CN113168014A - 影像投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于改善包括扫描镜的影像投影设备的分辨率和/或视角的特征。本技术提供了一种影像投影设备，包括光波导元件和扫描镜，该光波导元件具有激光入射的至少一个入口和激光从其离开的多个出口，扫描镜用于对已经从光波导元件离开的激光进行扫描，被扫描镜扫描过的激光到达投影对象。根据一个实施例，影像投影设备还被提供了全息元件，用于使得被扫描镜扫描过的激光会聚在瞳孔附近并到达视网膜。根据另一个实施例，影像投影设备还被配置为使得被扫描镜扫描过的激光在穿过投影光学***的情况下或者在不穿过投影光学***的情况下到达投影表面。

Description

影像投影设备
技术领域
本技术涉及影像投影设备。更具体地，本技术涉及包括扫描镜的影像投影设备。
背景技术
近年来，关注已经被聚焦在将影像叠加在外部场景上的技术。这种技术也被称为增强现实(AR)技术。向用户提供AR的设备的示例是包括扫描镜的视网膜扫描型影像投影设备。该设备可以包括例如激光源、对激光束进行扫描的扫描镜、以及使被扫描镜扫描过的光束会聚在瞳孔附近的全息图的组合。
扫描镜还用于非视网膜扫描型影像投影设备。例如，在下述专利文献1中，公开了一种投影设备，其具备光源单元和一个扫描单元，该光源单元具有产生激光束的多个光源，该扫描单元将从光源单元的多个光源产生的多个激光束投影到屏幕上，同时该扫描单元反射所述多个激光束并使该多个激光束扫描屏幕，其中，多个光源以在屏幕上使多个光源产生的激光束的扫描光路不同的方式错开设置，利用不同的影像信号对错开的激光束进行调制(权利要求1)。
引文列表
专利文献
专利文献1：WO 2016/203991A
发明内容
本发明所解决的技术问题
如果包括扫描镜的影像投影设备可以具有更高的分辨率和/或更宽的视角，则可以向用户呈现更好的影像。为了提高影像投影设备的分辨率，例如，可以想到的是，提高扫描镜的共振频率，但是这可能降低扫描镜的可靠性。此外，为了加宽影像投影设备的视角，可以想到增大扫描镜的摆动角，但是这也可能降低扫描镜的可靠性。如上所述，影像投影设备的分辨率和视角与扫描镜的可靠性处于折衷关系。因此，影像投影设备的分辨率和/或视角的改进受到扫描镜的性能的限制。
本技术的主要目的是提供一种用于提高包括扫描镜的影像投影设备的分辨率和/或视角的新技术。
问题的解决方案
本技术提供了一种影像投影设备，包括：光波导元件，包括激光束入射的至少一个入射口和该激光束从其出射的多个出射口；以及扫描镜，对从光波导元件出射的激光束进行扫描，其中，使被扫描镜扫描过的激光束到达投影对象。
光波导元件可以包括切换单元，该切换单元切换出射激光束的出射口。
光波导元件可以包括切换单元，该切换单元切换出射激光束的出射口，并且切换单元包括至少一个光开关。
光波导元件可以包括切换单元，该切换单元切换出射激光束的出射口，并且切换单元包括至少一个马赫-曾德尔型光开关。
在本技术中，从多个出射口中的至少一个出射口出射的激光束的扫描线可以与从其它出射口出射的激光束的扫描线错开。
根据本技术的一个优选的实施例，多个出射口可以被布置为使得在从一个出射口出射的激光束的扫描线之间，布置从其他出射口出射的激光束的扫描线。
根据本技术的一个优选的实施例，一个出射口和其他出射口可以被布置为使得连接一个出射口和其他出射口的线垂直于扫描镜的扫描方向。
根据本技术的另一个优选的实施例，多个出射口可以被布置为使得从一个出射口出射的激光束的扫描范围和从其他出射口出射的激光束的扫描范围错开。
在本技术中，可以对于每预定数量的帧切换出射激光束的出射口。
在本技术中，对所出射的激光束进行准直的准直透镜可以被布置在光波导元件和扫描镜之间的光路上。
根据本技术的一个实施例，影像投影设备还可以包括全息元件，全息元件将被扫描镜扫描过的激光束会聚在瞳孔附近，以使得许激光束到达视网膜。
根据本技术的另一个实施例，可以使得被扫描镜扫描过的激光束在没有投影光学***的情况下或通过投影光学***到达投影表面。
附图说明
图1A是根据本技术的影像投影设备的配置示例的示意图。
图1B是用于描述根据本技术的影像投影设备的控制的框图。
图2是示出由根据本技术的影像投影设备绘制的扫描线的示例的图。
图3A是示出根据本技术的影像投影设备中所包括的光波导元件的示例的图。
图3B是示出根据本技术的影像投影设备中所包括的光波导元件的示例的图。
图4是用于说明光波导元件所包括的开关单元的图。
图5是用于描述设置在光波导元件和扫描镜之间的光路上的准直透镜的图。
图6A是示出激光源和光波导元件的配置示例的图。
图6B是示出激光源和光波导元件的配置示例的图。
图6C是示出激光源和光波导元件的配置示例的图。
图7是根据本技术的影像投影设备的配置示例的示意图。
具体实施方式
以下，将描述用于实施本技术的合适模式。注意，以下描述的实施例示出了本技术的典型实施例，并且本技术的范围不限于这些实施例。注意，将按以下顺序描述本技术。
1.本技术的实施例(影像投影设备)
(1)本技术的实施例的描述
(2)本技术的实施例的第一示例(影像投影设备的示例)
(3)本技术的实施例的第二示例(出射口的布置的示例和扫描线的示例)
(4)本技术的实施例的第三示例(影像投影设备的示例)
1.本技术的实施例(影像投影设备)
(1)本技术的实施例的描述
为了配置视网膜扫描型影像投影设备(例如，眼镜型设备)，例如，可以考虑激光源、对激光束进行扫描的扫描镜、以及使被扫描的光束会聚在瞳孔上的全息图的组合。使用全息图使得可以看到外部真实世界而在AR表现方面没有失真，并且外观与佩戴普通眼镜的情况一样自然。
