CN116165803B - 一种波导显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件领域，具体公开一种波导显示系统，包括波导元件；波导元件上的耦出元件；光源组件；驱动组件，用于至少驱动光源组件中的部分结构使得光源组件在不同的位置状态时光源组件向同一扫描方向输出的投影光线入射至波导元件的耦入端的入射方向不同；光源组件在同一位置状态时输出的投影光线经过波导元件传导至耦出元件耦出形成至少一个视点；光源组件处于不同的位置状态时对应的投影光线形成不同的视点。本申请中的光源组件连接驱动组件，驱动光源组件运动至不同的位置状态，使得投影光线成像的视点位置在更大的空间范围内变化，从而增大波导显示系统输出的投影画面的眼盒，提升投影画面的显示效果。

Description

一种波导显示系统

技术领域

本发明涉及光学设备技术领域，特别是涉及一种波导显示系统。

背景技术

LBS（Laser Beam Scanning，激光光束扫描）、LCoS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）、DLP（Digital Light Procession，数字光处理）等显示器在使用激光作为光源时，具有亮度高，体积小等优点，并且由于激光光源的出瞳直径小于人眼瞳孔直径，能够形成视网膜投影显示，使得人眼在一个很大的范围内都能聚焦虚像画面，但也因此使得人眼能观看到虚拟画面的眼盒很小，虚拟显示设备的体验感较差。

传统的扩瞳方式是通过多次耦出或扩大光源的出瞳直径实现的，但如果通过多次耦出的扩瞳方式对上述激光光源输出的投影光线进行扩瞳，投影画面容易出现间隔的暗影，需搭配较薄的波导使用；而薄波导难以加工，机械强度也难以保证，容易变形，在使用中出现重影；而如果直接增大投影光线出瞳直径，又无法形成视网膜投影显示，使得包含上述激光光源的显示器在应用于AR设备中时很可能无法同时看清虚拟内容和外界环境，且在显示3D内容时，容易产生辐辏冲突的问题，引起使用者头晕，视觉疲劳等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种波导显示系统，能够在保持视网膜显示的基础上实现扩瞳，增大了投影画面的眼盒，从而提升波导显示系统的显示效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种波导显示系统，包括波导元件；用于向所述波导元件内输入投影光束的光源组件；用于至少驱动所述光源组件中的部分部件运动的驱动组件；

其中，当所述光源组件被所述驱动组件驱动处于不同的位置状态时，所述光源组件向所述波导元件的耦入端输出投影光束的角度方向不同，使得所述投影光束经过所述波导元件传导并耦出所形成的视点在空间中的位置随所述光源组件被驱动处于不同位置状态而变化。

在本申请的一种可选地实施例中，所述光源组件输出的投影光束在所述波导元件 内以平行光束的方式全反射传输，且满足，其中，2l为所述光源组件在同一位 置状态时所述投影光束入射在所述波导元件的全反射光学界面上的投影截面宽度，θ为所 述投影光束在所述波导元件内全反射传输的全反射角度。

在本申请的一种可选地实施例中，所述光源组件包括光源部件和准直元件；

所述光源部件和所述准直元件中至少一个部件与所述驱动组件相连接，所述驱动组件用于驱动所述光源部件和所述准直元件之间相对运动且保持所述光源部件位于所述准直元件的焦平面上；

或者，所述光源部件和所述准直元件均与所述驱动组件相连接，且所述光源部件位于所述准直元件的焦平面上，所述驱动组件用于驱动所述准直元件和所述光源部件同步相对于所述波导元件的耦入端移动。

