓝光。这里的光源可以是发光二极管LED或激光器。

二、波导模组。

波导模组的作用就是将图像产生单元产生的混频光束中的各子图像分离出来，且耦出拼接为所述待显示图像即可。波导模组可以是包括多层堆叠设置的波导，也可以是一个或多个波导内设置多层耦入和耦出单元(例如包含三层波导分别对RBG三色光进行传输)；波导组内也可以采用阵列反射镜实现耦入耦出功能，或者也可以通过镀膜的形式进行波长的选择。在不同的实施例中波导模组可以设计为不同形态，本领域技术人员可以根据实际需求设置，本发明实施例对波导模组形态不做具体限制，后续实施例中，会选择几种具体形态进行举例。

波导模组所采用的波导材料可以是高折射率材料，例如折射率大于1.9的波导材料。优选的，波导模组可以采用折射率为[1.9，2.0]的波导材料。这样单组波导组可以做到50°视场角，拼接后可以达到100°视场角，满足VR沉浸感的要求。

三、可变焦单元。

可变焦单元可以是折射光学元件，例如液晶透镜、电活性透镜、具有可移动元件的折射透镜、基于机械形变的透镜(比如流体填充的膜透镜，或者，类似于人类晶状体的透镜，其中柔性元件通过驱动器来弯曲或松弛)、电润湿透镜、或具有不同折射率的多种流体。可变焦单元还可以是可切换衍射光学元件，比如以聚合物分散液晶方法为特色的一个元件，其中聚合物材料的主介质具有分散在材料内的液晶微滴，当施加电压时，分子重取向，使得它们的折射率不再与主介质的折射率匹配，从而产生高频可切换衍射图案。

本发明实施例中，可变焦单元设置在波导模组的出光光路上，用于对波导模组出射的待显示图像的光束进行聚焦，并调整待显示图像对应的焦距，从而改变人眼在观察待显示图像过程中所感受到的图像深度。在实际应用中，只要能对波导模组出射的待显示图像的光束进行聚焦，并能调整待显示图像对应的焦距的元件均可以作为本发明实施例中可变焦单元，本发明实施例对此不作具体限制。

当图像产生单元通过多个图像产生子单元将M个子图像同时调制射出时，多个图像产生子单元的光束在入射到波导模组前相互拼接，所述拼接指内容拼接，而非光束物理性质的拼接。

如果每个子图像由R、G、B三种发光单元调制，则波导模组包括3*N层耦入单元和3*N层耦出单元；或者，所述波导模组包括3*N层堆叠设置的波导，每层波导基片中具有一层耦入单元和一层耦出单元；其中，每层耦入单元被配置成只耦入待显示图像混合光束中一个波长的光束，所述耦入单元为反射式光栅或滤光片，所述耦出单元为耦出光栅或耦出反射镜阵列。

接下来，基于前述对各部件的介绍，先从整体上说明近眼光学显示模组的主要显示方式：

1、当N＝1，且图像产生单元包括至少两个图像产生子单元时，至少两个图像产生子单元对应调制射出的至少两个子图像的光束被错位地耦入波导模组。

即，当图像产生单元中的一个图像产生子单元仅调制出射一个子图像时，图像产生单元采用至少两个图像产生子单元对应调制出射至少两个子图像的光束，该两个子图像的光束在入射到波导模组前相互拼接，且被错位地耦入波导模组。

该方式中，每个图像产生子单元仅产生的一个子图像的光束可以直接通过相应的耦入单元耦入波导模组中，例如可预先设置各图像产生子单元与相应耦入单元的位置对应关系，且不同耦入单元之间或不同图像产生子单元之间彼此错位，这样各图像产生子单元调制出射的一个子图像经过准直后能直接被对应的耦入单元耦入波导模组，经过波导模组的光束耦出后拼接成待显示图像，待显示图像经过可变焦单元的调焦即可为用户呈现出具有深度的图像。

2、当N≥2时，每个图像产生子单元调制采用波分复用的方式调制出N个子图像的混合光束，且每个图像产生子单元发光波长配置相同，N个子图像的混合光束中的相同色彩光束具有不同波长。

即，当每个图像产生子单元均调制出射至少两个子图像的混合光束时，每个图像产生子单元出射的至少两个子图像的光束能够拼接成一个较为完整的视差图像，进而波导模组中耦入单元即可选择相应波长的光束耦入波导模组。

本发明接下来的内容，将主要介绍每个图像产生子单元调制采用波分复用的方式调制出N个子图像的混合光束；对于上述1中一个子图像产生单元产生单元调制出射一个子图像的光束的方式，通过前述介绍的内容，较为容易理解，本文后续对此将不作过多详细介绍。

