一种扫描显示模组的制作方法

本申请涉及扫描显示技术领域，具体涉及一种扫描显示模组。

背景技术：

目前，光纤扫描显示技术作为一种新兴的显示技术，既可以实现投影显示，也可以应用于内窥镜显示。

目前的光纤扫描显示技术用作投影显示及内窥镜显示是利用多个激光器作为光源，同时对激光进行调制，再将多个激光合为一束光进入光纤，光纤受致动器驱动而震荡，最终输出扫描光束。

若想采用该技术实现高亮度投影或内窥显示，则需提升激光器的功率，但是功率的提升必然会带来合束效率以及耦合效率的降低。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种扫描显示模组，用以提升激光利用率。

本申请实施例提供一种扫描显示模组，至少包括：至少一个激光器组、多根传输光纤以及至少一个光纤扫描器；

所述激光器组中包含多个激光器，各所述激光器输出用于扫描显示的光束；

所述传输光纤一一对应于所述激光器，每一所述激光器输出的光束输入至与该激光器相对应的一根所述传输光纤中；

所述传输光纤分别连接至对应的所述光纤扫描器上，受所述光纤扫描器带动，不同所述传输光纤中传输的光束通过所述光纤扫描器分别扫描输出，且各所述传输光纤对应的扫描区域重合或部分重合。

可选地，每一所述激光器组中的所述激光器均为单色激光器。

可选地，每一所述激光器组中包括红r、绿g、蓝b中至少一种颜色的单色激光器，且一种颜色的单色激光器的数量至少为一个。

可选地，所述光纤扫描器的数量为多个。

可选地，各所述光纤扫描器平行排列且出射端朝向同一方向，不同所述光纤扫描器间隔设定距离，使得各所述光纤扫描器的扫描区域部分重合。

可选地，各所述光纤扫描器相互呈设定角度固定设置且出射端朝向同一方向，使得各所述光纤扫描器的扫描区域重合。

可选地，所述扫描显示模组中还包括合光单元，部分或全部的所述光纤扫描器扫描输出的光束经过所述合光单元合光后输出。

可选地，所述合光单元上设有多个输入面，各所述光纤扫描器的输出端分别朝向所述合光单元不同的输入面，以使得各所述光纤扫描器扫描输出的光束经所述合光单元合光后投射在相同区域。

可选地，所述合光单元包括两个反射组件，两个所述光纤扫描器输出的光束分别经所述反射组件反射，与其余所述光纤扫描器扫描输出的光束投射在相同区域。

可选地，所述光纤扫描器与所述传输光纤一一对应。

可选地，所述光纤扫描器的数量多于一个且少于所述传输光纤的数量，部分或全部的所述光纤扫描器对应至少两条所述传输光纤；

对应至少两条所述传输光纤的光纤扫描器上设有多芯光纤，所述多芯光纤中纤芯的数量与所述光纤扫描器所对应的所述传输光纤的数量一致；

其中，所述多芯光纤中各纤芯按照平行于行像素点位置单排排列，以使得从所述多芯光纤中扫描输出的不同单色光束的扫描区域完全重合或部分重合。

可选地，所述光纤扫描器的数量为一个，设于所述光纤扫描器上的光纤为多芯光纤，所述多芯光纤中纤芯的数量与所述激光器组中的激光器数量一致；

其中，所述多芯光纤中各纤芯按照平行于行像素点位置单排排列，以使得从所述多芯光纤中扫描输出的不同单色光束的扫描区域完全重合或部分重合。

采用本申请实施例中的技术方案可以实现以下技术效果：

对于本实施例中扫描显示模组而言，可以理解，不同单色激光器输出的激光光束分别耦入至相应的传输光纤内，同时由于不同的传输光纤与不同的光纤扫描器连接，故进一步可由不同光纤扫描器扫描输出，激光器输出的激光光束耦入至光纤的过程中，并不涉及激光光束的合束处理，也就能够有效避免因合束而产生的能量损耗，提升光纤耦合效率，从而提升了扫描显示模组对激光能量的利用率。

另外，对于激光器出光后进行合束的方案来说，由于不同颜色的激光合束为一束，则需要光纤扫描器的透镜组采用特定的多波段消色差透镜组，使得光束中不同波段的光束均可透过透镜组实现紧密对焦，才可满足高分辨的扫描要求，显然，这无疑将会增加模组的成本和设计难度。而本实施例中激光器、传输光纤及光纤扫描器一一对应，故每一光纤扫描器负责输出同一种波段(即，一种颜色)的光束，相应地，光纤扫描器中的透镜组便可仅与相应波段的单色激光匹配，这样一来，能够降低透镜的设计难度及使用成本。

对于本申请的部分实施例而言，其中的光纤扫描器的出射端可设置梯度折射透镜/透镜组，故当光纤悬臂出射的激光光束经过梯度折射透镜后，变为准直光束输出。采用梯度折射透镜的方式，便可在扫描显示模组中不设置投影物镜，具体而言：在某些扫描投影的场景中，从扫描显示模组中投射出的光束与介质表面存在较大投射角(如：激光电视位于投影屏幕底部位置将光束投射至投影屏幕，或，内窥镜扫描视场边缘区域时光束与介质表面存在较大投射角度)，如果模组中设置有投影物镜，则可能出现失焦现象，而正由于本申请实施例中的扫描显示模组内不设置投影物镜，也就可以避免出现失焦的现象。

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说明性光纤扫描显示系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种说明性的光纤扫描器的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种扫描显示模组的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第二种扫描显示模组的结构示意图；

图5a是本申请实施例提供的扫描显示模组中所采用的一种多芯光纤的结构示意图；

图5b是图5a中的多芯光纤中各纤芯的扫描轨迹示意图；

图6a是本申请实施例提供的扫描显示模组中所采用的另一种多芯光纤的结构示意图；

图6b是图6a的多芯光纤中各纤芯的扫描轨迹示意图；

图7是本申请实施例提供的扫描显示模组中所采用多根光纤扫描输出的结构示意图；

图8a是本申请实施例提供的第三种扫描显示模组的结构示意图；

图8b是图8a中合光单元的工作原理示意图；

图9是本申请实施例提供的第四种扫描显示模组的结构示意图。

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。

说明性光纤扫描显示系统

本申请实施例中一种说明性的光纤扫描显示系统如图1所示，其中主要包括：处理器100、激光器组110、光纤扫描器120、光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。

系统工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器组110进行调制，激光器组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1中可见，激光器组中具体可采用红(red，r)、绿(green，g)、蓝(blue，b)三色激光器。激光器组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至光纤130中。

处理器100控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描器120进行扫动，从而将光纤130中传输的光束扫描输出。

从光纤130输出端出射的光束作用于介质表面上某一像素点位置，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器120带动下，光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置进行扫描。实际扫描过程中，光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。

继续参考图2，为光纤扫描器120的具体结构，其中包括：致动部121、光纤悬臂122、透镜123、扫描器封装壳124以及固定件125。致动部121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，光纤130在致动部121的自由端延伸形成光纤悬臂122，工作时，致动部121在扫描驱动信号的驱动下沿第一方向(y方向)及第二方向(x方向)振动，受致动部121带动，光纤悬臂122出射端输出的光束便可按预定轨迹在介质表面上扫描。需要说明的是，光纤130从a端接入致动部121，其中的光束可传输至b端的光纤悬臂122，在可能的实施方式中，光纤130贯穿致动部121，并在致动部121的自由端延伸形成光纤悬臂122；或者，光纤130从a端接入致动部121，并在致动部121内部与b端的光纤悬臂122的精密对接，从而可将光束输出至光纤悬臂122中，也就是说，光纤130和光纤悬臂122并不是一体的。