在本申请的一种可选地实施例中，所述准直元件为准直透镜或准直反射镜。

在本申请的一种可选地实施例中，所述光源部件包括LBS光源、DMD光机、包含激光光源的LCoS光机或包含激光光源的LCD光机中的任意一种部件。

在本申请的一种可选地实施例中，所述波导元件的耦入端设置有耦入光栅；

或，所述波导元件的耦入端设置有斜面端，其中，所述斜面端的斜面和所述波导元件上对所述投影光线进行全反射的全反射光学界面之间呈设定夹角；

或，所述波导元件的耦入端设置有棱镜。

在本申请的一种可选地实施例中，所述波导元件的耦出端设置有一个耦出光栅，用于对所述光源组件处于不同位置状态时输出的投影光线从所述波导元件中衍射耦出；

或者，所述波导元件的耦出端设置有多个耦出光栅；且各个所述耦出光栅分别用于对所述光源部件处于不同位置状态时输出的投影光线从所述波导元件中衍射耦出。

在本申请的一种可选地实施例中，当所述波导元件的耦出端设置有多个所述耦出光栅；各个所述耦出光栅中至少一组相邻设置的两个所述耦出光栅之间至少部分重合堆叠设置；

或者，各个所述耦出光栅中至少一组相邻设置的两个所述耦出光栅一体成型，且两个所述耦出光栅的中间区域为复用光栅区域。

在本申请的一种可选地实施例中，所述波导元件的耦出端设置有多个耦出光栅；所述光源部件在同一位置状态至少对应的两个耦出光栅，且所述光源组件在同一位置状态对应的每个所述耦出光栅用于对所述光源组件输出的部分投影光线分别进行衍射耦出并各形成一个投影视点。

在本申请的一种可选地实施例中，所述耦出光栅为光敏树脂体全息光栅。

本发明所提供的一种波导显示系统，包括波导元件；用于向波导元件内输入投影光束的光源组件；用于至少驱动光源组件中的部分部件运动的驱动组件；其中，当光源组件被驱动组件驱动处于不同的位置状态时，光源组件向波导元件的耦入端输出投影光束的角度方向不同，使得投影光束经过波导元件传导并耦出所形成的视点在空间中的位置随光源组件被驱动处于不同位置状态而变化。

本申请中为了实现光源组件输出的投影光线的扩瞳，将光源组件连接驱动组件，通过该驱动组件驱动光源组件中至少部分部件运动，使得随着光源组件移动至不同的位置状态时，光源组件输出的投影光束入射至波导元件的入射角也随之不同，相应的，投影光束耦入波导元件内的角度方向也随之变化，进而使得投影光束耦出波导元件后所形成的视点在空间中的位置也相应变化，也即是说投影光束所形成的视点在更大的空间区域中移动变化；利用视觉残留效应，使得人眼在更大的空间区域内各个不同位置均可以接收到投影光线的视点对应的投影画面，即便并没有对投影光线进行扩瞳，但实现了和扩瞳等效的显示效果，也就在一定程度上增大了波导显示系统的眼盒，进而提升波导显示系统的显示效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的波导显示系统的光路结构示意图。

图2为本申请实施例提供的波导显示系统的另一光路结构示意图。

图3为本申请实施例提供的准直元件和光源部件之间的光路示意图。

图4为本申请实施例提供的波导显示系统的再一光路结构示意图。

图5为本申请实施例提供的波导显示系统的又一光路结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，图1为本申请实施例提供的波导显示系统的光路结构示意图；图2为本申请实施例提供的波导显示系统的另一光路结构示意图；图3为本申请实施例提供的准直元件和光源部件之间的光路示意图；图4为本申请实施例提供的波导显示系统的再一光路结构示意图；图5为本申请实施例提供的波导显示系统的又一光路结构示意图。

在本申请的一种具体实施例中，该波导显示系统可以包括：

波导元件10；用于向波导元件10内输入投影光束的光源组件20；用于至少驱动光源组件20中的部分部件运动的驱动组件30；

其中，当光源组件20被驱动组件30驱动处于不同的位置状态时，光源组件20向波导元件10的耦入端输出投影光束的角度方向不同，使得投影光束经过波导元件10传导并耦出所形成的视点在空间中的位置随光源组件20被驱动处于不同位置状态而变化。

参考图1，本实施例中的波导显示系统为光源组件20和波导元件10相互配合工作形成的显示系统。光源组件20用于向波导元件10中输出投影光束，使得投影光束在波导元件10内全反射传输至波导元件10的耦出端，通过波导元件10上的耦出元件11耦出形成视点，人眼在该视点所在位置即可观看的投影画面。但该视点在空间中分布的区域相对较小，若是人眼位置发生移动，偏离了该视点所在空间位置，将导致投影画面不可视，也即波导显示系统的眼盒较小。

为此，本实施例中为了增大波导显示系统的眼盒，将光源组件20和驱动组件30相连接，通过驱动组件30驱动光源组件20运动，使得光源部件21输出的投影光束入射至波导元件10内的入射角度方向均随之变化；相应地，投影光束在波导元件10内的传输路径也必然随之变化，且最终从波导元件10的耦出端耦出所形成的视点在空间中分布位置也就随之发生移动变化。也即是说，随着驱动组件30对光源组件20的驱动，投影光束所形成视点的位置可以在更大的空间区域范围内移动变化。由此，可以适当控制驱动组件30驱动光源组件20的移动频率，利用视觉残留效应，使得投影光束所形成的视点在空间中的移动变化对于人眼而言，相当于在整个移动空间区域内均同时分布有投影光束所形成的视点的显示效果，从而在一定程度上达到等效于对投影光束进行空间上的扩瞳的效果，进而达到增大显示系统眼盒的效果。

在此基础上，本申请中并不需要增大光源组件20输出的投影光束的出瞳直径，避免投影光束所形成的投影画面出现辐辏冲突的问题。由此可见，本申请中所提供的波导显示系统，利用驱动组件30带动光源组件20运动，进而使得光源组件20扫描输出的投影光线经过波导元件10的传导后输出形成的视点随之变化，从而在保持视网膜显示的基础上扩大波导显示系统的眼盒，且避免辐辏冲突的问题，保证投影画面的显示效果。

下面将以具体实施例对波导显示系统的光路结构进行更详细的说明。

在本申请的一种可选地实施例中，光源组件20可以包括：

光源部件21和准直元件22；

驱动组件30与光源部件21和准直元件22中至少一个部件相连接；驱动组件30用于驱动光源部件21和准直元件22之间相对运动且保持光源部件21位于准直元件22的焦平面上；

或者，光源部件21和准直元件22均与驱动组件30相连接，且光源部件21位于准直元件22的焦平面上，驱动组件30用于驱动准直元件22和光源部件21同步相对于波导元件10的耦入端移动。

本实施例中的光源部件21可以是LBS光源、DMD光机、包含激光光源的LCoS光机或包含激光光源的LCD光机中的任意一种部件，对此本申请中不做具体限制。

需要说明的是，对于LBS光源而言，和其他激光光源不同的是，其在输出投影光束时，是依次向各个不同方向依次扫描输出投影光线，而各个不同方向扫描输出的投影光线共同形成投影光束。在实际应用中，当光源组件20中的光源部件21为LBS光源时，驱动组件30在驱动光源组件20中至少部分部件时，LBS光源向每个方向扫描输出的投影光线在耦入到波导元件10内的方向均应当发生变化，并最终使得各个不同方向扫描输出的投影光线共同形成的视点在空间中移动变化。包含有LBS光源的波导显示系统不仅仅同样可以实现等效于扩瞳显示的投影效果，且可以实现投影画面的视网膜显示。

而对于准直元件22而言，可以包括多种不同的光学结构形式。准直元件22主要用于在光源部件21和准直元件22之间相对位置不变的条件下，使得光源部件21输出的投影光束形成平行光束向波导元件10的耦入端入射。

在图1和图2所示的实施例中，是以准直元件22为准直透镜为例示意说明的。光源部件21位于准直元件22的焦平面上；由此当光源组件20和准直元件22之间的相对位置保持不变时，光源组件20输出的投影光束经过准直元件22准直后即可形成平行光束向波导元件10入射；相应地，当光源部件21、准直元件22以及波导元件10之间的相对位置保持不变时，光源部件21输出的投影光束入射到波导元件10内的入射角不变，在波导元件10内的全反射角度大小也就不变，且最终通过波导元件10的耦出端耦出后汇聚形成至少一个视点。

且如图1和图2所示，在波导元件10内全反射传输的平行投影光线经过波导元件10的耦出端的耦出元件11耦出后汇聚形成一个视点；此时该耦出元件11可以采用具有一定的光焦度的元件，例如，可以采用具有一定光焦度的耦出光栅，用于对平行光束的投影光束衍射耦出波导元件10并汇聚形成一个视点。

在此基础上，以图1和图2所示的实施例为例，驱动组件30和准直元件22相连接，由此驱动组件30可以驱动准直元件22相对于光源部件21在二维平面内移动，且在驱动组件30驱动准直元件22的过程中，光源部件21始终位于该准直元件22的焦平面上，也就使得光源部件21输出的投影光束经过该准直元件22后必然形成平行光束。

如图3所示，图3中示出了光源部件21的位置保持不动的条件下，而驱动组件30驱动准直元件22分别位于两个不同的位置状态的情况下，光源部件21向输出的投影光束经过准直元件22后的输出方向整体发生变化。其中，图3中实线准直透镜对应准直元件22的一个位置状态，带箭头的实线表示对应的投影光束经过该位置状态下的准直元件22后的输出方向；而图3中虚线准直透镜对应准直元件22的另一个位置状态，带箭头的虚线则表示投影光束经过该位置状态下的准直元件22后的输出方向。根据图3可以明显看出，随着准直元件22相对于光源部件21移动至不同的位置状态，光源部件21扫描输出的投影光束经过准直元件22输出的方向也相应地发生变化，从而使得投影光束入射至波导元件10的入射角发生变化；相应地，投影光束在波导元件10内的全反射角度也即产生相应变化，而不同全反射角的投影光线入射到波导元件10的耦出端耦出的方向也必然不同，即可使得视点在空间中的位置发生移动变化，从而使得波导显示系统输出的投影画面达到等效于扩瞳的显示效果，增大眼盒。

可以理解的是，当驱动组件30驱动准直元件22在一维方向移动时，则即可实现波导显示系统输出的投影画面达到等效于一维扩瞳的显示效果，而当准直元件22在二维方向移动时，则可以实现波导显示系统输出的投影画面达到等效于二维扩瞳的显示效果。

上述实施例是以光源部件21保持不动，而驱动组件30驱动准直元件22为例进行说明的。但显然光源部件21和准直元件22之间的运动是相对的；因此，也可以按照上述实施例类似的原理，保持准直元件22位置不动，而驱动组件30驱动光源部件21相对于准直元件22运动；也可以是驱动组件30同时驱动光源部件21和准直元件22两个部件同时运动且两者之间相对位置也随之变化，且保持光源部件21始终位于准直元件22的焦平面上，也可以实现光源部件21输出的投影光线入射至波导元件10的入射角的变化，进而实现波导显示系统扩瞳效果，原理和图3所示的光路原理类似，对此本实施例中不再赘述。

除此之外，驱动组件30还可以同时驱动光源部件21和准直元件22同步运动，但两者之间的相对位置保持不变，并且两者共同相对于波导元件10的耦入端的位置发生变化；也即是说以光源部件21和准直元件22作为一个相对位置保持不变的整体同步相对于波导元件10的耦入端运动。例如，可以将光源部件21和准直元件22组成的光源组件整体以波导元件10的耦入端为中心旋转运动，由此也可以使得光源部件21输出的投影光线经过准直元件22后向波导元件10入射的角度方向相应的变化，由此也可以实现波导显示系统输出的投影画面达到等效于扩瞳的显示效果。

基于上述论述，本申请中驱动光源组件20运动至不同的位置状态，可以是光源组件20中的光源部件21或者准直元件22两者中一个位置发生变化所对应的不同的位置状态；还可以是光源部件21和准直元件22两者运动均发生变化且二者相对位置也相应发生变化所对应的不同的位置状态；还可以是光源部件21和准直元件22两者相对位置保持固定不变且共同相对于波导元件10移动的不同位置状态；以上均属于本申请中所指的光源组件20所在的位置状态，对此不再重复赘述。

在图1至图3所示的实施例中，均是以准直元件22为准直透镜为例进行说明的。在本申请的一种可选地实施例中，准直元件22也可以为准直反射镜，如图4所示；该准直反射镜可以采用抛物面反射镜。

当准直元件22为准直反射镜时，可以将光源部件21设置在准直反射镜的焦点上，保证光源部件21向各个不同扫描方向输出的投影光线经过准直反射镜反射后向波导元件10入射的角度方向相同；且驱动组件30可以驱动该准直反射镜以其焦点为中心旋转运动，即可使得光源部件21输出的投影光线经过准直反射镜的反射输出的角度方向随之变化，也即使得投影光线的向波导元件10入射的角度随之变化。

和上述准直元件22为准直透镜的实施例类似，当准直元件22为准直反射镜时，也同样可以驱动光源部件21和准直反射镜中的任意一个运动，或者是驱动光源部件21和准直反射镜两者之间同时相对运动，或者是光源部件21和准直反射镜作为整体共同相对于波导元件10的耦入端运动，也同样可以实现投影光线入射波导元件10的入射角度随驱动运动的位置状态变化而变化，进而实现扩瞳，对此，不再重复赘述。

在上述实施例中均是以光源组件20中包含光源部件21和准直元件22为例进行说明的，相应的光源组件20处于同一个位置状态时，光源组件20向输出的投影光束经过准直元件22后向波导元件10入射的角度相同，也即是形成相互一束平行光在波导元件10内全反射传输。但在实际应用中，要使得光源组件20处于同一个位置状态时，光源部件21向输出的投影光线在波导元件10内形成平行光束进行全反射传输，并不必然在光源部件21的输出端设置类似于准直透镜或者准直反射镜等类型的准直元件22。

例如，可以采用光栅元件对光源部件21输出的投影光线进行衍射，使得投影光线最终在波导元件10内形成平行光束进行全反射传输。例如，可以直接采用具有一定光焦度的光栅元件作为准直元件2，或者是将波导元件10的耦入端设置具有一定光焦度的光栅元件作为耦入光栅等，都可以使得光源组件20处于同一个位置状态时，光源部件21输出的投影光束在波导元件10内以平行光束的形式进行全反射传输。显然，随着驱动组件30驱动光源组件20相对于波导元件10位于不同的位置状态时，该光栅元件对光源部件21输出的投影光束进行耦入衍射的衍射角度方向也应当相应变化，进而也同样可以实现波导显示系统输出的投影画面达到等效于扩瞳的显示效果。

还例如，可以将波导元件10的耦入端上耦入区域设置为曲面耦入端，使得其等效于在波导元件10的耦入端设置了一个和波导元件10一体成型的准直透镜，显然也能够实现本申请的技术方案。

还例如，可以将波导元件10的耦入端上的耦入区域设置为具有反射膜层的曲面耦入端，使得其等效于在波导元件10的耦入端设置了一个和波导元件10一体成型的准直反射镜，同样可以实现本申请的技术方案。

为了进一步地避免投影光线在波导元件10内全反射传输的过程中发生串扰，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：

光源组件20在同一位置状态时光源部件21输出的投影光束在波导元件10内以平行光的形式进行全反射传输，且满足，其中，2l为光源组件20在同一位置状态时光源部件21输出的投影光束所形成的投影光束入射在波导元件10的全反射光学界面上的投影截面宽度，θ为投影光束在波导元件10内全反射传输的全反射角度。

如图1所示，图1中所标出的2l即为本实施例中所指的投影截面宽度。通过限定，可以避免在波导元件10内相互平行的投影光束先后两次入射到波导元件10同一侧全反射光学界面上时存在部分光线投射位置重合的问题，进而避免投影光束的串扰问题。

如上所示，在以上实施例中均是以光源组件20处于同一个位置状态时，光源部件21输出的投影光线在波导元件10内形成平行光束进行全反射传输为例进行说明的。在实际应用中，本申请中也并不必然需要对光源部件21输出的投影光束进行准直，或者说也并不必然要求光源组件20在同一位置状态时，光源部件21输出的投影光束在波导元件10内形成平行投影光束。

可以理解的是，无论光源组件20中是否包含有准直元件22或者是在波导元件10的输入端是否设置有将投影光线调制为平行投影光的光学元件，当驱动组件30驱动光源组件20相对于波导元件10的耦入端相对移动过程中，光源部件21输出的投影光束随着光源组件20的移动运动，其入射至波导元件10的入射角显然也会相应的的变化。由此，只要保证光源组件20在同一位置状态时光源部件21输出的投影光束经过波导元件10传导并耦出后可以形成至少一个视点，而光源部件21在不同位置状态时，光源部件21输出的投影光束形成的视点可以移动至不同的空间位置即可实现本申请的技术方案。对此，可以通过在波导元件10的耦入端和/或耦出端设置进行相应的曝光的耦入光栅和耦出光栅即可，对此本申请中不再详细赘述。

此外，如前所述，本申请中实现波导显示系统输出的投影画面形成等效于扩瞳的显示效果，本质上并没有对投影光束进行扩瞳，而是移动投影光束的传输路径，使得视点在空间中的移动，并利用视觉残留，使得在空间中各个不同位置因视觉残留的视点共同形成等效于扩瞳的显示效果。由此，驱动组件30在实际驱动光源部件或光源部件中的部分部件（例如光源部件21或准直元件22等）时，光源部件或其中部分部件的移动速度应当达到0.02m/s以上。

