一种衍射波导显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种衍射波导显示装置，包括：MEMS激光扫描组件和渐变式衍射波导组件；其中，渐变式衍射波导组件分别设有入射光栅和出射光栅；MEMS激光扫描组件输出图像反射光束的输出端对应于渐变式衍射波导组件的入射光栅；渐变式衍射波导组件的渐变式出射光栅的出射端对应于观察者的眼睛。该装置采用MEMS激光扫描组件加衍射波导组件的组成形式，能有效降低功耗，以及减小显示装置的体积和重量；(2)衍射波导组件采用渐变光栅作为出射光栅(渐变占空比或渐变深度)，能实现更均匀的光输出；采用特殊面型的凹面反射镜将发散型扫描的MEMS激光转变为汇聚型扫描的光，导入衍射波导。

【技术实现步骤摘要】
一种衍射波导显示装置
本专利技术涉及近眼显示领域，尤其涉及一种衍射波导显示装置。
技术介绍
随着虚拟现实和增强现实技术逐渐被人们认识和接受，近眼显示设备得到了快速发展，如微软的Hololens和MagicLeap公司的MagicLeapOne。增强现实技术中的近眼显示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。利用传统光学元件将虚拟图像耦合进入人眼的方式已经被采用，包括棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。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。由于采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射波导显示组件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明。且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。传统的衍射波导显示装置是以LCOS或DMD为微显示元件，用LED光源作为光源照射微显示元件产生图像光线，图像光线通过中继准直光学系统准直后，耦合进入衍射波导组件，部分光能量衍射出衍射波导组件进入观察者的眼睛，从而被观察者的眼睛感知看到虚拟图像。这种传统的衍射波导显示装置的具体结构如图1所示，其中，微显示器105通常采用LCOS(LiquidCeystalonSilicon)或DMD(DigitalMicromirrorDevice)微显示芯片，LED光源106发出的光通过折光棱镜104照射到微显示器105上，经过微显示器105的调制作用，产生图像，图像光线通过中继准直光学系统103准直后进入衍射波导组件107的入射光栅102，入射光栅102产生的特定级次(通常为±1级)衍射光线的衍射角大于入衍射波导组件107全反射临界角，因此衍射光线会在衍射波导组件107中无损传导。光线传导至衍射波导组件107的出射光栅101时，部分光能量会被衍射出衍射波导组件107而进入观察者的眼睛108，从而被观察者的眼睛108感知看到虚拟图像。但上述传统的衍射波导显示装置由于采用LCOS或DMD等微显示元件与中继准直光学系统的原因，导致其结构复杂，另外，传统的微显示器采用的是传统的几何光学成像原理，为了保证成像清晰度，其中继准直光学系统通常采用复杂的光学镜片组，且通常需要有背光系统，使得其结构复杂，体积和重量较大，不利于实际的使用；并且，所用的LED光源光效较低，限制了虚拟图像的亮度，且衍射波导组件中的入射光栅和出射光栅采用一致的光栅结构，光能量传导的均匀性较差。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种衍射波导显示装置，能有效解决现有衍射波导显示装置存在的结构复杂、紧凑度低、光效低、光能传导不均匀等问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种衍射波导显示装置，包括：MEMS激光扫描组件和渐变式衍射波导组件；其中，所述衍射波导组件分别设有入射光栅和出射光栅；所述MEMS激光扫描组件输出图像反射光束的输出端对应于所述衍射波导组件的入射光栅；所述渐变式衍射波导组件的渐变式出射光栅的出射端对应于观察者的眼睛。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置，其有益效果为：通过采用MEMS激光扫描组件与渐变式衍射波导组件配合形成衍射波导显示装置的组成形式，MEMS激光扫描组件不仅结构紧凑且功耗低，能降低整个显示装置的功耗，减小显示装置的体积和重量；渐变式衍射波导组件采用渐变式出射光栅，进而能实现更均匀的光输出。该显示装置很好的解决了现有衍射波导显示装置存在的结构复杂、紧凑度低、光效低、光能传导不均匀等问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，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为现有技术的衍射波导显示装置的构成示意图；图1中：101-出射光栅；102-入射光栅；103-中继准直光学系统；104-折光棱镜；105-微显示器；106-LED光源；107-衍射波导组件；108-观察者的眼睛；图2A为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的构成示意图；图2B为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置出射光的一种状态示意图；图2C为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置出射光的另一种状态示意图；图2D为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