下面，结合附图用若干个实施例组，具体介绍在N≥2的情况下，近眼光学显示模组的多种显示方式及相应结构(以图像产生单元为光纤扫描模组为例)：

近眼光学显示模组第一组实施例(图像产生单元为光纤扫描模组)：

该组实施例中，根据光纤扫描器所采用的扫描光纤的数量的不同，分以下两种情况来分别介绍相应的实施例。

情况1：光纤扫描模组通过一根扫描光纤将M个子图像同时调制射出。

图5实施例中，以光纤扫描模组通过一根扫描光纤将M个子图像同时调制射出为例。此时，M＝N≥2，即图5中，图像分割单元将待显示图像分割为N个子图像，一个子图像为一个视场角子图像；一根扫描光纤对应的一路输入光源包括N组激光光源，每组激光光源包括R、G、B三个单色激光器，每组激光光源分别对应调制上述N个不同视场角子图像中的一个视场角子图像，即，第一激光光源对应调制第一视场角子图像，第二激光光源对应调制第二视场角子图像……第N激光光源对应调制第N视场角子图像，由此，图5中单根扫描光纤输出在每一个像素点位置出射的光束都携带有N个不同视场角子图像的像素信息，经扫描光纤出射的混合图像光束准直后被耦入到波导模组中。图5中，波导模组以3*N层堆叠设置的波导为例，每层波导被配置为只耦入一个单色激光器输出光束，比如，第一层波导只耦入第一组激光光源中红色激光器R1产生的光束，第二层波导只耦入第一组激光光源中绿色激光器G1产生的光束，第三层波导只耦入第一组激光光源中绿色激光器B1产生的光束……以此类推，每个单色激光器对应一层波导。当然前述对应方式仅为举例，每个单色激光器对应一层波导即可，波导的摆位顺序无限制，只要每层波导能设计为只耦入一个单色激光器输出光束即可。

可以理解，假设待显示图像有k个像素点，通过一根扫描光纤进行扫描，则该扫描光纤需要扫描k个像素点；将待显示图像S分割成N个视场子图像S2后，假如每个视场子图像包含的像素点相同，N个视场子图像分别通过相应的激光光源调制出来混合输入到同一扫描光纤中，则这根光纤只需要扫描k/N个像素点就行了。如此便提高了图像的刷新率。

情况2：光纤扫描模组通过多根扫描光纤将M个子图像同时调制射出。

图6实施例中，介绍光纤扫描模组通过多根扫描光纤将M个子图像同时调制射出的实施例，此时，M＞N。如图6所示的显示模组，设M＝6，N＝2，图像分割单元610将待显示图像分割为6个子图像S11、S12、S13、S21、S22、S23。子图像S11和子图像S21分别由激光光源6211和6212调制，激光光源6211和6212所调制出来的图像光束都输入到扫描光纤6210；子图像S12和子图像S22分别由激光光源6221和6222调制，激光光源6221和6222所调制出来的图像光束都输入到扫描光纤6220；子图像S13和子图像S23分别由激光光源6231和6232调制，激光光源6231和6232所调制出来的图像光束都输入到扫描光纤6230。如此，每根光纤所扫描在每一个像素点位置出射的光束都包含了两个子图像的像素信息。

图6中，激光光源6211、6221、6231的配置相同，都包括R1、G1、B1三个单色激光器；上述激光光源6212、6222、6232的配置相同，都包括R2、G2、B2三个单色激光器。各激光器的波长可配置为如下方式：红光激光器R1的出射波长为650nm，绿光激光器G1的出射波长为530nm，蓝光激光器B1的出射波长为460nm；红光激光器R2的出射波长为635nm，绿光激光器G2的出射波长为520nm，蓝光激光器B2的出射波长为450nm。

扫描光纤6210、6220、6230调制出的光束在入射到波导基片前相互拼接，即内容拼接。扫描光纤6210、6220、6230调制出的光束经准直系统640后，射入波导模组650，波导模组650按照上述各实施例中的波导模组方案，将子图像S11、S12、S13、S21、S22、S23耦出，在人眼处完成视场拼接，拼接的图像经过可变焦单元的调焦即可呈现出具有深度的图像。

因此，在N≥2时，近眼光学显示模组通过采用波分复用方式，在实现同样分辨率同样视场角的情况下，扫描光纤数量可减少，有利于近眼显示设备的小型化生产，即本发明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。

近眼光学显示模组第二组实施例(图像产生单元为平板显示屏)：

图7所示的近眼光学显示模组，其图像产生单元包括一块上述实施例所述的平板显示屏700。平板显示屏700的每个像素包括M组子像素，该平板显示屏700通过波分复用的方式调制出包含M个子图像的混合光束，各子图像光束中的相同色彩光束具有不同波长。平板显示屏700每次显示的混合图像光经目镜光学系统准直后被耦入到波导模组中。

在本实施例中，平板显示屏700每次可以显示至少两幅不同视场角子图像，平板显示屏700的每个像素点携带了至少两组不同视场角子像素信息。其中，第一视场角子像素由R1波长的红光色彩单元、G1波长的绿光色彩单元、B1波长的蓝光色彩单元调制；第二视场角子像素由R2波长的红光色彩单元、G2波长的绿光色彩单元、B2波长的蓝光色彩单元调制……第N视场角子像素由Rm波长的红光色彩单元、Gm波长的绿光色彩单元、Bm波长的蓝光色彩单元调制。

本实施例中，波导模组如何对输入光束进行波长选择并耦入传输，再耦出拼接、经可变焦单元调焦的过程与近眼光学显示模组的第一组实施例一致，在此不再赘述。

同理，当近眼光学显示模组中图像产生单元为MEMS扫描模组时，MEMS扫描模组的每个像素可以包括N组子像素，该MEMS扫描模组通过波分复用的方式调制出包含N个子图像的混合光束，各子图像光束中的相同色彩光束可以具有不同波长。

在本实施例中，N组光源分别调制N个不同视场角子图像形成图像光束，合束后竟扫描镜逐像素反射扫描出去。第一光源的红光产生器产生R1波长的红光，绿光产生器产生G1波长的绿光，蓝光产生器产生B1波长的蓝光；第二光源的红光产生器产生R2波长的红光，绿光产生器产生G2波长的绿光，蓝光产生器产生B2波长的蓝光……第N光源的红光产生器产生Rn波长的红光，绿光产生器产生Gn波长的绿光，蓝光产生器产生Bn波长的蓝光。

在本实施例中，MEMS扫描器的扫描镜反射的混合图像光经目镜光学系统准直后被耦入到波导模组中，例如耦入到波导模组中N组堆叠设置的波导基片中，每组波导基片只耦入对应视场角子图像光束。如此便拓宽了显示模组的视场角。同样，各层波导如何对输入光束进行波长选择并耦入传输，再耦出拼接、经可变焦单元调焦的过程与基于波导的显示模组的第一组实施例一致，在此不再赘述。

进一步，前述N≥2的情况下的实施例(如第一组实施例、第二组实施例)中，波导模组需要被设计为具备分离待显示图像混合光束中的不同波长光束及实现视场角角度调整两个功能，对波导模组设计及加工工艺要求很高，不利于规模量产。为了解决这一问题，提出在图像产生单元与波导模组之间设置光束分离器，可分担光束分离工作及部分视场角调整工作，减轻波导模组设计难度及加工难度,在前述N≥2的情况下的实施例均可按照本实施例方式进行改进。

近眼光学显示模组的第三组实施例(设置有光束分离器)：

光束分离器设置在图像产生单元与波导模组之间，可以用于对待显示图像的混合光束中不同波长的光束进行分离。若每个子图像由R、G、B三种发光单元调制，波导模组包括3*N层耦入单元和3*N层耦出单元。则光束分离器可以设置有N个带通滤波器，每个带通滤波器被配置为反射一个图像产生子单元产生的RGB三色混合光束，每个带通滤波器的反射角度不同。或者，光束分离器设置有3*N个沿光路依次设置的二向色滤光器，每个滤光器被设计为反射一个波长的光束；其中，二向色滤光器为长通滤光器或短波通滤光器；当光束分离器采用多个长波通滤光器时，长波通滤光器的截止波长逐渐升高；当光束分离器采用短波通滤光器时，短波通滤光器的截止波长逐渐降低；每层耦入单元只耦入待显示图像混合光束中一个波长的光束。反射同一个子图像的三个波长光束的滤光器反射角度相同，反射不同子图像光束的滤波器之间反射角度不同。(对应于光束分离器的权项上位部分)

参见图8，为本发明实施例中设置有光束分离器的近眼光学显示模组的结构示意图，图8～图9中图像产生单元以图2B中的光纤扫描模组为例。图8中，左下角为待显示图像S，第一组光源221(波长为R1G1B1)和第二光源222(波长为R2G2B2)分别调制出该待显示图像S的第一视场图像S1和第二视场图像S2；第一视场图像S1和第二视场图像S2的光束输入光纤扫描器210的同一根扫描光纤中进行扫描。

光纤扫描器210的出光光路上设置有光束分离器930，光束分离器930可以包括多个二向色滤光器，二向色滤光器可以为带通滤光器、短通滤光器、长通滤光器中的一种或多种，该光束分离器930用于将不同波长的光束进行分离，同时通过设计二向色滤光器的反射角度，可以调整每束分离光束的出射角度。当光束分离器采用多个长波通滤光器时，长波通滤光器的截止波长逐渐升高；当光束分离器采用短波通滤光器时，短波通滤光器的截止波长逐渐降低；每层耦入单元只耦入待显示图像混合光束中一个波长的光束。图8以光束分离器930同光轴设置6个短通滤光器931-496为例，这6个短通滤光器截止波长逐渐降低，分别反射波长为R1、R2、G1、G2、B1、B2(650nm、635nm、530nm、520nm、460nm、450nm)的光束。其中短通滤光器931、933、935反射的是同一个子图像(第一视场图像S1)的三个波长光束，因此在设计时，三个短通滤光器931、933、935反射角度相同；短通滤光器932、934、936反射的是同一个子图像(第二视场图像S2)的三个波长光束，因此三个短通滤光器932、934、936的反射角度相同，而这三个与931、933、935反射角度不同，两组光束出射的光重叠越小，拼接市场角越大。

假设图8中，扫描光纤的摆动角度为-20°～20°，可以通过设置各个短通滤光器931-936的角度，使第一视场图像S1的光束(R1G1B1)以-40°～0°进入波导941、943、945的耦入光栅；第二视场图像S2的光束(R2G2B2)以0°～40°进入波导942、944、946的耦入光栅。

当光束分离器采用带通滤波器时，图8中的光束分离器930可同样可以采取6个带通滤波器，每个带通滤波器反射一个波长的光即可。当然，当光束分离器采用带通滤波器时，也可以如图9中的光束分离器950，设置2个带通滤光器951和952，分别反射波长为R1、G1、B1(650nm、530nm、460nm)和R2、G2、B2(635nm、520nm、450nm)的两组光束。同样由于2个带通滤光器951和952反正的视场图像不同，二者反射角度需要设置为不同，同样，带通滤光器951和952反射光重叠越小，拼接市场角越大。

波导模组，设置在光束分离器的出光光路上，波导模组具有多层耦入单元和多层耦出单元，每层耦入单元耦入不同波长范围的光，耦出单元为耦出光栅或耦出反射镜阵列。图8中光束分离器930错位分出了6束光，波导941-946的耦入光栅设置于各光束的出光位置，将各光束耦入到各个波导中进行传输，波导941、943、945中的耦入光栅、中继光栅和耦出光栅相互配合将第一视场图像S1的光束以与第一视场角度耦出；波导942、944、946中的耦入光栅、中继光栅和耦出光栅相互配合将第二视场图像S2的光束以与第二视场角度耦出；第一视场图像S1和第二视场图像S2在波导外互相拼接成完整视场图像。图9中光束分离器930错位分出了2束光，其中，第一光束为波长R1G1B1的第一视场图像光束，第二光束为波长R2G2B2的第二视场图像光束；波导947-952的耦入光栅设置于这两光束的出光位置，其中，波导947-949的耦入光栅设置在一条光路上，将波长R1G1B1的第一视场图像光束分别耦入各个波导中进行传输，波导950-952的耦入光栅设置在另一条光路上，将波长R2G2B2的第二视场图像光束分别耦入各个波导中进行传输；波导947-952中的耦入光栅、中继光栅和耦出光栅相互配合将第一视场图像S1的光束以与第一视场角度耦出；波导947-949中的耦入光栅、中继光栅和耦出光栅相互配合将第二视场图像S2的光束以与第二视场角度耦出；第一视场图像S1和第二视场图像S2在波导外互相拼接成完整视场图像。

光束分离器的形式，可以是横向一字形错位排布，也可以是折叠型错位排布，或者还可以是折叠型排布等，其中，折叠型排布可以使耦入设计结构更紧凑。只要能够将分离的各子图像的光束错位地被入射到波导模组，光束分离器的错位排布形式可以根据实际需求进行设置即可，本发明实施例对此不作具体限制。

同样，在近眼光学显示模组的该组实施例中，当图像产生单元通过多个图像产生子单元将M个子图像同时调制射出时，多个图像产生子单元的光束在入射到光束分离器前相互拼接。

本发明实施例中，为了使人眼在观察图像过程中能够感受到图像的不同深度，近眼光学显示模组还可以包括检测器(图中未示出)，用于检测人眼在所述待显示图像中聚焦的位置，确定所述聚焦位置对应的深度信息，即人眼的焦点，以得到显示系统需要实现的投影距离；进而，可变焦单元可以根据深度信息调整待显示图像对应的焦距，改变待显示图像对应的投射图像与人眼之间的距离，进而通过可变焦单元(如透镜阵列中对应的透镜)将待显示图像投影至该投影距离处，从而实现深度显示，使得人眼在注视待显示图像中的不同位置时，能够感受到待显示图像的不同深度，体验较佳。当然，在具体实施过程中，还可以采用其他的方式确定人眼与聚焦位置之间的深度距离，本发明对此不做限制。

