照射器制造技术

公开了一种用于产生看起来从与实际光源不同的位置发出的照射的光学装置。该装置包括具有相对的第一平面和第二平面的波导。光源被定位成将光引导到波导中。跨波导形成衍射光学元件(DOE)。DOE经由全内反射分布进入波导的光并将光耦合出所述第一面的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】照射器相关申请的交叉引用本申请要求于2015年5月19日提交的标题为“照射器”(“ILLUMINATOR”)的美国临时专利申请No.62/163,724的优先权，其全部内容通过引用并入于此。
本专利技术涉及用于产生看起来从与实际光源不同的位置发出的照射的光学设备。这样的光学设备对于各种摄影或视频捕捉情况是有用的，在这种情况下，在需要的地方放置实际的物理光源是不切实际的或不可能的。
技术介绍
大多数摄影或视频捕捉情况需要某种形式的照射。所需的照射可以例如通过连接到照相机的闪光灯来提供。但是，在许多情况下，提供所需的照射可能是一个挑战。一种这样的情况涉及由此处的受让人开发的用于为用户产生增强现实的显示系统。在这样的系统中，用户将被提供有包括用于观看外面世界的窗口的头戴式设备。该窗口将具有生成图像信息并将该图像信息投影到用户眼中的能力。在这样的系统中，可以生成模拟对象的图像并将其添加到真实世界场景中。下面提供了这种窗口的更详细的描述。有兴趣向这种头戴式显示器增加某些功能。例如，有兴趣包括用于监视用户的注视方向的照相机。随时知道用户正在看向哪里有很多好处。例如，人的注视的知识可以被用来控制显示系统。注视方向的知识可以用作选择工具来控制鼠标指针或其模拟。注视方向的知识可以用来选择视场中的物体。用照相机捕捉注视信息可以通过提供照射眼睛的光源来改善。头戴式显示器中感兴趣的另一个特征是通过诸如虹膜识别的生物测量来识别用户的可能性。虹膜识别系统将包括用于捕捉虹膜图像的相机。如果提供照射源，则可以改进捕捉虹膜信息的过程。本专利技术的照射设备与本文的受让人用于产生增强现实的窗口的结构有一些相似之处。尽管在本文中将讨论本专利技术的实施例，但是应当理解，本专利技术不限于增强现实系统，而是实际上可以用于需要照射的任何情况下，特别是在需要产生虚拟照射源的情况下。本主题的设备包括平面波导，其具有与被提出用于增强现实的结构类似的结构。在2015年1月15日公布的美国专利公开号2015/001677中可以找到用于产生增强现实的设备的描述，其公开内容通过引用并入本文。如在后面的公开中所描述的和在本文的图1中所示的，光学系统100可以包括主波导装置102，该主波导装置102包括平面波导1。平面波导设置有一个或多个衍射光学元件(DOE)2，用于控制平面波导内的光的全内反射。该光学系统还包括光学耦合器系统104和控制系统106。如在图2中最好地示出的，主平面波导1具有第一端部108a和第二端部108b，第二端部108b沿着主平面波导1的长度110与第一端部108a相对。主平面波导1具有第一面112a和第二面112b，至少第一和第二面112a、112b(统称为112)沿主平面波导1的长度110的至少一部分形成部分内反射光路(由箭头114a和虚线箭头114b示出，统称为114)。主平面波导1可以采取为以小于限定的临界角度撞击面112的光提供基本全内反射(TIR)的多种形式。平面波导1可以例如采取玻璃、熔融石英、丙烯酸或聚碳酸酯的窗格(pane)或平面的形式。DOE2(在图1和图2中用双点划线示出)可以采取中断TIR光路114的多种形式，提供在沿着平面波导1的长度110的至少一部分延伸的平面波导1的内部118和外部120之间的多个光路(由箭头116a和虚线箭头116b示出，统称为116)。DOE2可以有利地将线性衍射光栅的相位函数与圆形或径向对称波带片的相位函数组合，从而允许定位明显的物体和针对明显的物体的焦平面。DOE可以形成在波导的表面上或其内部。参照图1，光学耦合器子系统104将光光学地耦合到波导装置102。或者，如果不使用耦合器，则光可以直接耦合到波导108b的边缘。如图1所示，光学耦合器子系统可以包括光学元件5，例如反射表面、反射镜、二向色镜或棱镜，以将光光学地耦合到主平面波导1的边缘122。光还可以通过前面或背面112被耦合到波导装置中。光学耦合器子系统104可以附加地或可选地包括准直光的准直元件6。控制子系统106包括一个或多个光源和驱动电子器件，其产生可以以空间和/或时间变化的光的形式编码的图像数据。