置出射光显示在画面中的示意图；图3为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的MEMS扫描镜的示意图；图4为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的俯视示意图；图5为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的出射光在人眼内成像的示意图；图6为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的渐变占空比光栅的一种形式示意图；图7为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的渐变占空比光栅的另一种形式示意图；图8为图7的俯视示意图；图9为本专利技术实施例提供的衍射波导显示装置的二维MEMS扫描镜的构成示意图；图10为本专利技术实施例提供的折光镜片组的示意图；图2A至图10中：201-反射光束；202-入射光束；203-出射光束；208-观察者的眼睛；210-激光发射器；211-第一颜色的半导体激光器；212-第二颜色的半导体激光器；213-第三颜色的半导体激光器；220-凹面反射镜；230-MEMS扫描镜；231-反射镜面；240-渐变式衍射波导组件；241-入射光栅；242-出射光栅；243-转折光栅；244-基板；250-控制器；301-光栅；302-基板；31-第一MEMS扫描镜；32-第二MEMS扫描镜；33-折光镜片组。具体实施方式下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术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。本专利技术实施例一种衍射波导显示装置，包括：MEMS激光扫描组件和渐变式衍射波导组件；其中，所述渐变式衍射波导组件分别设有入射光栅和出射光栅；所述MEMS激光扫描组件输出图像反射光束的输出端对应于所述渐变式衍射波导组件的入射光栅；所述渐变式衍射波导组件的渐变式出射光栅的出射端对应于观察者的眼睛。上述显示装置中，MEMS激光扫描组件包括：激光发射器、控制器和MEMS扫描镜；其中，所述控制器，与所述激光发射器电气连接，能控制所述激光发射器发出的混合光的颜色和亮度；所述激光发射器的光束照射至所述MEMS扫描镜；所述MEMS扫描镜设有扫描式反射光束输出端，与所述控制器电气连接，能由所述控制器控制进行扫描式反射光束输出。上述MEMS激光扫描组件中，激光发射器内设有能分别发出红、绿、蓝不同颜色光的三种半导体激光器，三种半导体激光器发出的三种颜色的光合并成一束混合光；三种半导体激光器分别与所述控制器电气连接，所述控制器能分别控制各半导体激光器的亮度。上述MEMS激光扫描组件中，激光发射器内设有能分别发出红、黄、蓝不同颜色光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衍射波导显示装置，其特征在于，包括：MEMS激光扫描组件和渐变式衍射波导组件；其中，所述渐变式衍射波导组件分别设有入射光栅和出射光栅；所述MEMS激光扫描组件输出图像反射光束的输出端对应于所述渐变式衍射波导组件的入射光栅；所述渐变式衍射波导组件的渐变式出射光栅的出射端对应于观察者的眼睛。

【技术特征摘要】
1.一种衍射波导显示装置，其特征在于，包括：MEMS激光扫描组件和渐变式衍射波导组件；其中，所述渐变式衍射波导组件分别设有入射光栅和出射光栅；所述MEMS激光扫描组件输出图像反射光束的输出端对应于所述渐变式衍射波导组件的入射光栅；所述渐变式衍射波导组件的渐变式出射光栅的出射端对应于观察者的眼睛。2.根据权利要求1所述的衍射波导显示装置，其特征在于，所述MEMS激光扫描组件包括：激光发射器、控制器和MEMS扫描镜；其中，所述控制器，与所述激光发射器电气连接，能控制所述激光发射器发出的混合光的颜色和亮度；所述激光发射器的光束照射至所述MEMS扫描镜；所述MEMS扫描镜设有扫描式反射光束输出端，与所述控制器电气连接，能由所述控制器控制进行扫描式反射光束输出。3.根据权利要求2所述的衍射波导显示装置，其特征在于，所述激光发射器内设有能分别发出红、绿、蓝不同颜色光的三种半导体激光器，三种半导体激光器发出的三种颜色的光合并成一束混合光；三种半导体激光器分别与所述控制器电气连接，所述控制器能分别控制各半导体激光器的亮度。4.根据权利要求2所述的衍射波导显示装置，其特征在于，所述激光发射器内设有能分别发出红、黄、蓝不同颜色光的三种半导体激光器，三种半导体激光器发出的三种颜色的光合并成一束混合光；三种半导体激光器分别与所述控制器电气连接，所述控制器能分别控制各半导体激光器的亮度。5.根据权利要求2所述的衍射波导显示装置，其特征在于，所述激光发射器采用单色激光器。6.根据权利要求2至5任一项所述的衍射波导显示装置，其特征在于，所述MEMS扫描镜包括：反射镜面、驱动控制器和凹面反射镜；其中，所述反射镜面设在所述驱动控制器上，能放射所述激光发射器发出的出射光束；所述驱动控制器与所述控制器电气连接，能在所述控制器控制下驱动所述反射镜面按照特定的频率沿x轴和y轴高速摆动，使所述反射镜面的反射光束按照一定的轨迹进行扫描；所述凹面反射镜的位置对应于所述反射镜面，能反射所述反射镜面的反射光束形成图像反射光束。7.根据权利要求1至5任一项所述的衍射波导显...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丙杰，史晓刚，
申请(专利权)人：北京枭龙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11