CN109239835A

CN109239835A - 波导、成像扩展模组、光源模组、近眼显示***及设备

Info

Publication number: CN109239835A
Application number: CN201811222780.9A
Authority: CN
Inventors: 周旭东; 宋海涛
Original assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2019-01-18

Abstract

本申请实施例公开了波导、成像扩展模组、光源模组、近眼显示***及设备。光源模组生成包含图像信息的激光光束，并将激光光束输出至成像扩展模组，成像扩展模组包含垂直方向及水平方向的波导，以对由光源模组输出的激光光束进行垂直方向和水平方向上的扩展。通过成像扩展模组对光束的扩展，可以较为有效地增加光束出瞳的范围，解决了出射的光束因视场角不足而导致成像范围较小的缺陷。

Description

波导、成像扩展模组、光源模组、近眼显示***及设备

技术领域

本申请涉及激光扫描显示技术领域，具体涉及波导、成像扩展模组、光源模组、近眼显示***及设备。

背景技术

现如今，随着增强现实(Augmented Reality，AR)、虚拟现实(Virtual Reality，VR)等显示技术的快速发展，诸如头戴式显示器(Head-Mounted Display，HMD)等近眼显示设备也成为显示行业的热点。

现有的近眼显示设备一般通过光学透镜将虚拟图像的光线汇聚到用户的瞳孔中，由于光线出射时的视场角有限，所以对人眼(特别是瞳孔)的位置有较严格的限制。

然而，用户实际使用近眼显示设备的过程中，瞳孔位置有可能发生变化，例如：用户的眼球转动，或者，两个瞳距不同的用户先后使用同一个近眼显示设备，在前述的情况下，用户的瞳孔位置相对于出射光线的位置就会发生一定程度的变化，甚至超出视场角对应的范围，那么，便可能进一步导致出射的光线无法全部进入人眼，造成用户观看到的图像效果不佳甚至无法观看到图像。

发明内容

本申请的目的在于提供一种波导、成像扩展模组、光源模组、近眼显示***及设备，用来解决在近眼显示中设备视场角的问题。

本申请实施例提供一种波导，包括：所述波导内沿光束的传输路径，至少有一处位置的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，以对所述波导内传输的光束进行聚焦，其中，聚焦位置位于所述波导内。

进一步地，当所述传输路径上有多处位置的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布时，任意相邻位置对应的出瞳的间距不大于人眼瞳孔的平均最小直径。

进一步地，所述多处位置的折射率分布相同。

进一步地，在所述波导中光束的聚焦位置设有反透面，所述反透面与光束的传播路径呈预设角度。

本申请实施例还提供一种成像扩展模组，部分或全部采用前述的波导，所述成像扩展模组包括：垂直扩展波导及水平扩展波导，其中，

所述垂直扩展波导内沿纵长方向设有多个倾斜且相互平行的第一反透面；

所述水平扩展波导内设有多路相互平行的光束通路，每一所述光束通路的入射端分别与每一所述第一反透面的出射光路相对，每一所述光束通路中设有至少一个第二反透面。

进一步地，所述垂直扩展波导内的各所述第一反透面等距设置，任一所述第一反透面所反射的光束完全进入对应的所述光束通路，并保持在所述光束通路中传输。

进一步地，当所述水平扩展波导的任一光束通路中设有两个及以上第二反透面时，每一所述光束通路中的各所述反透面相互平行且等距设置，且任一所述第二反透面设置于所述光束通路中光束的聚焦位置。

本申请实施例还提供一种光源模组，与前述的成像扩展模组配合使用，所述光源模组包括：激光器、合束单元、自聚焦透镜及微机电***MEMS扫描镜，其中，

所述激光器产生激光光束输入至所述合束单元，所述合束单元将所述激光器输出的多路激光光束合束为一路激光输出至所述自聚焦透镜，所述自聚焦透镜将合束后出射的激光光束准直成细光束输出至所述MEMS扫描镜以进行扫描输出。

