[发明专利]一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备

说明书

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。

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。