BR112021003215A2 - visor próximo ao olho - Google Patents

Abstract

VISOR PRÓXIMO AO OLHO. Um visor próximo ao olho inclui um elemento óptico de guia de luz (LOE) (10) tendo primeira e segunda superfícies externas principais (11A, 11B) que são planas e mutuamente paralelas. Um projetor de imagem (2) introduz na iluminação LOE correspondente a uma imagem de modo que a iluminação se propaga dentro do referido LOE, por reflexo interno, nas superfícies externas principais. Um arranjo de acoplamento externo acopla a iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador. O arranjo de acoplamento externo pode ser um conjunto de superfícies parcialmente refletivas, mutuamente paralelas (12A) implantadas em um ângulo oblíquo dentro do LOE. Vários arranjos para suprimir reflexos de fontes de luz ambiente incluem defletores de obstrução orientados de modo a evitar a redução do campo de visão periférico, vários revestimentos não refletivos e várias implantações de filtros de polarização.

Description

“VISOR PRÓXIMO AO OLHO” Campo e antecedentes da invenção

[0001] A presente invenção refere-se o visores próximos ao olho e, em particular, diz respeito a visores próximos ao olho com várias características para suprimir imagens fantasmas de objetos brilhantes.

[0002] Muitos sistemas de visor próximo ao olho incluem um elemento óptico de guia de luz transparente (LOE) ou “guia de onda” colocado diante do olho do usuário, que transmite uma imagem dentro do LOE por reflexo interno e, em seguida, acopla fora a imagem por um mecanismo de acoplamento de saída em direção ao olho do usuário. O mecanismo de acoplamento de saída pode ser baseado em refletores parciais incorporados ou “facetas”, ou pode empregar um padrão difrativo. A descrição abaixo irá se referir principalmente a um arranjo externo de acoplamento baseado em faceta, mas deve ser apreciado que várias características da invenção também são aplicáveis a arranjos difrativos. Quando aplicada a elementos difrativos, a direção de extensão das facetas aqui referidas pode ser considerada como referindo-se à direção dos elementos da rede de difração.

[0003] A guia de ondas e as facetas são pelo menos parcialmente transparentes para que a luz do ambiente (cenário) possa passar por ele, permitindo ao usuário uma visão direta do mundo real. Alguns dos raios de luz do cenário são refletidos pelas facetas e atingem o olho em vários ângulos, gerando assim, imagens ‘fantasmas’ indesejadas (reflexos) do mundo real. Sumário da invenção

[0004] A presente invenção é um visor próximo ao olho.

[0005] De acordo com os ensinamentos de uma concretização da presente invenção, é provido um visor próximo ao olho para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho, compreendendo: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas e bordas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o LOE em relação à cabeça do observador com a segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o projetor de imagem estando opticamente acoplado ao LOE de modo a introduzir a iluminação no LOE de modo a propagar dentro do LOE, por reflexo interno, nas primeira e segunda superfícies externas principais; (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador; e (e) um defletor de bloqueio de luz estendendo ao longo da maioria de uma das bordas do LOE e projetando de um plano da segunda superfície externa principal de modo a bloquear a radiação incidente de uma faixa de ângulos de incidência de alcançar pelo menos parte da segunda superfície externa principal, o defletor projetando em um sentido em direção ao olho do observador formando um ângulo agudo com a segunda superfície externa principal.

[0006] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o defletor de bloqueio de luz se projeta em um sentido em direção a um centro de um globo ocular do observador.

[0007] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o arranjo de acoplamento externo compreende uma pluralidade de superfícies parcialmente refletivas, mutuamente paralelas implantadas dentro do LOE em um ângulo oblíquo à primeira superfície externa principal.

[0008] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, a implantação do defletor e das superfícies parcialmente refletivas impede que os percursos dos raios atinjam o olho do observador após entrar em uma das primeira e segunda superfícies externas principais e sofrer um único reflexo a partir de uma das superfícies parcialmente refletivas.

[0009] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, as superfícies parcialmente refletivas têm uma direção de extensão paralela à segunda superfície externa principal, e sendo que o defletor se estende ao longo da maioria de uma das bordas substancialmente paralela à direção de extensão das citadas superfícies parcialmente refletivas.

[0010] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o defletor de bloqueio de luz é mecanicamente suportado por fixação ao LOE.

[0011] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o defletor de bloqueio de luz é mecanicamente suportado por fixação ao arranjo de suporte.

[0012] É também provido, de acordo com os ensinamentos de uma concretização da presente invenção, um visor próximo ao olho para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho, compreendendo: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o LOE em relação à cabeça do observador com a segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o projetor de imagem estando opticamente acoplado ao LOE de modo a introduzir a iluminação no LOE de modo a propagar dentro do LOE, por reflexo interno, nas primeira e segunda superfícies externas principais; e (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador, sendo que a primeira superfície externa principal é revestida com um revestimento multicamadas configurado para prover propriedades antirrefletivas para luz visível incidente em ângulos de incidência menores que 40 graus e para prover alta refletividade para pelo menos uma primeira polarização de luz visível incidente em ângulos de incidência maiores que 70 graus.