进一步地，所述光源模组还包括：设置于所述MEMS扫描镜出射光路上的准直透镜，所述MEMS扫描镜的扫描中心点位于所述准直透镜的前焦面上，所述准直透镜对所述MEMS扫描镜扫描输出的激光光束进行准直处理。

本申请实施例还提供另一种光源模组，与前述的成像扩展模组配合使用，所述光源模组包括：激光器、合束单元、准直透镜、图像源及分光单元，其中，

所述激光器产生的激光光束经所述合束单元合束输入至所述准直透镜，经所述准直透镜准直成照明光束并输出至所述分光单元；

所述分光单元的第一入射端设置于所述合束单元的出射光路上，所述第一出射端设置于所述图像源的入射光路上，从所述第一出射端出射的激光光束作用于所述图像源，所述图像源对输入的激光光束进行调制后反射至所述分光单元的第二入射端，并从所述分光单元的第二出射端输出。

进一步地，所述光源模组还包括镜组，所述镜组中包括：聚焦镜、光阑及准直镜，其中，

从所述分光单元的所述第二出射端出射的激光光束输入至所述聚焦镜进行聚焦，在聚焦位置设置所述光阑，以滤出高级次光束，再通过所述准直镜进行准直处理后输出。

本申请实施例还提供一种近眼显示***，包括前述的成像扩展模组及光源模组。

本申请实施例还提供一种近眼显示设备，所述近眼显示设备用作增强现实显示设备，至少包括一套前述的近眼显示***，所述近眼显示***中水平扩展波导出射的光束进入人眼，且外界环境光线透过所述水平扩展波导进入人眼。

本申请实施例还提供另一种近眼显示设备，所述近眼显示设备用作虚拟现实显示设备，包括两套前述的近眼显示***，其中第一套近眼显示***中水平扩展波导出射的光束进入左眼，第二套近眼显示***中水平扩展波导出射的光束进入右眼。

采用本申请实施例中的技术方案可以实现以下技术效果：

通过垂直扩展波导和水平扩展波导，使图像源输出的激光光束在垂直方向和水平方向均进行了扩展，从而在显示成像时，从水平扩展波导输出的激光光束的入眼范围在水平和垂直双方向均有效增加，能够有效覆盖近眼显示时人眼所能观察到的范围，解决了出射的光束因视场角不足而导致成像范围较小的缺陷。

并且，成像扩展模组中的任一第二反透面出射的任一束激光光束，对应着图像中的一个像素点，而每一个第二反透面所出射的全部激光光束，对应完整的图像，因此，当人眼转动时，瞳孔在不同的朝向均可观察到完整的图像，不会因为瞳孔的朝向不同只能观察到局部图像。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例提供的一种激光扫描显示原理示意图；