基于上述论述，本申请中波导元件10的耦入端可以设置有耦入光栅对光源部件21输出的投影光线衍射耦入，但也并不仅限于这一实现方式。例如，该波导元件10的耦入端还可以设置一个和波导元件10上对投影光束进行全反射的光学界面呈设定夹角（具体角度大小可根据实际需要设定）的斜端面；如图1、图2、图4所示的实施例中，均是以波导元件10的耦入端具有斜面端为例进行图示说明的。当然除此之外，还可以在波导元件10的耦入端设置和波导元件10之间一体成型的棱镜，也能够实现投影光束的折射耦入。

如前所述，对于光源组件20而言，其可以包含有准直元件22，也即是说光源组件20在同一位置状态时光源部件21向各个不同的扫描方向输出的投影光线是相互平行的光线；当该波导元件10的耦入端设置有斜面端或者是棱镜，则可以利用棱镜或斜面端将相互平行的投影光束通过折射的方式耦入到波导元件10内，且耦入到波导元件10内的投影光束也同样是以平行光的形式在波导元件10内全反射传输。

当光源组件20中并不包含有准直元件22，该光源组件20输出的投影光线也同样可以通过斜面端或棱镜折射入射至波导元件10内；不同的是，光源组件20处于同一位置状态时光源部件21输出的投影光束在波导元件10内不再以平行光的形式进行全反射传输，而是具有一定的发散角的投影光束。

和上述投影光束以平行光束的形式在波导元件10内全反射的原理类似；当投影光束在波导元件10内以具有一定发散角的非平行光束传输时，随着驱动组件30驱动光源组件20处于不同的位置状态，同样可以使得光源部件21输出的投影光束向波导元件10内入射的角度方向发生变化，相应的投影光束在波导元件10内全反射角度也随之变化，并由此传导至波导元件10的耦出端的角度以及位置均发生变化；而波导元件10的耦出元件11针对光源组件20处于不同位置状态时对应的投影光束分别进行衍射耦出形成在空间上不同位置移动变化的视点，由此同样可以达到等效于扩瞳的显示效果。

为了实现对光源组件20处于各个不同位置状态时对应的投影光束分别进行衍射以耦出波导元件10，可以在波导元件10的耦出端设置耦出光栅。在实际应用中，可以在波导元件10的耦出端设置一个面积相对较大的耦出光栅，该耦出光栅可以对光源组件20分别处于各不用位置输出的投影光束均进行衍射以便从波导元件10内耦出。相对而言，单个耦出光栅对投影光束进行耦出可以在一定程度上增大投影光束耦出的视场角大小。

且需要说明的是，当波导元件10的耦出端仅仅只有一个耦出光栅时，相应地，投影光束在波导元件10内也应当尽可能的按照平行光束的方式传输。

在本申请的另一可选地实施例中，耦出元件11可以包括设置在波导元件10的耦出端的多个耦出光栅；且各个耦出光栅分别用于对光源组件20处于不同位置状态时输出的投影光束进行衍射耦出。

如前所述，光源组件20在同一位置状态时光源部件21输出的投影光线在波导元件10内可以是平行光的形式的进行全反射传输也可以是以非平行光的方式进行全反射传输的。

当光源组件20处于同一位置状态时对应的投影光束在波导元件10内以平行光的形式的进行全反射传输时，光源组件20在各个不同位置状态时对应投影光束在波导元件10内的全反射角度大小不同，也就使得光源组件20在各个不同位置状态对应的投影光束可以入射至波导元件10的全反射光学界面上的不同区域，由此，即可在波导元件10的耦出端不同区域分别设置耦出光栅，以分别用于衍射光源组件20在各个不同位置状态时对应投影光束。

当光源组件20处于同一位置状态时对应的投影光束在波导元件10内以非平行光的形式的进行全反射传输时，光源组件20在各个不同位置状态时对应投影光束在波导元件10内的全反射角度范围区间也应当不同，也同样可以使得光源组件20在各个不同位置状态对应的投影光束可以入射至波导元件10的全反射光学界面上的不同区域，进而利用波导元件10的耦出端不同区域分别耦出光栅分别进行衍射耦出。

此外，考虑到当光源组件20处于同一位置状态时对应的投影光束在波导元件10内以平行光的形式的进行全反射传输时，因为光源组件20处于同一位置状态时投影光束的全反射角度为同一全反射角，为此，在实际应用中，每个耦出光栅可以对一定全反射角度范围内的投影光束进行衍射，也即是说同一个耦出光栅可以对光源组件20处于多个位置状态时对应的投影光束进行衍射；当然，可以理解的是，每个耦出光栅对具有不同全反射角的投影光束的衍射耦出方向是不同的，以保证光源组件20处于多个位置状态时对应的投影光束能衍射耦出形成不同的视点。

