用于带有具有光焦度的扫描镜的大视场显示器的方法及系统技术方案

图像显示系统可以包括：多个光源，其被配置为发射非准直光；以及目镜波导，其具有被配置为接收不同角度的光束的输入端口。图像显示系统还包括带有具有正光焦度的表面的扫描镜，其被配置为接收由多个光源发射的光。具有正光焦度的表面被配置为准直由多个光源发射的光以形成多个准直光束并将多个准直光束引导到输入端口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于带有具有光焦度的扫描镜的大视场显示器的方法及系统相关申请的交叉引用本申请要求于2018年1月31日提交的美国临时专利申请号62/624,762的权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
现代计算和显示技术已经促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字产生的图像或其部分以它们看起来是或可能被感知为是真实的方式在可穿戴设备中呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其他实际现实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，作为对用户周围的现实世界的可视化的增强。可穿戴设备可以包括增强和/或虚拟现实眼镜。可以使用图像帧或光栅扫描图像来显示图像。在扫描图像显示系统中，光束的每个角度(或扫描的小角度范围)都限定了图像的像素。通过在两个正交轴上扫描反射镜(mirror)，可以创建二维视场(FOV)。扫描束可以通过采用波导显示器形式的眼镜透镜被耦合。图像显示系统可以安装在眼镜框架的左侧和右侧的每一侧上。扫描束显示器的一个缺点是，通常在一方面确定分辨率与帧速率(framerate)的乘积的扫描频率与另一方面确定视场角的扫描角度范围之间存在折衷。另外，具有适合于并入增强现实眼镜中的大小的某些紧凑激光二极管具有再次限制分辨率和帧速率的乘积的最大调制速率。
技术实现思路
用于虚拟现实或增强现实应用的可穿戴设备中的常规扫描图像显示器通常具有有限的视场，因为扫描镜在光学元件的布置中具有有限的扫描运动范围和设计约束。本专利技术的实施例提供具有大视场和高分辨率的扫描图像显示系统，同时保持小设备形状因子。在一些实施例中，可以通过同时扫描多个入射光束并将各个视场组合为更大的复合视场来实现更大的视场。根据本专利技术的一些实施例，一种图像显示系统包括用于接收两个或更多个入射发散光束并且提供多个反射光束的扫描镜。多个反射光束中的每一个被配置为在相应的视场中提供图像。该图像显示系统还包括具有输入耦合光学元件和输出耦合光学元件的波导。该输入耦合光学元件被配置用于将该多个反射光束耦合到该波导中。该输出耦合光学元件被配置用于从该波导投射多个输出光束以在复合视场中形成投射图像。根据本专利技术的一些实施例，图像显示器可以包括目镜波导，该目镜波导包括被配置为接收不同角度的光束的输入端口，以及位于该输入端口附近的多个点光源。多个点光源中的每一个都可以具有远离输入端口定向的发射方向。图像显示器还可以具有扫描镜，该扫描镜的表面具有正光焦度。扫描镜可以被定位在输入端口附近并且被定位以拦截由多个点光源发射的光。具有正光焦度的表面可以被配置为准直由多个点光源发射的光并且将多个点光源发射的光反射到输入端口。在上述图像显示器的实施例中，具有正光焦度的表面可以包括菲涅耳反射器。在上述图像显示器的另一实施例中，具有正光焦度的表面可以包括凹面镜。在一些实施例中，扫描镜的具有正光焦度的表面被配置为形成多个准直光束并将多个准直光束引导至输入端口。多个准直光束中的每一个被配置为通过目镜波导照射复合视场(FOV)的一部分。在某些实施例中，波导显示器包括集成光波导芯片，该集成光波导芯片包括多个光波导，并且多个光波导的至少一个子集包括发光端。发光端形成点光源。在某些实施例中，集成光波导芯片设置在扫描镜和输入端口之间。在某些实施例中，集成光波导芯片以至少部分重叠的关系被设置在输入端口之上。在某些实施例中，集成光波导芯片被配置为接收来自多组{R，G，B}激光二极管的光。在某些实施例中，目镜波导还包括正交光瞳扩展器和出射光瞳扩展器。在某些实施例中，目镜波导包括至少一个主表面和输入端口，并且正交光瞳扩展器和出射光瞳扩展器包括设置在至少一个主表面上的表面起伏(relief)光栅。在某些实施例中，集成光波导芯片和扫描镜设置在主表面的公共侧面上。在某些实施例中，增强现实眼镜可以包括上述波导显示器。根据本专利技术的一些实施例，一种图像显示系统可以包括：多个光源，其被配置为发射非准直光；以及目镜波导，其具有被配置为接收不同角度的光束的输入端口。该图像显示系统还包括：带有具有正光焦度的表面的扫描镜，其被配置为接收由多个光源发射的光。该具有正光焦度的表面被配置为准直由多个光源发射的光以形成多个准直光束并将多个准直光束引导到输入端口。在上述图像显示系统的实施例中，该具有正光焦度的表面包括凹面镜。在另一个实施例中，该具有正光焦度的表面包括菲涅耳反射器。在某些实施例中，该图像显示系统还具有包括多个光波导的集成光波导芯片。多个光波导的至少一个子集包括形成多个光源的光发射端。在某些实施例中，集成光波导芯片以至少部分重叠的关系被设置在输入端口之上。在某些实施例中，集成光波导芯片被配置为接收来自多组{R，G，B}激光二极管的光。在另一个实施例中，多个光源被配置为在不同方向上发射非准直光，其中，由具有正光焦度的扫描镜形成的多个准直光束中的每一个被配置为通过目镜波导照射复合视场(FOV)的一部分。根据本专利技术的一些实施例，一种用于在波导显示器中显示图像的方法包括：从多个点光源发射光。多个点光源中的每一个可以具有不同的发射方向。该方法还包括在带有具有正光焦度的表面的扫描镜处拦截由多个点光源发射的光。具有正光焦度的表面被配置为准直由多个点光源发射的光以产生多个准直光束。该方法还包括在目镜波导的输入端口中接收来自扫描镜的多个准直光束，并从目镜波导的输出端口形成虚拟图像。在上述方法的实施例中，具有正光焦度的表面包括凹面镜。在另一个实施例中，具有正光焦度的表面包括菲涅耳反射器。在另一个实施例中，多个准直光束中的每一个被配置为通过目镜波导照射复合视场(FOV)的一部分。多个反射的准直光束中的每一个被配置为在相应的视场(FOV)中提供图像。多个反射的准直光束在目镜波导中被接收，并且目镜波导从该目镜波导投射多个输出光束以在复合视场(FOV)中形成投射图像。在该方法的一些实施例中，复合视场大于由多个点光源中的每一个提供的FOV。复合FOV中的图像可以是平铺图像(tiledimage)，其包括来自多个点光源中的每一个的图像。在另一个实施例中，多个点光源被包括在覆盖在目镜波导的输入端口上的集成光波导芯片中，并且扫描镜被设置为覆盖在集成光波导芯片上。来自扫描镜的多个准直光束被发送通过集成光波导芯片以到达目镜波导的输入端口。在另一个实施例中，集成光波导芯片被设置在扫描镜和输入端口之间。在另一个实施例中，集成光波导芯片被配置为接收来自多组{R，G，B}激光二极管的光。在一些实施例中，从目镜波导的输出端口形成图像包括从目镜波导的输出端口输出光以形成虚拟图像。在下面的详细描述、附图和权利要求中描述了附加特征、益处和实施例。附图说明图1是示出根据一些实施例的示例性可穿戴显示设备的透视图的透视图；图2是根据一些实施例的示例性可穿戴显示设备的俯视本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导显示器，包括：/n包括输入端口的目镜波导，所述输入端口被配置为接收不同角度的光束；/n位于所述输入端口附近的多个点光源，所述多个点光源中的每一个具有远离所述输入端口定向的发射方向；以及/n带有具有正光焦度的表面的扫描镜，其位于所述输入端口附近并被定位以拦截由所述多个点光源发射的光，其中，所述具有正光焦度的表面被配置为准直由所述多个点光源发射的光以形成多个准直光束并将由所述多个点光源发射的光反射到所述输入端口。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 US 62/624,7621.一种波导显示器，包括：
包括输入端口的目镜波导，所述输入端口被配置为接收不同角度的光束；
位于所述输入端口附近的多个点光源，所述多个点光源中的每一个具有远离所述输入端口定向的发射方向；以及
带有具有正光焦度的表面的扫描镜，其位于所述输入端口附近并被定位以拦截由所述多个点光源发射的光，其中，所述具有正光焦度的表面被配置为准直由所述多个点光源发射的光以形成多个准直光束并将由所述多个点光源发射的光反射到所述输入端口。


