基于波导的显示系统技术方案

一种显示系统包括光学波导和光引擎。该光引擎生成形成虚拟图像的多个输入光束。该波导的入射耦合光栅将每一光束耦合到该波导的中间光栅中，在该中间光栅中，该光束被引导到多个拆分区域上。由该波导的第一表面上的调制形成的该中间光栅在这些拆分区域处拆分该光束，以提供该光束的多个基本上平行的版本。那些多个版本被耦合到该波导的出射光栅中，在该出射光栅中，该多个版本被引导到多个出射区域上。该出射光栅向外衍射该光束的多个版本。该多个输入光束由此使得多个出射光束离开该波导，所述多个出射光束形成虚拟图像的一个版本。与这些调制交互的每一光束的偏振状态由阻滞膜控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于波导的显示系统背景显示系统可用于使得期望图像对用户(观看者)可见。可穿戴显示系统可被具体化在可穿戴头部装置中，该可穿戴显示系统被布置成在距人类眼睛的短距离内显示图像。这样的可穿戴头部装置有时被称为头戴式显示器，并且提供有框架，该框架具有适配在用户的(穿戴者的)鼻梁上的中央部分以及适配在用户的耳朵上的左右支撑延伸部。光学组件被布置在该框架中，以便在用户眼睛的几厘米之内显示图像。该图像可以是显示器(诸如微显示器)上的计算机生成的图像。该光学组件被布置成将在显示器上生成的期望图像的光传输到用户的眼睛以使得该图像对用户可见。在其上生成图像的显示器可形成光引擎的一部分，以使得该图像本身生成可由该光学组件引导以提供对用户可见的图像的准直光束。不同种类的光学组件已被用来将图像从显示器传达到人类眼睛。这些光学组件可包括例如透镜、反光镜、光学波导、全息图和衍射光栅。在一些显示系统中，光学组件是使用以下光学器件来构造的：该光学器件允许用户看见图像但在“现实世界”不透视该光学器件。其他类型的显示系统通过该光学器件提供视图，以使得向用户显示的生成的图像重叠在现实世界视图上。这有时被称为增强现实。基于波导的显示系统通常经由波导(光导)中的TIR(全内反射)机制将光从光引擎传输到眼睛。这样的系统可并入衍射光栅，该衍射光栅引起高效的光束展宽，以使得输出由光引擎提供的光束的经展宽的版本。这意味着当看着波导的输出而非直接看着光引擎时，图像在更宽的区域上可见：假设眼睛在某区域内，使得该眼睛可接收来自基本全部经展宽的光束的光，则整个图像将对用户可见。这样的区域被称为眼框(eyebox)。为了维持图像质量，波导的结构可按各种方式被配置成减轻所传输的光的失真。概述根据本公开的一方面，提供了一种显示系统，包括：图像被生成在其上的显示器；光学波导，所述光学波导具有入射耦合光栅、由所述光学波导的第一表面上的调制形成的中间光栅以及出射光栅；以及，准直光学器件，所述准直光学器件被布置成将所述图像基本准直成多个输入光束，每一光束通过准直来自相应像点的光形成，该光束以取决于该点在图像中的位置的唯一向内方向被定向到所述入射耦合光栅；其中所述中间和入射光栅具有显著大于所述光束的直径的宽度；其中，所述入射耦合光栅被布置成将每一光束耦合到所述中间光栅中，在所述中间光栅中，该光束以沿着所述中间光栅的宽度的方向被引导到所述中间光栅的多个拆分区域中；其中所述中间光栅被布置成在所述拆分区域拆分该光束，以提供该光束的多个基本平行的版本，该多个基本平行的版本被耦合到所述出射光栅中，在所述出射光栅中，所述多个版本被引导到所述出射光栅的多个出射区域中，所述出射区域处于沿着所述出射光栅的宽度的方向中；其中所述出射光栅被配置成向外衍射该光束的所述多个版本，所述多个输入光束由此使得多个出射光束离开所述波导，所述多个出射光束形成所述图像的虚拟版本；并且与光学波导的第一表面上的形成所述中间光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由在所述光学波导的与所述第一表面相对的第二表面上的阻滞膜(retarderfilm)控制。根据本公开的另一方面，提供了一种用于显示系统的光学波导，所述光学波导具有入射耦合光栅、由所述光学波导的第一表面上的调制形成的中间光栅以及出射光栅，所述入射耦合光栅被布置成接收多个输入光束，每一光束通过准直来自图像的相应像点的光形成，该光束以取决于该点在所述图像中的位置的唯一向内方向被定向到所述入射耦合光栅；其中所述中间和入射光栅具有显著大于所述光束的直径的宽度；其中，所述入射耦合光栅被布置成将每一光束耦合到所述中间光栅中，在所述中间光栅中，该光束以沿着所述中间光栅的宽度的方向被引导到所述中间光栅的多个拆分区域中；其中所述中间光栅被布置成在所述拆分区域拆分该光束，以提供该光束的多个基本平行的版本，该多个基本平行的版本被耦合到所述出射光栅中，在所述出射光栅中，所述多个版本被引导到所述出射光栅的多个出射区域中，所述出射区域处于沿着所述出射光栅的宽度的方向中；其中所述出射光栅被配置成向外衍射该光束的所述多个版本，所述多个输入光束由此使得多个出射光束离开所述波导，所述多个出射光束形成所述图像的虚拟版本；以及其中与所述光学波导的第一表面上的形成所述中间光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述光学波导的与所述第一表面相对的第二表面上的阻滞膜控制。