具有激光二极管照明的近眼显示器制造技术

近眼显示器具有光导光学元件(LOE)，该光导光学元件具有两个平行的主外表面。图像投射仪将图像照明引入LOE中，以便通过内反射传播。图像投射仪包括由控制器操作的一个或更多个发光激光二极管。耦出装置包括用于朝向观察者的眼睛将照明耦出LOE的、与主外表面成倾斜角度的与LOE相关联的一组相互平行的部分反射表面。发光激光二极管具有作为二极管启动功率的函数的、生成光的相干长度的特征变化。控制器以生成具有下述相干长度的光的二极管启动功率水平来启动激光二极管，该相干长度小于耦出装置的相邻部分反射表面之间的间隔的二倍。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有激光二极管照明的近眼显示器
本专利技术涉及近眼显示器，并且特别地涉及一个或更多个激光二极管用作照明源的近眼显示器。
技术介绍
已知提供了采用放置在用户的眼睛之前的透明光导光学元件(LOE)或“波导”的近眼显示器。来自图像投射仪的图像被引入LOE中并且在LOE内通过内反射传送到用户眼睛前方的区域，其中通过合适的输出耦合机制朝向用户的眼睛将该图像耦出LOE。输出耦合机制可以基于通常嵌入在LOE中的呈倾斜角度的部分反射器或“小平面”的阵列，或者可以采用衍射图案。图像投射仪通常采用两种方法中的一种。根据第一种方法，照明源照明空间光调制器(例如，硅基液晶(LCOS)芯片)的表面，空间光调制器调制透射的每个像素的照明强度。替选地，可以将精细照明光束的强度调制为精细照明光束被引导以扫描图像像素以提供每个像素所需的照明水平，从而形成图像。通过按顺序组合每种是由不同的光源生成的三种颜色——红色、绿色和蓝色(RGB)——形成彩色显示器，从而生成RGB彩色图像的视觉印象。彩色激光器的相对功率通常被设置成提供白色的感知。系统的最大功率定义为最大白色功率。由于具有小形状因子和高输出，激光二极管是用于在近眼显示器的图像投射仪中使用的潜在有利的照明源。然而，已经发现，由激光二极管生成的光的相干性往往引起与干涉相关的伪像，例如，生成被称为“斑点”的可观察到的伪像，其影响观察到的图像质量。
技术实现思路
本专利技术是近眼显示器。根据本专利技术的实施方式的教导，提供了一种用于将图像投射到观察者的眼睛的近眼显示器，该近眼显示器包括：(a)光导光学元件(LOE)，该光导光学元件具有为平面的且相互平行的第一主外表面和第二主外表面；(b)图像投射仪，该图像投射仪用于投射与图像对应的照明，该图像投射仪光学耦合至该LOE，以将照明引入该LOE中，以便通过在该第一主外表面和该第二主外表面处的内反射而在该LOE内传播，该图像投射仪包括：(i)至少一个发光激光二极管，以及(ii)控制器，该控制器用于启动该激光二极管以生成光；以及(c)耦出装置，该耦出装置包括用于朝向观察者的眼睛将照明耦出该LOE的、与第一主外表面成倾斜角度的与该LOE相关联的多个相互平行的部分反射表面，该耦出装置在多个部分反射表面的相邻表面之间具有间隔，其中，该发光激光二极管具有作为二极管启动功率的函数的、生成光的相干长度的特征变化，并且其中，该控制器被配置成以生成具有小于该间隔的二倍的相干长度的光的二极管启动功率水平来启动该激光二极管。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该控制器被配置成使该二极管启动功率水平在不包括与所述函数的最大值对应的至少一个二极管启动功率水平的至少一个值范围内变化。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该控制器被配置成使该二极管启动功率水平在使得该相干长度低于阈值的至少一个值范围内变化。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该二极管启动功率水平接近该函数的最小值。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该二极管启动功率水平大于该激光二极管的最大标称功率额定值。根据本专利技术的实施方式的另一特征，多个部分反射表面被内部地安置在该LOE内。根根据本专利技术的实施方式的另一特征，该至少一个发光激光二极管被实现为生成不同颜色的可见光的至少三个发光激光二极管。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该至少一个发光激光二极管被部署为照明部署在该图像投射仪的图像平面中的空间光调制器的至少一部分。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该控制器被配置成实现亮度调节，并且其中，该亮度调节的至少一部分是使用由该激光二极管生成的光的脉冲的脉冲宽度调制来实现的。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该图像投射仪还包括扫描装置，该扫描装置被配置用于跨该投射仪的图像平面扫描来自该激光二极管的照明。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该图像投射仪还包括电可切换光衰减器，该电可切换光衰减器被部署用于使从该图像投射仪输出的来自该激光二极管的光的输出强度与扫描同步地变化。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该图像投射仪还包括位于由该激光二极管生成的光的路径中的路径倍增反射器装置，该路径倍增反射器装置包括全反射器和至少一个部分反射器，该至少一个部分反射器被部署成平行于该全反射器并且与该全反射器间隔超过该相干长度的一半。根据本专利技术的实施方式的另一特征，该图像投射仪还包括位于由该激光二极管生成的光的路径中的路径倍增漫射器装置，该路径倍增漫射器装置包括反射器和漫射器层，该漫射器层被部署成平行于该反射器并且与该反射器间隔超过该相干长度的一半，使得由该激光二极管生成的光通过该漫射器层、从该反射器反射并且再次通过该漫射器层。附图说明本文中仅通过示例的方式参照附图描述了本专利技术，在附图中：图1是根据本专利技术的实施方式的采用多个激光二极管作为照明源而构造和操作的近眼显示器的示意性等距视图；图2A是示意性地示出针对来自图1的近眼显示器的激光二极管的、作为输出功率的函数的相干长度的变化的图；图2B是针对输出光束的不同相干程度的激光二极管输出的空间照明分布的示意性表示；图2C是与图2A类似的示出了应用最大相干长度阈值来限定针对图1的近眼显示器中的激光二极管的操作的允许的启动功率水平的图；图3A是示出了针对使用相等持续周期时间以实现白平衡的三个不同颜色的激光二极管的、作为时间的函数的相对启动功率水平的图；图3B是与图3A类似的示出了针对每个激光二极管使用全功率以及针对每个颜色使用相应周期的不同持续时间的对应的白平衡的图；图3C是与图3B类似的示出了使用相对于最大标称功率额定值的150％功率水平以实现与图3B相同的感知输出照明的图；图3D是与图3B类似的示出了通过脉冲宽度调制获得的50％感知照明水平的图；图3E是与图3D类似的示出了通过将针对每个激光二极管的离散优选功率水平的选择与脉冲宽度调制结合在一起而获得的50％感知照明的实现的图；图4A是基于空间光调制器的用于图1的近眼显示器的图像投射仪的示例性光学配置的侧视图；图4B和图4C分别是来自图4A的示出了使用部分反射器以在激光二极管与空间光调制器之间生成多个光路的棱镜反射器和反射透镜的放大表示；图5A是与4B类似的示出了在两个反射器之间注入来自激光二极管的光的图；图5B是与图4B类似的示出了使用多个部分反射器的图4B的修改的图；图6是与图4B类似的部署有漫射器层以生成多路径效果的图；以及图7是图1的近眼显示器的实现的光学部件的示意性侧视图，其示出了基于窄扫描光束的调制的图像投射仪。具体实施方式本专利技术是近眼显示器。参考附图和所附说明书，可以更好地理解根据本专利技术的近眼显示器的原理和操作。介绍-相干长度变化原则上，非相干照明将是近眼显示应用的优选替选方案，因为非相干照明产生平滑的图像而没有称为“斑点”的非均匀性。通过利用空间和时间上不相关的波前来实现非相干性。...