另外，可以理解的是，当光源组件20处于同一位置状态时对应的投影光束在波导元件10内以平行光的形式的进行全反射传输时，各个耦出光栅可以采用具有一定光焦度的光栅，以保证耦出元件对以平行光全反射传输的投影光束进行衍射后可以汇聚于同一视点。

在此基础上，本申请中进一步地考虑到光源组件20在同一位置状态时，向各个不同扫描方向输出的投影光束在波导元件10内不论是以平行光还是非平行光的方式传输，光源组件20在不同位置状态对应的投影光束入射到波导元件10耦出端的全反射光学界面的区域都可能存在部分重合，即光源组件20在一个位置状态对应的投影光束和光源组件20在另一个位置状态对应的投影光束入射至波导元件10耦出端的全反射光学界面上的区域至少存在部分重合。为此，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：

各个耦出光栅中至少一组相邻设置的两个耦出光栅之间至少部分重合堆叠设置；

或者，各个耦出光栅中至少一组相邻设置的两个耦出光栅一体成型，且两个耦出光栅的中间区域为复用光栅区域。

可以理解的是，本实施例中相邻设置的两个耦出光栅之间相互重合堆叠设置的区域应当对应于光源组件20在两个不同位置状态对应的投影光束入射至波导元件10耦出端的全反射光学界面上的重合区域。

同理，相邻两个耦出光栅的复用光栅区域也对应于光源组件20在两个不同位置状态输出的投影光束入射至波导元件10耦出端的全反射光学界面上的重合区域，使得该复用光栅区域可以分别对光源组件20在两个不同位置状态输出的投影光束进行衍射耦出并形成两个不同视点，以实现等效于扩瞳的显示效果。

在上述实施例中，针对光源组件20在同一位置状态对应的投影光束经过耦出元件11从波导元件10内衍射耦出，均是形成同一个视点。但在实际应用中，还可以进一步地使得光源组件20在同一位置状态对应的投影光束衍射耦出形成两个或两个以上的视点，从而进一步地提升波导显示系统的扩瞳效果。为此，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：

耦出元件11包括设置在波导元件10的耦出端的多个耦出光栅；光源组件20在同一位置状态至少对应的两个耦出光栅，且光源组件20在同一位置状态对应的每个耦出光栅用于对光源组件20输出的部分投影光束分别进行衍射耦出并各形成一个投影视点。

参考图5，在图5所示的实施例中示出了光源组件20在同一位置状态对应两个耦出光栅，其中第一耦出光栅111和第二耦出光栅112共同对光源组件20在第一个位置状态输出的投影光束进行衍射，图5中以虚线表示，而第三耦出光栅113和第四耦出光栅114则共同对光源组件20在第二个位置状态输出的投影光束进行衍射。

显然，参照图5可知，第一耦出光栅111和第二耦出光栅112分别对光源组件20在第一个位置状态输出的投影光束的一半进行衍射；且图5所示的实施例是以光源组件20在同一位置状态对应的投影光束在波导元件10内以平行光的形式全反射传导为例进行说明的，由此可见，对于第一耦出光栅111和第二耦出光栅112是对具有相同的全反射角的投影光束进行衍射，但衍射的角度不同且分别形成了不同的视点；对于第三耦出光栅113和第四耦出光栅114也具有相同的原理，对此本实施例中不重复赘述。

基于图5所示的实施例可知，对光源组件20在同一位置状态对应设置多个耦出光栅，可以使得光源组件20在这同一位置状态对应的投影光束形成多个视点。例如可以是三个耦出光栅，则每个耦出光栅用于对光源组件20在同一位置状态输出的三分之一的投影光束进行衍射；还例如可以是对应四个耦出光栅，则每个耦出光栅用于对光源组件20在同一位置状态输出的四分之一的投影光束进行衍射。

可以理解的是，图5所对应的实施例是以光源组件20在同一位置状态对应的投影光束在波导元件10内以平行光的形式全反射传导为例进行说明的。而对于光源组件20在同一位置状态对应的投影光束在波导元件10内以非平行光的形式全反射传导的实施例，同样可以按照类似的方式使得光源组件20在同一位置状态对应的投影光束形成多个视点；只要对光源组件20在同一位置状态对应的投影光束入射至波导元件10的耦出端的全反射光学界面区域并排设置至少两个不同的耦出光栅，每个耦出光栅分别将入射到该耦出光栅上的部分投影光束进行衍射耦出并各形成一个视点，即可实现本申请的技术方案，由此利用耦出光栅实现对投影光束的扩瞳输出。

此外，对于上述实施例中的耦出光栅可以采用透射式衍射光栅也可以采用反射式衍射光栅。并且，本申请中的耦出光栅以及上述实施例中的耦入光栅均可以采用光敏树脂体全息光栅，也可以采用其他类型的光栅，对此本申请中不具体限制。

综上所述，本申请中为了实现光源组件的扩瞳，将光源组件连接驱动组件，光源组件被驱动运动至不同的位置状态时向同一扫描方向输出的投影光线入射至波导元件的入射角不同，也即是说，光源组件运动至不同的位置状态时，LBS光源扫描输入波导元件内的投影光线的角度整体发生变化，进而使得投影光线所形成的视点在空间中的位置也随之变化；由此即可使得波导显示系统中随着驱动组件驱动光源组件运动至不同的位置状态，实现投影光线所形成的视点在更大的空间区域移动，并利用视觉残留效果，达到等效于对投影光线进行空间上扩瞳的显示效果，从而增大波导显示系统输出的投影画面的眼盒，提升显示效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及具体实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种波导显示系统，其特征在于，包括波导元件；用于向所述波导元件内输入投影光束的光源组件；用于至少驱动所述光源组件中的部分部件运动的驱动组件；

其中，当所述光源组件被所述驱动组件驱动处于不同的位置状态时，所述光源组件向所述波导元件的耦入端输出投影光束的角度方向不同，使得所述投影光束经过所述波导元件传导并耦出所形成的视点在空间中的位置随所述光源组件被驱动处于不同位置状态而变化；且所述驱动组件按照设定移动频率驱动所述光源组件中至少部分部件，以便所述视点在空间中不同位置形成视觉残留效应；

所述光源组件中的光源部件包括LBS光源、DMD光机、包含激光光源的LCoS光机或包含激光光源的LCD光机中的任意一种部件；

所述光源组件包括光源部件和准直元件；

所述光源部件和所述准直元件中至少一个部件与所述驱动组件相连接，所述驱动组件用于驱动所述光源部件和所述准直元件之间相对运动且保持所述光源部件位于所述准直元件的焦平面上；

或者，所述光源部件和所述准直元件均与所述驱动组件相连接，且所述光源部件位于所述准直元件的焦平面上，所述驱动组件用于驱动所述准直元件和所述光源部件同步相对于所述波导元件的耦入端移动；

所述波导元件的耦出端设置有多个耦出光栅；所述光源组件在同一位置状态至少对应的两个所述耦出光栅，且所述光源组件在同一位置状态对应的每个所述耦出光栅用于对所述光源组件输出的部分投影光线分别进行衍射耦出并各形成一个视点。

2.如权利要求1所述的波导显示系统，其特征在于，所述光源组件输出的投影光束在所述波导元件内以平行光束的方式全反射传输，且满足l≤d*tanθ，其中，2l为所述光源组件在同一位置状态时所述投影光束入射在所述波导元件的全反射光学界面上的投影截面宽度，θ为所述投影光束在所述波导元件内全反射传输的全反射角度，d为所述波导元件的厚度。

3.如权利要求1所述的波导显示系统，其特征在于，所述准直元件为准直透镜或准直反射镜。

4.如权利要求1或2所述的波导显示系统，其特征在于，所述波导元件的耦入端设置有耦入光栅；

或，所述波导元件的耦入端设置有斜面端，其中，所述斜面端的斜面和所述波导元件上对所述投影光线进行全反射的全反射光学界面之间呈设定夹角；

或，所述波导元件的耦入端设置有棱镜。

5.如权利要求1所述的波导显示系统，其特征在于，

各个所述耦出光栅中至少一组相邻设置的两个所述耦出光栅之间至少部分重合堆叠设置；

或者，各个所述耦出光栅中至少一组相邻设置的两个所述耦出光栅一体成型，且两个所述耦出光栅的中间区域为复用光栅区域。

6.如权利要求1或2所述的波导显示系统，其特征在于，所述耦出光栅为光敏树脂体全息光栅。