采用这种组合的影像投影设备的分辨率和视角受到扫描镜的性能的限制。即，为了提高分辨率，可以想到的是提高扫描镜的谐振频率。此外，为了增大视角，可以想到增大扫描镜的摆动角。
然而，增加谐振频率和增加摆动角与扫描镜的可靠性处于折衷关系。因此，为了确保可靠性，限制了谐振频率和摆角的增加。
例如，为了使分辨率或视角超过扫描镜的性能，专利文献1公开了使从多个激光源出射的激光束以不重叠的方式进行投影的技术。然而，在将上述专利文献1中公开的技术应用于视网膜扫描型影像投影设备中存在两个问题。第一个问题涉及以高精度(例如，小于1μm的精度)和窄间距(例如，大约几μm的间隔)安装多个激光源。例如，以高精度安装多个激光源在技术上可能是困难的。此外，由于一个激光源通常具有大约几十μm的宽度，因此可能难以以窄间距安装激光源。另一个问题与全息图的衍射角的角度依赖性有关。例如，在使用多个激光源的情况下，各激光源的波长变化使全息图的衍射角变化，这可能使得难以将多个激光束投影在目标位置处。
根据本技术的影像投影设备包括光波导元件和扫描镜，该光波导元件包括激光束入射的至少一个入射口和激光束从其出射的多个出射口，该扫描镜对从光波导元件出射的激光束进行扫描，其中，使被扫描镜扫描过的激光束到达投影对象。即，影像投影设备所包括的光波导元件包括多个出射口，并且扫描镜对从多个出射口出射的激光束进行扫描以允许激光束到达投影对象。
根据本技术，能够使从多个出射口中的一个出射口出射的激光束的扫描线的位置相对于从其他出射口出射的激光束的扫描线的位置错开。利用这种配置，例如，在一组扫描线之间，布置其他组扫描线，使得可以提高投影影像的分辨率。此外，一种扫描线的扫描区域从其他扫描线的扫描区域错开，使得可以改善投影影像的视角。如上所述，本技术的影像投影设备可以提高分辨率和/或增加视角，使其超出由扫描镜的性能确定的分辨率和视角的限制。
此外，能够高精度地控制设置在光波导元件中的多个出射口的布置。在本技术中，多个出射口可以设置在一个光波导元件的一个表面上。多个出射口的位置是固定的。可以高精度地控制位置。因此，本技术的影像投影设备可以高精度地安装多个发光点(出射口)。利用这种配置，还可以以高精度控制由扫描镜绘制的扫描线的位置，这可以导致分辨率的更适当的提高和/或视角的增大。
此外，能够以窄间距布置光波导元件中提供的多个出射口。因此，本技术的影像投影设备可以以窄间距安装多个发光点。这种配置导致影像投影设备的更高分辨率。
此外，如果将本技术应用于影像投影设备，则可以以高精度投影多光束影像，而不受光源的安装精度或全息图的波长依赖性的影响。结果，可以实现超过扫描镜的性能限制的更高分辨率和/或更宽视角。
此外，由于本技术的影像投影设备从例如一个激光源产生多光束，所以可以减少激光源的数量，并且激光源的数量可以是例如一个。因此，本技术的影像投影设备对于由于环境温度的变化而引起的光源偏移或波长偏移的影响是鲁棒的。
光波导元件包括激光束入射的至少一个入射口和激光束出射的多个出射口。光波导元件可以被配置为使得入射在至少一个入射口上的激光束从多个出射口中的任一个出射口出射。由于入射激光束从多个出射口中的任一个出射口出射，所以可以绘制出错开的多种扫描线。
多个出射口的数量可以根据激光束的扫描线的所需数量来选择。例如，多个出射口的数量为二至十个，优选地为二至八个，更优选地为二至六个，并且特别优选地为二至四个。
此外，在本技术中，多个出射口之间的间隔(例如，多个出射口中的任意两个出射口之间的、用于提高分辨率或增加视角的间隔)是例如0.1μm至15μm，优选地0.3μm至10μm，更优选地0.5μm至10μm，并且甚至更优选地1μm至小于10μm。在本技术中，可以使用设置在光波导元件中的多个出射口作为以这样的窄间距的多个发光点。利用这种配置，可以以窄间距出射多个光束，从而导致分辨率和/或视角的增加。
例如，可以根据形成入射到光波导元件上的激光束的激光源的数量来选择至少一个入射口的数量。至少一个入射口的数量例如为一至十个，优选为一至八个，更优选为一至六个，特别优选为一至四个，并且可以特别优选为一、二或三个。
本技术的影像投影设备中所包括的激光源的数目是例如一到十个，优选地一到八个，更优选地一到六个，并且特别优选地一到四个，并且可以特别优选地是一、二或三个。在本技术的影像投影设备中，由于光波导元件设置有作为在多个不同位置处的发光点的出射口，所以激光源的数量可以是一个。
本技术的影像投影设备可以被配置为使得从所述多个出射口中的至少一个出射口出射的激光束的扫描线与从其他出射口出射的激光束的扫描线错开。利用该配置，例如，可以提高由影像投影设备投影的影像的分辨率，或者可以增大影像的视角。
优选的是，光波导元件包括切换单元，该切换单元切换从其出射激光束的出射口。例如，可以通过切换单元控制切换出射口的时机。利用这种配置，可以更适当地提高分辨率和/或增大视角。
在本技术的影像投影设备中，所述至少一个入射光和所述多个出射口可以经由切换单元连接。
切换单元可以包括例如至少一个光开关，并且例如可以包括至少一个马赫-曾德尔型光开关。可以基于例如至少一个入射口、多个出射口和光波导元件中的波导的配置来设置包括在切换单元中的光开关的数量。
例如，在光波导元件包括一个入射口和两个出射口的情况下，光波导元件可以包括一个光开关。这一个光开关可以控制激光束从两个出射口中的出射。此外，在光波导元件包括一个入射口和三个或四个出射口的情况下，光波导元件可以分别包括两个或三个光开关。类似地，两个或三个光学开关可以控制激光束从三个或四个出射口中的哪个出射口出射。