【技术保护点】
1.一种用于将图像投射到观察者的眼睛的近眼显示器，所述近眼显示器包括：/n(a)光导光学元件(LOE)，所述光导光学元件具有为平面的且相互平行的第一主外表面和第二主外表面；/n(b)图像投射仪，所述图像投射仪用于投射与图像对应的照明，所述图像投射仪光学耦合至所述LOE，以将照明引入所述LOE中，以便通过在所述第一主外表面和所述第二主外表面处的内反射而在所述LOE内传播，所述图像投射仪包括：/n(i)至少一个发光激光二极管，以及/n(ii)控制器，所述控制器用于启动所述激光二极管以生成光；以及/n(c)耦出装置，所述耦出装置包括用于朝向所述观察者的眼睛将照明耦出所述LOE的、与所述第一主外表面成倾斜角度的与所述LOE相关联的多个相互平行的部分反射表面，所述耦出装置在所述多个部分反射表面的相邻表面之间具有间隔，/n其中，所述发光激光二极管具有作为二极管启动功率的函数的、生成光的相干长度的特征变化，并且其中，所述控制器被配置成以生成具有小于所述间隔的二倍的相干长度的光的二极管启动功率水平来启动所述激光二极管。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180906 US 62/727,5811.一种用于将图像投射到观察者的眼睛的近眼显示器，所述近眼显示器包括：
(a)光导光学元件(LOE)，所述光导光学元件具有为平面的且相互平行的第一主外表面和第二主外表面；
(b)图像投射仪，所述图像投射仪用于投射与图像对应的照明，所述图像投射仪光学耦合至所述LOE，以将照明引入所述LOE中，以便通过在所述第一主外表面和所述第二主外表面处的内反射而在所述LOE内传播，所述图像投射仪包括：
(i)至少一个发光激光二极管，以及
(ii)控制器，所述控制器用于启动所述激光二极管以生成光；以及
(c)耦出装置，所述耦出装置包括用于朝向所述观察者的眼睛将照明耦出所述LOE的、与所述第一主外表面成倾斜角度的与所述LOE相关联的多个相互平行的部分反射表面，所述耦出装置在所述多个部分反射表面的相邻表面之间具有间隔，
其中，所述发光激光二极管具有作为二极管启动功率的函数的、生成光的相干长度的特征变化，并且其中，所述控制器被配置成以生成具有小于所述间隔的二倍的相干长度的光的二极管启动功率水平来启动所述激光二极管。


2.根据权利要求1所述的近眼显示器，其中，所述控制器被配置成使所述二极管启动功率水平在不包括与所述函数的最大值对应的至少一个二极管启动功率水平的至少一个值范围内变化。


3.根据权利要求1所述的近眼显示器，其中，所述控制器被配置成使所述二极管启动功率水平在使得所述相干长度低于阈值的至少一个值范围内变化。


4.根据权利要求1所述的近眼显示器，其中，所述二极管启动功率水平接近所述函数的最小值。


5.根据权利要求1所述的近眼显示器，其中，所述二极管启动功率水平大于所述激光二极管的最大标称功率额定值。

【专利技术属性】
技术研发人员：耶谢·丹齐格，罗宁·切里基，尼灿·利夫内，
申请(专利权)人：鲁姆斯有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL