近眼显示投影仪制造技术

一种近眼显示装置(800)包括：具有视域(866、867)的透镜(865)，该透镜包括具有波导输入(851、853)和光学耦合到视域的波导输出的波导；具有投影仪输出的光学投影仪(700)，该光学投影仪包括光学耦合到光学棱镜元件并被配置为在特定方向上将照明光提供到光学棱镜元件中的照明源、光学耦合到光学棱镜元件并被配置为接收来自光学棱镜元件的照明光并反射图案化光的空间光调制器、被配置为在特定方向上将图案化光提供到投影仪输出的光学棱镜元件；以及光学耦合在投影仪输出和波导输入之间的光学折叠元件(745)，该光学折叠元件被配置为在至少两个不同方向上折叠图案化光的光路。至少两个不同方向上折叠图案化光的光路。至少两个不同方向上折叠图案化光的光路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】近眼显示投影仪


[0001]本申请总体涉及显示投影仪，并且更具体地涉及近眼显示投影仪。

技术介绍

[0002]近眼显示器被越来越多地使用。在近眼显示器中，观察者的眼睛非常靠近透镜，因此该系统是个人成像系统。图像出现在用户的视野中。与将图像投影到屏幕或表面上以供查看的成像系统不同，在近眼显示器中，图像从透镜上的视域被投影到人类视网膜上，在此处图像被感知为在观察者的前面。从透镜上的查看光瞳到用户眼睛的距离可能只有几毫米。许多近眼系统被提供在可穿戴便携式设备中，例如眼镜或护目镜。
[0003]在一些示例中，该系统可以提供沉浸式的查看体验，因此观察者只能看到由系统投影的图像，而沉浸式的查看系统阻挡来自其他光源的光。虚拟现实(“VR”)系统对于游戏、模拟器、培训系统或用于电影、游戏或视频演示的虚拟2D或3D查看是有用的。
[0004]使用近眼显示器的替代系统是透射系统，其中透镜充当光学组合器。在那些替代系统中，观察者通过近眼显示器的透镜进行观察，并且透镜将由系统提供的图像与观察者正在观察的场景进行光学组合。示例是增强现实(“AR”)系统。在一些系统中，用户以类似于太阳镜或眼镜的方式佩戴AR头戴视图器(headset)或眼镜，并且透镜显示的信息增加(“增强”)用户在佩戴该设备时观察的真实视觉环境。在其他系统中，诸如汽车或航空航天的“平视(heads up)”显示器，观察者注视(look into)近眼显示器，并且成像系统将图像添加到观察者面前的场景中。以此方式，观察者可以在观察场景的同时接收附加信息，诸如车速、燃油表、系统消息和类似数据。
[0005]示例近眼显示系统包括透射透镜，该透射透镜以与正在通过透镜查看的场景光学组合的图像的形式显示视觉信息。例如，可以与正在观察的场景一起显示和查看通知。此类通知的示例包括社交媒体消息、包含关于对象或地点的导航信息、天气、交通、历史或旅游信息的文本、零售优惠(诸如与佩戴者附近或正在被佩戴者查看的商店或地点相关的销售或广告)、股票报价、体育比分或其他上下文驱动的通知或信息。交互式游戏可以使用AR头戴视图器进行，诸如“寻宝游戏(scavenger hunts)”或涉及在某个位置寻找虚拟对象的游戏，或对用户找到目标地点或对象的能力进行评分的游戏。系统可以提供导航辅助，例如指示前往目的地的方向、何时离开高速公路、在何处转弯或即将发生的危险(例如指示前方发生事故或前方交通缓慢)的文本提示。随着佩戴者在环境中移动并通过设备的透射透镜进行观看，该系统可以利用各种视觉信息、提示或辅助来增强体验。该系统可以包括处理器并且可以包括网络连接(诸如蜂窝连接、Wi
‑
Fi连接、蓝牙连接)，或者显示系统可以耦合到包括这种连接的另一设备(诸如智能手机、平板电脑、便携式网络浏览器、视频播放器或笔记本电脑)。一些AR系统提供始终在用户视野中的全视场显示，而其他AR系统可能会在用户必须专门观看才能看到的部分视野处提供小型显示，例如“智能”眼镜。
[0006]在示例近眼显示系统中，投影仪被安装到可穿戴式头戴视图器，以将显示信息提供到透镜的波导。投影仪包括光学元件和反射元件，诸如透镜、反射镜和照明源。在一些系
统中，空间光调制器(“SLM”)提供来自视频数据源的图像。AR或VR眼镜或头戴视图器可能会变得非常笨重，以便提供用于容纳包括光学器件、空间光调制器和照明元件的投影仪所需的物理空间。因此，眼镜或头戴视图器会变得沉重且使佩戴者不舒服。当佩戴眼镜或头戴视图器一段时间后，佩戴者可能会对支撑眼镜或头戴视图器的鼻子和耳朵的区域感到擦伤或受伤。

技术实现思路

[0007]一种近眼显示装置包括：具有视域的透镜，该透镜包括具有波导输入和波导输出的波导，并且该波导输出光学耦合到该视域；具有投影仪输出的光学投影仪，该光学投影仪包括光学棱镜元件、空间光调制器和照明源，该照明源光学耦合到光学棱镜元件并且被配置为在特定方向上将照明光提供到光学棱镜元件中，该空间光调制器光学耦合到光学棱镜元件并且被配置为接收来自光学棱镜元件的照明光并反射图案化光，并且光学棱镜元件被配置为在特定方向上将图案化光提供到投影仪输出；以及光学折叠元件，该光学折叠元件光学耦合在投影仪输出和波导输入之间，该光学折叠元件被配置为在至少两个不同方向上折叠图案化光的光路。
附图说明
[0008]图l是近眼显示系统的简化图。
[0009]图2是使用光学投影仪的近眼显示系统的简化框图。
[0010]图3是光学投影系统的主要元件的简化框图。
[0011]图4是紧凑型光学投影系统的示例布置的简化框图。
[0012]图5A和图5B分别是用于近眼显示系统的示例说明性布置的平面图和侧视图。
[0013]图6A和图6B分别是一些布置的光学折叠元件的正视图和侧视图。
[0014]图7是具有两个照明源和单个空间光调制器以便为近眼显示系统提供视频的替代布置的另一框图。
[0015]图8是使用图7的投影仪的可佩戴近眼显示系统的布置的正视图。
[0016]图9A和图9B分别是合并图4或图7的安装到可穿戴近眼显示系统中的镜腿件的紧凑型光学投影仪的示例布置的侧视图和俯视图。
[0017]图10是合并图5和图8的布置中近眼系统特征、图4的示例紧凑型光学投影系统和阻挡不需要的光的不透明盖的VR系统布置的侧视图。
[0018]图11是合并本说明书的特征的光学投影系统的简化电路图。
具体实施方式
[0019]在附图中，除非另有说明，否则对应的数字和符号一般是指对应的部件。附图不一定按比例绘制。
[0020]在本说明书中，当术语“耦合”描述元件之间的关系时，其不限于“连接”或“直接连接”，还可以包括通过中间元件建立的连接，并且任何“耦合”的元件之间可以存在附加元件和各种连接件。在本说明书中，“光学耦合”的元件在元件之间具有光学连接，但“光学耦合”的元件之间可以存在各种中间元件。
[0021]在本说明书中，“直列式(in
‑
line)”光学投影仪是其中照明光路(在第一方向上进入光学系统)和投影光路(调制光离开光学系统)在相同的第一方向上对齐的投影仪。在这些示例中，光学系统使用棱镜将进入光学系统的照明光反射到空间光调制器的面上，然后棱镜再次反射调制光(由空间光调制器反射或传递)以对准照明光路离开光学系统。在一些示例中，空间光调制器的面具有平行于对准光路(in line optical path)定向的平面表面。
[0022]在本说明书中，术语“光学折叠元件”是指通过以一定角度反射光来改变光路方向从而将在第一方向上行进的入射光的方向改变为相对于第一方向成角度的新方向的元件。在示例布置中，光学折叠元件将光路折叠至少两次。在一些示例中，光学折叠元件以直角折叠光路，但其他角度也是可能的。
[0023]这些布置适用于AR近眼投影仪系统和VR近眼投影仪系统两者。可以使用VR或AR系统查看诸如3D和2D游戏、2D和3D电影、全息图、电视节目、事本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种显示装置，其包括：具有视域的透镜，所述透镜包括具有波导输入和波导输出的波导，并且所述波导输出光学耦合到所述视域；具有投影仪输出的光学投影仪，所述光学投影仪包括光学棱镜元件、空间光调制器和照明源，所述照明源光学耦合到所述光学棱镜元件并且被配置为在特定方向上将照明光提供到所述光学棱镜元件中，所述空间光调制器光学耦合到所述光学棱镜元件并且被配置为接收来自所述光学棱镜元件的所述照明光并反射图案化光，并且所述光学棱镜元件被配置为在所述特定方向上将所述图案化光提供到所述投影仪输出；以及光学折叠元件，所述光学折叠元件光学耦合在所述投影仪输出和所述波导输入之间，所述光学折叠元件被配置为在至少两个不同方向上折叠所述图案化光的光路。