切换单元可以包括例如一到九个、优选地一到七个、更优选地一到五个、特别优选地一到三个光学开关。
例如，一个输入光波导和两个分支波导可以连接到每个光开关。每个光开关可以允许从一个输入光波导传播的激光束传播到两个分支波导中的任一个。
根据本发明的一个优选实施例，多个出射口可以被布置成使得在从一个出射口出射的激光束的扫描线之间，布置从其他出射口出射的激光束的扫描线。根据本实施例，可以提高影像的分辨率。
在本实施方式中，优选的是，所述一个出射口和所述其他出射口被布置成使得连接所述一个出射口和所述其他出射口的线垂直于所述扫描镜的扫描方向。根据该结构，能够容易地将从其他出射口出射的激光束的扫描线配置在从一个出射口出射的激光束的扫描线之间。
例如，在光波导元件包括两个出射口的情况下，两个出射口可以被布置成使得大致在从一个出射口出射的激光束之间的中央处，布置从其他出射口出射的激光束的扫描线。在这种情况下，可以对每预定数量的帧(例如每帧)执行出射口的切换。
此外，在光波导元件包括三个出射口的情况下，可以布置三个出射口，使得从一个出射口出射的激光束的扫描线之间的空间被从另外两个出射口出射的激光束的扫描线分成三个相等部分。即使在这种情况下，可以对每预定数量的帧(例如每帧)执行出射口的切换。更具体地，对于某一帧，可以从第一出射口出射激光束，对于下一帧，可以从第二出射口出射激光束，并且对于下一帧之后的帧，可以从第三出射口出射激光束。然后，这三次出射可以以这个顺序重复。
如上所述，在本技术中，可以每隔预定数量的帧切换从其出射激光束的出射口。
被扫描镜扫描过的激光束所到达的投影对象可以是例如动物(特别是人)的视网膜，或者除了视网膜之外的任何投影表面。在投影对象是视网膜的情况下，例如，全息元件可以用于在视网膜上的投影。在投影对象是任何投影表面的情况下，投影表面包括但不限于例如墙壁、桌子、屏幕等。在这种情况下，以用户识别在投影表面上显示的影像的方式来使用影像投影设备。
根据本技术的一个实施例，影像投影设备还可以包括全息元件，该全息元件使被扫描镜扫描过的激光束会聚在瞳孔附近以允许激光束到达视网膜。将激光束会聚在瞳孔附近使得可以呈现具有所谓的麦克斯韦尔视图的影像。
在本技术中，扫描激光束可以例如会聚在瞳孔上，或者在光轴方向上从瞳孔错开大约几毫米到十几毫米(例如，1毫米到20毫米，特别是2毫米到15毫米)。如在后一种情况下，即使焦点不在瞳孔上，也可以实现麦克斯韦尔视图。在光轴方向上错开焦点使得即使影像错开也能够防止用户丢失影像。更具体地说，衍射的光束可以会聚在瞳孔上、眼内透镜中或角膜表面与瞳孔之间。
根据本技术的另一实施例，影像投影设备可以允许被扫描镜扫描过的激光束在没有投影光学***的情况下或通过投影光学***到达投影表面。即，影像投影设备可以被配置为在任何投影表面上投影影像的投影仪。投影仪可以被配置为例如小型投影仪(也称为微微投影仪)。
(2)本技术的实施例的第一示例(影像投影设备的示例)
根据本技术的一个实施例，影像投影设备还可以包括全息元件，该全息元件使被扫描镜扫描过的激光束会聚在瞳孔附近以使得激光束到达视网膜。全息元件使得视网膜能够直接绘制影像投影。视网膜直接绘制影像投影也称为麦克斯韦尔视图影像投影。
下面将参考图1A和图1B描述根据该实施例的影像投影设备的示例。
图1A示出了根据本技术的影像投影设备100的配置示例。影像投影设备100包括激光源101、光波导元件102、准直透镜103、扫描镜104、中继透镜105和全息元件106。
图1B是用于驱动和控制影像投影设备100的每个组件的框图的示例。影像投影设备100还包括控制单元130、激光驱动器131、光学开关驱动器132和镜驱动器133。
激光源101向光波导元件102输出激光束。激光束可以作为包括例如红色、绿色和蓝色激光束的单个光通量输出。构成光通量的激光束的颜色可以由本领域技术人员根据期望的影像适当地选择，不限于上述三种颜色，并且可以是例如上述三种颜色中的两种或一种。
激光源101可以由图1B中所示的激光驱动器131驱动。激光驱动器131可以例如基于外部输入的影像信号来调制激光源101的输出。
从激光源101出射的激光束从光波导元件102的入射口111入射到光波导元件102。
光波导元件102包括激光束入射在其上的一个入射口111，以及激光束从其出射的两个出射口113-1和113-2。如上所述，本技术的影像投影设备包括光波导元件，该光波导元件包括多个出射口，从入射口入射的激光束从这多个出射口出射。从其出射激光束的多个出射口使得可以利用扫描镜104绘制具有不同扫描位置的多种扫描线，这将在稍后描述。绘制多种扫描线使得可以增加影像的分辨率和/或视角。
例如，可以在光波导元件102的不同位置处提供两个出射口113-1和113-2。例如，两个出射口113-1和113-2可以并排设置在光波导元件102的一个外表面上。
可以根据目的适当地选择布置两个出射口113-1和113-2的方法。下面将在“(3)本技术的实施例的第二示例(出射口的布置的示例和扫描线的示例)”中描述布置方法。
光波导元件102包括输入光波导121、切换单元112以及输出光波导125-1和125-2。此外，光波导元件102可以是在本技术领域中商业上可获得的光波导元件，或者可以通过本技术领域中已知的制造方法来制造。光波导元件102例如可以是石英平面光波导元件。
输入光波导121被配置为将从入射口111入射的激光束引导至切换单元112。
