包括具有二维扩展的光导光学元件的显示器制造技术

一种显示器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括具有二维扩展的光导光学元件的显示器


[0001]本专利技术涉及光学系统，并且特别地，涉及包括用于实现光学孔径扩展的光导光学元件
(light
‑
guide optical element
，
LOE)
的光学系统
。

技术介绍

[0002]许多近眼显示系统包括在用户眼睛前放置的透明光导光学元件
(LOE)
或“波导”，
LOE
或波导通过内反射在
LOE
内传送图像，并且然后通过合适的输出耦合机构朝向用户眼睛耦出图像
。
输出耦合机构可以基于嵌入的部分反射器或“小平面”，或者可以采用衍射模式
。
下面的描述将主要涉及基于小平面的耦出装置，但是应当理解，本专利技术的各种特征也能够适用于衍射装置
。
[0003]为了采用小型图像投影仪来提供期望的视场
(field of view
，
FOV)
，各种系统经由两组嵌入的部分反射器或通过两个衍射光学元件
(
各自实现不同维度的孔径扩展
)
采用二维孔径扩展
。
这样的设备的示例可以在与本申请共同转让的
PCT
专利申请公布第
WO 2020/049542 A1
号中找到
。
[0004]紧凑型头戴式显示器带来了设计挑战
。
波导本身的几何形状提出了严格的要求
。
>优选的是，投影仪应当以在美学上符合承载波导的眼镜框架的几何形状的方式集成，但是来自波导的要求通常规定了不利于美学要求的投影仪的优选取向
。

技术实现思路

[0005]本专利技术是显示器
。
[0006]根据本专利技术的实施方式的教示，提供了一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，该显示器包括：
(a)
由透明材料形成的光导光学元件
(LOE)
，该
LOE
具有：
(i)
一组相互平行的主外表面，
(ii)
在
LOE
的第一区域中的与
LOE
相关联的第一渐进偏转装置，以及
(iii)
在
LOE
的第二区域中的与
LOE
相关联的第二渐进偏转装置；
(b)
支承装置，被配置成用于相对于用户的头部支承
LOE
，其中主外表面中的一个与用户的眼睛成面对关系并且在相对于用户的眼睛的取向上，使得平行于主外表面的
X
轴线被水平定向，
Y
轴线平行于主外表面并垂直于
X
轴线；
(c)
图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，该准直图像包括与图像投影仪的光轴对准的主光线；以及
(d)
反射耦入表面，
LOE、
图像投影仪和反射耦入表面被布置成使得从图像投影仪投影的准直图像通过在反射耦入表面处的反射而偏转并耦入
LOE
中，以通过在主外表面处的内反射在
LOE
内沿第一方向朝向第一区域传播，由第一渐进偏转装置重定向以通过在主外表面处的内反射在
LOE
内沿第二方向朝向第二区域传播，并且由第二渐进偏转装置重定向，以朝向用户的眼睛耦出
LOE
，并且其中，反射耦入表面相对于
X
轴线和
Y
轴线倾斜地定向
。
[0007]根据本专利技术的实施方式的另一特征，反射耦入表面越过主外表面中的一个主外表面的平面，以部分地位于
LOE
的厚度内并且部分地位于该厚度之外
。
[0008]根据本专利技术的实施方式的另一特征，反射耦入表面至少部分地由附接至
LOE
的边
缘的棱镜的表面提供
。
[0009]根据本专利技术的实施方式的另一特征，反射耦入表面至少部分地由附接至主外表面中的一个主外表面的棱镜的表面提供
。
[0010]根据本专利技术的实施方式的另一特征，还提供了被设置在图像投影仪与反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，该透明楔提供与投影仪孔径相关联的输入表面和与
LOE
的主外表面中的一个主外表面平行的输出表面
。
[0011]根据本专利技术的实施方式的教示，还提供了一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，该显示器包括：
(a)
由透明材料形成的光导光学元件
(LOE)
，该
LOE
具有：
(i)
一组相互平行的主外表面，
(ii)
在
LOE
的第一区域中的与
LOE
相关联的第一渐进偏转装置，以及
(iii)
在
LOE
的第二区域中的与
LOE
相关联的第二渐进偏转装置；
(b)
支承装置，被配置成用于相对于用户的头部支承
LOE
，其中主外表面中的一个与用户的眼睛成面对关系并且在相对于用户的眼睛的取向上，使得平行于主外表面的
X
轴线被水平定向，
Y
轴线平行于主外表面并垂直于
X
轴线；
(c)
图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，该准直图像包括与图像投影仪的光轴对准的主光线；以及
(d)
反射耦入表面；以及
(e)
被设置在图像投影仪与反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，该透明楔提供与投影仪孔径相关联的输入表面和与
LOE
的主外表面中的一个主外表面平行的输出表面，
LOE、
图像投影仪和反射耦入表面被布置成使得从图像投影仪投影的准直图像穿过透明楔，通过在反射耦入表面处的反射而偏转并耦入
LOE
中，以通过在主外表面处的内反射在
LOE
内沿第一方向朝向第一区域传播，由第一渐进偏转装置重定向以通过在主外表面处的内反射在
LOE
内沿第二方向朝向第二区域传播，并且由第二渐进偏转装置重定向，以朝向用户的眼睛耦出
LOE。
[0012]根据本专利技术的实施方式的另一特征，透明楔由至少两个楔形部件形成，所述至少两个楔形部件由具有不同色散特性的材料形成
。
[0013]根据本专利技术的实施方式的另一特征，所述至少两个楔形部件包括：第一楔形元件以及第二楔形元件，第一楔形元件具有朝向第一交线会聚的两个非平行表面，第二楔形元件具有朝向第二交线会聚的两个非平行表面，第一楔形元件和第二楔形元件被定向成使得第一交线与第二交线不平行
。
[0014]根据本专利技术的实施方式的另一特征，输入表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，所述显示器包括：
(a)
由透明材料形成的光导光学元件
(LOE)
，所述
LOE
具有：
(i)
一组相互平行的主外表面，
(ii)
在所述
LOE
的第一区域中的与所述
LOE
相关联的第一渐进偏转装置，以及
(iii)
在所述
LOE
的第二区域中的与所述
LOE
相关联的第二渐进偏转装置；
(b)
支承装置，被配置成用于相对于所述用户的头部支承所述
LOE
，其中所述主外表面中的一个主外表面与所述用户的眼睛成面对关系并且在相对于所述用户的眼睛的取向上，使得平行于所述主外表面的
X
轴被水平定向，
Y
轴平行于所述主外表面并垂直于所述
X
轴；
(c)
图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，所述准直图像包括与所述图像投影仪的光轴对准的主光线；以及
(d)
反射耦入表面，所述
LOE、
所述图像投影仪和所述反射耦入表面被布置成使得从所述图像投影仪投影的所述准直图像通过在所述反射耦入表面处的反射而偏转并耦入所述
LOE
中以通过在所述主外表面处的内反射在所述
LOE
内沿第一方向朝向所述第一区域传播，由所述第一渐进偏转装置重定向以通过在所述主外表面处的内反射在所述
LOE
内沿第二方向朝向所述第二区域传播，并且由所述第二渐进偏转装置重定向，以朝向所述用户的眼睛耦出所述
LOE
，并且其中，所述反射耦入表面相对于所述
X
轴和所述
Y
轴倾斜地定向
。2.
根据权利要求1所述的显示器，其中，所述反射耦入表面越过所述主外表面中的一个主外表面的平面，以部分地位于所述
LOE
的厚度内并且部分地位于所述厚度之外
。3.
根据权利要求1所述的显示器，其中，所述反射耦入表面至少部分地由附接至所述
LOE
的边缘的棱镜的表面提供
。4.
根据权利要求1所述的显示器，其中，所述反射耦入表面至少部分地由附接至所述主外表面中的一个主外表面的棱镜的表面提供
。5.
根据权利要求1所述的显示器，还包括被设置在所述图像投影仪与所述反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，所述透明楔形元件提供与所述投影仪孔径相关联的输入表面以及与所述
LOE
的所述主外表面中的一个主外表面平行的输出表面
。6.
根据权利要求5所述的显示器，其中，所述透明楔形元件由至少两个楔形部件形成，所述至少两个楔形部件由具有不同色散特性的材料形成
。7.
根据权利要求6所述的显示器，其中，所述至少两个楔形部件包括第一楔形元件和第二楔形元件，所述第一楔形元件具有朝向第一交线会聚的两个非平行表面，所述第二楔形元件具有朝向第二交线会聚的两个非平行表面，所述第一楔形元件和所述第二楔形元件被定向成使得所述第一交线与所述第二交线不平行
。8.
根据权利要求5所述的显示器，其中，所述输入表面垂直于所述准直图像的所述主光线
。9.
根据权利要求5所述的显示器，其中，所述输出表面经由气隙或低折射率粘合剂与所述主外表面中的一个主外表面相关联
。10.
根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一渐进偏转装置包括位于所述
LOE
的所述第一区域中的所述主外表面之间并且具有第一取向的第一组平面的
、
相互平行的
、
部分
反射的表面，并且其中，所述第二渐进偏转装置包括位于所述
LOE
的所述第二区域中的所述主外表面之间并且具有不平行于所述第一取向且倾斜于所述主外表面的第二取向的第二组平面的
、

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宁，
申请(专利权)人：鲁姆斯有限公司，
类型：发明
国别省市：