一种投影显示模组及投影显示设备的制作方法

本发明涉及图像显示领域，尤其涉及一种投影显示模组及投影显示设备。

背景技术：

光纤扫描技术是一种利用致动器控制光纤摆动从而出射光线照亮一个面的技术，该技术主要用在光纤扫描显示(fsd，fiberscanningdisplay)设备和光纤扫描内窥镜(fse，fiberscanningendoscope)中，具有扫描器体积小、成本低、亮度高等优势。

在fsd中，现有技术均需要采用投影物镜的来对扫描图像进行成像放大，但由于扫描器扫描轨迹以及出光角度复杂，对于透镜的设计要求较高，设计难度较大。且由于批量制造光纤扫描器时会存在各种各样的制造误差，使得每一个光纤扫描器的各项参数有可能不同，即光纤扫描器本身的一致性不好保证，从而使得根据固定参数设计的透镜批量生产后与部分光纤扫描器不适配，造成组装后产品质量不可控。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种投影显示模组及投影显示设备，可有效规避投影物镜设计难度高，与其他器件因制程误差造成的不适配问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种投影显示模组，包括：光纤和致动器；光纤固定在致动器上，一端超出致动器形成光纤悬臂，另一端耦接光源；所述光纤靠近出光端的一段光纤为渐变折射率grin光纤或整段光纤为渐变折射率grin光纤；光源出射的调制光耦入光纤，经光纤悬臂出光端出射形成准直光束后，直接作为投影显示图像光。

优选的，当光源为单一波长时，grin光纤的长度l＝n*p/4,其中，n为大于等于1的奇数，p为该波长光在grin光纤中的节距。

优选的，当光源包括多种波长光时，grin光纤的长度l＝n*po/4,其中，n为大于等于1的奇数，po为多种波长光在grin光纤中节距的公倍数。

进一步的，所述光源包括r、g、b三色激光调制器，所述po为r、g、b三种光在所述grin光纤中节距的公倍数。

优选的，当光源包括多种波长光时，grin光纤的长度l＝p1/4+kp1，其中,p1为其中一种波长在grin光纤中的节距，k为大于等于0的整数。

进一步的，耦入所述grin光纤的光源在耦入grin光纤前进行反向色差补偿，以匹配所述grin光纤色差。

优选的，所述光纤的数值孔径小于等于0.1。

相应的，本发明还公开了一种投影显示设备，包括至少一组上述的任一种光纤扫描器。

优选的，所述投影显示设备为头戴式增强现实显示设备或头戴式虚拟现实显示设备。

优选的，所投影显示设备为投影仪或投影电视。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过光纤结构设计，将靠近出光端的光纤设计为grin光纤，使光纤悬臂直接出射准直光束，取消光纤扫描器的投影物镜，直接将光纤悬臂出光端出射的光作为投影显示图像光，一方面简化了系统结构，规避了投影物镜设计难度大、与其他器件因制程误差造成的不适配等问题，为投影显示模组提出了一种新思路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例光纤扫描器结构示意图；

图2为不同节距自聚集透镜中广的传播轨迹。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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作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。

本发明实施例所述的投影显示模组，也称为光纤扫描显示模组或光纤扫描器。

参见图1，为本发明实施例投影显示模组结构示意图，包括：光纤和致动器；光纤固定在致动器上，一端超出致动器形成光纤悬臂，另一端耦接光源；所述光纤靠近出光端的一段光纤为渐变折射率grin光纤或整段光纤为渐变折射率grin光纤(自聚集光纤)；投影显示模组工作时，致动器带动光纤悬臂在空间中振动扫描，光源出射的调制光耦入光纤，经光纤悬臂出光端出射形成准直光束后，直接作为投影显示图像光。

其中，光纤和制动器可以封装在一个外壳内形成封装模组，当然也可以作为裸功能模组安装到特定仪器壳体内。

图1示意的是光纤2和致动器3封装在客体1内的一种实施方式，其中21为光纤悬臂，11为致动器支架，光纤2左端耦接光源。

在本发明实施例中，grin光纤的具体长度可以根据入射光入射角度、需要的出射光角度与入射光在grin光纤中的节距等几个参数来计算，而节距又与入射光波长和光纤参数相关，比如与自聚集光纤的折射率分布、截面尺寸等相关，参见图2，示意的是不同节距自聚集透镜中光的传播轨迹，由图2可知，当入射光以聚焦状态从grin光纤中心射入时，grin光纤的长度l＝p/4或l＝3p/4时，出射准直光，按照节距的周期性，在l＝p/4、l＝3p/4的基础上叠加整个节距均会出射准直光。因此为了保证从光纤悬臂出光端出射的光为准直光束，在本发明的一种实施例中，当光源为单一波长时，grin光纤的长度l＝n*p/4，其中，n为大于等于1的奇数，p为该波长光在grin光纤中的节距，为保证出射光为准直，单波长光源以聚焦状态从grin光纤中心射入。

当光源包括多种波长光时，在一种实施例中，grin光纤的长度l＝n*po/4,其中，n为大于等于1的奇数，po为多种波长光在grin光纤中节距的公倍数，例如：当所述光源为r、g、b三色激光调制器时，所述po为r、g、b三种光在所述grin光纤中节距的公倍数。其中，较为优选的方案为：所述p为r、g、b三种光在所述grin光纤中节距的最小公倍数，n＝1。此种方案为在grin光纤中消色差的方案。在这种实施例中，每种波长的光均以聚焦状态从grin光纤中心射入。

当光源包括多种波长光时，在另一种实施例中，可以考虑在光进入grin光纤之前，进行反向色差补偿，以匹配所述grin光纤色差，即前端消色差。此时，grin光纤的长度可以设计为：l＝p1/4+kp1，其中,p1为其中一种波长在grin光纤中的节距，k为大于等于0的整数。在前端色差补偿时，将p1节距对应波长的光以聚焦状态从grin光纤中心射入，另外几种波长光以匹配grin光纤中的反向色差补偿的方式入射即可。

在上述实施例中，为了保证扫描显示出光光斑质量，优选光纤的数值孔径小于等于0.1(数值孔径无量纲，无单位)。

上述本发明实施例的投影显示模组，在工作过程中，如图1，光源4出射的光经过光纤的传播，从光纤悬臂21的纤芯端面直接出射为准直光线后投射到投射面上，期间光纤受致动器3驱动，光纤悬臂21以相交的两个方向摆动，在投射面上一定积分时间内形成一副照射图案。

本发明通过光纤结构设计，将光纤悬臂靠近出光端的一段光纤设计为自聚集光纤或整段光纤为自聚集光纤，自聚集光纤的长度刚好使从所述末端出射的光线为准直光，取消光纤扫描器的投影物镜，直接将光纤悬臂出光端出射的准直光作为投影显示图像光，一方面简化了系统结构，另一方面规避了投影物镜设计难度大、与其他器件因制程误差造成的不适配等问题，为投影显示模组提出了一种新思路。

本发明实施例的光纤扫描器适用于各种扫描模式的光纤扫描器，比如删格式扫描、螺旋式扫描等。尤其在栅格式光纤扫描系统中，由于快慢轴频率相差极大，光纤振型差异巨大，导致镜头设计及其困难，因此本发明提出的系统结构在栅格式光纤扫描系统中，解决了长期难以解决的问题，且大大简化了光纤扫描器系统结构。

本发明实施例中的光纤扫描器，适用于各种投影显示设备，例如影显示设备为投影仪、投影电视、头戴式增强现实显示设备、头戴式虚拟现实显示设备等，尤其适用于近眼显示设备。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。