切换单元112切换从入射口111入射的激光束从其出射的出射口。例如，切换单元112将出射激光束的出射口从出射口113-1切换为出射口113-2，或者从出射口113-2切换为出射口113-1。切换单元112将激光束的出射目的地切换为从出射口113-1或113-2出射。通过这样切换出射激光束的出射口，能够绘制上述多种扫描线。
切换单元112包括一个马赫-曾德尔型光开关。如图1A所示，光开关可以包括例如定向耦合器122和124以及连接这两个定向耦合器的两个臂波导123-1和123-2。光开关可以根据臂波导123-1和123-2之间的相位差将激光束被引导到的输出光波导切换到输出光波导(也称为分支波导)125-1或125-2。
将参考图4描述光开关的更具体的配置示例。图4示出如图1A中的切换单元112，其中切换单元112包括定向耦合器122和124以及连接这两个定向耦合器的两个臂波导123-1和123-2。臂波导123-2的相位可以由相位控制单元126控制。相位控制单元126可以是例如加热器，特别是薄膜加热器。通过用加热器对臂波导123-2进行加热，能够控制臂波导123-1与臂波导123-2之间的相位差。
入射到输入光波导121上的激光束被定向耦合器122以1：1的比例分离，并且通过分离获得的光束分别传播到臂波导123-1和123-2。通过分离获得的光束由定向耦合器124组合。当相位控制单元126改变通过分离获得的光束之一的相位时，可以控制通过定向耦合器124的组合获得的光束行进到输出光波导125-1和125-2中的哪个。结果，光开关可以控制从两个出射口113-1和113-2输出/不输出激光束。
相位控制单元126可以由光开关驱动器132控制，例如如图1B所示。例如，光开关驱动器132可以打开或关闭包括在相位控制单元126中的加热器。
作为包括这种光开关的光波导元件，可以使用市场上可买到的光波导元件，或者可以使用通过本技术领域中已知的方法制造的光波导元件。
从其出射激光束的出射口可以由切换单元112每隔预定数量的帧进行切换。例如，可以由切换单元112针对投影影像的每一帧切换出射口。即，从出射口113-1出射激光束和从出射口113-2出射激光束是针对每一帧执行的。或者，可以由切换单元112每两帧或三帧或更多帧切换出射口。
准直透镜103将从光波导元件102的出射口113-1或113-2出射的激光束转换成平行光。出射的激光束可以是发散光。同时，期望投影在眼球107的视网膜上的光是平行光。因此，准直透镜103将激光束转换成平行光，这使得能够进行更优选的影像投影。
下面将参考图5描述准直透镜103的布置的示例。在准直透镜103的焦距为f的情况下，如图5所示，期望从光波导元件102的出射口113-1和113-2到准直透镜103的主点的距离和从准直透镜103的主点到扫描镜104的距离都为f。即，优选地，这两个距离都与准直透镜103的焦距相同。如上所述，在本技术中，准直透镜103可以以远心布置来布置。如上所述设置两个距离，使得从光波导元件102的出射口113-1和113-2出射的多个光束通过准直透镜103变为平行光，并且此外，多个光束的光轴在扫描镜104的反射表面上彼此重合。扫描镜的反射表面通常例如是约Φ1mm，其非常小。因此，如果光轴如上所述彼此重合，则可以防止光束从扫描镜104的反射表面偏离。
扫描镜104对从光波导元件102出射的激光束进行扫描。通过扫描，从激光束形成影像(例如，二维影像)。扫描镜104可由图1B中所示的镜驱动器133驱动。扫描镜104的扫描周期可以与外部输入的视频信号同步。
扫描镜104可以例如是微机电***(MEMS)镜。作为MEMS镜，可以使用市场上可买到的MEMS镜，或者可以使用通过本技术领域中已知的方法制造的MEMS镜。MEMS镜通常可由半导体工艺微制造技术制成。MEMS镜通过共振的约Φ1mm的微小反射镜对光束进行扫描。
此外，扫描镜104可以是能够在双轴方向上操作的扫描镜，或者可以是各自能够在单轴方向上进行扫描的两个扫描镜的组合。利用这种配置，可以投影二维影像。
本领域技术人员可以根据影像投影设备100的形状和/或结构来适当地选择中继透镜105。利用中继透镜105，例如可以使光学***小型化。
全息元件106例如也被称为全息光学元件，并且使被扫描镜104扫描过的激光束会聚在瞳孔附近以使得激光束到达视网膜。全息元件106例如可以是体积全息元件。例如，全息元件106可以衍射具有特定波长和特定入射角的光束，使得光束会聚在瞳孔附近。全息元件106可以具有偏振和透镜特性二者。
如图1A所示，由全息元件106衍射的光束会聚在眼球107的瞳孔附近108，然后照射到视网膜上。即，影像投影设备100可以利用所谓的麦克斯韦尔视图向用户呈现影像。
影像投影设备100可以包括控制单元130，如图1B所示。控制单元130控制影像投影设备100中包括的每个组件以向用户呈现影像。控制单元130可以控制例如上述的激光驱动器131、光开关驱动器132和镜驱动器133。控制单元130可包括例如中央处理单元(CPU)和RAM。任何处理器都可以用作CPU。RAM包括例如高速缓冲存储器和主存储器，并且可以临时存储CPU使用的程序等。
影像投影设备100还可以包括例如用于影像投影的各种部件，诸如盘、通信设备和驱动器。盘可以存储例如各种程序(诸如用于通过影像投影设备100实现影像投影的程序)和各种影像数据。通信设备可以从网络获取例如用于控制影像投影设备100的程序和/或影像数据。驱动器可以读取例如记录在诸如微SD存储卡和SD存储卡的记录介质上的程序和/或影像数据，并将程序和/或影像数据输出到RAM。
影像投影设备100可以配置为例如头戴式显示器(头戴式显示器，下文中也称为HMD)。头戴式显示器可以是例如透射式HMD或非透射式HMD。
