[发明专利]一种激光扫描成像模组及装置、AR显示设备

说明书

本申请提供一种激光扫描成像模组及装置、AR显示设备，涉及光学技术领域，能够在保持装置的结构紧凑、体积轻薄的基础上，扩大Eye Box，并且不会导致杂光鬼像等问题。本申请提供的激光扫描成像模组包括在成像光束的主光轴方向设置的光栅光波导和反射元件，成像光束为携带有图像信息的扫描激光束，光栅光波导包括贴合的光栅层和光波导层，成像光束在光波导层全反射并经光栅层衍射，光栅光波导将成像光束衍射扩展为多束平行光，反射元件衍射反射以使成像光束出射至目标接收区域。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种激光扫描成像模组及装置、AR显示设备。

背景技术

激光扫描成像技术以激光束为光源，由激光器出射的激光束首先会到达振镜上，随着振镜的振动反射至各个方向。振镜振动反射的光线中携带成像画面的信息（光线的不同方向代表成像画面中不同位置的像素，光线的能量高低代表成像画面的灰度值），由此形成向不同方向发出的成像光线，这些成像光线会落到位于人眼前方的反射模块上。其中，反射模块可由全息光学元件（Holographic optical element ，HOE）或者曲面反射镜构成。

Eye Box指的是近眼显示光学模组与眼球之间的一块锥形区域，成像画面在这个区域内显示内容最清晰，Eye Box的成像范围通常较小，人眼超出Eye Box之外就会导致接收到的成像画面残缺，甚至于在人眼左右转动的过程中也可能存在显示画面残缺丢失，如此就使得在具体的应用场景中，对环境以及对使用者的限制较多，影响使用体验。为了尽可能扩大Eye Box范围，现有技术通常采用多HOE扩瞳的激光扫描成像方案。

但是，作用到反射模块的激光束会经过多层HOE，每一层HOE会反射衍射其中的一部分光束，多层HOE会反射衍射多束光束，多层HOE反射衍射的多束光束互为平行光，多层的HOE将入射光束经衍射作用汇聚为多个像点。当人眼处于一个像点位置时，就可以接收该层HOE的所有光束信息，当人眼从一个汇聚的像点移动或者旋转到另一个汇聚的像点时，人眼就会接收到另一组成像画面，由此实现扩瞳功能。

多HOE扩瞳的激光扫描成像方案中扩展的汇聚点数量与HOE膜层数量成正比。例如三个汇聚点的方案需要三层HOE，且这个三层HOE之间要保持一定的距离和光栅矢量关系，以便三个汇聚点可以以合理地距离关系分布在人眼前方，保证人眼移动过程中始终可以接收到画面信息，而保持特定的光栅矢量关系是为了减小不同层HOE之间的衍射串扰。但是，由于成像系统的局限，人眼远离HOE层的时候，不论光栅矢量如何分布，衍射光线之间的串扰都会变得越发明显，从而导致由于衍射串扰而形成的杂光鬼像。特别是当应用于车载显示等场景时，产生的杂光鬼像会严重影响到使用体验，严重的甚至会造成驾驶的危险。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光扫描成像模组及装置、AR显示设备，能够在保持装置的结构紧凑、体积轻薄的基础上，扩大Eye Box，并且不会导致杂光鬼像等问题。

本申请实施例的一方面，提供了一种激光扫描成像模组，包括在成像光束的主光轴方向设置的光栅光波导和反射元件，成像光束为携带有图像信息的扫描激光束，光栅光波导包括贴合的光栅层和光波导层，成像光束在光波导层全反射并经光栅层衍射，光栅光波导将成像光束衍射扩展为多束平行光，反射元件衍射反射以使成像光束出射至目标接收区域。

在本申请的一种可行的实施方式中，光栅光波导位于反射元件的出光侧，成像光束透过光栅光波导投射于反射元件，经反射元件的反射衍射后由光栅光波导衍射出射。

在本申请的一种可行的实施方式中，光栅层为透射式光栅，光栅层位于光波导层远离目标接收区域的一侧；或者，光栅层为反射式光栅，光栅层位于光波导层靠近目标接收区域的一侧。

在本申请的一种可行的实施方式中，反射元件为全息光学元件，全息光学元件包括透明基板以及设置在透明基板一侧的全息膜层。