CN113433694A - 一种mems衍射波导显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS衍射波导显示装置，包括：衍射波导显示组件、MEMS扫描镜和激光发射器；其中，MEMS扫描镜与激光发射器分设在衍射波导显示组件的两侧，该MEMS扫描镜与激光发射器的位置与衍射波导显示组件的入射光栅位置对应；入射光栅上设有激光入射通孔，激光发射器的激光能通过激光入射通孔直接入射到MEMS扫描镜上；MEMS扫描镜设置在衍射波导显示组件的入射光栅上方。通过在衍射波导组件的入射光栅上设置激光入射通孔，实现了将激光发射器和MEMS扫描镜分开放置于衍射波导组件两侧的同时，不会产生杂散光影响显示，使得这种结构的衍射波导显示装置，不仅扫描角度更大，显示图像也可以更大，而且结构更紧凑、均衡。

Description

一种MEMS衍射波导显示装置

技术领域

本发明涉及衍射波导显示领域，尤其涉及一种MEMS衍射波导显示装置。

背景技术

近眼显示设备作为虚拟现实和增强现实技术的主要显示设备，可以将虚拟图像叠加到现实景物中，同时兼具透视特性，不影响对现实景物的正常观察。近眼显示设备会利用多种光学元件，如棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。其中，衍射波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。并且，由于采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射波导组件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明，同时由于对光线的转折是通过镜片表面的衍射光栅来实现的，与底板的形状基本没有关系，因此易于批量制造，生产成本低。

目前，衍射波导显示装置以MEMS激光扫描系统作为微显示元件时，采用激光光源产生图像光线，图像光线通过MEMS扫描镜反射后，耦合进入衍射波导组件实现显示。目前常用的衍射波导组件结构如图1所示，主要由波导基板和位于波导基板表面的入射光栅112，转折光栅114和出射光栅116组成，波导基板是一种平面结构的光学基板。目前的MEMS激光扫描系统结构如图2所示，主要由激光发射器210、控制器250和MEMS扫描镜231组成。

采用现有MEMS激光扫描系统和衍射波导组件组成的MEMS衍射波导显示装置的结构如图3所示，激光发射器210和MEMS扫描镜231位于衍射波导组件同一侧，MEMS扫描镜231倾斜放置，若将激光发射器210和MEMS扫描镜231简单布置于衍射波导组件两侧，激光束穿过波导基板101照射到入射光栅112上时，一部分光会被衍射成为杂散光在波导基板101内传导，会影响显示效果。但将激光发射器210和MEMS扫描镜231放置于衍射波导组件同一侧，存在影响图像的显示质量，以及使显示装置的体积不均衡，结构不紧凑的问题，主要是由于激光发射器210和MEMS扫描镜231都具有一定的体积尺寸，MEMS扫描镜231需要距离衍射波导组件的入射光栅112较大的距离d才能保证激光发射器210发射的激光光束正常投射到MEMS扫描镜231并被正常扫描反射进入入射光栅112；而MEMS扫描镜231距离入射光栅112的距离d越大，MEMS扫描镜231扫描出的光束投射到入射光栅112的区域越大，根据衍射光栅的工作原理，入射光栅112上不同位置的入射光束在衍射波导中的全反射次数将不同，从而使其被衍射波导传导后存在一定的强弱差异，入射光栅112上位置越远的入射光束，全反射次数差别越大，被衍射波导传导后的强弱差异越大，即光线传导的一致性越差，从而影响经出射光栅116衍射进入人眼220的图像显示质量。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种MEMS衍射波导显示装置，能避免杂散光影响，均衡布置激光发射器和MEMS扫描镜，解决现有MEMS衍射波导显示装置图像显示质量差和结构不够紧凑的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种MEMS衍射波导显示装置，包括：

衍射波导显示组件、MEMS扫描镜和激光发射器；其中，

所述MEMS扫描镜与激光发射器分设在所述衍射波导显示组件的两侧组成MEMS激光扫描系统，该MEMS扫描镜与激光发射器的位置与所述衍射波导显示组件的入射光栅位置对应；

