CN114624807B - 一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备，基于波分复用及偏振分光的原理，使光纤扫描模组调制出包含至少两组波长不同的子视场图像的混合光束，进而通过偏振态生成器将特定波长的光偏振到耦合状态，并通过耦入单元耦入相应的波导，而波导模组包括多层波导，每层波导被耦入不同波长范围的光，光纤扫描模组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即为待显示图像。本发明以一种全新思路解决近眼显示模组大视场和小型化兼顾的问题。

Description

一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备

本申请是申请号为：2018111666230，发明名称为：“一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备。

背景技术

现有应用于增强现实(Augmented Reality，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±20°。如图3所示的光束传输图，其中，光线1表示-20°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+20°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±20°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±20°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，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，属于硬件堆砌型拼接，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种波导模组、基于波导的显示模组、近眼显示设备。

为了实现上述发明目的，第一方面，本发明实施例提供了一种波导模组，包括：

N组堆叠设置的波导基片，每组波导基片被配置为仅耦入输入光源中的1组光源所调制出的图像光束，每组波导基片包含堆叠且相互独立的多层波导，每层波导中设有耦入单元和耦出单元，每个耦入单元被配置为仅将自身敏感的偏振态的光束耦入波导，并透射其他偏振态的光束；其中，所述输入光源包括N组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，所述N组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射不同波长的光，且每组光源出射的光束的偏振态与耦入单元的敏感偏振态不同，N为大于等于2的整数；

多个偏振态生成器，分别设置在每个耦入单元的入射光光路上，用于透射入射光束，并将入射光束中特定波长的光束的偏振态转换为偏振态生成器对应的耦入单元敏感的偏振态。

可选的，堆叠设置的波导基片中每层波导的耦入单元的敏感偏振态相同。

可选的，若所述输入光源出射的光束具有相同的偏振态，则每层波导的耦入单元的敏感偏振态与所述输入光源出射光束的偏振态正交。

可选的，所述耦入单元为偏振敏感光栅，所述耦出单元为光栅或反射镜阵列。

可选的，每层波导中均设置有中继单元，用于沿与耦出单元的扩瞳方向不共线的方向扩瞳。

可选的，每组波导基片包括三层波导，每层波导对应被耦入不同波长范围的光。

第二方面，本发明实施例一种光纤扫描模组，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，所述输入光源包括N组光源，N为大于等于2的整数，其中：

所述光纤扫描器出射光的偏振态为线性偏振态；

一根扫描光纤对应一路输入光源，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配置不同；

一路所述输入光源包括至少两组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，不同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。

可选的，所述至少两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。

可选的，所述N等于2。

第三方面，本发明实施例提供一种基于波导的显示模组，包括：

图像分割单元，用于将待显示图像分割为N个子视场图像，N为大于等于2的整数；

如第二方面所述的光纤扫描模组，所述光纤扫描模组通过波分复用的方式为一根扫描光纤调制出至少两个子图像的混合光束；所述光纤扫描模组通过一根或多根扫描光纤将所述N个子视场图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含N个子视场图像光束的待显示图像混合光束；

如第一方面所述的波导模组，设置在所述光纤扫描模组的出光光路上，用于接收所述混合光束，通过所述偏振态生成器将特定波长的光束的偏振态转换为相应耦入单元敏感的偏振态，并将转换了偏振态的光束耦入相应的波导；

所述混合光束经各组波导基片的耦出单元耦出后的N个子视场图像对应的出射图像拼接为所述待显示图像。

可选的，当所述光纤扫描模组通过多根扫描光纤将所述N个子视场图像同时调制射出时，多根光纤调制的光束在入射到波导基片前相互拼接。

可选的，每组光源包括R、G、B三种发光单元，每组波导基片包括三层波导，每层波导中耦入单元的入射光光路上的偏振态生成器被配置为仅将所述输入光源中的1组光源中的R、G、B三色光中的一个特定波长的光束的偏振态转换为其对应的耦入单元所敏感的偏振态。