进一步，我们将结合附图用若干个实施例组，来介绍本发明方案及应用场景。介绍过程中，为了说明书重复部分不至于过多，对于近眼光学显示模组，虽然涉及多个实施例组，但由于主要是图像产生单元发生变化(如子图像产生单元的数量变化)以及不同应用场景下辅助元件的不同，我们以图像产生单元的一个实施例组作为详细介绍(选以光纤扫描模组作为图像源的实施例组进行详细介绍)，其他实施例组中未详细介绍的部分，参照该实施例介绍内容。

VR光学显示模组实施例(含遮光单元)：

本发明实施例中，基于VR显示的思想，在近眼光学显示模组的前述所有实施例中任一实施例的结构基础上可以增加遮光单元(后续详细介绍)，形成VR光学显示模组。该VR光学显示模组适用于VR显示场景。VR光学显示模组包括图像分割单元、图像产生单元、波导模组、可变焦单元和遮光单元，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M个子图像可以理解为M个不同视场角子图像。

图像产生单元，包括一个或多个图像产生子单元，每个图像产生子单元调制射出N个子图像的光束，所述图像产生单元通过一个或多个图像产生子单元将所述M个子图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含M个子图像光束的待显示图像混合光束，N为大于等于1的整数，且N小于等于M；当图像产生单元通过一个图像产生子单元将M个子图像同时调制射出时，则M＝N；当图像产生单元通过多个图像产生子单元将所述M个子图像同时调制射出时M＞N。准直光学系统可以是单独模组，放在发光单元出光路上，也可以将准直系统封装到光纤扫描模组中，在此不做限制。此处，图像产生单元可以是前述介绍的可作为图像产生单元的元件中的任一种。

波导模组，设置在图像产生单元的出光光路上，所述波导模组具有多层耦入单元和多层耦出单元，每层耦入单元被配置为耦入一个子图像的光束；所述待显示图像混合光束经对应的波导模组的耦出单元耦出后的出射图像拼接为所述待显示图像。

可变焦单元，设置在波导模组的出光光路上，用于调整波导模组出射的所述待显示图像对应的焦距。

遮光单元，用于遮挡除待显示图像的混合光束以外的其它光线射入所述波导模组。遮光单元可以是挡板片或其它具有遮光功能的部件。遮光单元可以贴附在波导模组的出光侧的相对侧(如波导模组的出瞳面的背面)，也可以设置在显示模组的其它位置，只要是能够遮挡除待显示图像的混合光束以外的其它光线射入波导模组的位置均可作为遮光单元的设置位置，本发明实施例对此不作具体限制。

本发明实施例中，通过在近眼光学显示模组中设置遮光单元，避免外界的光束进入显示模组，形成适用于VR显示场景的VR光学显示模组。如图10所示实施例，为VR光学显示模组的结构示意图。图中，图像产生单元21可以采用一个或多个图像产生子单元调制出射待显示图像对应的M个子图像，待显示图像的光束进入波导模组22，波导模组22中与出瞳面相对的背面贴附有挡光单元24，波导模组22耦出的光束拼接为完整的待显示图像(虚图像)，待显示图像经可变焦单元23调焦后导入人眼，使人眼观察到有深度的图像。

同时，VR光学显示模组还可以包括用于检测人眼在待显示图像中聚焦的位置的检测器，例如可以是眼动追踪摄像头或双目摄像头等，能实时获取人眼聚焦的画面位置，可变焦单元根据该位置的深度即可对待显示图像进行调焦，使人眼注视不同位置时，可以感受到与该位置相应的深度。可变焦单元的调焦过程与近眼光学显示模组实施例中的过程一致，此处不再赘述。

作为一种可选的实施例，如图11A所示的VR光学显示模组的结构，以图10中图像产生单元21包括两个图像源(每个图像源调制出射一个子视场图像的光束，即N＝1)，遮光单元24为贴附在波导模组中出瞳面的相对面的挡光片为例。本方案不限制第一图像源2101和第二图像源2102相对于波导模组和人眼的位置，即第一图像源2101和第二图像源2102可以设置于同侧或异侧。

第一图像源2101出射第一视场图像S1，第二图像源2102出射第二视场图像S2，第一视场图像S1和第二视场图像S2能够拼接成一个完整的视场图像；第一图像源2101出射的图像光束经准直后进入第一波导组2201，经第一波导组2201内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第一波导组2201；第二图像源2102出射的图像光束经准直后进入第二波导组2202，经第二波导组2202内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第二波导组2202，与耦出第一波导组2201的图像光束拼接成一个完整的视场图像；进而，完整的视场图像经变焦元件23调焦后进入人眼。