2.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述具有正光焦度的表面包括菲涅耳反射器。


3.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述具有正光焦度的表面包括凹面镜。


4.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述多个准直光束中的每一个被配置为通过所述目镜波导照射复合视场(FOV)的一部分。


5.根据权利要求1所述的波导显示器，包括：
包括多个光波导的集成光波导芯片，其中，所述多个光波导中的至少一个子集具有发光端；
其中，所述多个点光源包括所述发光端。


6.根据权利要求5所述的波导显示器，其中，所述集成光波导芯片被设置在所述扫描镜与所述输入端口之间。


7.根据权利要求5所述的波导显示器，其中，所述集成光波导芯片以至少部分重叠的关系被设置在所述输入端口之上。


8.根据权利要求5所述的波导显示器，其中，所述集成光波导芯片被配置为接收来自多组{R，G，B}激光二极管的光。


9.根据权利要求5所述的波导显示器，其中，所述目镜波导还包括正交光瞳扩展器和出射光瞳扩展器。


10.根据权利要求9所述的波导显示器，其中，所述目镜波导包括至少一个主表面，并且其中，所述输入端口、所述正交光瞳扩展器和所述出射光瞳扩展器包括被设置在所述至少一个主表面上的表面起伏光栅。


11.根据权利要求10所述的波导显示器，其中，所述集成光波导芯片和所述扫描镜设置在所述主表面的公共侧面上。


12.一种增强现实眼镜，包括根据权利要求1所述的波导显示器。


13.一种图像显示系统，包括：
包括输入端口的目镜波导，所述输入端口被配置为接收不同角度的光束；
被配置为发射非准直光的多个光源；以及
带有具有正光焦度的表面的扫描镜，其被配置为接收由所述多个光源发射的光，其中，所述具有正光焦度的表面被配置为准直由所述多个光源发射的光以形成多个准直光束并...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·弗里德曼，A·佩尔曼，O·温斯坦，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国;US