可选的，每组光源包括R、G、B三种发光单元，每组波导基片包括三层波导，每层波导中的耦入单元被配置成仅将入射的R、G、B三色光中自身敏感的偏振态的光束耦入波导并透射其他的光。

第四方面，本发明实施例提供一种近眼显示设备，包括一组或多组如第三方面所述的基于波导的显示模组。

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，本发明提出的波导模组、基于波导的显示模组、近眼显示设备结合了波分复用方式以及偏振态分光方式，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，同时通过偏振态分光方式可精准对不同光线进行分光，避免了光线在波导中的混乱。

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4A为本发明实施例公开的一种光纤扫描模组的结构示意图；

图4B为本发明实施例公开的光纤扫描模组的结构示意图一；

图4C为本发明实施例公开的光纤扫描模组的结构示意图二；

图5为本发明实施例公开的基于波导的显示模组的结构示意图一；

图6为本发明实施例公开的基于波导的显示模组的结构示意图二；

图7A为图6所示的显示模组的堆叠波导的结构示意图一；

图7B为图6所示的显示模组的堆叠波导的结构示意图二；

图8为本发明实施例公开的基于波导的显示模组的结构示意图三。

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。

本发明基于波分复用的思维，提出一系列基于波导的显示模组，及其对应的图像生成模组。

基于波导的显示模组主要包括图像分割单元、光纤扫描模组和波导模组，其中图像分割单元用于将待显示图像分割为N个子视场图像；特殊结构的光纤扫描模组通过波分复用的方式为一根扫描光纤调制出N个子视场图像的混合光束，光纤扫描模组通过一根或多根扫描光纤将N个子视场图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含N个子视场图像光束的待显示图像混合光束，且每组输入光源出射的光束的偏振态与各耦入单元的敏感偏振态均不同；波导模组设置在光纤扫描模组的出光光路上，用于接收混合光束，通过偏振态生成器将特定波长的光束的偏振态转换为相应耦入单元敏感的偏振态，并将转换了偏振态的光束耦入对应的波导；待显示图像混合光束经对应的波导基片的耦出单元耦出后的出射图像拼接为所述待显示图像。

下面，我们将结合附图用若干个实施例组，来介绍本发明方案。

光纤扫描模组实施例：

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；一路所述输入光源包括N组光源，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。

图4A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4A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2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4A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4B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4B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4C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，每组激光光源中RGB三个单色激光器分别发射波长不同的光，且6组激光光源中色彩通道相同的单色激光器分别发射波长不同的光。其他扫描光纤321和331对应的输入光源波长配置方式与扫描光纤311相同。

本发明实施例中，光纤扫描模组出射的光源可以具有相同或不同的偏振态。在实际应用中，同一根扫描光纤出射的光的偏振态通常是一致的，不同扫描光纤出射的光线可能不同。本发明实施例中，主要以输入光源出射的光束具有相同的偏振态为例，本文中将其称为第一偏振。那么，当光纤扫描模组对应多根扫描光纤时，可以分别选择不同的保偏光纤，从而使得每根扫描光纤输出的光的偏振态一致，或者，还可以在光纤光路中或扫描器输出光路上设置一个偏振控制器将出射光调整为相同的偏振态态。

波导模组实施例：

本发明实施例中，波导模组包括N组堆叠设置的波导基片和偏振态生成器。其中，每组波导基片包括多层波导，每层波导包括耦入单元及对应的耦出单元，偏振态生成器设置在耦入单元的入射光路上。波导模组的作用就是将光纤扫描模组产生的混频光束中的各子视场图像分离出来，且耦出拼接为待显示图像即可。