作为另一可选的实施例，如图11B所示，图像产生单元21包括一个图像源2111，图像源2111调制出射至少两个视场图像，例如图像源2111出射第一视场图像S1和第二视场图像S2，第一视场图像S1和第二视场图像S2能够拼接成一个完整的视场图像，第一视场图像S1和第二视场图像S2的光束具有不同的波长，例如第一视场图像S1的光束由波长为R1、G1、B1的三色光调制，第二视场图像S2的光束由波长为R2、G2、B2的三色光调制。图像源310出射的图像光束经准直后进入第一波导组2211，经第一波导组2211内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第一波导组2211，耦入光栅对图像源2111出射的光束具有选择作用，可以选择特定波长的光束进行传输；未经第一波导组2211的耦入单元选择的光束进入第二波导组2212，经第二波导组2212内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第二波导组2212，与耦出第一波导组2211的图像光束拼接成一个完整的视场图像，完整的视场图像经变焦元件12调焦后进入人眼，使用户感受到具有深度的图像。

作为另一可选的实施例，图11C中，在图11B所示的显示模组的结构的基础上，可以在图像源2111和波导模组之间可以设置有光束分离器350。光束分离器350可以对图像源2111出射的第一视场图像S1和第二视场图像S2依波长进行分束，错位进入第一波导组2211和第二波导组2212。

光束分离器如何对混合光束中不同波长进行分离，再耦入波导模组，进而耦出拼接过程与前述近眼光学显示模组的实施例一致，在此不再赘述。

后续耦出波导模组的光束拼接为待显示图像，可变焦单元根据人眼在待显示图像中聚焦位置的深度信息调焦的过程与前述实施例中的方式相同，此处不再赘述。

同时，上述图11A-图11C所示实施例中，同理，VR光学显示模组还可以包括检测器，如眼动追踪摄像头或双目摄像头等，实时获取人眼聚焦的画面位置，变焦元件23根据该位置的深度进行调焦，即可使VR显示过程中的图像具有深度，有助于提高用户体验度。

AR光学显示模组的实施例(包含与可变焦单元配合的光补偿单元)：

本发明实施例中，基于AR显示的思想，在近眼光学显示模组的第一组实施例的结构、或第一组实施例与第三组实施例结合的结构基础上，增加了与可变焦单元配合使用的光补偿单元(后续详细介绍)，形成AR光学显示模组。该AR光学显示模组适用于AR显示场景。AR光学显示模组包括图像分割单元、光纤扫描模组、波导模组、可变焦单元和光补偿单元，其中：

光纤扫描模组，包括光纤扫描器和输入光源，所述光纤扫描器包括至少一根扫描光纤，每根扫描光纤对应一路输入光源，一路所述输入光源包括一组或多组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元；一根扫描光纤扫描射出N个子图像的光束，所述光纤扫描器通过所述至少一根将所述M个子图像同时扫描射出，经准直光学系统准直后形成包含M个子图像光束的待显示图像混合光束，N为大于等于1的整数，且N小于等于M。该光纤扫描模组的结构可参照图2A-图2C及前述相应内容，此处不再赘述。

波导模组，设置在光纤扫描模组的出光光路上，所述波导模组具有多层耦入单元和多层耦出单元，每层耦入单元被配置为耦入一个子图像的光束；所述待显示图像混合光束经对应的波导模组的耦出单元耦出后的出射图像拼接为所述待显示图像。

可变焦单元，设置在所述波导模组的出光侧且位于出光光路上，用于调整所述波导模组出射的所述待显示图像对应的焦距。

光补偿单元，与可变焦单元相对地设置在波导模组的另一侧，用于抵消可变焦模组对应的焦距，使外界自然光束进入人眼时不受可变焦单元的影响，提高AR中实景的真实感。光补偿单元可以是前述折射光学元件或衍射光学元件中的任一种，也可以是与可变焦单元相同的元件，只要是能够抵消可变焦单元对进入显示模组的外界自然光束产生的焦距的元件，均可作为本发明实施例中的光补偿单元。

本发明实施例中，可变焦单元在对波导模组耦出的光束拼接成的虚图像(待显示图像)进行调焦时，会同步与可变焦单元配合，使AR光学显示模组对外界图像整体处于无光焦度的状态。例如可变焦单元对外界图像作用的焦距为正，光补偿单元对外界图像作用的焦距为负，两者可相互抵消，不会对进入显示模组的外界图像产生影响，使得进入显示模组的外界光束较为真实和自然，提高AR显示效果。