透射式HMD可以被配置为例如眼镜型显示器。在这种情况下，全息元件106可以透射来自外部风景的光，并允许光到达眼睛。例如，利用透射式HMD，由影像投影设备100呈现的影像可以叠加在外部景观上，并且可以向用户提供AR。
例如，非透射HMD可以完全覆盖两只眼睛。在这种情况下，来自外部风景的光不会到达眼睛。
(3)本技术的实施例的第二示例(出射口的布置的示例和扫描线的示例)
本技术的影像投影设备中包括的光波导元件包括如上所述的多个出射口。下面将参考图1A和图2描述多个出射口的布置的示例和扫描线的示例。
图1A中所示的光波导元件102的出射口113-1和113-2之间的间隔可以根据要投影的影像来控制。
(3-1)分辨率的提高
为了提高分辨率，如图2的(a)所示，可以在从出射口113-1出射的激光束所绘制的扫描线(实线)之间(优选地在大致中央)，布置从出射口113-2出射的激光束所绘制的扫描线(虚线)。利用这种配置，图2的(a)的垂直方向上的分辨率可以加倍。
例如，为了将后一扫描线近似布置在前一扫描线之间的中央，在前一扫描线的扫描线间隔是θ度的情况下，后一扫描线从前一扫描线错开(N+1/2)θ度。例如，在后一扫描线从前一扫描线错开扫描线间隔的一半以实现上述排列的情况下，N为0。此外，例如，在后一扫描线从前一扫描线错开扫描线间隔的1.5倍以实现上述排列的情况下，N为1。如上所述，“N+1/2”是用于表示后一扫描线从前一扫描线错开多少的数字。N是任意整数。例如，N可以是0到10中的任何一个，优选地是0到5中的任何一个。
如图5所示，当出射口113-1和113-2之间的间隔(即，发光点之间的间隔)为d时，用于实现上述布置的间隔d由下面的等式1使用准直透镜103的焦距f、数字“N+1/2”和扫描线间隔θ来表示。
等式1：d＝2ftan[(N+1/2)θ/2]
例如，在扫描线间隔是0.03度并且f＝5mm的情况下，为了使后一扫描线从前一扫描线错开前一扫描线之间的间隔的一半、(1+1/2)倍或(2+1/2)倍，根据上述等式，间隔d分别是d＝1.3μm、d＝3.9μm或d＝6.5μm。
注意，上述描述基于前一扫描线之间的间隔和后一扫描线之间的间隔相同的前提。
如上所述，两个出射口的间隔d可以根据使从光波导元件出射的激光束准直的准直透镜的焦距f、从两个出射口分别出射的激光束所绘制的两种扫描线的扫描线间隔θ、表示后一扫描线从前一扫描线错开了多少的数字“N+1/2”来设定。
此外，在本技术中，两个出射口之间的间隔d例如为0.1μm至15μm，优选为0.3μm至10μm，更优选为0.5μm至10μm，并且甚至更优选为1μm至小于10μm。在本技术中，可以使用设置在光波导元件中的多个出射口作为这样的窄间距的多个发光点。利用这种配置，可以以窄间距出射多个光束，从而导致分辨率和/或视角的增加。
此外，分辨率也可以用三个出射口增加到三倍。在这种情况下，三个出射口被布置成行，并且在从第一出射口出射的激光束的扫描线(在下文中称为“第一扫描线”)的扫描线间隔是θ度的情况下，从第二出射口出射的激光束的扫描线(在下文中称为“第二扫描线”)可以从第一扫描线错开(N+1/3)θ度，并且从第三出射口出射的激光束的扫描线(在下文中称为“第三扫描线”)可以从第一扫描线错开(M+2/3)θ度。即，这三种扫描线被布置为使得第一扫描线的扫描线间隔被第二扫描线和第三扫描线分成三个相等部分。例如，在三种扫描线以一定间隔排列以错开(N+1/3)θ度的情况下，第三扫描线可以错开(2N+2/3)θ度。这里，如上述两个出射口的情况，“N+1/3”和“M+2/3”的每一个是用于表示第二扫描线或第三扫描线从第一扫描线错开多少的数字。N和M是任意整数，并且可以相同或不同。N和M可以是例如0到10中的任何一个，优选的是0到5中的任何一个。
当第一出射口和第二出射口之间的间隔是d1并且第二出射口和第三出射口之间的间隔是d2时，为了实现这种布置，使用准直透镜的焦距f、数字“N+1/3”和扫描线间隔θ，通过下面的等式2来表示间隔d1和d2。
方程式2：d1＝d2＝ftan[(N+1/3)θ]
如上所述，在本技术中，多个出射口可以被布置成使得在从一个出射口出射的激光束的扫描线之间，布置从其它出射口出射的激光束的扫描线。多个出射口的间隔可以根据使从光波导元件出射的激光束准直的准直透镜的焦距、由从多个出射口分别出射的激光束绘制的多种扫描线的扫描线间隔以及多种扫描线相互错开多少来设定。这里，焦距和扫描线间隔通常是默认值。在这种情况下，为了提高根据本技术的分辨率，可以基于多种扫描线错开多少来设置多个出射口之间的间隔。即，多个出射口之间的间隔可以对应于多种扫描线错开多少。
(3-2)视角的增加
为了增大视角，例如，如图2的(b)和(c)所示，由从出射口113-1出射的激光束绘制出的扫描线(实线)的面积(也称为“扫描范围”)和由从出射口113-2出射的激光束绘制出的扫描线(虚线)的面积可以被布置成错开。图2的(b)是在慢轴方向上增加视角的情况下扫描线的布置的示例。图2的(c)是在快轴方向上增加视角的情况下扫描线的布置的示例。这样，通过使一种扫描线的面积从其它扫描线的面积错开，可以增大视角。
在视角的增加量为Φ度的情况下，出射口113-1和113-2之间的间隔d(即，发光点之间的间隔)由下面的等式3表示。
方程式3：d＝2ftan[Φ/2]
这里，f是准直透镜103的焦距。
例如，为了将视角增大10度，在f＝5mm的情况下，间隔d可以被设置为大约0.9mm。