[0013] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, a segunda superfície externa principal é revestida com um revestimento multicamadas configurado para prover propriedades antirrefletivas para luz visível incidente em ângulos de incidência menores que 40 graus e para prover baixa refletividade para uma segunda polarização de luz visível perpendicular à primeira polarização incidente em ângulos de incidência entre 70 graus e 85 graus.

[0014] É também provido, de acordo com os ensinamentos de uma concretização da presente invenção, um visor próximo ao olho para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho compreendendo: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o LOE em relação à cabeça do observador com a segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o projetor de imagem estando opticamente acoplado ao LOE de modo a introduzir a iluminação no LOE de modo a propagar dentro do LOE, por reflexo interno, nas primeira e segunda superfícies externas principais; (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador; e (e) uma camada de micro lâmina associada com a primeira superfície externa principal do LOE, a camada de micro lâmina bloqueando a luz incidente em um ângulo de incidência maior que 70 graus a partir de pelo menos uma direção de entrada no LOE.

[0015] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, a camada de micro lâminas inclui um arranjo unidimensional de micro lâminas tendo uma direção extensional, e sendo que a camada de micro lâminas é implantada com a direção extensional substancialmente horizontal.

[0016] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, a camada de micro lâminas inclui dois arranjos de micro lâminas com direções extensionais substancialmente perpendiculares.

[0017] É também provido, de acordo com os ensinamentos de uma concretização da presente invenção, um visor próximo ao olho para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho compreendendo: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o LOE em relação à cabeça do observador com a segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o projetor de imagem estando opticamente acoplado ao LOE de modo a introduzir a iluminação no LOE de modo a se propagar dentro do LOE, por reflexo interno, nas primeira e segundas superfícies externas principais; (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador, o LOE e o arranjo de acoplamento externo definindo pelo menos um elevado ângulo incidente do percurso óptico dependente de polarização incidente em uma das primeira e segunda superfícies externas principais em um ângulo de incidência maior que 60 graus e saindo do LOE em direção ao olho do observador, o percurso óptico dependente da polarização tendo uma orientação de polarização favorecida; e (e) um filtro de polarização implantado para evitar que a luz externa avance ao longo do percurso óptico dependente de polarização com a orientação favorecida de polarização e atinja o olho do observador.

[0018] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o filtro de polarização é implantado para filtrar a luz que entra na primeira superfície externa principal.

[0019] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o filtro de polarização é implantado para filtrar a luz que sai da segunda superfície externa principal em direção ao olho do observador.

[0020] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, a iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador é substancialmente polarizada com uma polarização de imagem, e sendo que o filtro de polarização é implantado para bloquear a luz tendo uma polarização Perpendicular à polarização de imagem.

[0021] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, é também provido um segundo filtro de polarização implantado para filtrar a luz que entra na primeira superfície externa principal, o filtro de polarização e o segundo filtro de polarização estando alinhados de modo a transmitir a mesma polarização.

[0022] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, é também provido um elemento de tonalidade de polarização lateral para filtrar luz a partir de pelo menos uma direção ao longo de um percurso entre o olho do observador e o LOE, sendo que um eixo geométrico de polarização do elemento de tonalidade de polarização lateral está em um ângulo cruzado em relação a um eixo geométrico de polarização do filtro de polarização.

[0023] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, é também provido um elemento de tonalidade de polarização lateral para filtrar luz a partir de pelo menos uma direção ao longo de um percurso entre o olho do observador e o LOE.

[0024] De acordo com uma característica adicional de uma concretização da presente invenção, o arranjo de acoplamento externo compreende uma pluralidade de superfícies parcialmente refletivas, mutuamente paralelas implantadas dentro do LOE em um ângulo oblíquo à primeira superfície externa principal. Breve descrição dos desenhos

[0025] A invenção é aqui descrita, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0026] As Figuras 1A e 1B são vistas laterais e superiores esquemáticas de um observador usando um visor próximo ao olho construído e operativo de acordo com os ensinamentos da presente invenção, ilustrando várias fontes de luz ambiente que podem dar origem a reflexos a serem suprimidos;

[0027] A Figura 2A é uma vista lateral esquemática ampliada do visor próximo ao olho da Figura 1A ilustrando percursos de raios de luz para iluminação de imagem e para percursos de luz “fantasma” exemplares de fontes de luz ambiente;

[0028] As Figuras 2B e 2C são diagramas angulares ilustrando as relações angulares entre várias partes dos percursos de raios de luz para o percurso de raio de imagem e o percurso de raio fantasma da Figura 2A;

[0029] A Figura 3A é uma vista lateral esquemática ampliada de um elemento óptico de guia de luz do visor próximo ao olho da Figura 1A ilustrando um conjunto alternativo de percursos de luz “fantasma” exemplares de fontes de luz ambiente na parte posterior do elemento óptico de guia de luz;

[0030] A Figura 3B é um diagrama angular ilustrando as relações angulares entre várias partes dos percursos de raio de luz para o percurso de raio fantasma da Figura 3A;

[0031] A Figura 3C é uma vista lateral esquemática ampliada de uma implementação variante do elemento óptico de guia de luz do visor próximo ao olho da Figura 1A;

[0032] As Figuras 4 e 5 são vistas esquemáticas de cima ilustrando a faixa de um campo de visão do observador através do visor próximo ao olho da Figura 1A;

[0033] A Figura 6 é uma vista semelhante à da Figura 4 ilustrando uma faixa de ângulos na qual os raios de luz ambiente incidentes da parte posterior do elemento óptico de guia de luz podem atingir o olho do observador após um único reflexo em uma faceta interna do elemento óptico de guia de luz;

[0034] A Figura 7 é uma vista semelhante à da Figura 6 ilustrando uma implementação variante na qual uma área contendo as facetas internas é limitada a fim de suprimir determinados percursos de luz fantasma de alcançar os olhos do observador;

[0035] As Figuras 8A e 8B são vistas semelhantes à da Figura 7 ilustrando o uso de um defletor de obstrução, de acordo com um outro aspecto de uma concretização da presente invenção, para bloquear determinados percursos de luz fantasma de alcançar os olhos do observador, mostrado com e sem percursos de raios exemplares, respectivamente;

[0036] A Figura 8C é uma vista semelhante à da Figura 8A ilustrando uma variante de um visor próximo ao olho binocular, de acordo com um aspecto da presente invenção, empregando dois elementos ópticos de guia de luz não coplanares implantados com um ângulo de entre 10-30 graus entre eles para melhor conformar a uma curvatura de face, ilustrando o impacto dessa inclinação na geometria do defletor;

[0037] A Figura 9A é um gráfico ilustrando a refletância como uma função do ângulo de incidência para revestimentos de superfícies parcialmente refletivas exemplares (facetas), de acordo com uma implementação da presente invenção;

[0038] A Figura 9B é um gráfico de refletância correspondente conforme uma função do ângulo de incidência para reflexo de Fresnel não modificada;

[0039] A Figura 10A é uma vista lateral esquemática semelhante à da Figura 1A ilustrando uma implementação variante empregando um filtro de polarização externo;

[0040] A Figura 10B é uma vista semelhante à da Figura 10A ilustrando uma implementação variante empregando um filtro de polarização interno;

[0041] As Figuras 10C e 10D são vistas de topo da implementação da Figura 10B sem e com um filtro de polarização lateral, respectivamente;

[0042] A Figura 10E é uma vista semelhante à da Figura 10A ilustrando uma implementação variante empregando ambos um filtro de polarização interno e um filtro de polarização externo;

[0043] A Figura 11 é uma vista superior esquemática de uma implementação da presente invenção ilustrando ângulos incidentes típicos de raios de fontes de luz ambiente em comparação ao campo de visão do cenário vista diretamente pelo observador;

[0044] A Figura 12 é um gráfico ilustrando as propriedades de refletividade de um revestimento antirreflexo preferido conforme uma função do ângulo de incidência para uma superfície do elemento óptico de guia de luz de acordo com um aspecto de uma concretização da presente invenção;

[0045] A Figura 13 é uma representação esquemática de uma película de micro lâminas para uso em uma implementação de um visor próximo ao olho de acordo com a um outro aspecto de uma concretização da presente invenção;

[0046] As Figuras 14A-14C são representações esquemáticas da posição do olho em relação às posições das facetas em várias implementações de um visor próximo ao olho usando um elemento óptico de guia de luz que inclui dois conjuntos distintos de superfícies parcialmente refletivas em diferentes orientações;

[0047] A Figura 15A é uma ilustração esquemática de um exemplo adicional de um visor próximo ao olho usando um elemento óptico de guia de luz que inclui dois conjuntos distintos de superfícies parcialmente refletivas em diferentes orientações, sendo que os vetores de polarização refletidos primários para ambos os conjuntos de facetas estão alinhados de forma semelhante;

[0048] A Figura 15B é uma representação esquemática de uma orientação de filtro de polarização adequado para uso com o elemento óptico de guia de luz da Figura 15A;

[0049] A Figura 16A é uma vista esquemática parcial de um visor próximo ao olho com base no elemento óptico de guia de luz da Figura 14A;

[0050] A Figura 16B é uma vista superior esquemática do visor próximo ao olho da Figura 16A implementado como visor binocular com um filtro de polarização não uniforme; e

[0051] A Figura 16C é um gráfico ilustrando a refletância conforme uma função do ângulo de incidência para as superfícies parcialmente refletivas do elemento óptico de guia de luz na implementação das Figuras 16A e 16B. Descrição das concretizações preferidas

[0052] A presente invenção é um visor próximo ao olho.

[0053] Os princípios e o funcionamento dos visores próximo ao olho, de acordo com a presente invenção, podem ser melhor compreendidos com referência aos desenhos e à descrição em anexo. Introdução e classificação de “imagens fantasmas”

[0054] A fim de compreender completamente os vários aspectos da presente invenção, é importante identificar várias direções diferentes a partir das quais a luz incidente que atinge o elemento óptico de guia de luz (LOE) pode gerar “fantasmas” que são potencialmente perturbadores para o olho do observador.

[0055] A título de introdução, a Figura 1A mostra esquematicamente um observador olhando através de um visor próximo ao olho. Em termos gerais, o visor próximo ao olho inclui um elemento óptico de guia de luz (LOE) ou “guia de ondas” 10 tendo primeira e segunda superfícies externas principais 11A e 11B que são planas e mutuamente paralelas e tendo bordas que normalmente não são opticamente ativas. Um projetor de imagem 2 é opticamente acoplado ao LOE 10 de modo a introduzir na iluminação LOE correspondente a uma imagem de modo que a iluminação se propague dentro do referido LOE por reflexo interno nas superfícies externas principais 11A e 11B. O acoplamento óptico do projetor de imagem 2 ao LOE 10 pode ser obtido por meio de um prisma de acoplamento com uma superfície de entrada obliquamente inclinada, ou por meio de um arranjo de acoplamento refletivo, por meio de uma borda lateral e/ou uma das superfícies externas principais do LOE.

[0056] Exemplos de projetores de imagem adequados (ou “PODs”), por exemplo, empregando uma fonte de iluminação, um modulador de luz espacial, tal como um chip LCOS, e óptica de colimação, normalmente todos dispostos nas superfícies de um ou mais cubo PBS ou outro arranjo de prisma, são bem conhecidos na técnica. Da mesma forma, configurações de acoplamento interno adequadas para acoplar a imagem no LOE, tal como pelo uso de um refletor de acoplamento interno ou por um prisma de acoplamento inclinado adequado, são bem conhecidas na técnica. O acoplamento entre o projetor de imagem e o LOE pode ser direto, ou pode ser por meio de um arranjo de expansão de abertura adicional para expandir a dimensão da abertura através da qual a imagem é injetada no plano do LOE. Para maior concisão da apresentação, nem o projetor nem a configuração de acoplamento interno serão discutidos mais detalhadamente neste documento, e sua combinação é aqui representada apenas esquematicamente.

[0057] O visor próximo ao olho também inclui um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplamento da iluminação externa do LOE em direção ao olho do observador para visualização pelo observador. O arranjo de acoplamento externo é aqui ilustrado como uma pluralidade de superfícies parcialmente refletivas mutuamente paralelas (ou “facetas”) 12A implantadas dentro do LOE 10 em um ângulo oblíquo em relação às superfícies externas principais 11A e 11B. As facetas normalmente têm revestimentos dependentes de ângulo para prover alta transmissão em determinados ângulos e reflexo parcial em outros ângulos, conforme discutido mais adiante. Várias implementações de LOEs, incluindo tais facetas, estão disponíveis comercialmente na LUMUS Ltd. (Israel). Embora a descrição neste documento se refira principalmente a arranjos de acoplamento externo com base em faceta, será apreciado por um técnico no assunto que vários dos aspectos da presente invenção também são aplicáveis a arranjos de acoplamento externo alternativos, tais como, arranjos de acoplamento externos baseados em elementos ópticos difrativos.

[0058] Os visores próximo ao olho da presente invenção são tipicamente visores tipo montado na cabeça e, portanto, preferivelmente, incluem um arranjo de suporte configurado para suportar o LOE 10 em relação à cabeça do observador com a segunda superfície externa principal 11B confrontante em relação ao olho do observador. O arranjo de suporte é mostrado esquematicamente na Figura 1B como uma estrutura de armação de vidro incluindo lados 15 para suportar o visor em relação as orelhas do observador. Esta é apenas uma das várias opções, incluindo também uma estrutura montada na faixa de cabeça e um visor associado com um capacete. Os detalhes do arranjo de suporte per se não são críticos para a presente invenção, e não serão descritos aqui em detalhes.

[0059] Conforme ilustrado esquematicamente na Figura 1A, o projetor 2 injeta luz correspondente à imagem desejada (seta sólida) no guia de ondas e está luz é acoplada fora do guia de ondas em direção ao olho do observador. A luz dos objetos 4 no cenário (linha dois pontos e traços) atravessa pelo guia de ondas para o observador com alguma degradação de intensidade. Várias direções potenciais de incidência de luz externa estranha são rotuladas com o numeral de referência 6 mais um código de duas letras indicando a direção: para cima, para baixo ou lateral (U, D ou S, respectivamente) e frontal ou posterior (F ou B, respectivamente). As direções laterais são ilustradas mais claramente na vista superior da Figura 1B.

[0060] A Figura 2A é uma vista esquemática ampliada mostrando o projetor 2, o guia de ondas 10 e as facetas internas selecionadas 12A tendo um ângulo 13 em relação às faces externas paralelas principais formando a frente e a posterior do guia de ondas. No exemplo de configuração aqui ilustrado, o projetor está na parte superior (como na Figura 1A). As facetas são, neste caso, tipicamente refletores parciais estendendo horizontalmente que acoplam para fora a luz do guia de ondas em direção ao olho do observador, embora eles não sejam necessariamente exatamente horizontais. Neste exemplo, apenas um feixe de luz da imagem é mostrado para clareza de apresentação, mas na prática, uma propagação angular de uma imagem, normalmente colimada ao infinito, é projetada ao longo do guia de ondas e acoplada fora em direção ao olho. O espaçamento das facetas é apresentado como não uniforme para facilitar a ilustração dos percursos de reflexo, mas é tipicamente uniforme.