在本申请方案的描述中，致动部和致动器表示同一概念，仅是名称不同，故并不应理解为对本申请的限定。

应理解，前述图1及图2中示出了光纤扫描显示系统的基本结构，在此基础上将对本申请实施例中的技术方案进行详细描述。另外，为了便于后续实施例中的描述，图1及图2中所示出的方向坐标系在后续实施例中保持统一，这里并不应理解对本申请的限制。

需要说明的是，合束单元106将多束光束合束为一束光束的过程中，存在一定程度的能量损失，即合束效率并不能达到100％(合束效率可认为是合束后的激光能量与合束前的激光能量的比值)，特别是在增大激光器功率的情况下，随着激光器功率的提升，其谐振腔内部温度、光束的发散角等将会进一步增大，导致合束时的能量损失也随之增加。合束后的光束耦入光纤的过程中，同样存在一定程度的能量损失，导致光纤耦合效率也同样不能达到100％(光纤耦合效率可认为是从光纤输出的激光能量与从光纤输入的激光能量的比值)。虽然增大激光器功率能够在一定程度提升合束效率及光纤耦合效率，然而，合束及光纤耦合两个阶段均会出现能量损失，且随着激光器功率增大能量损失也随之升高，从而导致光能利用率较低。

此外，在增大各激光器的出光功率的情况下，会导致系统的温度升高，从而进一步增加了系统的散热负担。

扫描显示模组

参考图3，为本申请实施例中的一种扫描显示模组300，该扫描显示模组至少包括：激光器组301、传输光纤302及光纤扫描器303。

在本实施例中，激光器组301中包含三个激光器3011，每一激光器3011都是单色激光器，通常根据实际的显示需要，采用红(red，r)、绿(green，g)或蓝(blue，b)三种颜色的单色激光器。在一些实施例中，激光器组301的数量不限于一个，还可以为两个或多个，并且，每个激光器组301中都包含三个rgb单色激光器。当然，在实际应用时，激光器组301中的激光器3011并不限于上述的rgb三种单色激光器，还可能包含更多种颜色的单色激光器，具体将根据实际应用的需要而定，这里并不进行限制。

在本实施例中，激光器3011可采用内调制激光器，也即，激光器3011输出的激光光束是经过调制的，并且每一激光器3011所输出的激光光束分别耦入至对应的传输光纤302。对激光器3011的调制可由前述的光源调制电路实现，这里不进行详细赘述。

传输光纤302与激光器3011一一对应，作为本实施例的一种可行方式，传输光纤302的输入端精密连接于激光器3011的出射端，从而保证激光器3011所输出的光束可以通过传输光纤302的纤芯端面完全耦合至传输光纤302的纤芯中；作为本实施例的另一种可行方式，传输光纤302的输入端不直接连接于激光器3011的出射端，可通过耦入器件将激光器3011输出的激光光束耦入至传输光纤302中。具体采用何种方式将视实际应用的需要而定。

光纤扫描器303的数量与前述激光器3011、传输光纤302的数量相匹配，传输光纤302连接于光纤扫描器303上，其中传输的激光光束从光纤扫描器303上的光纤悬臂(并未在图3中示出)出射。本实施例中光纤扫描器303的扫描模式包括但不限于：栅格式扫描、螺旋式扫描或利萨如(lissajous)式扫描等，当然，光纤扫描器303的具体结构可以参考前述图2所示的扫描器结构，这里并不进行过多赘述。

对于本实施例中扫描显示模组的上述结构而言，可以理解，不同单色激光器输出的激光光束分别耦入至相应的传输光纤内，同时由于不同的传输光纤与不同的光纤扫描器连接，故进一步可由不同光纤扫描器扫描输出，也就是说，激光器输出的激光光束耦入至光纤的过程中，并不涉及激光光束的合束处理，也就能够有效避免因合束而产生的能量损耗，提升光纤耦合效率，从而提升了扫描显示模组对激光能量的利用率。