如上所述，在本技术中，多个出射口可以被布置成使得从一个出射口出射的激光束的扫描范围和从其他出射口出射的激光束的扫描范围错开。多个出射口的间隔可以根据使从光波导元件出射的激光束准直的准直透镜的焦距和视角的增加量来设定。这里，焦距通常是默认值。因此，为了根据本技术增大视角，可以基于视角的增大量来设定多个出射口之间的间隔。也就是说，多个出射口之间的间隔可以与视角的增加量对应。
(3-3)包括三个或更多个出射口的光波导元件的示例
在本技术中，光波导元件可以包括三个或更多个出射口。所有三个或更多个出射口可以用于提高分辨率，所有三个或更多个出射口可以用于提高视角，或者三个或更多个出射口可以用于提高分辨率和增加视角。
下面将参照图3A和图3B描述包括三个或更多个出射口的光波导元件的示例。
(3-3-1)包括三个出射口的光波导元件的示例
图3A所示的光波导元件302具有从激光源301出射的激光束入射的一个入射口311和出射激光束的三个出射口313-1、313-2、313-3。在本技术中，可以使用包括三个出射口的这种光波导元件。例如，所有三个出射口可以用于提高分辨率，所有三个出射口都可以用于提高视角，或者三个出射口的一部分可以用于提高分辨率，而其余部分可以用于提高视角。
例如，三个出射口313-1、313-2和313-3可以设置在光波导元件302的不同位置。例如，三个出射口可以并排设置在光波导元件302的一个外表面上。
可以根据目的适当地选择布置三个出射口的方法。例如，三个出射口可以如以上(3-1)中所述的间隔布置。
光波导元件302包括输入光波导321、切换单元312以及输出光波导324-1、324-2和324-3。
输入光波导321被配置为将从入射口311入射的激光束引导至切换单元312。
切换单元312切换从入射口311入射的激光束从其出射的出射口。例如，切换单元312将出射激光束的出射口从出射口313-1切换为其他出射口中的任一个，或者从出射口313-2切换为其他出射口中的任一个，或者从出射口313-3切换为其他出射口中的任一个。切换单元312切换激光束的输出目的地以从三个出射口中的任一个出射激光束。这样，通过以此方式切换出射激光束的出射口，能够绘制上述多种扫描线。
开关单元312包括两个马赫-曾德尔型光开关322和323。光开关322和323可以与上面参照图1A、图1B和他4描述的光开关相同。控制这两个光开关322和323使得可以切换出射激光束的出射口。
(3-3-2)包括四个出射口的光波导元件的示例
图3B所示的光波导元件352包括从激光源301出射的激光束入射的一个入射口361和出射激光束的四个出射口363-1、363-2、363-3、363-4。在本技术中，可以使用包括四个出射口的这种光波导元件。例如，四个出射口全部可以用于提高分辨率或增加视角，或者四个出射口可以用于提高分辨率和增加视角。
例如，四个出射口363-1、363-2、363-3和363-4可以设置在光波导元件352的不同位置处。可以根据目的适当地选择布置四个出射口的方法。
例如，如图3B所示，四个出射口可以并排设置在光波导元件352的一个外表面上。
所有四个出射口都可以如上面(3-1)中所述用于提高分辨率。例如，在由从四个出射口中的一个出射口出射的激光束绘制的扫描线的一种扫描线间隔中，可以布置由从其它三个出射口出射的激光束绘制的所有扫描线。
或者，例如，可以通过一组出射口363-1和363-2以及一组出射口363-3和363-4分别提高分辨率，并且可以通过这两组二者来增加视角。
或者，四个出射口可以被布置以形成矩形(正方形或矩形)的四个角。例如，四个出射口被分成两组，每组两个，并且构成两组中的每组的两个出射口如以上(3-1)中所述以一定间隔布置。利用这种配置，提高了分辨率。此外，一组和另一组可以如以上(3-2)中所述的以间隔布置。例如，图3B所示的出射口363-3和363-4可以分别相对于出射口363-1和363-2设置在纸面的背面或正面。利用这种配置，视角增大。这样，可以提高分辨率并增大视角。
光波导元件352包括输入光波导371、切换单元362以及输出光波导375-1、375-2、375-3和375-4。
输入光波导371被配置为将从入射口361入射的激光束引导到切换单元362。
切换单元362切换从入射口361入射的激光束从其出射的出射口。例如，切换单元362将出射激光束的出射口从出射口363-1切换为其他出射口中的任一个，将出射激光束的出射口从出射口363-2切换为其他出射口中的任一个，将出射激光束的出射口从出射口363-3切换为其他出射口中的任一个，或者将出射激光束的出射口从出射口363-4切换为其他出射口中的任一个。切换单元362切换激光束的输出目的地，以从3 4个出射口中的任一个出射激光束。这样，通过切换出射激光束的出射口，能够绘制上述多种扫描线。
开关单元362包括三个马赫-曾德尔型光开关372、373和374。这三个光开关可以与上面参照图1A、图1B和图4描述的光开关相同。控制这三个光开关使得可以切换从其出射激光束的出射口。
(3-4)具有多个激光源的配置的示例
根据本技术的影像投影设备可以包括多个激光源。根据本技术的影像投影设备中包括的激光源的数目例如是二到五个，并且优选地是二到四个，并且具体地可以是二到四个。下面将参考图6A、图6B和图6C描述包括多个激光源的影像投影设备中的光波导元件和激光源的一部分的配置示例。
(3-4-1)多个激光束被组合并入射到入射光上的配置的示例