如图12所示实施例，为AR光学显示模组的结构示意图。图中，光纤扫描模组31可以采用一根或多根扫描光纤扫描出射待显示图像对应的M个子图像，待显示图像的光束进入波导模组32，经波导模组32耦出的光束拼接为完整的待显示图像，待显示图像经波导模组32出光侧的可变焦单元33调焦后导入人眼，同时，波导模组32的另一侧设置有光补偿单元34，光补偿单元34根据可变焦单元33对应的焦距对进入AR光学显示模组的外界自然光束进行处理，以抵消可变焦单元33对外界自然光束的影响。

同时，AR光学显示模组还可以包括用于检测人眼在待显示图像中聚焦的位置的检测器，图12中未示出。该检测器可以是眼动追踪摄像头或双目摄像头等，能实时检测人眼聚焦的画面位置，确定人眼与聚焦位置之间的距离，进而，可变焦单元33根据该位置的深度对待显示图像进行调焦，光补偿单元34根据可变焦元件33对应的焦距，同步抵消可变焦单元33对外界自然光束的影响。可变焦单元33根据人眼聚焦位置的深度进行调焦的过程与近眼光学显示模组实施例中的过程一致，此处不再赘述。以及，光补偿单元34配合可变焦单元33，同步抵消可变焦单元33的焦距的技术可为现有技术，此处不再赘述。

作为一种可选的实施例，如图13A所示的AR光学显示模组，图中以光纤扫描模组31通过两根扫描光纤(每根扫描光纤扫描出射一个子视场图像的光束，即N＝1)，可变焦单元33和光补偿单元34分别设置在波导模组32的两侧，且可变焦单元33处于波导模组32的出光侧的出光光路上。图中，第一光纤扫描器3101出射第一视场图像S1，第二光纤扫描器3102出射第二视场图像S2，第一视场图像S1和第二视场图像S2能够拼接成一个完整的视场图像。

第一光纤扫描器3101出射的图像光束经准直后进入第一波导组3201，经第一波导组3201内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第一波导组221；第二光纤扫描器3102出射的图像光束经准直后进入第二波导组3202，经第二波导组3202内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第二波导组3201，与耦出第一波导组3201的图像光束拼接成一个完整的视场图像；进而，完整的视场图像经变焦元件33调焦后进入人眼。系统还包括一个眼动追踪摄像头，实时获取人眼聚焦的画面位置，变焦元件33根据该位置的深度进行调焦；补偿元件34用于配合变焦元件33，同步抵消可变焦单元33的焦距，避免进入显示模组的外界自然光束受变焦元件33的影响。

作为另一可选的实施例，如图13B所示，光纤扫描模组31通过一根扫描光纤扫描3111出射至少两个视场图像，如扫描出射第一视场图像S1和第二视场图像S2，这两个视场图像能够拼接成一个完整的视场图像，第一视场图像S1和第二视场图像S2的光束可以通过波长来区分，比如：第一视场图像S1的光束由波长为R1、G1、B1的三色光调制，第二视场图像S2的光束由波长为R2、G2、B2的三色光调制。

光纤扫描器3111扫描出射的图像光束经准直后进入第一波导组3211，经第一波导组3211内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第一波导组3211；其中，耦入光栅对光纤扫描器3111出射的光束具有选择作用，可以选择特定波长的光束进行传输。未经第一波导组3211的耦入单元选择的光束进入第二波导组3212，经第二波导组3212内的耦入光栅、中继光栅、耦出光栅后耦出第二波导组3212，与耦出第一波导组3211的图像光束拼接成一个完整的视场图像；进而，完整的视场图像经变焦元件33调焦后进入人眼。

作为另一可选的实施例，图13C中，在图13B所示的显示模组的结构的基础上，可在光纤扫描器3111和波导模组32之间设置光束分离器350，该光束分离器350可以对光纤扫描器3111出射的第一视场图像S1和第二视场图像S2依波长进行分束，错位进入第一波导组3211和第二波导组3212。光束分离器如何对混合光束中不同波长进行分离，再耦入波导模组，进而耦出拼接过程与前述近眼光学显示模组的实施例一致，在此不再赘述。

同时，上述图13A-图13C所示实施例中，AR光学显示模组还可以包括检测器，如眼动追踪摄像头，实时获取人眼聚焦的画面位置；变焦元件33根据该位置的深度进行调焦，同时补偿元件34配合变焦元件33，同步抵消可变焦单元33对外界自然光束的影响，矫正外界自然光束，有效提高AR显示的显示效果。

当然，除光纤扫描模组外，AR光学显示模组还可以采用其它图像产生单元调制出射M个子图像的光束，相应的实施过程请参照前述相关实施例。

本发明所有实施例中，“待显示图像”可以是一幅完整图像，也可以是一幅完整图像中的局部图像，即本发明实施例中的AR/VR光学显示模组本身可以作为一个独立模组单独处理完整视场画面，也可以作为拼接模组中的一部分，只处理局部视场画面，与多个类似模组拼接后实现完整视场画面。

在前述AR/VR光学显示模组的所有实施例中，作为一种优选的实施方式，每组波导基片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，中继单元可以为中继光栅，也可以为反射镜阵列。以图6以中继光栅为例，图中耦出单元在Y方向进行扩瞳，中继光栅则在X方向进行扩瞳。

在前述AR/VR光学显示模组的所有实施例中，图像分割单元将待显示图像分割为若干个子图像时，相邻子图像可以具有或不具有相同图像区域，当相邻子图像具有相同图像区域视，相邻子图像在拼接中会存在一些重叠的部分，但最终呈现在人眼的仍是上述待显示图像。

另外，本发明实施例还提供了一种应用本发明实施例中近眼(如AR/VR)光学显示模组的近眼显示设备。该近眼显示设备内可以设置有两套近眼(如AR/VR)光学显示模组，则两套近眼显示模组出射的光线分别导入人的左眼和右眼，从而实现虚拟现实显示或者增强现实显示。或者，近眼显示设备可以包括一组近眼显示模组，并将近眼显示模组出射的光线导入人的左眼或者右眼。

在一种可能的实施方式中，该近眼显示设备可以是头戴显示设备，如图14所示。该近眼显示设备可以配置有上述实施例中的近眼(如AR/VR)显示模组和用于佩戴于用户头部的头戴部件(如镜腿或其它佩戴装置)，所述近眼显示模组可以安装在所述头戴部件上(如镜腿或其它位置)并被定位成将光束引导至佩戴者的眼睛。其中，前述各实施例中的近眼显示模组的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的近眼显示设备，通过前述对近眼显示模组的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中近眼显示设备的实施方式，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有结构、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。

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。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明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。

Claims

1.一种VR光学显示模组，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的显示模组，其特征在于，当所述图像产生单元通过多个图像产生子单元将所述M个子图像同时调制射出时，多个图像产生子单元的光束在入射到波导模组前相互拼接。

3.如权利要求2所述的显示模组，其特征在于，所述图像产生单元出射的所述待显示图像的混合光束中所述M个子图像的混合光束对应于不同的波长范围。

4.如权利要求2或3所述的显示模组，其特征在于，当N＝1，且所述图像产生单元包括至少两个图像产生子单元时，所述至少两个图像产生子单元对应调制射出的至少两个子图像的光束被错位地耦入所述波导模组。

5.如权利要求3所述的显示模组，其特征在于，当N≥2时，每个图像产生子单元调制采用波分复用的方式调制出所述N个子图像的混合光束，且每个图像产生子单元发光波长配置相同，所述N个子图像的混合光束中的相同色彩光束具有不同波长。

6.如权利要求5所述的显示模组，其特征在于，当每个子图像由R、G、B三种发光单元调制时，所述波导模组包括3*N层耦入单元和3*N层耦出单元，或，所述波导模组包括3*N层堆叠设置的波导，每层波导基片中具有一层耦入单元和一层耦出单元；其中，每层耦入单元被配置成只耦入待显示图像混合光束中一个波长的光束，所述耦入单元为反射式光栅或滤光片，所述耦出单元为耦出光栅或耦出反射镜阵列。

7.如权利要求5所述的显示模组，其特征在于，所述显示模组还包括：

8.如权利要求1-3任一权项所述的显示模组，其特征在于，所述显示模组还包括：

9.如权利要求8的显示模组，其特征在于，所述图像产生单元为光纤扫描模组、MEMS扫描器或平板显示屏的一种，所述可变焦单元为折射光学元件或衍射光学元件。

10.如权利要求9所述的显示模组，其特征在于，若所述图像产生单元为光纤扫描模组，所述光纤扫描模组包括光纤扫描器和输入光源，所述光纤扫描器包括至少一根扫描光纤，一根扫描光纤对应一路输入光源，一路所述输入光源包括一组或多组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，当一路所述输入光源中包含多组光源时，多组光源产生的光线经合束后输入所述光纤扫描器中的一根扫描光纤中，且多组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射不同波长的光；当光纤扫描器包含两根以上光纤时，每根扫描光纤对应的输入光源的波长配置相同；一路所述输入光源中的光源为激光管光源或LED光源。

11.如权利要求10所述的显示模组，其特征在于，所述波导模组采用的波导材料的折射率为大于1.9。

12.一种VR显示设备，其特征在于，包括至少一组如权利要求1-11任一权项所述的VR光学显示模组，用于投射出待显示图像对应的光束，并调整投射出的所述待显示图像对应的焦距。