所述入射光栅上设有激光入射通孔，所述激光发射器的激光能通过所述激光入射通孔直接入射到所述MEMS扫描镜上；

所述MEMS扫描镜设置在所述衍射波导显示组件的入射光栅上方。

与现有技术相比，本发明所提供的MEMS衍射波导显示装置，至少包括以下有益效果：

通过在衍射波导组件的入射光栅上设置激光入射通孔，实现了将MEMS扫描镜和激光发射器分开放置于衍射波导组件两侧的同时，不会产生杂散光影响显示，并且使得扫描角度更大，显示图像也可以更大，而且使得衍射波导显示装置的结构更紧凑、均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为现有技术提供的衍射波导组件的结构示意图；

图2为现有技术提供的MEMS激光扫描系统的结构示意图；

图3为现有技术提供的MEMS衍射波导显示装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的MEMS衍射波导显示装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的MEMS衍射波导显示装置的衍射波导组件的结构示意图；

图6为现有技术提供的MEMS衍射波导显示装置的MEMS扫描镜的扫描范围示意图；

图7为本发明实施例提供的MEMS衍射波导显示装置的MEMS扫描镜的扫描范围示意图。

具体实施方式

下面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，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

下面对本发明所提供的MEMS衍射波导显示装置方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如图4、5所示，本发明实施例提供一种MEMS衍射波导显示装置，包括：

衍射波导显示组件500、MEMS扫描镜631和激光发射器610；其中，

所述MEMS扫描镜631与激光发射器610分设在所述衍射波导显示组件500的两侧组成MEMS激光扫描系统，该MEMS扫描镜631与激光发射器610的位置与所述衍射波导显示组件500的入射光栅512位置对应；

所述入射光栅512上设有激光入射通孔518，所述激光发射器610的激光能通过所述激光入射通孔518直接入射到所述MEMS扫描镜631上；

所述MEMS扫描镜631设置在所述衍射波导显示组件500的入射光栅512上方。

上述显示装置中，所述MEMS扫描镜631水平设置在所述衍射波导显示组件500的入射光栅512上方。

所述激光发射器610设置在所述入射光栅512底部的波导基板501的底面的下方。

上述显示装置中，所述激光入射通孔518位于所述入射光栅512的中心处。能保证MEMS扫描镜631反射覆盖入射光栅512更大的范围。

上述显示装置中，所述激光入射通孔518的直径不小于所述激光发射器610发射激光的直径。能避免激光入射通孔518孔径过小，干涉通过的激光。

上述显示装置中，所述激光发射器610采用红、绿、蓝三色激光器；或者激光发射器采用单色激光器；

所述MEMS扫描镜631采用一个二维MEMS扫描镜，或者，所述MEMS扫描镜采用扫描轴互相垂直的两个一维MEMS扫描镜。

上述显示装置中，所述衍射波导显示组件500包括：与所述入射光栅512间隔设置的转折光栅514，以及与所述转折光栅514间隔设置的出射光栅516。

上述显示装置中，所述衍射波导显示组件500包括：与所述入射光栅512间隔设置的二维出射光栅。

本发明的MEMS衍射波导显示装置，通过在衍射波导组件的入射光栅上设置激光入射通孔，实现了将激光发射器和MEMS扫描镜分开放置于衍射波导组件两侧的同时，不会产生杂散光影响显示，使得这种结构的衍射波导显示装置，不仅扫描角度更大，显示图像也可以更大，而且结构更紧凑、均衡。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的MEMS衍射波导显示装置方法进行详细描述。

实施例

如图4所示，本发明实施例提供一种MEMS衍射波导显示装置，其采用的衍射波导组件结构如图5所示，入射光栅512中心处开一个供激光通过的激光入射通孔518，将激光发射器610和MEMS扫描镜631分别设于衍射波导组件两侧组成MEMS激光扫描系统，MEMS扫描镜631能水平放置，实现近乎平行于衍射波导组件的入射光栅512放置，处于入射光栅512上方，激光发射器610发出的激光束661近乎垂直于衍射波导组件的表面穿过波导基板501和激光入射通孔518后，入射到MEMS扫描镜631的反射镜面上发生反射，反射光束662入射到入射光栅512上并发生衍射，经由转折光栅514和出射光栅516衍射后，产生出射衍射光663，被人眼620感受到。