[0061] A luz guiada da imagem é aqui representada pelos raios 14A e 16A que refletem a partir das faces externas do guia de ondas. Conforme o raio 16A colide com uma das facetas, parte dele se reflete como raio 18A em direção ao observador. A Figura 2B mostra as direções de raio correspondentes no espaço angular, onde 12B corresponde ao ângulo do plano das facetas 12A e a seta dupla representa o vetor deste plano (perpendicular ao plano aplicável quando o elemento difrativo realiza o acoplamento externo). Os vetores 14B, 16B e 18B representam, respectivamente, as direções dos raios 14A, 16A e 18A. O ângulo tracejado nas Figuras 2B e 2C representa o ângulo TIR da face externa do guia de onda 10, ou seja, raios os quais tais como 18B que caem dentro da faixa angular ilustrada escaparão do guia de ondas, enquanto as direções dos raios fora dessa faixa serão refletidas internamente.

[0062] Qualquer arquitetura de um guia de ondas e um mecanismo de acoplamento de saída normalmente tem inerentemente vários mecanismos indesejados de reflexo do cenário. O raio 20 se origina de uma fonte 6UF (uma fonte na frente do usuário e acima do campo de visão perpendicular do mundo real observado através do guia de ondas, que é um cenário típico de luz solar ou iluminação aérea) e refrata no guia de ondas como o raio 22A. Este raio é mostrado no espaço angular da Figura 2C como vetor 22B. A maior parte desse raio de luz passará pelo guia de ondas e se refratará fora do guia de ondas como raio 20A, que está fora do campo de visão perpendicular e não perturba o observador. No entanto, parte do raio 22A pode refletir a partir de uma das facetas 12A (plano 12B) como raio 24A (vetor 24B). Este raio será refletido pela face externa do LOE como raio 26A (vetor 26B) e ser refletido mais uma vez por uma das facetas 12A como raio 28A (vetor 28B). O vetor 28B é aproximadamente o mesmo que o vetor 14B, portanto, o raio continuará a se propagar da mesma maneira como 14A (14B) em direção ao olho do observador. Isso é apresentado como raios 30A (equivalente a 16A) e 32A (equivalente a 18A).

[0063] Outro mecanismo possível para gerar iluminação fantasma perturbadora é a reflexo parcial do raio 22A a partir da superfície posterior 11B do LOE, seguida pela reflexo parcial desse raio da faceta 12A, gerando assim um raio de saída 23A.

[0064] A Figura 3A descreve no espaço real o percurso óptico de ‘reflexo única’ a partir de uma fonte 102, em um caso de injeção lateral de uma imagem em um guia de luz, onde a direção extensional das facetas é aproximadamente vertical. Esta fonte se assemelha às fontes 6SB na Figura 1B. A Figura 3B descreve o mesmo processo no espaço angular. A luz a partir da fonte refrata no guia de ondas como raio 106A (vetor 106B), é refletida pela faceta 104A (plano 104B) como raio 112A (vetor 112B) e refrata fora do guia de ondas. Este processo envolve apenas uma reflexo pela faceta, em contraste com outros tipos de percursos de reflexo que envolvem reflexos de múltiplas facetas. Consequentemente, essa única reflexo lateral pode, em alguns casos, ser uma reflexo particularmente brilhante. Conforme a fonte do cenário ilumina em um ângulo adicional a partir da incidência de incidência, o ângulo de reflexo torna-se maior, conforme ilustrado pela comparação dos raios 110A e 112A com raios 106A e 108A.

[0065] A geometria do guia de ondas e sua posição em relação ao olho determinam a distribuição angular dos reflexos que atingirão o olho. As Figuras 4 e 5 mostram uma vista superior da cabeça de um observador. O posicionamento relativo do guia de ondas e dos olhos do usuário é determinado por uma estrutura de suporte, tal como uma estrutura de suporte de armação de óculos ou alguma outra estrutura de suporte montada na cabeça, a qual é aqui omitida para simplicidade de apresentação. Neste exemplo, o guia de ondas 10 é configurado com a imagem iluminada introduzida a partir do lado, como aparente a partir de setas sólidas e ângulo das facetas. As facetas neste exemplo são chamadas de ‘facetas verticais’.

[0066] A pupila pode se mover dentro de uma faixa de posições e orientações, mas o raio central do campo central cruza o centro do globo ocular 101 em direção à fóvea em todas as direções de observação, como mostrado nas Figuras 4 e 5. O campo angular de interesse para o observador é descrito como ângulo 100. Ângulos equivalentes existem verticalmente. Para maior clareza, outras considerações para o ângulo de ampliação 100 não estão incluídas na descrição, tal como IPD ou tolerâncias de caixa ocular. Bloqueio geométrico de fantasmas do lado posterior

[0067] De acordo com um primeiro aspecto de uma concretização da presente invenção ilustrada nas Figuras 8A- 8C, o visor próximo ao olho é provido com um defletor de bloqueio de luz (130L, 130R) estendendo ao longo da maioria de uma das bordas do LOE e se projeta de um plano da segunda superfície externa principal de modo a bloquear a radiação incidente de uma faixa de ângulos de incidência de atingir pelo menos parte da segunda superfície externa principal, o defletor projetando em um sentido em direção ao olho do observador formando um ângulo agudo com a segunda superfície externa principal e, mais preferivelmente, se projeta em um sentido em direção a um centro de um globo ocular do observador. Isso garante que o defletor tenha um impacto mínimo no campo de visão periférico do observador, deixando o observador com a impressão de um campo de visão irrestrito.

