波导虚象显示器制造技术

波导虚象显示器（１５）包括图象发生装置（２２），该装置在光波导（２０）的入口提供实象。实象在光波导（２０）内由衍射光学元件（２３，２５，２６，２７，２８）反射多次，这些光学元件对实象放大且滤光并在观察孔产生一虚象。显示器（１００）安装在一眼镜框（１０５）上以便不用手来观察。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于虚象显示的，特别是关于小型虚象显示器(compactvirtwalimagedisplays)的。现在在多种装置中使用视觉显示。问题在于视觉显示器需要相对高的电能并需要许多足够大的用以产生有效显示的区域。在现有技术中，例如，通常用液晶显示，直接观看的发光二极管等来提供视觉显示。这些装置产生了很大(面积)且很不方便的显示，大大增加了接收器的尺寸并需要相对大量的能量。例如，现有技术包括一个扫描镜，扫描镜周期地扫描一个单行象素来产生一个二维视觉显示但这也需要相对大量的能量且非常复杂并对震动非常敏感。还有这个扫描镜在装置中引起的振动大大降低了视觉分辨力。对上述问题的解决方法和其它优点在具有一视孔的波导虚象显示器中可以实现，这个显示器包括用于提供实象的图象发生装置，一个光波导，这个光波导带有一个入口和出口，入口邻接于图象发生器以便接收由此产生的实象，出口与入口相分隔并确定视孔，这个光波导确定了从入口到出口通过该波导的一个光路径并被构造成从入口到出口传递图象，波导虚象显示器还包括沿光路径中预定区域光波导放置的用于放大入口处的实象并在出口提供一放大的虚象的光学装置。参照附图附图说明图1A和1B是体现本专利技术的一个波导虚象显示器的侧视和俯视图;图2是图1的波导虚象显示器的电子设备部分的简化方框图;图3是图2LED阵列(局部)俯视图;图4至图9是每一个都体现了本专利技术的其他波导虚象显示器的侧示图;图10A和10B分别是体现本专利技术的安装在头部(headmounted)的波导虚象显示器的透视及侧视图;图11是体现本专利技术的另一波导虚象显示器的侧示图。参看图1A和1B，分别以侧视及俯视来示出波导虚象显示器15。显示器15包括一光波导20。在本文件中使用的术语“波导”代表在一相对厚基体中的整个内部反射界限(totalliternalreflectionconfirement)。这与更普通的应用相对立，在这个更普通的应用中光被限制到一个非常薄的层中，在这个层中只有离散的波导模式(discretewareguidemode)才能传导。光波导20带有被固定在其一个邻接端上的图象发生器装置22，该装置用于在实象入口上提供实象。从装置22来的实象沿光波导20有角度地被引向衍射放大镜(diffractivemagnifyinglens)。衍射镜23是已知透镜中的任何一种，在操作上类似于Fresnel透镜，现在是可以生产的。如在这项工艺中已知的，使用Fresnel规则的衍射透镜，双态透镜(binaryoptics)等利用已知的半导体制造技术是可生产的。这样的透镜是以普通方式构造的来提供所希望的放大量。从装置22的实象而来的光射线被透镜23衍射到第二透镜25上，透镜25上发生有附加放大。然后光射线沿通过光波导20的光径被引导，在预置区26及27上波反射，直到这些光射线从虚象出口走出光波导20。根据显示20所需的光学特性，区域26和/或27可以包括附加的衍射光学元件，来提供附加光能，滤光，象差矫正(aberrationcorrection)，等等。衍射光栅28确定了一个视孔，通过这个孔观察者观看由装置22所产生的实象的一个放大虚象。装置22在图2中更详细的被图示出来，并且它包括例如半导体电子设备如由数据处理电路32所驱动的发光二极管(LED)系统30。数据处理电路32包括例如逻辑及开关电路系统来控制LED系统30中的每一个发光二极管。数据处理电路32除了逻辑和开关电路系统以外或者取代这个电路系统，包括用来处理输入信号的微处理器或类似的电路以便在如LED系统30的装置上产生所希望的实象。在这个特殊实施例中使用LED系统30因为它具有可以获得的极小尺寸且具有简化的结构和操作。当然应当理解到也可以使用其它图象发生装置，包括激光、光变色膜显象管投影(LCD)，阴极射线管(CRT)等等但不限于它们。特别参看图3，示出了LED系统30的一个简图，在这个系统中在一个单个半导体基片35上以纵横所列的规则图案形成了图象层。每一个图象层包括至少一个LED，如果需要还包括附加平行的LEDS以用于附加亮度及冗余度。通过以已知方式用行列来寻址特殊图象层，激励这些特殊图象层以便产生一实象。在输入端33接收数字或逻辑数据并由数据处理电路32转换成信号，这些信号可以激励所选图象层来产生预定实象。对于那些熟知本领域的人们将理解到LED系统30和半导体基片35在图中大大地被放大了。半导体基片35的实际尺寸沿每一面为几毫米的数量级，每一个LED的每一面为一微米之小的数量级。由于半导体技术减少了基片的尺寸，所以需要更大的放大作用和更小的透镜系统。由于光波导中的很长的光径(多反射)允许衍射元件或透镜的大大增加其焦距长度同时基本不增加显示器的整体尺寸，可以取得相对高的放大作用而不会大大限制观察区域或大大地降低眼睛的松驰度。特别参看图4，示出了波导图象显示器的另一个实施例，这个显示器由40来代表。显示器40包括一个光波导42，这个光波导带有二个平行相隔的表面43和44，图象发生装置45在实象入口端被固定在表面44上。装置45基本上与上面解释的装置22相同，并提供一实象，这个图象沿通过光波导的光经传递到虚象出口。这个实象有角度地被引入光波导42以便在预定区域中从分隔的平行表面43和44反射多次，最终作为被放大虚象出现在虚象出口。应该理解到普通术语“反射”的使用包括任何方式，在这个方式中被有角度引入的光射线从在平行表面43或44之一上的一个区域被改变方向回到光波导42的基体中。在显示器40中，从装置45实象中来的光射线从面43第一次被反射并被往回引向面44上的一个预定区域，在面44上固定有衍射光栅46。衍射光栅46被构造成将光衍射进多个光径。被衍射的光分别在面43及44上的预定区域上反射二次之多，然后作为虚象出现在由第二衍射光栅47限定的出口上。将衍射光栅46及47设计成共同操作并一般作为一个低通滤波器(lowpassfilter)来运行，这个滤波器去除这样的不合乎希望的光如象素拾取噪声(pixellationnoise)及类似物。此外，这个低速滤波器使图象平滑并在衍射光栅47所限定的观察孔上产生更好地所希望的虚象。特别参看图5，示出了波导虚象显示器50的另一个实施例，在这里将装置51固定到波导52的入口以便在入口上提供实象。从装置51的实象来的光射线有角度地被引向第一面53上的预定区，在这个区域中，这些光射线一般沿由面53和54确定光径被反射到第二面54上。将一衍射Fourier透镜固定到第一预定区域上的面53上并使光射线扩散以便使在装置51中形成实象的图象层之间的线及其它不需要的干扰被反射进吸收光或传描光的材料56。将材料56固定到光波导52的面54上并且或是吸收撞在其上的光或是传递从光波导52中出来的光。图象(光射线)的余下部分反射到第二衍射透镜57所放置的面53，透镜5)与放置在面54上的另一衍射透镜58联合在一起完成图象的放大。所得到的图象被反射到光波导52的出口及最后的衍射光栅59，以便进行任何可能会需要的附加滤波及象差矫正。衍射光栅59限定了一个虚象孔，通过这个孔观察者观察由装置51所产生的实象的一个放大虚象。特别参看图6，示出了波导虚象显示器60的本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有观察孔的波导虚象显示器（１５），这个显示器的特征在于：提供实象的图象发生装置（２２）；光波导（２０），它带有与装置（２２）邻接设置的入口用来接收由装置（２２）提供的实象及与入口相隔开并限定观察孔（２８）的出口，该光波导（２０）确定了从该入口到出口贯通的光经并被构造成从该入口到出口传递一个图象；而且在沿光径中预定区域上的光波导（２０）放置的光学装置（２３，２５，２６，２７，２８），它们用于放大提供在入口的实象并在出口提供一放大虚象。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡伦E杰奇莫威克斯，弗雷德V理查德，罗纳德J纳尔逊，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]