下面对波导模组中具体部件进行具体介绍：

1)N组堆叠设置的波导基片，每组波导基片被设置为仅耦入输入光源中的1组光源所调制出的图像光束，每层波导中耦入单元被配置为仅将自身敏感的偏振态的光束耦入波导，并透射其他光束。该输入光源可以是如图4A-图4C所示的结构，输入光源包括的N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，且输入光源出射的光束的偏振态与各耦入单元的敏感偏振态均不同，N为大于等于2的整数。

本发明实施例中，每组波导基片中波导的耦入单元被配置为偏振敏感光栅，每个耦入单元对应的敏感的偏振态可根据需求设置。在输入光源的光线每层波导的耦入单元仅将具有敏感的偏振态的特定波长的光束耦入该层波导，透射其它波长的光束，并且对其他波长的光的偏振、强度、方向不产生任何影响。例如，如果每组光源包括R、G、B三种发光单元，且发出的光束的波长互不相同，则每组波导基片可均设置有三层耦入单元和三层耦出单元，每组波导基片中的三层耦入单元分别对应耦入R、G、B三种光束。

在实际应用中，波导模组可以设计为不同形态，例如，波导模组可以是包括堆叠设置的多层波导，例如沿垂直方向或水平方向堆叠，每层波导中设置有耦入单元和耦出单元，堆叠的波导彼此之间存在一定的间距，便于耦出光束的拼接。在实际应用中，可以根据实际需求设置波导模组的形态，本实施例对此不做具体限制。

2)偏振态生成器，设置在多层波导中每个耦入单元的入射光光路上，例如偏振态生成器可以贴附在波导上与耦入单元对应的位置，透射入射光束，并将入射光束中特定波长的光束的偏振态转换为耦入单元敏感的偏振态，对其他波长的光的偏振、强度、方向不产生任何影响。

本发明实施例中，可预先配置每个偏振态生成器所作用的特定波长，每组波导基片中的偏振态生成器所作用的特定波长是与1组光源的发光单元出射的波长对应。例如，1组波导基片包括3层波导，即包括3个耦入单元，则每个耦入单元入射光路上的偏振态生成器作用的波长可以是分别对应于R、G、B三种光的波长，如果与该组对应的1组光源中R、G、B三个单色激光器的出射波长分别为650nm、530nm和460nm，则该组波导基片中3个偏振生成器分别作用的特定波长可以是650nm、530nm和460nm，从而在接收到相应特定光束时对其进行偏振态的转换。

同时，还可预先根据耦入单元所敏感的偏转态设置偏振态生成器对应转换的偏转态，以将相应特定波长的光的偏振态转变到耦合状态，每组波导基片中不同耦入单元的敏感偏振态相同。例如，将每个耦入单元敏感的偏振态配置为相同的偏振态，且该相同的偏振态可以与输入光源出射的光束的偏振态不同，甚至，若输入光源出射的光束均为第一偏振态，则每个耦入单元敏感的偏振态相同并可以与第一偏振态正交。

在实际应用中，偏振态生成器可以是已知的偏振态生成器，例如其可以是能使特定波长带的偏振态在两个垂直的偏振态之间转变、同时使其他波长的光不受影响的波片或偏振延迟器；或者，也可以为双折射材料的薄片，例如由聚合物薄膜延迟器(polymer filmretarder)、双折射晶体延迟器(birefringent crystal retarder)、液晶延迟器(liquidcrystal retarder)或者这些的组合来形成。

图5实施例以光纤扫描模组通过一根扫描光纤将N个子视场图像同时调制射出为例，即图5中，图像分割单元将待显示图像分割为N个子视场图像；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个不同子视场图像中的一个子视场图像，即，第一激光光源对应调制第一子视场图像，第二激光光源对应调制第二子视场图像……第N激光光源对应调制第N子视场图像，由此，图5中单根扫描光纤输出的每一个像素点都携带有N个不同子视场图像的像素信息，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，且输入光源出射的光束的偏振态与各耦入单元的敏感偏振态均不同。

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对应耦入一个单色激光器输出光束即可，且该光束的偏振态为对应的波导中耦入单元所敏感的偏振态，便于后续耦入单元根据敏感的偏振态对混合图像光中进行分光，提高分光的精准度。

波导的耦入单元和耦出单元，在本实施例组后续实施例中结合附图6、图7A和7B进行介绍，N个子视场图像光束在各自的波导基片传输后耦出拼接成上述待显示图像。如此，相当于能看到N个视场的图像，拓宽了显示模组的视场角。

另外，假设待显示图像有1000个像素点，按照现有技术方式(即未采用部分复用的时候)，通过一根扫描光纤进行扫描，则该扫描光纤需要扫描1000个像素点；而按照本发明思路将待显示图像分割成N个子视场图像后，假如N个子视场图像具有相同数量的像素点，N个子视场图像光束采用波分复用的方式混合输入到同一扫描光纤中，则这根光纤只需要扫描1000/N个像素点就行了，如此便提高了图像的刷新率。

图6实施例中，以图5中N＝2，且光线扫描器430中输入光源出射的光束具有相同的偏振态(例如第一偏振态)为例，波导模组包括的6层波导对应标号为4511-4516，六层波导对应于六个偏振器生成器，标号为4521-4526，如图6所示的基于波导的显示模组，图中右下角示意了一幅待显示图像S，图像分割单元410将这个待显示图像S分割成第一子视场图像S1和第二子视场图像S2。

图6中第一组激光光源421包括红绿蓝三个单色激光器，其中红光激光器产生R1波长的红光，绿光激光器产生G1波长的绿光，蓝光激光器产生B1波长的蓝光；第二组激光光源422包括红绿蓝三个单色激光器，其中红光激光器产生R2波长的红光，绿光激光器产生G2波长的绿光，蓝光激光器产生B2波长的蓝光。第一组激光光源421用于调制出第一子视场图像S1的像素信息，第二组激光光源422用于调制出第二子视场图像S2的像素信息。第一组激光光源421和第二组激光光源422产生的光束混合输入到光线扫描器430中的同一扫描光纤中。即扫描器430扫描出射含有六个不同波长的图像光R1、B1、G1、R2、B2、G2，其中R1、B1、G1组成第一子视场图像S1，R2、B2、G2组成第二子视场图像S2。

可以理解，假设待显示图像S有120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120个像素点；将待显示图像S分割成第一子视场图像S1和第二子视场图像S2后，假如第一子视场图像S1和第二子视场图像S2均具有60个像素点，第一子视场图像S1和第二子视场图像S2分别通过第一激光光源421和第二激光光源422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60个像素点就行了，如此便提高了图像的刷新率。

光线扫描器430将第一子视场图像S1和第二子视场图像S2的混合光束出射后，经目镜光学系统440等准直器件准直后，即从而射向两组堆叠设置的波导基片，每组波导基片耦入一个子视场图像光束；或者，在准直后射向波导基片前，还可再通过相应的偏振器(图中未示出)将混合光束转换为相同的偏振态(即第一偏振态)，再射向波导基片。

下面，结合图6、图7A、图7B和图8介绍堆叠的波导基片的结构，需要说明的是图图6、图7A、图7B和图8是以两组波导基片为例进行介绍，当波导基片超过两组时，可以类推，本说明书不做过多赘述。

作为一种可选实施方式，图6中，假设每组光源包括R、G、B三种发光单元，则每组波导基片包括三层波导，对应有三个耦入单元和三个耦出单元，每个耦入单元的入射光路上设置有一个偏振态生成器，每个偏振态生成器被配置成将输入光源中的1组光源中的R、G、B三色光中的一个特定波长的光束的偏振态转换为对应的耦入单元的敏感偏振态，每个耦入单元被分别配置成仅将自身敏感的偏振态的光束耦入波导基片，并透射其他光束，使波导实现分光。耦入单元为偏振敏感光栅，耦出单元为光栅(如图7A的耦出结构)或反射镜阵列(如图7B的耦出结构)。