[0068] O defletor se estende, preferivelmente, ao longo de uma borda do LOE que é substancialmente paralela à direção de extensão das superfícies parcialmente refletivas paralelas às superfícies principais. De acordo com uma definição geométrica, a direção extensional das facetas paralelas às superfícies principais pode ser definida como uma linha de intersecção entre um plano dentro do qual uma das superfícies parcialmente refletivas se encontra e o plano da primeira superfície externa principal. “Substancialmente paralelo”, tal como aqui utilizado, preferivelmente, se refere a direções que são paralelas ou dentro de cerca de 20 graus uma da outra.

[0069] De acordo com uma primeira opção, o defletor de bloqueio de luz 130L, 130R é mecanicamente suportado por fixação ao LOE 10. Alternativamente, o defletor de bloqueio de luz é mecanicamente suportado por fixação ao arranjo de suporte (não mostrado nestes desenhos).

[0070] As considerações geométricas preferidas para a implementação dos defletores são as seguintes. Conforme discutido acima, as Figuras 3A-3C apresentam a dependência angular de raios que sofreram um único reflexo conforme uma função do ângulo de iluminação incidente no lado traseiro da guia de luz (3A, 3B) ou reflexo única do lado frontal 3C. A Figura 6 ilustra as implicações desta dependência angular em uma vista superior de um visor próximo ao olho implantado na cabeça de um observador. O guia de ondas 10 reflete o raio de luz do cenário 120 em direção ao centro do globo ocular do observador 101 a partir do ponto 121R no guia de ondas, o raio 122 a partir do ponto 123R e o raio de incidência 124 do ponto 125R.

[0071] De acordo com certas concretizações de um aspecto da presente invenção, a última faceta (ou seja, mais distante do projetor de imagem) está localizada onde a reflexo do raio angular crítico resultante de um raio de incidência do cenário (124R ou L) não pode mais alcançar o centro do olho 101 como mostrado por 125 na Figura 7. As facetas no guia de ondas do olho direito (ou esquerdo) terminam no ponto onde o raio 124R (L) reflete no centro do olho 101. A partir da figura 6, é aparente que qualquer outro raio não pode refletir em 101, uma vez que não há facetas para refletir a luz lá.

[0072] Embora a abordagem acima possa ser eficaz para evitar fantasmas de brilho de reflexo único da iluminação ambiente posterior em alguns cenários, a limitação geométrica na localização da “última faceta” pode não prover campo de visão angular suficiente para algumas aplicações. De acordo com um outro aspecto da presente invenção, usando a relação geométrica ilustrada na Figura 6 e depois de identificar a extensão do campo de visão angular necessário (por exemplo, estendendo ao local 123R como ilustrado na Figura 6), é possível identificar uma faixa limitada de ângulos (por exemplo, do raio 124 através do ângulo do raio 122) que precisa ser obstruída para evitar fantasmas de reflexo único da região que requerendo que as facetas de saída atinjam a visão central do observador.

[0073] O defletor de obscurecimento de luz 130L, 130R implementado de acordo com estes princípios é tipicamente relativamente pequeno, estendendo geralmente para trás a partir da periferia do arranjo óptico com obstrução muito reduzida da visão periférica do observador comparada a um arranjo de bloqueio lateral completo. Em certas implementações particularmente preferidas, os defletores são implementados de modo a se estender a partir da periferia do arranjo óptico geralmente em direção ao olho, em alguns casos alinhados com alguma característica do projetor e/ou um lado do quadro, de modo a ter pouco a nenhum efeito obscurecedor na visão periférica do observador.

[0074] Na Figura 8A, é mostrado um exemplo de tais defletores de obscurecimento. Os defletores 130R e 130L são aqui mostrados como planos nivelados localizados na borda do guia de ondas e orientados em direção 101 como mostrado pela linha pontilhada. Para um FOV virtual predefinido, o comprimento do guia de ondas 10 com facetas é definido 123R (L). O percurso óptico da reflexo de retorno é definido e o comprimento do defletor 130R(L) é definido para bloquear este percurso óptico dos raios refletidos pela última faceta como mostrado na figura 8B. Os guias de onda inclinados também podem usar esse bloqueio de espalhamento conforme mostrado na figura 8C. Além de se conformar esteticamente à “curva de face” do usuário, tais guias de ondas inclinados relaxam ainda mais os requisitos sobre as dimensões do defletor, modelando uma “tonalidade” mais longa através da superfície posterior do guia de ondas para um determinado comprimento do defletor.