另外，对于激光器出光后进行合束的方案来说，由于不同颜色的激光合束为一束，则需要光纤扫描器的透镜组采用特定的多波段消色差透镜组，使得光束中不同波段的光束均可透过透镜组实现紧密对焦，才可满足高分辨的扫描要求，显然，这无疑将会增加模组的成本和设计难度。而本实施例中激光器、传输光纤及光纤扫描器一一对应，故每一光纤扫描器负责输出同一种波段(即，一种颜色)的光束，相应地，光纤扫描器中的透镜组便可仅与相应波段的单色激光匹配，这样一来，能够降低透镜的设计难度及使用成本。

继续参考图3，各光纤扫描器303平行设置，且每个光纤扫描器303扫描输出的光束所对应的扫描区域的面积一致(这里扫描区域的面积可理解为光纤扫描器输出的光束在介质表面所形成的投射面)，便形成了图3中所示的三个存在交叠的扫描区域，其中的交叠区域所显示的图像为三种颜色构建的彩色图像。

这里需要说明的是，对于介质表面上交叠区域中的任一像素点位置而言，该像素点位置上所呈现的颜色可认为是rgb三种颜色的组合，当扫描某一像素点位置时，各激光器3011分别输出匹配于该像素点位置上图像信息的单色光束，并经相应的光纤扫描器303扫描输出，如此，在任一像素点位置上所形成的光斑的颜色产生累积，人眼便可以观看到彩色的图像。对于交叠区域中任一像素点位置而言，扫描至该像素点位置的三种颜色光束投射的光斑可以是部分重叠、完全重叠或紧密排列的。

值得注意的是，对于未产生交叠或部分交叠的区域而言，其中的像素点位置并未获得颜色的累积或仅获得部分颜色的累积，这些区域中的图像并不是全色域的，在实际扫描显示中，可以调制激光器3011以使得不显示未完全交叠区域中的图像。事实上，通常由于各光纤扫描器303之间的间距并不大，对应的扫描区域中未完全交叠的区域较少，故即使不显示未完全交叠区域，也并不会影响图像内容。

另一种实施例

参考图4，扫描显示模组400中的激光器组401、传输光纤402及光纤扫描器403的结构、数量与前述图3所示的实施例一致，故这里并不过多赘述，区别在于，各光纤扫描器403之间并非平行设置，而是彼此之间呈微小角度，相当于部分光纤扫描器403为斜投状态，从而使得各光纤扫描器403所投射的区域完全重合，该实施方式能够最大化光束的利用率使得彩色图像区域的大小与光纤扫描器403的最大视场相同。

对于前述的实施例而言，均仅示出了一个激光器组的情况，而在实际应用中可能对投射光束的亮度要求较高，为了增强投射的图像的亮度，可以在扫描显示模组中增加激光器组，例如：增加一个激光器组(增加的激光器组同样包含rgb三种颜色的激光器)，使得每一种颜色的激光器的数量增至2个，这样便可以增强每一种颜色的光束的亮度。当然，还需在扫描显示模组中增加相应数量的传输光纤和光纤扫描器，这里便不再过多赘述。

其它实施例

在本实施例中，扫描显示模组内的光纤扫描器的数量与激光器、传输光纤的数量并不匹配，而是与扫描器组的数量相匹配，具体而言，这里假设本实施例中扫描显示模组内的激光器组与前述实施例中的一致(即，激光器组的数量为一个，且其中包含rgb三种颜色的单色激光器)，进而参考图5a，本实施例中的光纤扫描器500数量为一个，其中采用多芯光纤501，多芯光纤501中包含三个纤芯5011，即，纤芯5011的数量与激光器组中的激光器的数量一致，换言之，每个激光器输出的单色光束经相应的传输光纤分别耦入至多芯光纤501中的各纤芯5011中。故在致动器502的带动下，多芯光纤501中的各纤芯5011分别扫描输出不同颜色的单色光束。

参考图5b，本实施例中多芯光纤501在扫描输出时，针对每一行的像素点位置，各纤芯5011所输出的单色光束可进行交叠扫描(图5b中的三角形、圆形、方形分别代表各纤芯5011所输出的单色光束在介质表面所形成的光斑)，进一步形成类似于前述图3中所示的扫描区域。

本实施例中仅示出了多芯光纤501中各纤芯5011在x方向(即，第二方向)上排列的情况，在一些实施例中，如图6a所示，多芯光纤601中的各纤芯6011可以在y方向(即，第一方向)上排列，相应的扫描输出后的扫描轨迹如图6b所示。

当各纤芯的间距足够大时，便可以采用另一些实施例方式，参考图7，致动器702上固定设置三根光纤701，三根光纤701均为单芯光纤且在第二方向单排排列，该方式类似于图5a及图5b所示的实施例。光纤701也可以采用类似于图6a及图6b所示的实施例所示按照第一方向单排排列的方式，具体可参考前述两个实施例，这里便不再过多赘述。

如图8a所示，在本申请的另一种实施例中，扫描显示模组800包括：激光器组801、传输光纤802、光纤扫描器803以及合光单元804，其中，激光器组801、传输光纤802及光纤扫描器803的结构、数量与前述图3所示的实施例一致，故这里便不再过多赘述。各光纤扫描器803分别朝向合光单元804的三个入光面，使得各光纤扫描器803所输出的单色光束分别输入至合光单元804中，并由合光单元804进行合束后输出。

在本实施例中，合光单元804具体可以采用波长合束、偏振合束等合束方式，这里并不进行具体限定。进一步地，参考图8b，合光单元804内包含两个滤光面，即，第一滤光面41和第二滤光面42，其中，光纤扫描器803a输入至合光单元804的光束透过第一滤光面41后经第二滤光面42反射，朝向介质表面输出；光纤扫描器803b输入至合光单元804的光束透过第二滤光面42后经第一滤光面41反射，朝向介质表面输出；光纤扫描器803c输入至合光单元804的光束分别透过第一滤光面41和第二滤光面42后，朝向介质表面输出。

此外，参考图9，示出了扫描显示模组900的具体结构，与图8所示的实施例不同之处在于，图9中包含两个反射单元，即，第一反射单元91和第二反射单元92，而对于扫描显示模组900中的激光器组901、传输光纤902及光纤扫描器903a～903c的结构、数量等，则可参考前述实施例，这里不再过多赘述。第一反射单元91和第二反射单元92分别用于反射两个光纤扫描器903a、903b扫描输出的光束，经反射的光束朝向介质表面输出，而光纤扫描器903c则直接朝向介质表面扫描输出，该方式使得三个光纤扫描器所输出的光束投射在相同的区域，从而可实现彩色显示。

对于前述的各实施例而言，其中的光纤扫描器的出射端可设置渐变折射率透镜(gradient-indexlenses，grin)，故当光纤悬臂出射的激光光束经过grin后，变为准直光束输出。采用grin的方式，便可在扫描显示模组中不设置投影物镜，具体而言：在某些扫描投影的场景中，从扫描显示模组中投射出的光束与介质表面存在较大投射角(如：激光电视位于投影屏幕底部位置将光束投射至投影屏幕，或，内窥镜扫描视场边缘区域时光束与介质表面存在较大投射角度)，如果模组中设置有投影物镜，则可能出现失焦现象，而正由于本申请实施例中的扫描显示模组内不设置投影物镜，也就可以避免出现失焦的现象。

以上阐述的各方案同样适用于内窥镜显示场景，对于内窥镜显示场景而言，通常是将光束扫描输出至介质表面(如：人体组织)后，接收介质表面的反射光进行成像显示，扫描显示模组所输出的光束的亮度、颜色，将决定成像的亮度、颜色，从而实现内窥镜显示。当然，内窥镜显示系统的具体结构这里不进行赘述。

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)插入在这两者之间。

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。