全息穿透式光学设备、立体成像系统及多媒体头戴式系统技术方案

提供了全息穿透式光学设备、包括该全息穿透式光学设备的立体成像系统及多媒体头戴式系统。全息穿透式光学设备包括：微型显示器；中继光学系统，传递微型显示器生成的图像；至少一个波导，包括具有不同厚度或不同折射率的至少两个部分；至少一个第一全息光学元件，布置于该两个部分中的一个；以及至少一个第二全息光学元件，布置于两个部分中的另一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一个或多个示例性实施方式涉及光学系统，更具体地，涉及用于显示虚拟图像和穿透式图的组合的全息穿透式光学设备、包括该全息穿透式光学设备的立体成像系统及多媒体头戴式系统。
技术介绍
已知的增强现实的光学设备中的大部分是基于目镜目镜的组合来使由LCD、LCoS、CRT、OLED形成的图像放大，或者，具有紧凑尺寸的其他空间光调制器和图像组合器是例如基于分束立方体或半透明板。一些减小设备尺寸的增强现实的光学设备中使用扫描模块，其中通过窄光束顺序地场扫描形成二维图像。这些系统的缺点是需要高精度的微机械致动器。
技术实现思路
技术问题平整波导被用于增强现实的光学设备中，其中优选地，系统通过单光束操作以使光扩展。然而，增强现实的光学设备中所使用的成像系统通过与不同视场对应的多个光束操作。当波在波导中传播时，光束可彼此重叠，或者间隙可在波导的主表面上的束投影之间形成。在这种情况下，图像的亮度可能是不均匀的。技术方案一个或多个示例性实施方式包括用于显示虚拟图像和穿透式图的组合的全息穿透式光学设备、包括该全息穿透式光学设备的立体成像系统及多媒体头戴式系统。附加的诸方面将在以下描述中部分地陈述以及将通过描述部分地明显，或可通过实施所呈现的示例性实施方式而习知。根据一个或多个示例性实施方式，全息穿透式光学设备包括微型显示器、中继光学系统、至少一个波导、至少一个第一全息光学元件以及至少一个第二全息光学元件，其中，中继光学系统传递微型显示器生成的图像，波导包括具有不同厚度或不同折射率的至少两个部分，第一全息光学元件布置于两个部分中的一个，第二全息光学元件布置于两个部分中的另一个。波导的被由微型显示器生成的图像入射的部分具有比波导的其他部分更大的厚度。波导的被由微型显示器生成的图像入射的部分的厚度或反射率中的至少一个设置成使光束在第一全息光学元件上衍射。波导的多个部分具有梯度折射率。中继光学系统在无穷远处形成微型显示器的图像。波导包括多个主表面，主表面包括一个共同的底表面、面对底表面的上表面和在波导的各个部分彼此交汇处的交界面。中继光学系统的光轴相对于与波导的底表面垂直的线倾斜。波导的主表面中的至少一个是平整表面或自由曲面。第一全息光学元件和第二全息光学元件中的至少一个具有不同的波长选择。第一全息光学元件和第二全息光学元件中的至少一个具有不同的角度选择。在波导中传播的光束入射至第二全息光学元件、被部分地衍射以及部分地返回至波导的主表面并被波导的主表面反射，该相互作用至少重复两次。至少两个波导被堆叠。根据一个或多个示例性实施方式，全息穿透式光学设备包括微型显示器、传递微型显示器生成的图像的中继光学系统、包括具有第一厚度的第一部分和具有第二厚度的第二部分的波导、设置于第一部分的第一全息光学元件以及设置于第二部分的第二全息光学元件，其中，中继光学系统在与波导的第一部分隔开的位置形成出射光瞳，第一全息光学元件在波导的第一部分合并光束并将出射光瞳传递至波导的第一部分与波导的第二部分彼此交汇的区域以及第二全息光学元件合并来自波导的光束并在与波导的第二部分隔开的位置传递出射光瞳。波导的第一部分的平均厚度大于第二部分的平均厚度。根据一个或多个示例性实施方式，立体成像系统中，全息穿透式光学设备中的任一个分别布置于观察者的眼睛处。根据一个或多个示例性实施方式，能够使用户观看与显示内容结合的周围环境的多媒体头戴式系统，该多媒体头戴式系统包括生成图像的微型显示器、传递微型显示器生成的图像的中继光学系统、包括具有不同厚度或不同折射率的至少两个部分的至少一个波导、至少一个第一全息光学元件、至少一个第二全息光学元件、用于处理待向用户显示的内容的集成处理器以及待安装在用户的头上的耳架，其中，出射光瞳在与波导的第一部分隔开的位置处形成，第一全息光学元件在波导的第一部分合并光束并将出射光瞳传递至波导的第一部分与波导的第二部分彼此交汇的区域，出射光瞳通过全内反射在波导的第二部分中传播以再传输光束，以及第二全息光学元件合并来自波导的光束并在与波导的第二部分隔开的位置处传递出射光瞳。附图说明通过以下结合附图对示例性实施方式的描述，这些和/或其他方面将变得明显且更容易理解，附图中：图1是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的布局的图；图2是全息穿透式光学设备的透视图；图3是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的中继光学系统包括三个部件的示例的图；图4是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的薄部(第二部分)的图；图5、图6以及图7是示出了入射至根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的光束的半视场与全息穿透式光学设备的光栅频率之间的关系的图；图8是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的厚部(第一部分)的图；图9是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备相对于观察者的双眼使用的示例的图；图10是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备实施为眼镜型设备的示例的图；图11是