更详细的，如图6，第一组波导基片450包括三层波导：第一波导4511、第二波导4512和第三波导4513，三层波导中对应设置有三个耦入单元：R1耦入单元、G1耦入单元、B1耦入单元，以及三个耦入单元的入射光路处分别设置有：第一偏振态生成器4521，第二偏振态生成器4522和第三偏振态生成器4523，其中，第一偏振态生成器4521被配置成能够将混合光束中R1波长的红光的偏振态转换为第二偏振态的R1，且对其他波长的光的偏振、强度、方向不产生任何影响；第二偏振态生成器4522被配置成能够将混合光束中G1波长的绿光的偏振态转换为第三偏振态的G1，第三偏振态生成器4523用于将混合光束中B1波长的蓝光的偏振态转换为第四偏振态的R1；相应的，与第一偏振态生成器4521对应的R1耦入单元用于将混合光束中第二偏振态的R1光束耦入到第一组波导基片450的第一波导4511中，其他光束透射过R1耦入单元；与第二偏振态生成器4522对应的G1耦入单元用于将混合光束中第三偏振态的G1光束耦入到第一组波导基片450的第二波导4512中，其他光束透射过G1耦入单元；与第三偏振态生成器4523对应的B1耦入单元用于将混合光束中第四偏振态的B1光束耦入到第一组波导基片450的第三波导4513中，其他光束透射过B1耦入单元，从而实现对混合光束的分光。

第二组波导基片460中同样包括三层波导：第四波导4514、第五波导4515和第六波导4516，三层波导对应设置了三个耦入单元：R2耦入单元、G2耦入单元、B2耦入单元，以及三个耦入单元的入射光路上分别设置有：第四偏振态生成器4524，第五偏振态生成器4525和第六偏振态生成器4526。同理，与第一组波导基片工作原理相同，每个偏振态生成器选择入射的混合光束相应的特定波长的光束，转换为对应的耦入单元敏感的偏振度，进而耦入单元将其耦入该层波导，并透射其它光束。这里同一组波导基片中R、G、B耦入单元的层叠顺序可以不限于图中所示的情况，第一组波导基片和第二组波导基片的顺序也不受限于图中所示的情况。

那么，结合图6可知，六个波长的图像光(均为第一偏振态)从第一偏振态生成器4521开始进入波导基片，第一偏振态生成器4521将混合图像光中特定波长的R1的偏振态转换为第二偏振态，并透射转换后的R1及其他波长的光，进而，敏感第二偏振态的耦入单元将第二偏振态的R1耦入第一波导4511，并从R1耦出单元耦出。因此，第一波导4511可对混合图像光进行分光，除去混合图像光中的R1，其他五束图像光将透射过R1耦入单元。继而，第二偏振态生成器4522将接收的混合图像光中特定波长的G1的偏振态转换为第三偏振态，透射转换后的G1及其他波长的光，G1耦入单元被配置成偏振敏感光栅，且只对第三偏振态敏感且将第三偏振态的G1耦入第二波导4512，并从G1耦出单元耦出。除去G1，其他四束图像光则透射过G1耦入单元。后续其它层波导的工作模式相同，此处不再赘述。

同时，第一组波导基片450中设置了三层耦出单元：R1耦出单元、G1耦出单元、B1耦出单元，这三个耦出单元都被配置为耦出对应耦入单元所耦入的光束；第二组波导基片460中设置了三层耦出单元：R2耦出单元、G2耦出单元、B2耦出单元，这三个耦出单元都被同样被配置为耦出对应耦入单元所耦入的光束。所述耦出单元为光栅(如图7A的耦出结构)或反射镜阵列(如图7B的耦出结构)。相邻两组波导基片(例如第一组波导基片450和第二组波导基片460)的耦出单元之间，以及相邻两层波导之间设置一定的距离使得耦出光束能够拼接成原来的待显示图像S。

