光瞳转向式显示器制造技术

显示设备可以包括多个拼接的空间光调制器(SLM)，该多个拼接的空间光调制器将图像信息赋予相应的光束以获得图像射束。光瞳转向光学器件被配置成可转向地将图像射束引向显示设备的视窗内的同一出射光瞳位置或不同的出射光瞳位置，从而提供出射光瞳复制和/或扩展视场。眼睛跟踪系统提供用户眼睛的位置信息，使得光瞳转向光学器件能够将图像射束中的至少一些图像射束引导到期望的出射光瞳位置。少一些图像射束引导到期望的出射光瞳位置。少一些图像射束引导到期望的出射光瞳位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光瞳转向式显示器


[0001]本公开涉及视觉显示器和显示系统，并且特别地涉及具有光瞳转向(pupil steering)的全息显示器。

技术介绍

[0002]头戴式显示器(head mounted display，HMD)用于向用户提供虚拟影像，或者用附加信息或虚拟对象来增强真实场景。虚拟影像或增强影像可以是三维(three
‑
dimensional，3D)的，以提升体验并将虚拟对象与用户观察到的真实3D场景相匹配。在一些HMD系统中，跟踪用户的头部和/或眼睛的位置和取向，并且根据用户的头部取向和注视方向动态地调整所显示的场景，以提供沉浸在模拟的或增强的3D场景中的体验。
[0003]头戴式显示器、特别是近眼显示器(near
‑
eye display，NED)的一个问题是光学系统的有限的光学扩展量(etendue)。光学扩展量可以被定义为显示器的视窗或显示器的出射光瞳的面积与显示器的视场(field of view，FOV)立体角的乘积。由于有限的光学扩展量，具有大视场的显示器倾向于具有小的视窗，且反之亦然。为了更大程度地沉浸在虚拟现实或增强现实中，大视场是期望的，而大的视窗为用户提供了将显示器放置在眼睛前方以及眼睛旋转的自由性和便利性。更大的视窗对具有各自的头部大小和形状、以及双眼之间的不同距离的不同用户提供了更大程度的适应性。
[0004]尽管视窗的大小可以取决于光学成像系统的放大率，但是光学扩展量对于放大率是不变的。由于光学扩展量的不变性，提供更大的视窗可能导致更窄的视场，而扩宽视场可能导致更小的视窗。本公开试图至少部分地解决上述缺点中的任何缺点或全部缺点。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种显示设备，该显示设备包括：第一空间光调制器(spatial light modulator，SLM)，该第一空间光调制器被配置成将第一图像信息赋予第一光束以提供第一图像射束；第二SLM，该第二SLM被配置成将第二图像信息赋予第二光束以提供第二图像射束；以及至少一个光瞳转向光学器件(PSO)，该至少一个光瞳转向光学器件可操作以响应于一个或多个第一控制信号而将第一图像射束和第二图像射束引向至少一个第一出射光瞳位置，以及响应于一个或多个第二控制信号而将第一图像射束和第二图像射束引向至少一个第二出射光瞳位置。
[0006]在一些实施例中，显示设备还可以包括眼睛跟踪模块，该眼睛跟踪模块被配置成提供眼睛位置信息；以及控制器，该控制器可操作地耦合到眼睛跟踪模块，并且该控制器被配置成根据眼睛位置信息向至少一个PSO提供一个或多个第一控制信号或一个或多个第二控制信号。
[0007]在一些实施例中，第一图像射束和第二图像射束可以以不同的入射角会聚在至少一个第一出射光瞳位置处。
[0008]在一些实施例中，第一SLM或第二SLM中的至少一者可以被配置成以反射方式运
行。
[0009]在一些实施例中，至少一个PSO可以包括第一波前调制器(WFM)，该第一波前调制器被配置成以透射方式运行。
[0010]在一些实施例中，第一WFM可以包括至少一个偏振可控设备。
[0011]在一些实施例中，至少一个偏振可控设备可以包括偏振光栅或偏振敏感透镜中的一者、以及偏振开关。
[0012]在一些实施例中，第一WFM可以设置在第一图像射束的光路中和第二图像射束的光路中。
[0013]在一些实施例中，第一WFM可以被配置成将第一图像射束和第二图像射束聚焦在不同的出射光瞳位置处。
[0014]在一些实施例中，第一WFM可以设置在第一图像射束的光路中，并且至少一个PSO可以包括第二WFM，该第二WFM设置在第二图像射束的光路中。
[0015]在一些实施例中，第一WFM和第二WFM可以被配置成将第一图像射束和第二图像射束聚焦到同一出射光瞳位置。
[0016]在一些实施例中，第一WFM和第二WFM可以被配置成以互补立体角将第一图像射束和第二图像射束聚焦到同一出射光瞳位置以支持增强的视场，该增强的视场超过由第一WFM或第二WFM中的任一者支持的视场。
[0017]在一些实施例中，显示设备还可以包括至少一个光源，该至少一个光源被配置成提供第一光束和第二光束。
[0018]在一些实施例中，显示设备可以包括折叠式光学器件，该折叠式光学器件设置在第一图像射束和第二图像射束中的至少一者的光路中。
[0019]在一些实施例中，显示设备可以包括折叠式光学器件，该折叠式光学器件设置在第一WFM的上游。
[0020]在一些实施例中，折叠式光学器件可以包括薄饼透镜(pancake lens)或鸟浴光学器件(birdbath optic)中的至少一者。
[0021]根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于向用户显示图像的方法，该方法包括：获取用户眼睛的眼睛位置信息；将图像信息编码到多个空间光调制器(SLM)上；用至少部分相干的光束照射多个SLM以获取多个图像射束；使多个图像射束穿过光瞳转向光学器件，该光瞳转向光学器件被配置成在支持多个出射光瞳位置的多个状态下运行，其中，在多个状态中的至少一个状态下，多个图像射束中的至少两个图像射束以不同的立体角被接收在一个或多个出射光瞳位置处；以及响应于眼睛位置信息，控制光瞳转向光学器件将多个图像射束转向出射光瞳位置中的至少一个出射光瞳位置。
[0022]根据本公开的第三方面，提供了一种全息投影仪，该全息投影仪包括：第一空间光调制器和第二空间光调制器，该第一空间光调制器和该第二空间光调制器被配置成分别将第一图像信息和第二图像信息赋予第一光束和第二光束，以获取携带角域中的图像的图像光；以及光瞳转向光学器件，该光瞳转向光学器件光学地耦合到第一空间光调制器和第二空间光调制器，以用于将图像光传送到全息投影仪的出射光瞳，其中，第一图像信息和第二图像信息分别与角域中的图像在全息投影仪的出射光瞳处的第一部分和第二部分相对应。
[0023]在一些实施例中，光瞳转向光学器件可以包括可调谐元件，该可调谐元件用于调
整出射光瞳在3D空间中的位置。
[0024]在一些实施例中，光瞳转向光学器件可以包括第一光瞳转向组件和第二光瞳转向组件，该第一光瞳转向组件和该第二光瞳转向组件用于分别将角域中的图像的第一部分和第二部分传送到出射光瞳。
[0025]应当理解，本文描述的适合于结合到本公开的一个或多个方面或实施例中的任何特征旨在可在本公开的任何和所有的方面和实施例上推广。本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求书和附图，可以理解本公开的其它方面。前文的概括描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。
附图说明
[0026]将参照附图更详细地描述本文所公开的实施例，附图未按比例绘制，其中相同的元件用相同的附图标记指示，并且在附图中：
[0027]图1为具有空间光调制器(SLM)和光瞳转向光学器件的全息投影仪的示意性平面图；<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】1.一种显示设备，所述显示设备包括：第一空间光调制器SLM，所述第一空间光调制器被配置成将第一图像信息赋予第一光束以提供第一图像射束；第二SLM，所述第二SLM被配置成将第二图像信息赋予第二光束以提供第二图像射束；以及至少一个光瞳转向光学器件PSO，所述至少一个光瞳转向光学器件可操作以响应于一个或多个第一控制信号而将所述第一图像射束和所述第二图像射束引向至少一个第一出射光瞳位置，以及响应于一个或多个第二控制信号而将所述第一图像射束和所述第二图像射束引向至少一个第二出射光瞳位置。2.根据权利要求1所述的显示设备，所述显示设备还包括：眼睛跟踪模块，所述眼睛跟踪模块被配置成提供眼睛位置信息；以及控制器，所述控制器可操作地耦合到所述眼睛跟踪模块，并且所述控制器被配置成根据所述眼睛位置信息向所述至少一个PSO提供所述一个或多个第一控制信号或所述一个或多个第二控制信号。3.根据权利要求1或2所述的显示设备，其中，所述第一图像射束和所述第二图像射束以不同的入射角会聚在所述至少一个第一出射光瞳位置处。4.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中，所述第一SLM或所述第二SLM中的至少一者被配置成以反射方式运行。5.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中，所述至少一个PSO包括第一波前调制器WFM，所述第一波前调制器被配置成以透射方式运行。6.根据权利要求5所述的显示设备，其中，所述第一WFM包括至少一个偏振可控设备。7.根据权利要求6所述的显示设备，其中，所述至少一个偏振可控设备包括偏振光栅或偏振敏感透镜中的一者、以及偏振开关。8.根据权利要求5至7中任一项所述的显示设备，其中，所述第一WFM设置在所述第一图像射束的光路中和所述第二图像射束的光路中。9.根据权利要求5至8中任一项所述的显示设备，其中，所述第一WFM被配置成将所述第一图像射束和所述第二图像射束聚焦在不同的出射光瞳位置处。10.根据权利要求5至9中任一项所述的显示设备，其中，所述第一WFM设置在所述第一图像射束的光路中，所述至少一个POS包括第二波前调制器，所述第二波前调制器设置在所述第二图像射束的光路中。11.根据权利要求10所述的显示设备，其中，所述第一WFM和所述第二WFM被配置成将所述第一图像射束和所述第二图像射束聚焦到同一出射光瞳位置。12.根据权利要求11所述的显示设备，其中，所述第一WFM和所述第二WFM被配置成以互补立体角将所述第一图像射束和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟川，耿莹，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：