如上所述，准直元件6可以使光准直，并且准直的光被光学地耦合到一个或多个主平面波导1中(在图1和2中仅示出一个主波导)。如图2所示，光沿着主平面波导传播，具有至少一些由TIR传播产生的反射或“反弹”。要注意的是，一些实施方式可以在内部光路中采用一个或多个反射器，例如可以利于反射的薄膜、电介质涂层、金属化涂层等。沿着波导1的长度110传播的光在沿着长度110的各种位置处与DOE2相交。DOE2可以被结合在主平面波导1内，或者邻接或邻近主平面波导1的一个或多个面112。DOE2完成至少两个功能。DOE2改变光的角度，导致一部分光摆脱TIR，并且经由主平面波导1的一个或多个面112从内部118向外部120出射。DOE2还可以被配置为引导耦合出的光线来控制在期望出现的观看距离处的物体的虚拟位置。因此，通过主平面波导1的面112a观看的人可以看见仿佛来自特定观看距离的虚拟光源。如将在下面讨论的，可以使用上面讨论的DOE和波导技术来配置本主题的照射器。
技术实现思路
公开了一种用于产生看起来从与实际光源不同的位置发出的照射的光学装置。该装置包括具有相对的第一平面和第二平面的波导。光源被定位成将光引导到波导中。跨波导形成衍射光学元件(DOE)。DOE经由全内反射分布进入波导的光，并将光耦合出所述第一面的表面。在一个实施例中，DOE被配置成准直出射光，以便模拟位于距波导无限远距离处的光源的光场。在另一实施例中，DOE被配置为使出射光发散，从而模拟距波导预定距离的光源的光场。在优选实施例中，光源产生在光谱的红外区域中的辐射的窄带宽。例如，DOE可以被配置成使得光线垂直于第一面而离开所述第一面，或者使得光线以在与第二面相对的空间中产生虚拟源的方式离开所述第一面；或者使得光线以在与第二面相对的空间中产生至少两个虚拟源的方式离开所述第一面。另外，光源可以产生红外辐射。第二面可以设置有对红外辐射反射的涂层。来自光源的光可以经由波导的第一面和/或经由波导的第二面被引导到波导中。在另一实施例中，来自光源的光源可以经由波导的边缘被引导到波导中。在这样的实施例中，照射器可以包括沿着第一波导的边缘延伸的第二波导。第二波导可以接收来自光源的辐射并沿第一波导的平行于边缘的轴分布光。附图说明图1是示出根据一个示例性实施例的包括波导装置、用于将光耦合到波导装置或从波导装置耦合光的子系统以及控制子系统的光学系统的示意图。图2是示出根据一个示例性的实施例的包括平面波导和位于平面波导内的至少一个衍射光学元件的波导装置的正视图，示出了包括全内反射光路和在平面波导的外部和内部之间的光路的多个光路。图3是示出根据本专利技术的第一实施例形成的照射器的示意图，其中，虚拟光源处于无限远处。图4是示出根据本专利技术的第二实施例形成的照射器的示意图，其中，虚拟光源是距离波导一定有限距离的空间中的点。图5是示出根据本专利技术的第三实施例形成的包括分布波导的照射器的示意图。具体实施方式图3示出了根据本专利技术制造的照射设备10的第一实施例。该设备可以用于需要照射的各种各样的应用中。该设备对于头戴式显示器特别有用，用于实现诸如注视跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照射器，包括：具有相对的第一平面和第二平面的第一波导；定位成将光引导到所述波导中的光源；和跨所述波导形成的衍射光学元件(DOE)，所述DOE用于经由全内反射将从所述光源进入所述波导的所述光跨所述波导扩散，并将所述光耦合出所述第一面的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.19 US 62/163,7241.一种照射器，包括：具有相对的第一平面和第二平面的第一波导；定位成将光引导到所述波导中的光源；和跨所述波导形成的衍射光学元件(DOE)，所述DOE用于经由全内反射将从所述光源进入所述波导的所述光跨所述波导扩散，并将所述光耦合出所述第一面的表面。2.如权利要求1所述的照射器，其中，所述DOE被配置成使得光线垂直于所述第一面而离开所述第一面。3.如权利要求1所述的照射器，其中，所述DOE被配置为使得光线以在与所述第二面相对的空间中产生虚拟源的方式离开所述第一面。4.如权利要求1所述的照射器，其中，所述DOE被配置为使得所述光线以在与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·克勒，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国,US