紧凑型平视显示器及其波导制造技术

一种用于平视显示器的光瞳扩展器。平视显示器具有眼盒，该眼盒具有第一维度和第二维度。光瞳扩展器包括一对第一波导，每个第一波导布置成在眼盒的第一维度上复制光瞳。每个波导是细长的并且在细长方向上呈锥形，使得其输入端比其输出端窄。第一波导布置成使得其输入端基本彼此接近，并且其相应输出端基本彼此远离。离。离。

【技术实现步骤摘要】
紧凑型平视显示器及其波导


[0001]本公开涉及光瞳扩展或复制，特别是对于包括发散光线束的衍射光场。更具体地，本公开涉及包括波导光瞳扩展器的显示系统以及使用波导进行光瞳扩展器的方法。一些实施例涉及二维光瞳扩展。一些实施例涉及图片生成单元和平视显示器，例如汽车平视显示器(HUD)。

技术介绍

[0002]从物体散射的光包含振幅和相位信息。可以通过众所周知的干涉技术在例如感光板上捕获该振幅和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的二维或三维全息重建或重放图像。
[0003]计算机生成的全息术可以在数值上模拟干涉过程。可以通过基于数学变换比如菲涅耳或傅立叶变换的技术来计算计算机生成的全息图。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域/平面表示或物体的频域/平面表示。例如，还可以通过相干光线跟踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。
[0004]可以在布置为调制入射光的振幅和/或相位的空间光调制器上对计算机生成的全息图进行编码。例如，可以使用电可寻址液晶、光学可寻址液晶或微镜来实现光调制。
[0005]空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可被称为单元或元素。光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，该设备可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在设备上是连续的。空间光调制器可以是反射性的，这意味着调制光以反射输出。空间光调制器可以同样是透射性的，这意味着调制光以透射输出。
[0006]使用这里描述的系统可以提供全息投影仪。这种投影仪已经在平视显示器“HUD”中得到应用。

技术实现思路

[0007]在所附的独立权利要求中定义了本公开的各方面。
[0008]概括地说，本公开涉及图像投影。它涉及图像投影的方法和包括显示设备的图像投影仪。本公开还涉及包括图像投影仪和观察系统的投影系统，其中图像投影仪将来自显示设备的光投影或中继到观察系统。本公开同样适用于单目和双目观察系统。观察系统可以包括观察者的一只或多只眼睛。观察系统包括具有光焦度的光学元件(例如人眼的晶状体)和观察平面(例如人眼的视网膜)。投影仪可被称为“光引擎”。显示设备和使用显示设备形成(或感知)的图像在空间上彼此分离。观察者在显示平面上形成或感知图像。在一些实施例中，图像是虚拟图像，并且显示平面可被称为虚拟图像平面。在其他实施例中，图像是通过全息重建形成的真实图像，并且该图像被投影或中继到观察平面。通过照射显示在显示设备上的衍射图案(例如全息图)来形成图像。
[0009]显示设备包括像素。显示器的像素可以显示衍射光的衍射图案或结构。衍射光可
以在与显示设备空间分离的平面上形成图像。根据众所周知的光学原理，最大衍射角的幅度由像素的大小和其他因素比如光的波长决定。
[0010]在实施例中，显示设备是空间光调制器，例如硅上液晶(“LCOS”)空间光调制器(SLM)。光在衍射角范围内(例如从零到最大衍射角)从LCOS向观察实体/系统比如相机或眼睛传播。在一些实施例中，可以使用放大技术来增加可用衍射角的范围，使其超过LCOS的传统最大衍射角。
[0011]在一些示例中，图像(由显示的全息图形成)传播到眼睛。例如，在显示设备和观察者之间的自由空间中或者在屏幕或其他光接收表面上形成的中间全息重建/图像的空间调制光可以传播到观察者。
[0012]在一些其他示例中，全息图本身(的光)传播到眼睛。例如，全息图(尚未完全转换为全息重建，即图像)—可以非正式地说是用全息图“编码”的—的空间调制光直接传播到观察者的眼睛。观察者可以感知到真实或虚拟图像。在这些实施例中，在显示设备和观察者之间没有形成中间全息重建/图像。有时说，在这些实施例中，眼睛的晶状体执行全息图到图像的转换或变换。投影系统或光引擎可以配置成使得观察者有效地直视显示设备。
[0013]这里提到的“光场”是“复合光场”。术语“光场”仅仅表示在至少两个正交的空间方向例如x和y上具有有限大小的光图案。术语“光场”仅仅表示在至少两个正交空间方向(x和y)上具有有限尺寸的光图案。这里使用的“复数”一词仅仅表示光场中每个点处的光可以由振幅值和相位值来定义，因此可以由复数或一对值来表示。出于全息图计算的目的，复合光场可以是复数的二维阵列，其中复数定义光场内多个离散位置处的光强和相位。
[0014]根据众所周知的光学原理，眼睛或其他观察实体/系统可以观察到的从显示设备传播的光的角度范围随着显示设备和观察实体之间的距离而变化。例如，在1米的观察距离，来自LCOS的仅小范围角度可以传播通过眼睛的瞳孔，以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。从显示设备传播的光线的角度范围决定了观察者“可见”的图像部分，该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。换句话说，不是图像的所有部分从观察平面上的任何一点都是可见的(例如诸如眼动盒的观察窗口内的任何一个眼睛位置)。
[0015]在一些实施例中，观察者感知的图像是出现在显示设备上游的虚拟图像，也就是说，观察者感知图像比显示设备离他们更远。因此，从概念上讲，可以认为观察者正在通过“显示设备大小的窗口”观察虚拟图像，该窗口可以非常小，例如直径为1cm，处于相对较大的距离，例如1米。并且用户将通过他们眼睛的瞳孔观察显示设备大小的窗口，瞳孔也可以非常小。因此，在任何给定时间，视场变小，并且能够看到的特定角度范围严重依赖于眼睛位置。
[0016]光瞳扩展器解决了如何增加从显示设备传播的光线的角度范围，并且该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以形成图像。显示设备通常(相对而言)小，投影距离(相对而言)大。在一些实施例中，投影距离比显示设备的入瞳和/或孔径的直径或宽度(即像素阵列的尺寸)大至少一个(比如至少两个)数量级。本公开的实施例涉及一种配置，其中图像的全息图而不是图像本身传播到人眼。换句话说，观察者接收到的光根据图像的全息图进行调制。然而，本公开的其他实施例可以涉及这样的配置，其中图像而不是全息图传播到人眼—例如通过所谓的间接观察，其中在屏幕上(或者甚至在自由空间中)形成的全息重建或者
“
重放图像”的光传播到人眼。
[0017]光瞳扩展器的使用横向增加了观察区域(即用户的眼盒)，从而使得眼睛能够发生一些运动，同时仍使得用户能够看到图像。如技术人员将理解，在成像系统中，观察区域(用户的眼盒)是观察者的眼睛能够感知图像的区域。本公开涉及非无限虚像距离—即近场虚像。
[0018]传统上，二维光瞳扩展器包括一个或多个一维光波导，每个使用一对相对的反射表面形成，其中来自表面的输出光形成观察窗—例如供观察者观察的眼盒或眼动盒。从显示设备接收的光(例如来自LCOS的空间调制光)被该或每个波导复制，以便在至少一个维度上增加视场(或观察区域)。特别是，由于通过划分入射波前的振幅产生额外的光线或“复本”，波导扩大了观察窗。
[0019]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于平视显示器的光瞳扩展器，其中该平视显示器具有眼盒，该眼盒具有第一维度和第二维度，其中该光瞳扩展器包括：一对第一波导，每个第一波导布置成在眼盒的第一维度上复制光瞳，其中每个波导是细长的并且在细长方向上呈锥形，使得其输入端比其输出端窄，并且其中，第一波导布置成使得其输入端基本上彼此接近，并且其相应输出端基本上彼此远离。2.如权利要求1所述的光瞳扩展器，其中，所述第一波导布置成在所述第一维度的相反两方向上提供光瞳扩展。3.如权利要求1或2所述的光瞳扩展器，其中，每个第一波导具有基本相同的长度。4.如权利要求1、2或3所述的光瞳扩展器，其中，所述第一波导以基本平面配置布置。5.如权利要求4所述的光瞳扩展器，其中，所述基本平面配置位于由所述一对第一波导形成的光瞳复本的传播平面中。6.如权利要求4或5所述的光瞳扩展器，其中，所述一对第一波导是倾斜的，以便在所述第二维度上减小所述基本平面配置的尺寸。7.如任一前述权利要求所述的光瞳扩展器，其中，所述一对第一波导布置成它们在相同方向上成锥形的配置。8.如任一前述权利要求所述的光瞳扩展器，其中，所述一对第一波导的输入端在所述第一维度上部分重叠，可选地，其中，在第一维度上的重叠量小于复本在第一维度上的尺寸。9.如任一前述权利要求所述的光瞳扩展器，其中，所述一对第一波导的输入端在所述第二维度上偏移，可选地，其中该偏移使得该对第一波导的输出端在第二维度上部分重叠。10.如任一前述权利要求所述的光瞳扩展器，其中，所述一对第一波导的输入端口在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：恩维世科斯有限公司，
类型：发明
国别省市：