2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述透镜是至少部分透射的并且被布置为将所述透镜前面的场景中的对象与由所述光学投影仪输出的图像光学组合。3.根据权利要求1所述的显示装置，进一步包括在所述透镜上方的不透明盖，并且其中所述透镜的所述输出被配置为当所述不透明盖阻挡环境光到所述透镜时在所述透镜的所述视域中提供图像。4.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述光学投影仪包括：盖棱镜，其包括弯曲表面和全内反射表面，所述弯曲表面被定位成接收来自所述照明源的照明光，所述全内反射表面被定位成将通过所述盖棱镜接收的所述照明光朝向不对称反射器表面内反射，所述不对称反射器表面被形成在所述盖棱镜内并被定位成与所述全内反射表面相对，所述不对称反射器表面被配置为将所接收到的照明光反射回来穿过所述盖棱镜并从所述盖棱镜的透射出射表面射出；所述空间光调制器，其具有用于接收来自所述盖棱镜的所述透射出射表面的所述照明光的表面，并且被配置为利用图像数据调制所述照明光以形成所述图案化光；反向全内反射棱镜即RTIR棱镜，其被定位在所述空间光调制器和所述盖棱镜的所述透射出射表面之间，并且包括输出表面，所述输出表面被定位成允许从所述盖棱镜的透射出射表面射出的照明光行进通过所述RTIR棱镜到所述空间光调制器，并且包括全内反射表面，所述全内反射表面被定位成接收来自所述空间光调制器的所述图案化光并且被配置成全内反射来自所述RTIR棱镜的所述输出表面的所述图案化光；以及投影光学器件，其被配置为接收来自所述RTIR棱镜的所述输出表面的所述图案化光并在所述投影仪输出处投影所述图案化光。5.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述光学折叠元件被配置为将所述图案化光折叠两次以上。6.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述光学折叠元件被配置为在垂直于由所述光学投影仪输出的方向的第一方向上第一次折叠所述图案化光，并且被配置为在垂直于所述第一方向的第二方向上第二次折叠所述图案化光，并且在所述第二方向上输出所述图案化光。7.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述空间光调制器是数字微镜设备即DMD和硅上液晶设备即LCoS设备中的一个。8.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述空间光调制器是DMD。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述照明源输出三种不同颜色的照明光。10.根据权利要求1所述的显示装置，进一步包括图像处理器，所述图像处理器耦合到所述空间光调制器以提供用于在所述空间光调制器上显示的图像数据，从而图案化所述照明光。11.根据权利要求1所述的显示装置，其中：所述照明源是第一照明源，并且所述显示装置进一步包括第二照明源，所述第二照明源被配置为将第二照明光提供到所述光学投影仪；以及所述透镜为第一透射透镜，并且所述显示装置进一步包括第二透射透镜，所述第二透射透镜通过所述光学折叠元件光学耦合到所述投影仪，所述光学折叠元件具有用于将所述图案化光输出到所述第一透射透镜和所述第二透射透镜的第一输出和第二输出。12.根据权利要求11所述的显示装置，其中所述第一照明源和所述第二照明源被配置为与所述空间光调制器进行时分复用操作，以将所述图案化光提供到所述第一透射透镜和所述第二透射透镜，所述第一透射透镜和所述第二透射透镜被配置为在...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛钟延，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：