显示系统和光导技术方案

技术编号:20289889 阅读:58 留言:0更新日期:2019-02-10 20:25
描述一种显示系统,所述显示系统包括用于形成图像的成像器,以及投影透镜系统,所述投影透镜系统用于投影由成像器形成的图像。对于多个像素中的每个像素,成像器被构造为发射具有中心光线的光锥,所述中心光线具有随着成像器中的像素的位置而变化的方向。所述变化可以使通过投影透镜系统投影的图像的亮度增加至少30%。显示系统可包括光导,光导具有适于接收光的光插入部分;光传输部分,所述光传输部分被设置成从光插入部分接收光;以及被设置成从光传输部分接收光的光提取部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显示系统和光导
技术介绍
光学系统可以包括显示面板和透镜系统,该透镜系统从显示面板接收光并将光引向观看者的眼睛。
技术实现思路
在本描述的一些方面,提供了显示系统,其包括用于形成图像的成像器,以及用于将成像器形成的图像投影的投影透镜系统。成像器包括离散间隔开的多个像素。对于所述多个像素中的每个像素,所述成像器被构造为发射具有中心光线的光锥,所述中心光线具有随着成像器中的像素的位置而变化的方向。该变化使通过投影透镜系统投影的图像的亮度增加至少30%。在本说明书的一些方面,提供显示系统,所述显示系统包括具有以光轴为中心的一个或多个透镜的投影透镜系统、光导和空间光调制器。光导包括适于接收光的光插入部分;光传输部分,其被设置成从光插入部分接收光;以及被配置为从光传输部分接收光的光提取部分。该光提取部分被构造为提供光输出中心光线方向,该光输出中心光线方向具有相对于光轴的角度,该角度随着光提取部分的输出表面上的位置而变化。光提取部分沿光轴与光插入部分分开,从而在光提取部分和光插入部分之间形成空间。空间光调制器与光提取部分光学连通,并且折叠光导使得光提取部分面向光插入部分。在本说明书的一些方面,提供显示系统,所述显示系统包括:投影透镜系统,所述投影透镜系统具有一个或多个透镜并且具有最大横向光学活性尺寸;具有最大横向光学活性尺寸的成像器;以及光导。通过成像器形成的图像由投影透镜系统进行投影。光导从光源接收光并且包括设置在投影透镜系统和成像器之间的光提取部分。光提取部分包括多个离散间隔开的光提取结构,用于提取和引导所接收的光朝向成像器。投影透镜系统的最大横向光学活性尺寸不大于成像器的最大横向光学活性尺寸的80%。在本描述的一些方面,提供光导,所述光导包括适于接收光的光插入部分;光传输部分,所述光传输部分设置成通过第一折叠部从光插入部分接收光;以及光提取部分,所述光提取部分设置成通过第二折叠部从光传输部分接收光。光提取部分与光插入部分隔开并面向光插入部分。在本描述的一些方面,提供了光导,所述光导包括适于接收光的光插入部分;光传输部分,所述光传输部分被设置成从光插入部分接收光;以及光提取部分,所述光提取部分被设置成从光传输部分接收光。由光插入部分接收的光主要沿着第一方向传播。光传输部分具有第一区段,并且由光传输部分接收的光主要沿着第二方向在第一区段中传播。光提取部分接收的光主要沿着第三方向传播。第一方向和第二方向之间的第一夹角为至少140度,并且第一方向和第三方向之间的第二夹角小于40度。在本说明书的一些方面,提供了包括投影透镜系统和光导的显示系统。光导包括适于接收光的光插入部分,以及设置成从光插入部分接收光的光提取部分。由光插入部分接收的光主要沿着第一方向传播。由光提取部分接收的光主要沿着第二方向传播。第一方向和第二方向之间的夹角为至少120度。光提取部分包括多个光提取特征,所述多个光提取特征适于从光提取部分朝投影透镜系统提取光。附图说明图1A为光学系统的剖视图;图1B至图1C为显示器的剖视图;图2A是光学系统的剖视图;图2B是来自参考发光系统中的像素的光输出的剖视图;图2C是来自发光系统中的像素的光输出的剖视图;图3至图5是光学系统的剖视图;图6至图8是发光系统的示意性剖视图;图9是光重定向层的剖视图;图10是发光学系统的剖视图;图11A至图11B是包括光重定向元件的像素的剖视图;图12至图15是发光系统的示意性剖视图;图16A是光学系统的剖视图;图16B至图16C分别是显示系统的剖视图和透视图;图17至图22是发光系统的剖视图;图23是透镜系统的剖视图;图24是发光系统的剖视图;图25是头戴式显示器的示意顶视图;图26至图28为是光导的示意性剖视图;以及图29是两个方向之间的夹角的示意图。具体实施方式显示系统可包括显示面板和从显示面板接收光并且透射光的至少一部分穿过显示系统的出射光瞳的透镜系统。透镜系统可包括反射偏振器、与反射偏振器相邻并与反射偏振器间隔开的部分反射器,以及设置在反射偏振器和部分反射器之间的四分之一波延迟器。部分反射器透射从显示板接收的光中的至少一些通过反射偏振器和出射光瞳。此类显示系统可以在紧凑系统中提供宽视野,该系统可以用在例如头戴式显示器诸如虚拟现实显示器中。可用的显示系统描述于共同未决的美国临时专利申请号62/214,049中,其提交于2015年9月3日并据此以引用方式并入本文,其程度为与本说明书不矛盾。根据本说明书,已发现与传统的显示系统相比,通过改变显示面板的光输出使得适当地改变光输出方向或光输出的校准度中的一个或两个,通过出射光瞳透射的显示面板发出的光的部分可以显著增加。如本文别处另外所述,这可以通过在显示面板和部分反射器之间包括光重定向层(例如,通过在显示面板的表面上直接包括光重定向层)或者通过修改用于照亮显示面板的背光源来实现。图1是包括发光系统132、透镜系统119和出射光瞳135的光学系统100的示意性剖视图。发光系统132适于提供可被透镜系统119有效地利用的光输出。发光系统132可包括光重定向层和/或至少部分地准直的背光源。合适的发光系统在本文别处另外描述。发光系统诸如发光系统132可被像素化,并且可被称为像素化系统或像素化显示器。光学系统100可以是可以用在例如头戴式显示器中的显示系统。透镜系统119包括设置在发光系统132和出射光瞳135之间的第一光学叠堆110,第二光学叠堆120设置在第一光学叠堆110和出射光瞳135之间。第一光学叠堆110和第二光学叠堆120中的每个可以基本上是平面的,或者可以围绕一个或两个轴弯曲。在一些实施方案中,第一光学叠堆110和第二光学叠堆120中的每个沿正交的第一轴和第二轴朝向发光系统132凸出。在图1中提供了x-y-z坐标系。正交的第一轴和第二轴可以分别是x轴和y轴。第一光学叠堆110包括具有分别相反的第一主表面114和第二主表面116的第一光学透镜112。第一光学叠堆110包括设置在第一主表面114上的部分反射器117。部分反射器117在期望的或预定的多个波长中具有至少30%的平均光学反射率,并且可以在期望的或预定的多个波长中具有至少30%的平均光学透射率,其可以是本文别处描述的任何波长范围。在一些实施方案中,部分反射器117在期望的或预定的多个波长中具有至少40%的平均光学反射率,并且在期望的或预定的多个波长中具有至少40%的平均光学透射率。第二光学叠堆包括具有第一主表面124和第二主表面126的第二光学透镜122。第二光学叠堆120包括设置在第二主表面126上的反射偏振器127,并且包括设置在反射偏振器127上的四分之一波延迟器125。四分之一波延迟器125可为层合在反射偏振器127上的膜,或可为施加至反射偏振器127的涂层。光学系统100可包括一个或多个附加的延迟器。例如,第二四分之一波延迟器可包括在第一光学叠堆110中,并且可设置在第二主表面116上。包括在光学系统100中的第一四分之一波延迟器125和任何附加的四分之一波延迟器可为在预定的或期望的多个波长中的至少一个波长处的四分之一波延迟器。第二光学叠堆120可另选地被描述为包括第二透镜122和设置在第二透镜122上的反射偏振器127,并且第一四分之一波延迟器125可被视为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显示系统,包括:用于形成图像的成像器,所述成像器包括离散间隔开的多个像素;以及投影透镜系统,所述投影透镜系统用于投影由所述成像器形成的所述图像,其中对于所述多个像素中的每个像素,所述成像器被构造为发射具有中心光线的光锥,所述中心光线具有随着所述成像器中的所述像素的位置而变化的方向,所述变化使通过所述投影透镜系统投影的图像的亮度增加了至少30%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 US 62/347,6521.一种显示系统,包括:用于形成图像的成像器,所述成像器包括离散间隔开的多个像素;以及投影透镜系统,所述投影透镜系统用于投影由所述成像器形成的所述图像,其中对于所述多个像素中的每个像素,所述成像器被构造为发射具有中心光线的光锥,所述中心光线具有随着所述成像器中的所述像素的位置而变化的方向,所述变化使通过所述投影透镜系统投影的图像的亮度增加了至少30%。2.根据权利要求1所述的显示系统,其中所述投影透镜系统包括折叠光学系统。3.根据权利要求2所述的显示系统,其中所述折叠光学系统包括:第一部分反射器,所述第一部分反射器在期望的多个波长中具有至少30%的平均光学反射率;以及第二部分反射器,所述第二部分反射器邻近所述第一部分反射器并且与所述第一部分反射器间隔开。4.根据权利要求3所述的显示系统,其中所述第二部分反射器是基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光的反射偏振器。5.根据权利要求3所述的显示系统,其中所述第二部分反射器在所述期望的多个波长中具有至少30%的平均光学反射率。6.根据权利要求1所述的显示系统,其中所述投影透镜系统包括折射光学系统。7.根据权利要求1所述的显示系统,其中所述投影透镜系统具有受光角,并且所述中心光线方向的所述变化使由所述成像器发射的在所述受光角内的光增加至少30%。8.根据权利要求1所述的显示系统,其中成像器具有表面法线,并且所述中心光线和所述表面法线之间的角度随着所述成像器中的所述像素的位置而变化。9.根据权利要求1所述的显示系统,其中所述投影透镜系统具有比所述成像器的最大光学活性尺寸的二分之一小的最大横向光学活性尺寸。10.一种显示系统,包括:投影透镜系统,所述投影透镜系统具有以光轴为中心的一个或多个透镜;光导,所述光导包括:适于接收光的光插入部分;光传输部分,所述光传输部分被设置成从所述光插入部分接收光;以及光提取部分,所述光提取部分被设置成从所述光传输部分接收光,所述光提取部分被构造为提供光输出中心光线方向,所述光输出中心光线方向具有相对于所述光轴的角度,所述角度随着所述光提取部分的输出表面上的位置而变化,所述光提取部分沿所述光轴与所述光插入部分分开,在所述光提取部分和所述光插入部分之间形成空间;以及与所述光提取部分光学连通的空间光调制器,其中所述光导被折叠成...

【专利技术属性】
技术研发人员:安德鲁·J·欧德科克蒂莫西·L·翁埃林·A·麦克道尔貟智省吉勒·J·伯努瓦约·安妮·埃特
申请(专利权)人:三M创新有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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