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备布置在眼镜的右部的示例的图；图12是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的第一全息光学元件和第二全息光学元件的位置被改变的示例的图；图13是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的第一部分(厚部)具有倾斜表面的示例的图；图14是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的第一部分(厚部)具有向上凸起的表面的示例的图；图15是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的表面具有凹面的示例的图；图16是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的波导的第二部分(薄部)具有凹面的示例的图；图17是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备的中继光学系统布置在波导的一侧的示例的图；图18和图19是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备包括两个波导的示例的图；以及图20是示出了根据实施方式的全息穿透式光学设备包括具有折射率不同的两个部分的波导的示例的图。具体实施方式现在将详细参照示例性实施方式，在附图中示出示例性实施方式的实施例，其中，全文中相同的附图标记指代相同的元件。就此而言，本申请中的示例性实施方式可具有不同的形式，并且不应被理解为限于本文中所阐述的描述。相应地，以下通过参照图描述的示例性实施方式仅仅是为了说明本申请的诸方面。当诸如“……中的至少一个”的表达在一系列元件之后时，表示修饰元件的整个列表而并非修饰列出的单个元件。为了清晰，在图中可夸大层和区域的厚度。还将理解的是，当层被称为在另一层或衬底“上(on)”时，其可直接在该另一层或衬底上，或者也可存在中间层。由于相同的附图标记指代相同的元件，因此将省略对它们的描述。图1是根据实施方式的全息穿透式光学设备的顶视图，以及图2是全息穿透式光学设备的透视图。全息穿透式光学设备包括微型显示器31、中继光学系统32以及波导33。微型显示器31可生成图像。微型显示器31可形成具有较小发散的光束。中继光学系统32可形成与波导33隔开的出射光瞳43。例如，中继光学系统32可包括至少一个透镜。图1示出了中继光学系统32包括一个透镜的示例。中继光学系统32的光轴可相对于与波导33的底表面垂直的线倾斜。波导33可包括具有不同厚度的多个部分。例如，图1示出了波导33包括第一部分33-1和第二部分33-2的示例，其中第一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
全息穿透式光学设备，包括：微型显示器；中继光学系统，传递所述微型显示器生成的图像；至少一个波导，包括具有不同厚度或不同折射率的至少两个部分；至少一个第一全息光学元件，设置在所述两个部分中的一个处；以及至少一个第二全息光学元件，设置在所述两个部分中的另一个处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.22 KR 10-2015-0071934;2014.07.15 RU 2014121.全息穿透式光学设备，包括：微型显示器；中继光学系统，传递所述微型显示器生成的图像；至少一个波导，包括具有不同厚度或不同折射率的至少两个部分；至少一个第一全息光学元件，设置在所述两个部分中的一个处；以及至少一个第二全息光学元件，设置在所述两个部分中的另一个处。2.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，所述波导的、被所述微型显示器生成的图像入射的部分具有比所述波导的其他部分更大的厚度。3.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，所述波导的、被所述微型显示器生成的图像入射的部分的厚度和反射率中的至少一个设置成使光束在所述第一全息光学元件上衍射。4.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，所述波导的多个部分具有梯度折射率。5.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，所述中继光学系统在无穷远处形成所述微型显示器的图像。6.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，所述波导包括多个主表面，以及所述主表面包括一个共同的底表面、面对所述底表面的上表面和在所述波导的各个部分彼此交汇处的交界面。7.根据权利要求6所述的全息穿透式光学设备，其中，所述中继光学系统的光轴相对于与所述波导的底表面垂直的线倾斜。8.根据权利要求6所述的全息穿透式光学设备，其中，所述波导的主表面中的至少一个是平坦表面或自由曲面。9.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，所述第一全息光学元件和所述第二全息光学元件中的至少一个具有不同的波长选择或不同的角度选择。10.根据权利要求1所述的全息穿透式光学设备，其中，在波导中传播的光束入射至第二全息光学元件、被部分地衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂米特瑞·伊夫根尼维奇·皮斯库诺夫，亚历山大·维克特洛维奇·莫洛佐夫，米哈伊尔·维亚切斯拉洛维奇·波波夫，纳塔莉亚·弗拉基米罗芙娜·扎哈洛娃，尼古拉·维克特洛维奇·穆拉维夫，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR