具有用于高度空间均匀的光输出的反射器和透镜的光输出系统技术方案

在一些实施例中，具有反射器和靠近反射器的光输出开口的透镜的光学系统提供具有高度空间均匀性和高效的光输出。反射器被成形为提供基本上角度均匀的光输出，并且透镜被配置为将该角度均匀的光输出转换为空间均匀的光输出。光输出可以被导入光调制器中，光调制器调制光以投射图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于高度空间均匀的光输出的反射器和透镜的光输出系统相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2016年2月26日提交的序列号为62/300,742，名称为“LIGHTOUTPUTSYSTEMWITHREFLECTORANDLENSFORHIGHLYSPATIALLYUNIFORMLIGHTOUTPUT(具有用于高度空间均匀的光输出的反射器和透镜的光输出系统)”的美国临时专利申请的优先权益，该公开的全部内容通过引用并入此文。以下每个专利申请的全部内容也通过引用并入本申请：2014年11月27日提交的序列号为14/555,585的美国申请；2015年4月18日提交的序列号为14/690,401的美国申请；2014年3月14日提交的序列号为14/212,961的美国申请；以及2014年7月14日提交的序列号为14/331,218的美国申请。
本公开涉及光输出系统，更具体地说，涉及具有反射器和透镜的光输出系统。在一些实施例中，光输出系统可以是增强和虚拟现实成像和可视化系统的一部分。
技术介绍
成像和可视化系统可以利用将光输出到光调制装置中，然后该光调制装置调制和投射光以在观看者的眼睛中形成图像的系统。一直需要开发能够满足现代成像和可视化系统需求的光投射系统。
技术实现思路
在一些实施例中，提供了一种光学系统。所述光学系统包括反射器，所述反射器包括光输入开口、光输出开口和在所述光输入开口以及反射内侧壁，所述光输出开口之间延伸。所述光学系统还包括透镜，所述透镜靠近所述反射器的光输出开口。所述反射器的侧壁可以被成形为提供基本上角度均匀的光输出，并且所述透镜可以被配置为将基本上角度均匀的光输出转换为基本上空间均匀的光输出。在一些实施例中，所述反射器是反射器阵列中的一者，每个反射器具有位于所述反射器的输出开口前方的关联透镜。所述光学系统可以进一步包括光调制装置，所述光调制装置被配置为通过所述透镜接收由所述反射器输出的光。所述光学系统还可以进一步包括波导堆叠，每个波导包括光耦入光学元件，所述光耦入光学元件被配置为接收来自所述光调制装置的光。如沿着所述光到所述堆叠的传播轴所示，每个波导的所述光耦入光学元件可以在空间上偏离其它波导的所述光耦入光学元件。如平面图所示，所述反射器的空间布置可以与所述光耦入光学元件的空间布置一一对应并对齐。附图说明图1示出了用户通过AR装置的增强现实(AR)视图。图2示出了可穿戴显示系统的示例。图3示出了用于为用户模拟三维图像的常规显示系统。图4示出了使用多个深度平面模拟三维图像的方法的各方面。图5A至图5C示出了曲率半径和焦半径之间的关系。图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。图7示出了由波导输出的出射光束的示例。图8示出了堆叠波导组件的示例，其中，每个深度平面包括使用多种不同成分颜色形成的图像。图9A示出了一组堆叠波导的示例的横截面侧视图，每个堆叠波导包括耦入光学元件。图9B示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。图9C示出了图9A和图9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。图10示出了具有复合抛物面聚光器(CPC)的轮廓的反射器的示例。图11示出了具有反射器和透镜的光学系统的示例。图12示出了具有光发射器、反射器和透镜的光学系统的示例。图13示出了来自图11至图12的光学系统的光输出的示例。图14A至图14F示出了具有形状不同的光输入开口和光输出开口的反射器的示例。图15A和图15B分别示出了图14A至图14C和图14D至图14F的反射器的光输出的均匀性图的示例。图16示出了图的示例，该图示出了图14A至图14C的反射器结合透镜在角度空间中的光输出强度。图17A至图17B分别示出了图14A至图14C和14D至图14F的反射器阵列的示例的透视图。图18示出了具有光发射器、反射器和透镜阵列的光学系统以及掩模的示例的透视图。图19示出了具有的反射器和用于诸如布线之类的光发射器结构的凹口阵列的材料体的示例的透视图。图20A至图20b示出了具有不同高度的反射器的材料体的示例的透视图。图21A至图21E示出了反射器的示例的各种视图。图22A至图22B示出了图21的反射器的其它透视图。图22C至图22D示出了如分别从反射器的光输出开口侧和光输入开口侧所示的图21的反射器的透视图。图23A和图23B分别示出了具有圆形轮廓和在内侧壁的相交处具有尖角的反射器的光输出的均匀性图的示例。提供附图是为了说明示例实施例，而不是为了限制本公开的范围。具体实施方式显示系统可以通过调制来自光发射器的光，然后投射该光以供观看者观看来形成图像。一些成像系统可以利用光发射器阵列，每个光发射器阵列独立地向光调制器提供光。光发射器提出了各种挑战。例如，具有光发射器阵列的系统可能很复杂，利用多个结构来引导光向光调制器传播。由于组件的复杂性，系统可能难以制造。另外，应当理解，由显示系统形成的图像的亮度均匀性可以取决于光调制器从光发射器接收的光的空间均匀性。因此，为了显示具有良好亮度均匀性的图像，需要由光调制器接收的光在空间上是均匀的。