为了防止显示色彩差别过大，优选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在5nm～30nm之间，以红光激光器为例，第一组激光光源421中的红光激光器产生650nm波长的红光，如果R1耦入单元的线宽为30nm，则可以选择第二组激光光源422中的红光激光器产生635nm波长的红光。即第二组激光光源422中的红光激光器产生红光不会被R1耦入单元对应的偏振态生成器转换偏振态，也就不会被R1耦入单元耦入到第一组波导基片。

优选的，为保证激光光源，如图6中421和422的红光不会进入非既定波导，以及防止偏振态生成器制造时导致的特定波长偏差引起的后续串扰(若421和422发射的红光的波段相隔太近，且制造时特定波长出现偏差，则可能会使421和422发射的红光进入一个波导)，可使421发射的红光波段的左边带和422发射的红光波段的右边带相隔5nm左右或5nm以上。同理，在配置其它色彩通道相同的两个单色激光器的出射光的波长的作法类似，此处不再赘述。

上述实施例中，波导模组均以每组光源只包括R、G、B三种发光单元为例，本领域技术人员应当知晓，当每组光源不仅仅包括R、G、B三种发光单元时，可依据本发明相同原理，对波导模组的耦入单元和耦出单元进行相应数量或参数调整即可。

接下来结合图8介绍光纤扫描模组通过多根扫描光纤将N个子视场图像同时调制射出的实施例。

如图8所示的显示模组，设N＝6，6组波导基片包括18层堆叠设置且独立的波导，波导的入射光处设置有偏振态生成器，图8中未标注，可参考图6中波导模组的结构。图像分割单元将待显示图像分割为6个子视场图像S11、S12、S13、S21、S22、S23。子视场图像S11和子视场图像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；子视场图像S12和子视场图像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；子视场图像S13和子视场图像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，每根光纤所扫描的每个像素点都包含了两个子视场图像的像素信息。

图8中，每组激光光源都包含发出不同波长的三个单色激光器，不同组激光光源中相同颜色通道发射不同波长的光。

例如，激光光源6211中激光器的波长可配置为如下：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；以及，激光光源6212中激光器的波长可配置为如下：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，等等，即只要各组激光光源中激光器发射的光的波长不重复即可。

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，可以理解为，子视场图像S11、S12、S13这三个分别通过激光光源6211、6221和6231中包括的RGB三个单色激光器调制出的子视场图像相互拼接，以及，子视场图像S21、S22、S23这三个分别通过激光光源6212、6222和6232中包括的R GB三个单色激光器所调制出的子视场图像相互拼接。

图8中，堆叠设置的波导基片组包括6组堆叠设置的波导基片，每组波导基片包括3层波导，每层波导中的耦入单元的入射光路上配置有一个偏振态生成器，每组波导基片被配置为只耦入一组光源的输出光束，即子视场图像S11、S12、S13、S21、S22、S23的图像光束通过扫描光纤6210、6220和6230的调制后出射，并经准直系统640后被分别耦入相应的波导基片中，进而波导基片通过耦出单元将子视场图像S11、S12、S13、S21、S22、S23耦出，在人眼处完成视场拼接。

其中波导基片的耦入单元和耦出单元的实施例方式与上述图6相似，这里不再赘述。

本发明实施例中，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。

以及，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一种基于波导的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。

作为一种优选的实施方式，每个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，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。

图像分割单元将待显示图像分割为若干个子视场图像时，相邻子视场图像可以具有或不具有相同图像区域，当相邻子视场图像具有相同图像区域视，相邻子视场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基于波导的显示模组的近眼显示设备。

由于本发明基于波导的显示模组采用了波分复用及偏振分光的方式，在实现同样分辨率同样视场的情况下，扫描光纤数量可减少，有利于近眼显示设备的小型化生产，同时提高分光的精准性，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。

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。

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 (8)

1.一种波导模组，其特征在于，包括：

N组堆叠设置的波导基片，每组波导基片被配置为仅耦入输入光源中的1组光源所调制出的图像光束，每组波导基片包含堆叠且相互独立的多层波导，每层波导中设有耦入单元和耦出单元，每个耦入单元被配置为仅将自身敏感的偏振态的光束耦入波导，并透射其他偏振态的光束；其中，所述输入光源包括N组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，所述N组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射不同波长的光，所述N组光源的光分别对应待显示图像中的一个子视场图像，且每组光源出射的光束的偏振态与耦入单元的敏感偏振态不同，N为大于等于2的整数；

多个偏振态生成器，分别设置在每个耦入单元的入射光光路上，用于透射入射光束，并将入射光束中特定波长的光束的偏振态转换为偏振态生成器对应的耦入单元敏感的偏振态，预先配置每个偏振态生成器所作用的特定波长，每组波导基片中的偏振态生成器所作用的特定波长与一组光源的发光单元出射的波长对应，从而在接收到相应特定光束时对其进行偏振态的转换；

堆叠设置的波导基片中每层波导的耦入单元的敏感偏振态相同；若所述输入光源出射的光束具有相同的偏振态，则每层波导的耦入单元的敏感偏振态与所述输入光源出射光束的偏振态正交；所述耦入单元为偏振敏感光栅，所述耦出单元为光栅或反射镜阵列；

每层波导中均设置有中继单元，用于沿与耦出单元的扩瞳方向不共线的方向扩瞳；每组波导基片包括三层波导，每层波导对应被耦入不同波长范围的光。

2.一种基于波导的显示模组，其特征在于，包括：

图像分割单元，用于将待显示图像分割为N个子视场图像，N为大于等于2的整数；

光纤扫描模组，所述光纤扫描模组通过波分复用的方式为一根扫描光纤调制出至少两个子视场图像的混合光束；所述光纤扫描模组通过一根或多根扫描光纤将所述N个子视场图像同时调制射出，经准直光学系统准直后形成包含N个子视场图像光束的待显示图像混合光束；

如权利要求1中所述的波导模组，设置在所述光纤扫描模组的出光光路上，用于接收所述混合光束，通过所述偏振态生成器将特定波长的光束的偏振态转换为相应耦入单元敏感的偏振态，并将转换了偏振态的光束耦入相应的波导；

所述混合光束经各组波导基片的耦出单元耦出后的N个子视场图像对应的出射图像拼接为所述待显示图像；

所述的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，所述输入光源包括N组光源，N为大于等于2的整数，

所述光纤扫描器出射光的偏振态为线性偏振态；

一根扫描光纤对应一路输入光源，当光纤扫描器包含两根以上扫描光纤时，每根扫描光纤对应的输入光源配置不同；

一路所述输入光源包括至少两组光源，每组光源至少包括R、G、B三种发光单元，不同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。

3.如权利要求2所述的显示模组，其特征在于，当所述光纤扫描模组通过多根扫描光纤将所述N个子视场图像同时调制射出时，多根扫描光纤调制的光束在入射到波导基片前相互拼接。

4.如权利要求3所述的显示模组，其特征在于，每组光源包括R、G、B三种发光单元，每组波导基片包括三层波导，每层波导中耦入单元的入射光光路上的偏振态生成器被配置为仅将所述输入光源中的1组光源中的R、G、B三色光中的一个特定波长的光束的偏振态转换为其对应的耦入单元所敏感的偏振态。

5.如权利要求4所述的显示模组，其特征在于，每组光源包括R、G、B三种发光单元，每组波导基片包括三层波导，每层波导中的耦入单元被配置成仅将入射的R、G、B三色光中自身敏感的偏振态的光束耦入波导并透射其他偏振态的光。

6.如权利要求2所述的显示模组，其特征在于，所述至少两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。

7.如权利要求2所述的显示模组，其特征在于，所述N等于2。

8.一种近眼显示设备，其特征在于，包括一组或多组如权利要求2至7中任一项所述的基于波导的显示模组。