[0075] Assim, mais preferivelmente, a implantação do defletor 130L, 130R e das superfícies parcialmente refletivas impede que os percursos dos raios atinjam o olho do observador após entrar em uma das primeira e segunda superfícies externas principais e sofrer um único reflexo de uma das superfícies parcialmente refletivas.

Exclusão de raios de ângulo incidente elevado

[0076] Um aspecto adicional de uma concretização da presente invenção, útil tanto isoladamente quanto em combinação com outros aspectos aqui descritos, refere-se a abordagens para gerenciar raios incidentes que se aproximam da primeira superfície externa principal (externa) 11A do LOE 10 em ângulos de incidência elevados.

[0077] Com referência novamente à Figura 2A, é notado que muitas dos reflexos problemáticas das fontes de luz do mundo real começam com raios incidentes de ângulo elevado, tal como é aqui ilustrado esquematicamente como raio 20. Se tais raios pudessem ser excluídos de entrar em todo LOE, isso seria evitaria claramente a radiação incidente gerando reflexos incômodos para o olho do observador.

[0078] O revestimento adequado das facetas externas do guia de ondas 10 pode, assim, atenuar a reflexo do cenário, conforme apresentado nas Figuras 11 e 12. O ângulo 100 representa o campo angular que um observador vê nos arredores através do guia de ondas 10.

[0079] Uma implementação preferida da refletividade angular da primeira superfície (externa) do guia de ondas tendo um revestimento antirreflexo é mostrada na Figura 12. A faixa angular 166 representa o ângulo 100. Nesta faixa, a transmitância do guia de ondas deve ser máxima. Os raios de luz do cenário que estão fora da faixa 100 se originam da frente 168 ou traseira 120 (limitada pela refletância da faceta, obscuridade da faceta ou da face do observador). O alcance angular desses raios é mostrado como 170 na figura 10B. De acordo com um aspecto da presente invenção, o revestimento antirreflexo no guia de onda é modificado para ter alta refletividade em 170 e alta transmitância em 166. (Alta refletância em ângulos elevados é uma propriedade comum de revestimentos AR projetados para incidência de luz perpendicular). Isso reduz bastante as iluminações de cenário para frente e para trás que entram no guia de ondas 10 entrando em um ângulo elevado e refletindo por facetas internas no olho.

[0080] Assim, de acordo com uma implementação deste aspecto de uma concretização da presente invenção, a primeira (externa) superfície externa principal 11A é revestida com um revestimento de múltiplas camadas configurado para prover propriedades antirrefletivas para luz visível incidente em ângulos de incidência menores que 40 graus, e para prover alta refletividade para pelo menos uma primeira polarização da luz visível incidente em ângulos de incidência maiores do que 70 graus. Dependendo dos requisitos específicos para o campo de visão diretamente visto em relação ao observador através do LOE e das direções prováveis a partir das quais a iluminação ambiente problemática pode ser incidente, pode ser, preferivelmente, prover propriedades antirrefletivas para ângulos até 50 graus e/ou alta refletividade para ângulos acima de cerca de 60 graus, mas quanto mais próximos esses limites se tornam, os mais exigentes se tornam os requisitos do revestimento, a ponto de se tornarem irrealistas ou excessivamente complexos de implementar. Neste contexto, “propriedades antirreflexo” preferivelmente se referem à refletividade que é inferior a 5% e, mais preferivelmente, inferior a 3%. “Alta refletividade”, neste contexto, refere-se a refletividade em excesso de 70% e, preferivelmente, em excesso de 80%, mais preferivelmente pelo menos 90% e, em alguns casos particularmente preferidos, pelo menos 95%.

[0081] Ao considerar as faixas de ângulos a partir dos quais a iluminação externa pode ser incidente, pode ser difícil alcançar a exclusão desejada de ângulo de incidência elevado (pequeno ângulo de incidência) para todo o FOV e para o todo o espectro visível. Portanto, em uma implementação particularmente preferida da presente invenção, este aumento de refletividade é otimizado apenas para a polarização S de iluminação incidente de ângulo elevado. Uma solução alternativa é provida para reduzir a visibilidade de fantasmas da iluminação de polarização P a partir de uma fonte externa, conforme descrito abaixo.

[0082] Especificamente, referindo-se ao raio refratado 22A da Figura 2A, de acordo com a abordagem acima, a luz residual que é refratada e transmitida através da superfície principal frontal do guia de luz a partir do raio incidente 20 é provável que seja substancialmente p-polarizada devido ao revestimento da superfície externa. Alguns dos percursos de raios de reflexo fantasma envolvem uma reflexo subsequente do raio 22A na segunda (posterior) superfície externa principal 11B do substrato, de modo a gerar o raio fantasma 23A. No entanto, devido à refração na interface afastada da superfície principal perpendicular, qualquer parte desta luz que é transmitida através da superfície principal posterior 11B continuará em um percurso descendente inclinado 20A substancialmente paralelo à direção de propagação da luz ambiente 20 entrando na superfície principal frontal do LOE e não perturbará o olho do usuário do visor próximo ao olho. Portanto, é proposto revestir a superfície posterior do LOE com um revestimento antirreflexo, a fim de aumentar a transmissão dos raios de ângulo incidente elevado. É mais viável obter um revestimento antirreflexo eficaz para a polarização P em todos os ângulos. Como um resultado, este segundo aspecto da presente invenção complementa o primeiro aspecto no qual uma grande proporção da iluminação fantasma externa incidente com polarização S pode ser excluída por reflexo externa na superfície frontal 11A, enquanto uma grande proporção da iluminação fantasma de polarização P pode ser transmitida na superfície posterior 11B. O resultado é que a iluminação fantasma geral seguindo o percurso ilustrado na Figura 2 é bastante reduzida em comparação com os LOEs existentes.