图2是本申请实施例提供的一种近眼显示***的结构示意图；

图3a是本申请实施例提供的一种波导的结构示意图；

图3b、3c是本申请实施例提供的波导出瞳间距的示意图；

图3d是本申请实施例提供的一种在特殊实施例中的波导的结构示意图；

图4a是本申请实施例提供的在部分近眼显示应用场景下波导的结构示意图；

图4b是光束在传统的波导中进行传输的示意图；

图5是本申请实施例提供的第一种光源模组20的具体结构示意图；

图6是本申请实施例提供的第二种光源模组20的具体结构示意图；

图7是本申请实施例提供的第三种光源模组20的具体结构示意图；

图8是本申请实施例提供的成像扩展模组30的具体结构示意图；

图9是本申请实施例提供的激光光束在成像扩展模组30中的传输示意图；

图10是本申请实施例提供的水平扩展波导302的具体结构示意图；

图11是本申请实施例提供的激光光束从成像扩展模组出射的示意图；

图12a是本申请实施例提供的一种近眼显示设备示意图；

图12b是本申请实施例提供的另一种近眼显示设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

为便于理解，首先说明激光扫描成像的基本原理。如图1所示为示意图，图1中包括：激光光源101、扫描模组102及人眼视网膜103。

在显示成像时，激光光源发出的激光经扫描模组输出后，作用于某一像素点上，便实现了对该像素点的扫描，受扫描模组控制，输出的激光光束移动至下一像素点进行扫描。换言之，经扫描模组输出的激光光束将按照一定顺序在每个像素点位置以对应的颜色、灰度或亮度进行点亮。在一帧的时间里，激光光束以足够高的速度遍历每一像素点，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉激光光束在每一像素位置上的移动，而是看见一幅完整的图像(图1中，用户能够看见内容显示为“Hi”的图像)。当然，图1中所示出的内容只是为了简单说明近眼显示中激光扫描成像的基本原理，以便于理解本申请实施例中的技术方案，而不应作为对本申请的限定。

参考图2，为本申请实施例中提供的一种近眼显示***。如图2所示，该近眼显示***包括：光源模组20及成像扩展模组30。其中，

光源模组20生成包含图像信息的激光光束，并将激光光束输出至成像扩展模组30。

成像扩展模组30包含垂直方向及水平方向的波导，以对由光源模组20输出的激光光束进行垂直方向和水平方向上的扩展。输入至成像扩展模组30的激光光束由垂直波导输出至水平波导，再从水平波导上设置的多个出射位置输出。

通过上述成像扩展模组对光束的扩展，可以较为有效地增加光束出瞳的范围，解决了出射的光束因视场角不足而导致成像范围较小的缺陷。

为实现本申请近眼显示***对光束的扩展效果，在本申请实施例中还提供一种波导，应用在近眼显示场景中，其结构可参考图3a。具体地，图3a为波导100沿光束传播方向的截面示意图，波导100内沿光束的传输路径上，至少有一处位置上介质的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，以对波导100内传输的光束进行聚焦，其中，聚焦位置位于波导100内。为了便于直观理解，在图3a中共示出三处满足聚焦透镜折射率分布的位置L_a～c，L_a～c均采用深色表示，由于这三处位置上的介质的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，因此，位置L_a～c上的介质能够起到聚焦透镜的作用，也即，外部光束输入至波导100，光束经过位置L_a，受介质折射率分布的影响，光束在位置f_a发生聚焦，并继续在波导100中传播，类似地，经过位置L_b、L_c的光束同样受到介质折射率分布的影响，在位置f_b、f_c发生聚焦。

在实际应用中，可以使用相应的耦出元件(如：反射镜组、反射波导或其它可改变光束传播方向的光学器件)将沿波导100中传输的光束从波导100中耦出。此时，如果沿光束的传播路径有多处位置上介质的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，那么，任意相邻两处位置对应的出瞳的间距不大于人眼瞳孔的平均最小直径。具体而言，这里所述的出瞳，可认为是光束从波导100出射后所成的像(这里的像并不应仅理解为图像，而应是指光学***中广义范围的像)。参考图3b，假设在位置L_a～c分别对应的焦点位置f_a～c上，经耦出元件作用分别各出射一路光束，由于任一路光束都可成像，所以，相邻两路光束对应的出瞳的距离就如图3a中所示的距离d(即，相邻位置L_a与L_b，L_b与L_c对应的出瞳的间距为d)，显然，如果出瞳的间距d不大于人眼瞳孔平均最小直径，那么，当人眼瞳孔位于各出瞳之间位置时，从波导100出射的光束便可照射至人眼瞳孔中，从而保证了视场不会消失。相反，如果出瞳的间距d大于人眼瞳孔平均最小直径，则当人眼瞳孔位于各出瞳之间位置时，从波导100出射的光束便不能照射至人眼瞳孔中，导致视场消失(即，瞳孔位于出瞳之间的位置时，看不到任何图像)。