有利地，根据一些实施例，具有反射器和靠近反射器的光输出开口的透镜的光学系统提供具有高空间均匀性和高效率的光输出。优选地，反射器成形为提供基本上角度均匀的光输出，并且透镜被配置为将该角度均匀的光输出转换为空间均匀的光输出。反射器具有光输入开口，该光输入开口用于容纳和/或接收来自光发射器的光，以及光输出开口，该光输出开口用于输出所接收的光。在一些实施例中，光发射器发射具有朗伯(lambertian)角分布的光。在一些实施例中，光发射器是扩展光源，并且例如可以是发光二极管。在一些实施例中，光输入和输出开口的形状可以不同。在一些实施例中，透镜靠近反射器的光输出开口(例如，位于透镜前方)。在一些实施例中，如横截面侧视图所示，反射器的内部反射表面的曲率可以遵循椭圆形、双曲线形或双锥形的轮廓。在一些实施例中，当反射器从相对大的光输出开口变到较小的光输入开口时，反射器的内部反射表面可具有大致线性的轮廓。优选地，反射器的反射表面成形为基本上准直与固定在发射器表面中的设计形状或子孔径对应的一组边缘光线。应当理解，在反射器的设计中可以包括一组以上的边缘光线。例如，被设计为允许+/-50微米的轴向光发射器偏移的反射器可以通过跨越该范围的若干组边缘光线进行设计，其中，反射器形状被选择为基本上准直每组边缘光线。在一些实施例中，反射器的反射表面的最终形状可略微偏离理想化的离轴抛物线部分，但可基本上类似于复合抛物面聚光器(CPC)的形状。应当理解，可以联合选择透镜和光发射器的形状和参数，以实现所需水平的空间均匀的光输出和效率。在一些实施例中，反射器的反射内表面具有复合抛物面聚光器(CPC)的轮廓(如横截面侧视图所示)，其中，该轮廓或曲率至少在沿着沿反射器的高度轴线延伸的两个中平面截取的横截面中呈现，其中，这些中平面彼此正交。应当理解，反射器的高度是光输入开口与光输出开口之间的距离。在一些优选实施例中，反射器的内表面可以具有多个侧面，并且所有这些侧面可以具有CPC轮廓，如侧视图所示。另外，如沿着横向于反射器的高度轴线的平面截取的横截面侧视图所示，所有内侧壁可以是线性的或平坦的。因此，内侧壁可以被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，包括：反射器，其包括：光输入开口；光输出开口；以及反射内侧壁，其在所述光输入开口与所述光输出开口之间延伸，以及透镜，其靠近所述反射器的光输出开口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.26 US 62/300,7421.一种光学系统，包括：反射器，其包括：光输入开口；光输出开口；以及反射内侧壁，其在所述光输入开口与所述光输出开口之间延伸，以及透镜，其靠近所述反射器的光输出开口。2.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括光发射器，所述光发射器位于所述反射器的光输入开口处。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述光源是发光二极管。4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述反射器是反射器阵列中的一者，每个反射器具有位于所述反射器的输出开口前方的关联透镜。5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述反射器阵列由单一体中的开口的侧壁形成。6.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述反射器形成反射器组，其中，每个组中的反射器与其它组中的反射器相比，在所述反射器的光输入开口与光输出开口之间具有不同的长度。7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述反射器的长度取决于与每个反射器相关联的光源所发射的光的波长而变化。8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，与所述反射器相关联的光源形成光源组，其中，每个组发射不同波长范围的光。9.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述光源形成三个或更多个光源组。10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述光源形成三个光源组，其中，所述组中的第一组发射红光，其中，所述组中的第二组发射绿光，其中，所述组中的第三组发射蓝光。11.根据权利要求4所述的光学系统，进一步包括光调制装置，所述光调制装置被配置为通过所述透镜接收由所述反射器输出的光。12.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述光调制装置包括液晶显示器(LCD)或数字光处理(DLP)显示器。13.根据权利要求11所述的光学系统，进一步包括波导堆叠，每个波导包括光耦入光学元件，所述光耦入光学元件被配置为接收来自所述光调制装置的光。14.根据权利要求13所述的光学系统，其中，当沿着所述光到所述堆叠的传播轴观看时，每个波导的所述光耦入光学元件在空间上偏离其它波导的所述光耦入光学元件。15.根据权利要求14所述的光学系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·J·西森，H·L·哈尔，K·库尔蒂斯，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国,US