A near eye optical display system utilizes a compact display engine, which optocoupler images from the imager to a waveguide based display, having a diffractive optical element (DOE) that provides pupil expansion in both directions. The display engine includes a single axis MEMS (micro electro mechanical system) scanner pair configured to use raster scanning to reflect image light through the horizontal and vertical scanning axes of the FOV of the display system. The MEMS scanner is arranged with a rotation axis substantially at right angles to each other, and operates in conjunction with the corresponding quarter wavelength delay plate and polarization beam splitter (PBS) to optocoupler the image into the coupled doe in the waveguide display without additional optical elements, such as lenses or relay systems.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有MEMS扫描器的紧凑型显示引擎
技术介绍
诸如头盔式显示器(HMD)系统和手持式移动设备(例如，智能电话、平板计算机等)等混合现实计算设备可以被配置为向用户显示关于用户的视场和/或设备的相机的视场中的虚拟和/或现实对象的信息。例如，HMD设备可以被配置为使用透视显示系统来显示混合有现实世界对象的虚拟环境或混合有虚拟对象的现实世界环境。类似地，移动设备可以使用相机取景器窗口显示这样的信息。
技术实现思路
一种近眼式光学显示系统利用紧凑型显示引擎，该显示引擎将来自成像器的图像光耦合到基于波导的显示器，其具有在两个方向上提供出射光瞳扩展的衍射光学元件(DOE)。显示引擎包括单轴MEMS(微机电系统)扫描器对，其被配置为使用光栅扫描来使图像光反射通过显示系统的视场(FOV)的水平和竖直扫描轴。MEMS扫描器被布置为具有彼此基本成直角的旋转轴，并且与相应的四分之一波长延迟片和偏振分束器(PBS)一起操作以将图像光耦合到波导显示器中的入耦合DOE中，而无需附加的光学元件，诸如透镜或中继系统。因此，显示引擎可以是紧凑和轻便的，这在很多应用中通常...
【技术保护点】
1.一种近眼式光学显示系统，被配置为示出由第一方向和第二方向描述的视场(FOV)内的图像，所述近眼式光学显示系统包括：/n波导显示器，包括一个或多个衍射光学元件(DOE)，所述一个或多个DOE包括入耦合DOE，所述入耦合DOE被配置用于将图像光入耦合到所述波导显示器；/n偏振分束器，被定位为靠近所述入耦合DOE，所述偏振分束器被配置为反射具有第一偏振态的图像光并且透射具有第二偏振态的图像光；/n第一MEMS(微机电系统)扫描器，被配置为在所述FOV的所述第一方向上扫描；/n第一四分之一波片，具有与所述第一四分之一波片的正面和背面平行的光轴，所述第一MEMS扫描器被设置为靠近...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170428 US 15/581,3321.一种近眼式光学显示系统，被配置为示出由第一方向和第二方向描述的视场(FOV)内的图像，所述近眼式光学显示系统包括：
波导显示器，包括一个或多个衍射光学元件(DOE)，所述一个或多个DOE包括入耦合DOE，所述入耦合DOE被配置用于将图像光入耦合到所述波导显示器；
偏振分束器，被定位为靠近所述入耦合DOE，所述偏振分束器被配置为反射具有第一偏振态的图像光并且透射具有第二偏振态的图像光；
第一MEMS(微机电系统)扫描器，被配置为在所述FOV的所述第一方向上扫描；
第一四分之一波片，具有与所述第一四分之一波片的正面和背面平行的光轴，所述第一MEMS扫描器被设置为靠近所述正面并且所述偏振分束器被设置为靠近所述背面；
第二MEMS扫描器，被配置为在所述FOV的所述第二方向上扫描；以及
第二四分之一波片，具有与所述第二四分之一波片的正面和背面平行的光轴，所述第二MEMS扫描器被设置为靠近所述正面并且所述偏振分束器被设置为靠近所述背面，
其中来自成像器的入射在所述偏振分束器上的图像光依次向所述第一MEMS扫描器和所述第二MEMS扫描器中的每个MEMS扫描器传播，以使得当所述第一MEMS扫描器和所述第二MEMS扫描器被操作时，所述图像光从所述偏振分束器出射并且在所述FOV的范围内入耦合到所述波导显示器中。
2.根据权利要求1所述的近眼式光学显示系统，其中所述FOV是矩形的，并且所述第一MEMS扫描器和所述第二MEMS扫描器中的每个MEMS扫描器具有单个扫描轴，并且其中所述第一MEMS扫描器的所述单个扫描轴与所述第二MEMS扫描器的所述单个扫描轴正交，并且所述第一MEMS扫描器和所述第二MEMS扫描器被操作以执行光栅扫描。
3.根据权利要求1所述的近眼式光学显示系统，其中所述波导显示器还包括至少一个中间DOE和出耦合DOE，其中所述一个中间DOE在所述FOV的所述第一方向上提供出射光瞳扩展，并且所述出耦合DOE在所述FOV的所述第二方向上提供出射光瞳扩展。
4.根据权利要求1所述的近眼式光学显示系统，其中所述近眼式光学显示系统中的所述图像光的传播路径包括两次穿过所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片中的每个四分之一波片，并且其中所述图像光在所述两次穿过中的每次穿过完成之后改变其偏振态。
5.一种头戴式显示器(HMD)设备，被配置为显示具有第一方向和第二方向的视场(FOV)内的图像，所述HDM设备包括：
偏振分束器(PBS)立方体，具有十二个边和六个面，所述六个面包括入射面和出射面，所述入射面和所述出射面共享公共边，所述PBS立方体被配置为与传播方向正交地反射具有第一偏振态的传播图像光，并且还被配置为与所述传播方向平行地透射具有第二偏振态的图像光；
波导显示器中的入耦合衍射光学元件(DOE)，所述入耦合DOE在所述FOV的所述第一方向和所述第二方向上提供出射光瞳扩展，所述入耦合DOE被定位为与所述PBS立方体的出射面相邻；
第一四分之一波片，被定位为与所述PBS立方体的与所述入射面相对的面相邻；
第二四分之一波片，被定位为与所述PBS立方体的与所述出射面相对的面相邻；
第一MEMS(微机电系统)扫描器，具有反射扫描板并且被配置为在所述FOV的所述第一方向上扫描，所述第一MEMS扫描器被定位为与所述第一四分之一波片相邻；以及
第二MEMS扫描器，具有反射扫描板并且被配置为在所述FOV的所述第二方向上扫描，所述第二MEMS...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·罗宾斯，
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
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