参考图3c，在实际应用中，从波导100出射的光束还可能存在一定的视场角，对于此情况，相邻光束的出瞳的间距同样为距离d，该距离d同样不大于人眼瞳孔平均最小直径。

一般性地，在正常用眼的情况下，人眼瞳孔的平均直径的范围为2～5mm，故在本申请的实施例中，出瞳的间距具体可不大于2mm，从而保证了人眼在转动时，也不会出现视场消失的情况。

这里需要说明的是，基于图3b、3c所示，任意相邻位置所对应的出瞳间距，就是光束从波导出射时的出射点的间距。

当然，在满足前述条件的情况下，图3a～3c中，位置L_a和L_b的间距、位置L_b和L_c的间距，均大于位置L_a至f_a、位置L_b至f_b或位置L_c至f_c的距离。当然，各位置的间距可以相同，也可以不同，具体将根据实际应用的需要所设置，这里并不具体限定。

一般性地，在近眼显示场景中，如果沿传输路径有多处位置上介质的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，则各位置上介质的折射率分布相同，以便实现较优的显示效果。

当然，在实际应用中，还可以采用一些较为特殊的波导结构。参考图3b，波导110由波导110a和波导110b共同构成，在波导110a和波导110b之间设有至少一处位置L_d，其折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，入射光束在波导110a中传输一段距离后，通过位置L_d输入至波导110b，光束将在110b内发生聚焦。此时，虽然在波导110a传输的光束在波导110b中发生聚焦，但由于波导110a和波导110b共同构成了波导110，故可认为光束的聚焦位置在波导110中。当然，图3b所示的特殊波导结构并不应理解为对本申请的限定。

参考图4a，作为一种更为贴近本申请近眼显示场景的实施方式，在波导100中光束的聚焦位置设有反透面200，反透面200与光束的传播路径呈预设角度。具体来说，在一种情况下，反透面200可以是在波导100上进行精细切割后形成的斜面，当然，该斜面相对于光束传播路径的倾斜角度可以根据实际应用的需要进行设置，这里并不进行具体限定。在斜面形成后，进一步可在斜面上添加可反可透膜层，从而形成反透面200。

而在另一种情况下，反透面200可以是在波导100中设置具有反透性的介质薄层，从而形成反透面200。

从图4a可见，光束传播至反透面200时，一部分被反透面200反射，从波导100输出；另一部分透过反透面200，继续在波导100中传输。显然，在光束的聚焦位置上设置反透面200，有利于增加光束从波导100出射时的角度。

为了便于直观理解，可参考图4b，图4b中示出了传统波导的传输特点，也即，外部光束输入至波导100’后，可保持其传播路径直线传播，如果在波导100’内设置相应的反透面200’，虽然也可将波导100’中传播的光束反射输出，但正如图4b所示，经反透面200’反射的光束出射的范围较小，光束出射后并不是扩散的，仍保持笔直状态输出，而在图4a中，每个反透面200所反射输出的光束都是扩散式的传播，光束覆盖的面积更大，应用在近眼显示的场景下时，视场角也就更大，有利于近眼显示。

基于前述内容，下面将详细说明上述近眼显示***中各模组的具体结构。

参考图5，为本申请实施例提供的一种光源模组20，包括：激光器201合束单元202及扫描单元203，其中：

激光器201产生激光光束输入至合束单元202。在本申请实施例中，激光器201具体可以是诸如：原子激光器、离子激光器或半导体激光器等激光器。一般性地，可采用红(R)、绿(G)、蓝(B)单色激光器，或者是白色激光器(应理解，白色激光可通过相应的光学器件分离为前述RGB三种单色激光)，当然，具体将根据实际应用的需要选择相应颜色的激光光源，这里不进行具体限制。由激光器201所产生的激光光束通常可能为两束甚至是多束激光，故需要输入至合束单元202进行合束处理。

合束单元202将激光器201输出的多路激光光束合束为一路激光输出至扫描单元203。

作为本申请中的一种可能实施例，扫描单元203具体可以是微机电***(Micro-Elector-Mechanical System，MEMS)扫描镜，实际应用时，可采用二维MEMS扫描镜或两个一维MEMS扫描镜，以实现二维方向的扫描，相应的扫描光束可传输至成像扩展模组30(图3中的箭头表征激光的传播方向)。

参考图6，为本申请实施例提供的另一种光源模组20，具体而言，由激光器201所产生并出射的激光光束可先通过光纤耦合组件204耦合进入光纤后，再以光纤的方式输入至合束单元202。在本申请实施例中，合束单元202具体可以是光纤合束器，能够将前述耦合在光纤中的激光光束合束输出至自聚焦透镜205，自聚焦透镜205将合束后出射的激光准直成细光束输出至扫描单元203(本实施例中的扫描单元203仍为上述实施例中的MEMS扫描镜)。

扫描单元203输出的扫描光束输出至准直透镜206进行准直处理，并传输至成像扩展模组30(图6中的箭头表征激光的传播方向)。

参考图7，为本申请实施例中提供的另一种光源模组20，包括：激光器201、合束单元202、光纤耦合组件204、准直透镜206、驱动器209、图像源210、分光单元211、镜组212，其中，

在驱动器209的作用下，激光器201产生的激光光束经光纤耦合组件204耦合输入至光纤后输出至合束单元202，再经合束单元202合束输出至准直透镜206，经准直透镜206准直成照明光束并输出至分光单元211。分光单元211的第一入射端2111设置于合束单元202的出射光路上，第一出射端2112设置于图像源210的入射光路上。从分光单元211第一出射端2112出射的激光光束作用于图像源210。其中的驱动器209中可包括作用于激光器201的激光器驱动板。

在本申请实施例中，图像源210可以为硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)芯片，驱动器209还可包括LCOS芯片所基于的LCOS驱动板，用以驱动LCOS芯片。而分光单元211可以是分光棱镜，具体可由单个棱镜构成，也可由一对或多个棱镜胶合而成。在一些具体实施例中，分光单元211可采用偏振分光棱镜(Polarization Beam Splitter，PBS)，在此情况下，输入至分光单元211的激光光束可均为S光，经分光单元211分光处理后，激光光束被转向输出至LCOS芯片上进行调制转变为P光，并反射至分光单元211的第二入射端2113，由于PBS自身的特性，P光输入至分光单元211后可从中透过，从而经分光单元211的第二出射端2114输出至镜组212。当然，从图7可知，分光单元211的第一出射端2112和第二入射端2113处于同一侧。

镜组212中可包括聚焦镜2121、光阑2122及准直镜2123。从分光单元211第二出射端2114出射的激光光束输入至聚焦镜2121进行聚焦，在聚焦位置设置光阑2122，滤出高级次光束，再通过准直镜2123进行准直处理后输出至成像扩展模组30。

下面对成像扩展模组进行详细说明，应理解，本申请实施例中的成像扩展模组中将采用前述的波导。具体地：

参考图8，为成像扩展模组30的一种具体结构。从图8中可见，成像扩展模组30包括垂直扩展波导301及水平扩展波导302。垂直扩展波导301的入射端设置于光源模组20的出射光路上，水平扩展波导302的入射端设置于垂直扩展波导301的出射光路上。

在本申请实施例中，垂直扩展波导301可以是长方体、圆柱体或是其他形状的立体结构。垂直扩展波导301可以与水平扩展波导302为一体结构，也可以为分别独立的结构。

在图8中可见，垂直扩展波导301内沿纵长方向设置有若干相互平行的第一反透面3011。本申请实施例中，第一反透面3011的受光表面上添加有可反可透膜层，故第一反透面3011除了具有透光功能外，还具有反射性。各第一反透面3011与垂直扩展波导301的纵长方向呈设定的角度，使得经第一反透面3011反射的激光光束可输入至水平扩展波导302中。