根据本公开的另一方面，提供了一种可穿戴头部装置，包括：框架；显示器，所述显示器被安装在所述框架上并且图像在所述显示器上被生成；光学波导，所述光学波导具有入射耦合光栅、由所述光学波导的第一表面上的调制形成的中间光栅以及出射光栅；以及，准直光学器件，所述准直光学器件被布置成将所述图像基本准直成多个输入光束，每一光束通过准直来自相应像点的光形成，该光束以取决于该点在图像中的位置的唯一向内方向被定向到入射耦合光栅；其中所述中间和入射光栅具有显著大于所述光束的直径的宽度；其中所述入射耦合光栅被布置成将每一光束耦合到所述中间光栅中，在所述中间光栅中，该光束以沿着所述中间光栅的宽度的方向被引导到所述中间光栅的多个拆分区域中；其中所述中间光栅被布置成在所述拆分区域拆分该光束，以提供该光束的多个基本平行的版本，该多个基本平行的版本被耦合到所述出射光栅中，在所述出射光栅中，所述多个版本被引导到所述出射光栅的多个出射区域中，所述出射区域处于沿着所述出射光栅的宽度的方向中；其中所述出射光栅被配置成向外衍射该光束的所述多个版本，所述多个输入光束由此使得多个出射光束离开所述波导，所述多个出射光束形成所述图像的虚拟版本；以及其中与所述光学波导的第一表面上的形成所述中间光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述光学波导的与所述第一表面相对的第二表面上的阻滞膜控制。在本公开的以上描述的各方面中，阻滞膜的阻滞模式可以是动态可变的。提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决
技术介绍
部分中指出的任何或所有缺点的实现。附图简述图1示出可穿戴显示系统；图2示出显示系统的一部分的俯视图；图3A和3B示出光学组件的透视图和正视图；图4A示出其表面上形成有表面起伏光栅的光学组件的示意俯视图；图4B示出图4A的光学组件的示意图，该光学组件被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；图5A是直二元表面起伏光栅的示意性说明，该直二元表面起伏光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；图5B是斜二元表面起伏光栅的示意图，该斜二元表面起伏光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；图5C是突出的三角表面起伏光栅的示意性说明，该突出的三角表面起伏光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；图6示出光学组件的入射耦合区域的一部分的关闭视图；图7A示出了显示系统的一部分的透视图；图7B示出显示器的各个体像素的俯视图；图7C和7D示出与光学组件交互的光束的俯视图和正视图；图7E示出执行光束展宽的光学组件的正视图；图7F示出执行光束展宽的光学组件的俯视图；图7G是弯曲的光学组件的俯视图；图8A和8B是光学组件的一部分的俯视图和正视图；图9A示出在波导的折叠区内的光束反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示系统，包括：光学波导，所述光学波导具有入射耦合光栅、由所述光学波导的第一表面上的调制形成的中间光栅以及出射光栅；以及被配置成生成多个输入光束的光引擎，每一光束被充分地准直并且以唯一向内方向被定向到所述入射耦合光栅，由此所述多个输入光束形成虚拟图像，所述唯一向内方向取决于该点在所述图像中的位置；其中所述中间和入射光栅具有显著大于该光束的直径的宽度；其中所述入射耦合光栅被布置成将每一光束耦合到所述中间光栅中，在所述中间光栅中，该光束以沿着所述中间光栅的宽度的方向被引导到所述中间光栅的多个拆分区域上；其中所述中间光栅被布置成在所述拆分区域拆分该光束，以提供该光束的多个基本平行的版本，所述多个基本平行的版本被耦合到所述出射光栅中，在所述出射光栅中，所述多个版本被引导到所述出射光栅的多个出射区域上，所述出射区域处于沿着所述出射光栅的宽度的方向中；其中所述出射光栅被布置成向外衍射该光束的所述多个版本，所述多个输入光束由此使得多个出射光束离开所述波导，所述多个出射光束形成所述虚拟图像的一个版本；以及其中与所述光学波导的所述第一表面上的形成所述中间光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述光学波导的与所述第一表面相对的第二表面上的阻滞膜控制，并且所述阻滞膜的阻滞图案是动态可变的。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 US 14/617,5741.一种显示系统，包括：光学波导，所述光学波导具有入射耦合光栅、由所述光学波导的第一表面上的调制形成的中间光栅以及出射光栅；以及被配置成生成多个输入光束的光引擎，每一光束被充分地准直并且以唯一向内方向被定向到所述入射耦合光栅，由此所述多个输入光束形成虚拟图像，所述唯一向内方向取决于该点在所述图像中的位置；其中所述中间和入射光栅具有显著大于该光束的直径的宽度；其中所述入射耦合光栅被布置成将每一光束耦合到所述中间光栅中，在所述中间光栅中，该光束以沿着所述中间光栅的宽度的方向被引导到所述中间光栅的多个拆分区域上；其中所述中间光栅被布置成在所述拆分区域拆分该光束，以提供该光束的多个基本平行的版本，所述多个基本平行的版本被耦合到所述出射光栅中，在所述出射光栅中，所述多个版本被引导到所述出射光栅的多个出射区域上，所述出射区域处于沿着所述出射光栅的宽度的方向中；其中所述出射光栅被布置成向外衍射该光束的所述多个版本，所述多个输入光束由此使得多个出射光束离开所述波导，所述多个出射光束形成所述虚拟图像的一个版本；以及其中与所述光学波导的所述第一表面上的形成所述中间光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述光学波导的与所述第一表面相对的第二表面上的阻滞膜控制，并且所述阻滞膜的阻滞图案是动态可变的。2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述入射耦合光栅由所述光学波导的所述第一表面上的调制形成，并且与所述光学波导的所述第一表面上的形成所述入射耦合光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述阻滞膜控制。3.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述出射光栅由所述光学波导的所述第一表面上的调制形成，并且与所述光学波导的所述第一表面上的形成所述出射光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述阻滞膜控制。4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述出射光栅由所述光学波导的所述第二表面上的调制形成，并且与所述光学波导的所述第二表面上的形成所述出射光栅的调制交互的每一光束的偏振状态由所述光学波导的所述第一表面上的进一步阻滞膜控制。5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述阻滞膜的双折射材料的快轴的方向是能通过电来控制的。6.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述阻滞膜由液晶、压电材料、法拉第旋转材料、克尔介质材料或包括零阶光栅结构的各向同性材料制成。7.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光学波导是基本是平的，以便基本彼此平行地并以基本匹配该光束被入射耦合的所述唯一向内方向的向外方向来向外衍射每一光束的多个版本。8.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光学波导是弯曲的，以便在距所述波导无穷远的距离处形成所述虚拟图像的所述版本。9.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述中间光栅具有一高度，所述高度在沿着其宽度并离开所述入射耦合光栅的方向上增加。10.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统能由用户穿戴。11.根据权利要求10所述的显示系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·莱沃拉，P·萨里科，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US