本发明的MEMS衍射波导显示装置中，由于入射光栅512设有供激光通过的激光入射通孔518，能实现将MEMS扫描镜631和激光发射器610分设在衍射波导组件两侧，不会产生杂光影响显示，由于MEMS扫描镜631可水平放置，能大幅缩小反射镜面和入射光栅512之间的距离d，使得系统工作时，扫描投射到入射光栅的区域大幅缩小，提高光线传导一致性，从而大幅提高图像显示质量。另外，由于将MEMS扫描镜631和激光发射器610布置于衍射波导两侧，MEMS扫描镜几乎可以紧贴衍射波导组件放置，使得整个系统结构更紧凑；同时，激光发射器610发射的激光束近乎垂直于MEMS扫描镜631入射，经过MEMS扫描镜631的反射镜面摆动扫描，将光束反射进入入射光栅512中，相比现有倾斜入射到MEMS扫描镜的MEMS衍射波导显示装置(参见图6)，可以允许MEMS扫描镜631的反射镜面扫描时摆动更大的角度(参见图7)，进而实现显示更大的图像。

优选的，本发明中的激光发射器可以由红、绿、蓝三色激光器组成，也可以由单色激光器组成，还可以有其它的组成形式，如红、黄、蓝等。MEMS扫描镜可以是一个二维MEMS扫描镜，也可以是两个一维MEMS扫描镜。两个一维MEMS扫描镜扫描轴互相垂直，以实现光束的二维扫描。

本发明中的衍射波导组件，可以是由入射光栅、转折光栅、出射光栅三个一维光栅(在一个方向上有周期性)组成的形式，也可以是由一个一维入射光栅和一个二维出射光栅(在两个方向上有周期性)组成的衍射波导。

综上可见，本发明实施例的MEMS衍射波导显示装置，结构更紧凑，能提高图像质量以及显示更大的图像。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，包括：

衍射波导显示组件(500)、MEMS扫描镜(631)和激光发射器(610)；其中，

所述MEMS扫描镜(631)与激光发射器(610)分设在所述衍射波导显示组件(500)的两侧组成MEMS激光扫描系统，该MEMS扫描镜(631)与激光发射器(610)的位置与所述衍射波导显示组件(500)的入射光栅(512)位置对应；

所述入射光栅(512)上设有激光入射通孔(518)，所述激光发射器(610)的激光能通过所述激光入射通孔(518)直接入射到所述MEMS扫描镜(631)上；

所述MEMS扫描镜(631)设置在所述衍射波导显示组件(500)的入射光栅(512)上方。

2.根据权利要求1所述的MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，所述MEMS扫描镜(631)水平设置在所述衍射波导显示组件(500)的入射光栅(512)上方。

所述激光发射器(610)设置在所述入射光栅(512)底部的波导基板(501)的底面的下方。

3.根据权利要求1所述的MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，所述激光入射通孔(518)位于所述入射光栅(512)的中心处。

4.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，所述激光入射通孔(518)的直径不小于所述激光发射器(610)发射激光的直径。

5.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，所述激光发射器(610)采用红、绿、蓝三色激光器；或者激光发射器采用单色激光器；

所述MEMS扫描镜(631)采用一个二维MEMS扫描镜，或者，所述MEMS扫描镜采用扫描轴互相垂直的两个一维MEMS扫描镜。

6.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，所述衍射波导显示组件(500)包括：与所述入射光栅(512)间隔设置的转折光栅(514)，以及与所述转折光栅(514)间隔设置的出射光栅(516)。

7.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS衍射波导显示装置，其特征在于，所述衍射波导显示组件(500)包括：与所述入射光栅(512)间隔设置的二维出射光栅。

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