图6A示出了三个激光源601-1、601-2和601-3连接到光波导元件602的示例。激光源601-1、601-2和601-3可以分别是红、蓝和绿色光的激光源。从这些激光源出射的三个激光束由组合单元621组合。组合单元621可以包括例如分色镜和/或偏振分束器。可以根据例如激光源的布置、入射口的位置等适当地设定组合单元621中所包括的部件(例如，二向色镜和/或偏振分束器)的配置。三个激光束由合成单元621合成，并且通过合成获得的激光束然后入射到光波导元件602的入射口611上。从入射口611入射的激光束行进到切换单元612。由于开关单元612的配置与以上参照图1A描述的开关单元112的配置相同，因此将省略其描述。切换单元612切换从出射口633-1和633-2中的哪个出射激光束。
如上所述，本技术的影像投影设备可以包括多个激光源和组合从多个激光源出射的多个激光束的组合单元。通过组合单元的组合获得的激光束可以入射到光波导元件的入射光上。
(3-4-2)在光波导元件中组合多个激光束的配置的示例
图6B示出了三个激光源631-1、631-2和631-3连接到光波导元件632的示例。激光源631-1、631-2和631-3可以分别是红色、蓝色和绿色光的激光源。从激光源631-1、631-2和631-3出射的三个激光束分别入射到光波导元件632的三个入射口641-1、641-2和641-3上。从入射口641-1、641-2和641-3入射的激光束由光波导元件632中的组合单元645组合。然后，通过组合获得的激光束行进至切换单元642。由于切换单元642与参照图1A描述的切换单元112相同，因此将省略对其的描述。切换单元642切换从出射口633-1和633-2中的哪个出射激光束。
如上所述，本技术的影像投影设备可以包括多个激光源和包括多个入射口的光波导元件。光波导元件可以包括组合从多个入射口入射的激光束的组合单元。通过组合单元的组合获得的激光束传播到光波导元件中的切换单元。构成组合单元的波导可以由本领域技术人员适当地设计。
组合单元被设置在光波导元件中，使得切换单元和组合单元被集成在光波导元件中。利用这种配置，可以使设备小型化。此外，由于从一个出射口出射多个激光束，所以可以消除色移。
(3-4-3)在光波导元件中组合多个激光束的配置的另一个示例
图6C示出了三个激光源661-1、661-2和661-3连接到光波导元件662的示例。激光源661-1、661-2和661-3可以分别是红、蓝和绿色光的激光源。从激光源661-1、661-2和661-3出射的三个激光束分别入射到光波导元件662的三个入射口671-1、671-2和671-3上。从入射口671-1、671-2和671-3入射的激光束各自行进到光波导元件662中的切换单元672。切换单元672包括三个光开关681-1、681-2和681-3。由入射口671-1、671-2与671-3入射的激光束分别传播至光开关681-1、681-2与681-3。这些光开关每个都切换从出射口663-1和663-2中的哪个出射激光束。此外，光波导元件662包括组合已经通过这些光开关的激光束的组合单元685。例如，在组合单元685中，所有上述三个激光束可以被组合，并且然后，通过组合获得的激光束可以从出射口663-1或663-2中的任一个出射。或者，上述三个激光束中的两个可以被组合，然后，通过组合获得的激光束可以从出射口663-1(或663-2)出射，而剩余的一个激光束可以从出射口663-2(或663-1)出射。
如上所述，本技术的影像投影设备可以包括多个激光源和包括多个入射口的光波导元件。光波导元件中所包括的切换单元包括多个光开关，并且所述多个光开关可以分别连接到多个入射口。所述多个光开关分别切换从其出射对应的激光束的出射口。
根据该结构，能够利用激光源和光开关对输入视频信号的多个行进行调制，并同时输出。因此，可以无缝地实现更高的分辨率，而无需针对每一帧切换影像。
(4)本技术的实施例的第三示例(影像投影设备的示例)
根据本技术的另一实施例，影像投影设备可以使得被扫描镜扫描过的激光束在没有投影光学***的情况下或通过投影光学***到达投影表面。影像投影设备可以被配置为例如小型投影仪(也称为微型投影仪)。
下面将参考图7描述根据该实施例的影像投影设备的示例。
图7示出了根据本技术的影像投影设备700的配置示例。影像投影设备700包括激光源701、光波导元件702、准直透镜703和扫描镜704。提供光波导元件702、从激光源701出射的激光束入射的入射口711、切换单元712以及从其出射激光束的出射口713-1和713-2。激光源701、光波导元件702、准直透镜703和扫描镜704可以分别与以上参照图1A描述的激光源101、光波导元件102、准直透镜103和扫描镜104相同，并且以上描述也适用于这些部件。因此，将省略对这些部件的描述。
此外，影像投影设备700可以包括控制单元130、激光驱动器13、光学开关驱动器132和镜驱动器133，它们已经在上面参照图1B进行了描述。
扫描镜704对从光波导元件702出射的激光束进行扫描。通过扫描，从激光束形成影像(例如，二维影像)。被扫描镜704扫描过的激光束到达任何投影表面705，并且在投影表面705上显示影像。
影像投影设备700可以被配置为小型投影仪，例如，具有使得投影仪适合在人的手掌中的尺寸的投影仪。具有这种尺寸的小型投影仪也被称为微微投影仪。
影像投影设备700不必包括准直透镜703，但是更优选地包括准直透镜703。
影像投影设备700可以使得被扫描镜704扫描过的激光束在没有投影光学***的情况下到达投影表面705，或者通过投影光学***到达投影表面705。即，影像投影设备700不必在扫描镜704和投影表面705之间的光路上设置有投影光学***，或者可以在光路上设置有投影光学***。投影光学***可以用于例如放大或缩小由扫描镜704形成的影像。投影光学***可以包括例如一个或多个透镜等。投影光学***的配置可以根据期望的影像投影方法适当地选择。
以上“(2)本技术的实施例的第一示例(影像投影设备的示例)”和“(3)本技术的实施例的第二示例(出射口的布置的示例和扫描线的示例)”中描述的说明也适用于本实施例。如说明书所述，影像投影设备700具有与影像投影设备100类似的效果，例如，能够将分辨率和/或视角提高到超过扫描镜的性能。
注意，本技术可以具有以下配置。
(1).一种影像投影设备，包括：
光波导元件，包括激光束入射的至少一个入射口和该激光束从其出射的多个出射口；以及
扫描镜，对从所述光波导元件出射的激光束进行扫描，其中，
使被扫描镜扫描过的激光束到达投影对象。
(2).根据(1)所述的影像投影设备，其中，所述光波导元件包括切换单元，该切换单元切换出射激光束的出射口。
(3).根据(1)所述的影像投影设备，其中，所述光波导元件包括切换单元，所述切换单元切换出射激光束的出射口，并且所述切换单元包括至少一个光开关。
(4).根据(1)所述的影像投影设备，其中，所述光波导元件包括切换单元，所述切换单元切换出射激光束的出射口，并且所述切换单元包括至少一个马赫-曾德尔型光开关。
(5).根据(1)到(4)中的任一项所述的影像投影设备，其中，从所述多个出射口中的至少一个出射口出射的激光束的扫描线与从其它出射口出射的激光束的扫描线错开。
(6).根据(1)到(5)中的任一项所述的影像投影设备，其中，所述多个出射口被布置为使得在从一个出射口出射的激光束的扫描线之间，布置从其他出射口出射的激光束的扫描线。
(7).根据(6)所述的影像投影设备，其中，所述一个出射口和所述其他出射口被布置为使得连接所述一个出射口和所述其他出射口的线垂直于所述扫描镜的扫描方向。
(8).根据(1)到(7)中的任一项所述的影像投影设备，其中，所述多个出射口被布置为使得从一个出射口出射的激光束的扫描范围和从其他出射口出射的激光束的扫描范围错开。
(9).根据(1)到(8)中的任一项所述的影像投影设备，其中，对于每预定数量的帧切换出射激光束的出射口。
(10).根据(1)到(9)中的任一项所述的影像投影设备，其中，对所出射的激光束进行准直的准直透镜被布置在所述光波导元件和所述扫描镜之间的光路上。
(11).根据(1)到(10)中的任一项所述的影像投影设备，还包括全息元件，所述全息元件将被扫描镜扫描过的激光束会聚在瞳孔附近，以使得许所述激光束到达视网膜。
(12).根据(1)到(10)中的任一项所述的影像投影设备，其中，使得被扫描镜扫描过的激光束在没有投影光学***的情况下或通过投影光学***到达投影表面。
附图标记列表
100影像投影设备
101激光源
102光波导元件
103准直器透镜
104扫描镜
105中继透镜
106全息元件

Claims (12)

1.一种影像投影设备，包括：
光波导元件，包括激光束入射的至少一个入射口和该激光束从其出射的多个出射口；以及
扫描镜，对从所述光波导元件出射的激光束进行扫描，其中，
使被扫描镜扫描过的激光束到达投影对象。
2.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，所述光波导元件包括切换单元，该切换单元切换出射激光束的出射口。
3.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，所述光波导元件包括切换单元，所述切换单元切换出射激光束的出射口，并且所述切换单元包括至少一个光开关。
4.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，所述光波导元件包括切换单元，所述切换单元切换出射激光束的出射口，并且所述切换单元包括至少一个马赫-曾德尔型光开关。
5.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，从所述多个出射口中的至少一个出射口出射的激光束的扫描线与从其它出射口出射的激光束的扫描线错开。
6.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，所述多个出射口被布置为使得在从一个出射口出射的激光束的扫描线之间，布置从其他出射口出射的激光束的扫描线。
7.根据权利要求6所述的影像投影设备，其中，所述一个出射口和所述其他出射口被布置为使得连接所述一个出射口和所述其他出射口的线垂直于所述扫描镜的扫描方向。
8.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，所述多个出射口被布置为使得从一个出射口出射的激光束的扫描范围和从其他出射口出射的激光束的扫描范围错开。
9.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，对于每预定数量的帧切换出射激光束的出射口。
10.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，对所出射的激光束进行准直的准直透镜被布置在所述光波导元件和所述扫描镜之间的光路上。
11.根据权利要求1所述的影像投影设备，还包括全息元件，所述全息元件将被扫描镜扫描过的激光束会聚在瞳孔附近，以使得许所述激光束到达视网膜。
12.根据权利要求1所述的影像投影设备，其中，使得被扫描镜扫描过的激光束在没有投影光学***的情况下或通过投影光学***到达投影表面。
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