增加近眼显示器的视场制造技术

一种用于在近眼显示器中生成图像的方法，该方法可以包括：将图像分成第一子图像和第二子图像；使第一子图像和第二子图像顺序地透射通过通道；提取第一偏振的与第一子图像对应的光以及第二偏振的与第二子图像对应的光；在第一方向上偏转第一偏振的第一级的光；以及在与第一方向不同的相反方向上偏转第二偏振的相反级的光

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增加近眼显示器的视场
[0001]本公开内容涉及用于在具有相对宽
FOV
的
NED
中使用的光学系统
。
[0002]近眼显示器
(Near
‑
Eye Display
，
NED)
现在是增强现实
(Augmented Reality
，
AR)
应用和虚拟现实
(Virtual Reality
，
VR)
应用中的主要产品
。
例如，增强现实显示器通常包括近眼透明或半透明显示器，通过该近眼透明或半透明显示器，用户可以看到周围环境，同时还可以看到表现为周围环境的一部分和
/
或叠加在周围环境上的虚拟对象
(
例如，文本
、
图形
、
视频等
)。
[0003]NED
装置通常利用光波导来再现用户可能在增强现实环境中看到的显示的虚拟图像
。
波导通常对这样的装置的性能和
/
或形状因子存在限制
。
特别地，在利用光波导的
NED
装置
(
例如，头戴式显示器
(Head Mounted Display
，
HMD))
中，光在有限的内角范围内传播通过光波导
。
以一定入射角传播到波导的内表面的光在波导内行进，在表面之间来回反弹，只要相对于表面法线的入射角大于与制造光波导的材料相关联的某个临界角
。
以其他入射角传播的光将离开波导
。
因此，使用波导的
NED
装置中的光的角宽度固有地受到波导的限制
。
波导固有的这些和其他因素倾向于限制基于光波导的显示器能够支持的视场
(Field
‑
Of
‑
View
，
FOV)。
[0004]试图增加基于波导的显示器的
FOV
通常伴随着尺寸上的折衷
。
为了改善
FOV
，设计者不得不使
NED
装置庞大和笨重，这对于消费者而言是不期望的属性
。
因此，在本领域中需要具有改进的
FOV
并且不庞大和笨重的
NED。

技术实现思路

[0005]根据实施方式，光学系统包括光导光学元件
(Light
‑
guide Optical Element
，
LOE)
，该光导光学元件包括透光基板
。
透光基板包括：彼此平行的第一主表面和第二主表面；一个或更多个光输入耦合元件，其被配置成将入射光耦合到透光基板中，从而通过全内反射将光捕获在第一主表面与第二主表面之间；以及一个或更多个光输出耦合元件，其被配置成将光耦出基板
。
在该实施方式中，光学系统还包括一对互补偏振光栅
。
来自该对互补偏振光栅的第一偏振光栅被设置在透光基板的与第一主表面对应的第一侧上，并且来自该对互补偏振光栅的第二偏振光栅被设置在透光基板的与第二主表面对应的第二侧上
。
在该实施方式中，光学系统还包括至少一个切换偏振元件，其被配置成在第一偏振与不同于第一偏振的第二偏振之间切换光的偏振，使得第二偏振光栅在第一方向上偏转第一偏振的光并且在不同于第一方向的第二方向上偏转第二偏振的光
。
[0006]偏振光栅根据时分复用方案在两个不同方向上偏转来自图像的偏振光
。
在第一时间，以第一偏振偏振的第一子图像光在第一方向上偏转，在随后的第二时间，以第二偏振偏振的第二子图像光在第二方向上偏转
。
通过时分复用，在第一方向上偏转的光和在第二方向上偏转的光的有效组合显着地扩展了图像的
FOV。
[0007]该技术允许使用紧凑的波导
、
投影仪等
。
因此，本文中公开的专利技术允许在不显著增加
NED
的尺寸的情况下，改进
NED
的
FOV。
[0008]在一个实施方式中，光学系统包括投影仪，该投影仪被配置成在以第一主表面和
第二主表面的法线为中心的方向上发射偏振光
。
[0009]在一个实施方式中，至少一个切换偏振元件被设置在投影仪与第一主表面之间，使得入射光在耦合到透光基板之前在第一偏振与第二偏振之间切换
。
[0010]在一个实施方式中，至少一个切换偏振元件包括第一切换偏振元件和第二切换偏振元件，并且第一切换偏振元件被设置在
LOE
与第一偏振光栅之间，并且第二切换偏振元件被设置在
LOE
与第二偏振光栅之间，使得入射光在耦合到透光基板中时，入射光保持以第一偏振而偏振
。
[0011]在一个实施方式中，光学系统包括第二对互补偏振光栅，来自第二对互补偏振光栅的第三偏振光栅被设置在透光基板的与第一主表面对应的第一侧上，并且来自第二对互补偏振光栅的第四偏振光栅被设置在透光基板的与第二主表面对应的第二侧上
。
至少一个切换偏振元件包括第三切换偏振元件和第四切换偏振元件，并且第三切换偏振元件被设置在第一偏振光栅与第三偏振光栅之间，并且第四切换偏振元件被设置在第二偏振光栅与第四偏振光栅之间
。
[0012]在一个实施方式中，至少一个切换偏振元件包括第一切换偏振元件
、
第二切换偏振元件和第三切换偏振元件，第一切换偏振元件被设置在
LOE
与第一偏振光栅之间，第二切换偏振元件被设置在
LOE
与第二偏振光栅之间，并且第三切换偏振元件被设置在投影仪与第一偏振光栅之间，第一切换偏振元件被配置成与第二切换偏振元件和第三切换偏振元件相反地切换
。
[0013]在一个实施方式中，光学系统包括处理器，处理器可操作地连接至投影仪和至少一个切换偏振元件，并且处理器被配置成每图像帧至少一次在第一偏振与第二偏振之间时分复用光的偏振
。
[0014]在一个实施方式中，投影仪被配置成投影被分成至少两个子帧的图像帧，并且光学系统包括处理器，该处理器可操作地连接至投影仪和至少一个切换偏振元件，并且该处理器被配置成在第一偏振与第二偏振之间时分复用光的偏振，第一偏振和第二偏振分别与来自至少两个子帧的第一子帧和第二子帧的投影同步
。
[0015]在一个实施方式中，投影仪被配置成投影多色图像，其中，第一颜色的光以与第二颜色的光不同的视场被投影，第二颜色不同于第一颜色
。
在一个实施方式中，第一偏振光栅将入射到其上的非偏振光分成正交偏振，正交偏振入射到第一主表面上，传播通过基板，并且入射到第二偏振光栅上，第二偏振光栅将正交偏振偏转成具有与入射到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于近眼显示器
(NED)
的光学系统，所述光学系统包括：光导光学元件
(LOE)
，所述光导光学元件包括透光基板，所述透光基板具有：彼此平行的第一主表面和第二主表面，一个或更多个光输入耦合元件和一个或更多个光输出耦合元件，所述一个或更多个光输入耦合元件被配置成将入射光耦合到所述透光基板中，从而通过全内反射将光捕获在所述第一主表面与所述第二主表面之间，所述一个或更多个光输出耦合元件被配置成将所述光耦出所述基板；一对偏振光栅，来自所述一对偏振光栅中的第一偏振光栅被设置在所述透光基板的与所述第一主表面对应的第一侧上，并且来自所述一对偏振光栅中的第二偏振光栅被设置在所述透光基板的与所述第二主表面对应的第二侧上；以及至少一个切换偏振元件，被配置成将所述光的偏振从第一偏振切换到不同于所述第一偏振的第二偏振，使得所述第二偏振光栅在第一方向上偏转所述第一偏振的光，并且在不同于所述第一方向的第二方向上偏转所述第二偏振的光
。2.
根据权利要求1所述的光学系统，包括：投影仪，被配置成发射所述入射光
。3.
根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述至少一个切换偏振元件被设置在所述投影仪与所述第一主表面之间，使得所述入射光在耦合到所述透光基板中之前在所述第一偏振与所述第二偏振之间切换
。4.
根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述至少一个切换偏振元件包括第一切换偏振元件和第二切换偏振元件，并且所述第一切换偏振元件被设置在所述
LOE
与所述第一偏振光栅之间，并且所述第二切换偏振元件被设置在所述
LOE
与所述第二偏振光栅之间
。5.
根据权利要求4所述的光学系统，包括：第二对偏振光栅，来自所述第二对偏振光栅中的第三偏振光栅被设置在所述透光基板的与所述第一主表面对应的所述第一侧上，并且来自所述第二对偏振光栅中的第四偏振光栅被设置在所述透光基板的与所述第二主表面对应的所述第二侧上，其中，所述至少一个切换偏振元件包括第三切换偏振元件和第四切换偏振元件，并且所述第三切换偏振元件被设置在所述第一偏振光栅与所述第三偏振光栅之间，并且所述第四切换偏振元件被设置在所述第二偏振光栅与所述第四偏振光栅之间
。6.
根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述至少一个切换偏振元件包括第一切换偏振元件
、
第二切换偏振元件和第三切换偏振元件，所述第一切换偏振元件被设置在所述
LOE
与所述第一偏振光栅之间，所述第二切换偏振元件被设置在所述
LOE
与所述第二偏振光栅之间，并且所述第三切换偏振元件被设置在所述投影仪与所述第一偏振光栅之间，所述第一切换偏振元件被配置成与所述第二切换偏振元件和所述第三切换偏振元件同步切换
。7.
根据权利要求2所述的光学系统，包括：处理器，所述处理器可操作地连接至所述投影仪和所述至少一个切换偏振元件，并且所述处理器被配置成每图像帧至少一次在所述第一偏振与所述第二偏振之间时分复用所述光的偏振
。8.
根据权利要求2所述的光学系统，所述投影仪被配置成投影被分成至少两个子帧的图像帧，所述光学系统包括：
处理器，所述处理器可操作地连接至所述投影仪和所述至少一个切换偏振元件，并且处理器被配置成在所述第一偏振与所述第二偏振之间时分复用所述光的偏振，所述第一偏振和所述第二偏振分别与来自所述至少两个子帧的第一子帧和第二子帧的投影同步
。9.
根据权利要求8所述的光学系统，所述投影仪被配置成投影多色图像，其中，以与第二颜色的光不同的视场投影第一颜色的光，所述第二颜色不同于所述第一颜色
。10.
根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一偏振光栅将入射到所述第一偏振光栅上的非偏振光分成各部分，所述各部分入射到所述第一主表面上，传播通过所述基板，并且入射到所述第二偏振光栅上，所述第二偏振光栅将所述各部分偏转成具有与入射到所述第一偏振光栅上的光相等的角方向的光
。11.
一种用于在近眼显示器中生成图像的方法，包括：将图像分成第一子图像和第二子图像；使所述第一子图像和所述第二子图像顺序地透射通过通道；提取第一偏振的与所述第一子图像对应的光以及第二偏振的与所述第二子图像对应的光；在第一方向上偏转所述第一偏振的第一级的光；以及在不同于所述第一方向的第二方向上偏转所述第二偏振的第一级的光
。12.
根据权利要求
11
所述的方法，其中，所述偏转包括后偏振光栅接收所提取的光并且在所述第一方向上偏转所述第一偏振的光以及在所述第二方向上偏转所述第二偏振的光
。13.
根据权利要求
12
所述的方法，包括：同时使入射在前偏振光栅上的非偏振光透射通过所述前偏振光栅
、
所述通道和所述后偏振光栅，使得所述非偏振光以与入射在所述前偏振光栅上的所述非偏振光相等的角方向...

【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：