具体地，当激光光束从垂直扩展波导301的入射端输入后，经过首个反透面，有部分激光光束被反射后输出至水平扩展波导302，另一部分激光光束可透过首个反透面照射至第二个反透面上，以此类推，直到激光光束照射至垂直扩展波导301中的最后一个反透面，并被最后一个反透面完全反射输入至水平扩展波导302。

这里需要说明的是，作为本申请中的一种可能方式，垂直扩展波导301中设置的第一反透面3011可以是在垂直扩展波导301上进行精细切割后形成的斜面，进一步可在该斜面上添加可反可透膜层，形成第一反透面3011。

而作为本申请中的另一种可能方式，垂直扩展波导301上设置的第一反透面3011可以是在垂直扩展波导301中增设相应的薄层介质(该薄层介质具有可反可透特性)，形成第一反透面3011。

当然，具体选用上述两种方式中的哪一种，具体还将根据实际应用的需要所确定。并且，上述两种方式还可结合使用，也即，在垂直扩展波导中，一部分第一反透面可由前一种方式形式，一部分第一反透面可由后一种方式形成。这里并不应构成对本申请的限定。

水平扩展波导302中包含多路相互平行的光束通路3021，每一路光束通路3021的入射端分别与垂直扩展波导301中的第一反透面3011的出射光路相对，故由第一反透面3011反射出的激光能够精准输入至相对应的光束通路3021中。优选地，垂直扩展波导301中的任一第一反透面3011所反射的光束可完全进入对应的光束通路3021，并保持在该光束通路3021中传输。换言之，以垂直扩展波导301中的第一个第一反透面3011为例进行说明，该第一反透面3011将以侧边t为固定轴，进行偏转，从而与垂直扩展波导301的纵长方向呈设定的角度，而不会在其他方向上进行倾斜。这里并不应构成对本申请的限定。

此外，在水平扩展波导302的每一路光束通路3021的路径上设置有至少一个第二反透面3022，第二反透面3022同样具有反射性及透光性。类似于前述垂直扩展波导301中的第一反透面3011，每一路光束通路3021中的第二反透面3022与光束通路3021的纵长方向呈设定的角度，故当垂直扩展波导301出射的激光光束输入至光束通路3021后，光束通路3021上的第二反透面3022可将激光光束反射输出至人眼。

与前述垂直扩展波导301中的第一反透面3011相类似，可对水平扩展波导302中的每一路光束通路3021进行精细切割后形成斜面，并进一步可在该斜面上添加可反可透膜层，形成第二反透面3022；又或者，在每一路光束通路3021中设置可反可透的薄层介质，形成第二反透面3022。这里同样不应构成对本申请的限定。

当然，作为本申请中的一种实施例，在图8中，每一路光束通路3021上设置有多个第二反透面3022，那么，当每一路光束通路3021中设有多个第二反透面3022时，多个第二反透面3022相互平行且等距设置。

需要说明的是，在本申请实施例中，水平扩展波导302中的多路光束通路3021可以是在水平扩展波导302上独立设置的通道式结构，也可以是通过光学元件在水平扩展波导302中控制激光光束的传播路径而形成的。

这里重点说明后一种方式：在该方式下，可在水平扩展波导302中设置自聚焦透镜阵列(或者，还可以使用自聚焦透镜阵列构成水平扩展波导302，在此不作具体限定)，以便控制激光光束在水平扩展波导302中传播的路径，从而形成各路光束通路3021。

具体来说，可参考图9，为激光光束在成像扩展模组30中传输的示意图，在图9中，激光光束经垂直扩展波导301中的第一反透面3011反射后输入至水平扩展波导302，此时的激光光束由大量极细光束构成，传播一定距离后，大量极细光束受水平扩展波导302中的自聚焦透镜作用，聚焦在位置L1处。该位置L1设置有第二反透面3022，正如前述，一部分激光光束被该第二反透面3022反射输出，另一部分激光光束透过该第二反透面3022后继续在光束通路3021中传播。从图9中可见，透过该第二反透面3022传输的激光光束从位置L1传播至位置L2的过程中，受自聚焦透镜的作用，准直后又再次聚焦在位置L2处，该位置L2处设置有另一个第二反透面3022，以对激光光束进行分光处理。以此类推，激光光束在自聚焦透镜阵列的作用下，进行周期式的准直、聚焦，直至输入至水平扩展波导302中的激光光束被全部反射输出。

基于上述内容可知，在任一光束通路3021中，第二反透面3022设置于激光光束的聚焦位置(当然，为了便于说明，图9中仅示出3个第二反透面3022，并不应理解为对本申请的限定)。

同时，可以理解地，在同一光束通路3021中存在多个第二反透面3022的情况下，各第二反透面3022的间距通常与激光光束的聚焦位置密切相关，而通过设置自聚焦透镜阵列中各自聚焦透镜自身的折射率、厚度等参数，可在光束通路3021中控制具体的聚焦位置。当然，在光束通路3021中设置多少个聚焦位置，以及各聚焦位置之间的间距，还要具体根据实际应用的需要所确定。在本申请的一种实施例中，光束通路3021中的聚焦位置的数量及间距应使得在成像显示的过程中可以保证用户观看时不会因眼睛转动而丢失图像视野。

参考图10，作为一种可行的方式，水平扩展波导302的每一路光束通路3021上开设有多个出射口3023，每一个出射口3023的位置对应一个第二反透面3022，从而使得由任一第二反透面3022反射的激光光束均可从相应对的出射口3023出射。在本申请实施例中，出射口3023的形状可以是矩形、正方形、圆形或其他不影响光束出射的几何形状，相类似地，出射口3023的尺寸同样应不影响第二反透面3022所反射的激光光束出射。当然，出射口3023的形状、尺寸，具体还将根据实际应用的需要进行设置，这里并不应理解为对本申请的限定。

在实际应用中，可以针对上述第一反透面3011或第二反透面3022设置不同的反射率。例如：以垂直扩展波导301为例，对于其中的多个第一反透面3011而言，可以将第一个反透面的反射率设置为20％，将第二个反透面的反射率设置为25％，将第三个反透面的反射率设置为33％，将第四个反透面的反射率设置为50％，将第五个反透面的反射率设置为100％，由此，5个反透面反射的激光强度均为总光强的20％。可以理解地，从水平扩展波导302的每一个第二反透面3022出射的光束的亮度均匀，以实现较佳的显示效果。

可参考图11，成像扩展模组中由于设有多个第二反透面，使得出射的激光光束可以充分地覆盖人眼的视野范围，那么，无论人眼左右转动还是上下转动，均处于激光光束的覆盖范围内。并且，成像扩展模组中的任一第二反透面出射的任一束激光光束，对应着图像中的一个像素点，而每一个第二反透面所出射的全部激光光束，对应完整的图像，因此，当人眼转动时，瞳孔在不同的朝向均可观察到完整的图像，不会因为瞳孔的朝向不同只能观察到局部图像。

当然，垂直扩展波导301和水平扩展波导302的尺寸通常可根据实际应用的需要所确定，作为本申请实施例中的一种可行方式，水平扩展波导的长度与近眼显示时人眼水平转动所能观察到的范围相匹配，水平扩展波导302的宽度(也即，垂直扩展波导301的长度)与近眼显示时人眼竖直转动所能观察到的范围相匹配。应理解，垂直扩展波导301及水平扩展波导302通常与近眼显示设备的成像镜片的尺寸相匹配。

在实际应用中，本申请实施例所提供的近眼显示***能够应用于诸如AR设备或VR设备等近眼显示设备上。

具体而言，本申请实施例中的近眼显示设备包括至少一套前述内容所述的近眼显示***。

参考图12a，近眼显示设备主要作为增强现实显示设备，此情况下该近眼显示设备中可以仅包含一套近眼显示***S1，该近眼显示***S1中水平扩展波导出射的光线可进入人眼，同时，外界环境光线也可透过水平扩展波导进入人眼，从而使得用户观看到相应的增强现实图像。当然，图12a中示出了近眼显示设备一种可能形式，即，采用一体成型的镜片(即，左右镜片非单独分离)，近眼显示***S1中的水平扩展波导可作为该一体成型的镜片。

参考图12b，近眼显示设备主要作为虚拟现实显示设备，此情况下该近眼显示设备包含两套近眼显示***，其中第一套近眼显示***S3中水平扩展波导出射的光线进入左眼，第二套近眼显示***S5中水平扩展波导出射的光线进入右眼。当然，图12b中示出了近眼显示设备一种可能形式，即，第一套近眼显示***S3中水平扩展波导和第二套近眼显示***S5中水平扩展波导，分别作为近眼显示设备中独立的两个镜片。

一般性地，用户在使用上述近眼显示设备时，可通过镜片观看到相应的AR/VR图像，故基于前述内容可知，近眼显示设备的镜片上设有水平扩展波导，为了保证足够的光线照射范围，可在镜片上对应人眼的位置设置足量的光束通路及第二反透面。这里便不再过多赘述。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备和介质类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可，这里就不再一一赘述。

至此，已经对本主题的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。

当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)***在这两者之间。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种波导，其特征在于，所述波导内沿光束的传输路径，至少有一处位置的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布，以对所述波导内传输的光束进行聚焦，其中，聚焦位置位于所述波导内。

2.如权利要求1所述的波导，其特征在于，当所述传输路径上有多处位置的折射率分布满足聚焦透镜的折射率分布时，任意相邻位置对应的出瞳的间距不大于人眼瞳孔的平均最小直径。

3.如权利要求2所述的波导，其特征在于，所述多处位置的折射率分布相同。

4.如权利要求1-3中任一所述的波导，其特征在于，在所述波导中光束的聚焦位置设有反透面，所述反透面与光束的传播路径呈预设角度。

5.一种成像扩展模组，其特征在于，部分或全部采用前述权利要求1-4中任一权项所述的波导，所述成像扩展模组包括：垂直扩展波导及水平扩展波导，其中，

6.如权利要求5所述的成像扩展模组，其特征在于，所述垂直扩展波导内的各所述第一反透面等距设置，任一所述第一反透面所反射的光束完全进入对应的所述光束通路，并保持在所述光束通路中传输。

7.如权利要求5所述的成像扩展模组，其特征在于，当所述水平扩展波导的任一光束通路中设有两个及以上第二反透面时，每一所述光束通路中的各所述反透面相互平行且等距设置，且任一所述第二反透面设置于所述光束通路中光束的聚焦位置。

8.一种光源模组，其特征在于，与权利要求5-7中任一权项中所述的成像扩展模组配合使用，所述光源模组包括：激光器、合束单元、自聚焦透镜及微机电***MEMS扫描镜，其中，

9.一种光源模组，其特征在于，与权利要求5-7中任一权项中所述的成像扩展模组配合使用，所述光源模组包括：激光器、合束单元、准直透镜、图像源及分光单元，其中，

10.如权利要求9所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组还包括镜组，所述镜组中包括：聚焦镜、光阑及准直镜，其中，

11.一种近眼显示***，其特征在于，包括权利要求5-7中任一权项中所述的成像扩展模组，以及权利要求8-10中任一权项中所述的光源模组。

12.一种近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备作为增强现实显示设备，至少包括一套权利要求11中所述的近眼显示***，所述近眼显示***中水平扩展波导出射的光束进入人眼，且外界环境光线透过所述水平扩展波导进入人眼。

13.一种近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备作为虚拟现实显示设备，包括两套权利要求11中所述的近眼显示***，其中第一套近眼显示***中水平扩展波导出射的光束进入左眼，第二套近眼显示***中水平扩展波导出射的光束进入右眼。