[0083] Assim, de acordo com este aspecto da presente invenção, a segunda superfície externa principal 11B é vantajosamente revestida com um revestimento multicamada configurado para prover propriedades antirrefletivas para luz visível incidente em ângulos de incidência menores que 40 graus e para prover baixa refletividade para uma segunda polarização de luz visível perpendicular ao primeiro incidente de polarização em ângulos de incidência entre 70 graus e pelo menos cerca de 85 graus (preferivelmente perto de 90 graus).

[0084] Referindo-se novamente à Figura 2, em relação ao percurso de raio de luz alternativo que pode gerar um fantasma 32A, um fantasma pode ser formado por luz ambiente residual que penetra no LOE e, em seguida, reflete fora de uma faceta parcialmente refletiva da guia de luz (por exemplo, a partir do raio 22A para o raio 24A ou a partir do raio 26A para o raio 28A) em uma faixa relativamente restrita de ângulos que é tipicamente diferente da faixa de ângulos (e orientação de polarização) na qual o sinal do visor se propaga. Portanto, é proposto modificar a concepção do revestimento de superfície parcialmente refletivo para diminuir substancialmente a refletividade dentro de uma ou ambas as faixas particulares de ângulos. Especificamente, os revestimentos da faceta que suprimem a reflexo para raios de ângulo elevado tenderão a minimizar a quantidade de luz que entra no modo guiado (isto é, a reflexo a partir do raio 22A a 24A) e, assim, suprimir a intensidade de fantasma 32A. Variante da película Micro lâmina

[0085] Como uma implementação alternativa, ou adicional, do aspecto anterior da presente invenção, a rejeição da luz incidente de ângulo elevado pode ser alcançada usando uma película de lâmina implantada na frente da superfície externa do LOE e configurada para bloquear a luz incidente a partir de ângulos elevados enquanto fornece alta transmissão de luz de um cenário externo sobre um campo de visão desejado. Películas de micro lâminas são conhecidas e são comumente usadas como “películas de privacidade” para limitar a visibilidade de visores de computador a uma faixa desejada de ângulos de incidência. Exemplos de tais películas estão disponíveis comercialmente da 3M© Company sob a descrição Advanced Light Control Film (ALCF).

[0086] A estrutura de tais películas é ilustrada esquematicamente na Figura 13, onde uma camada interna da película contém um arranjo de micro lâminas 300 opacas (ou altamente atenuantes) suportadas em um substrato transparente 302 que define um limite geométrico para o ângulo no qual a luz incidente pode passar através da película. Películas de privacidade comercialmente disponíveis incluem, tipicamente, um arranjo unidimensional de micro lâminas, isto é, onde todas as lâminas se estendem na mesma direção. Neste caso, a película é preferivelmente implantada em relação ao LOE de modo que as lâminas se estendam horizontalmente, bloqueando assim as fontes de luz externas de ângulo elevado originárias de cima. Alternativamente, um arranjo bidimensional da estrutura de micro lâminas pode ser usado, tendo micro lâminas estendendo em duas direções perpendiculares (normalmente em duas camadas separadas da estrutura da película, sobrepostas uma à outra) para prover exclusão das fontes de luz externa de ângulo elevado a partir de todos os lados.

[0087] Para evitar o impacto das propriedades ópticas do LOE para reflexo interno a partir das superfícies principais, é normalmente preferível evitar a aplicação da película de controle de luz diretamente na superfície do LOE. Opcionalmente, uma estrutura adequada pode ser provida para assegurar que uma distância seja mantida adjacente ao LOE e a película de controle de luz seja suportada em um elemento óptico separado (lente ou semelhante) ligeiramente espaçado do LOE. Alternativamente, um absorvedor ou camada de “isolamento” pode ser provido com um índice de refração eficaz suficientemente baixo para preservar as propriedades ópticas do LOE. Exemplos de materiais adequados para tais camadas estão comercialmente disponíveis e incluem aerogéis e vários outros materiais usados para fins semelhantes. De acordo com uma implementação alternativa adicional, um revestimento refletivo angularmente seletivo, tipicamente implementado usando um revestimento dielétrico multicamadas,

pode ser provido para simular TIR para a faixa relevante de ângulos para a propagação da imagem dentro do LOE enquanto permite alta transmissão em ângulos pequenos. Esta opção também permite a fixação óptica direta da película de micro lâmina à superfície revestida do LOE sem comprometer as propriedades ópticas do LOE. De modo parentético, todas as opções acima mencionadas para aplicar suporte a uma película de micro lâmina em relação a um LOE sem impactar suas propriedades ópticas são igualmente aplicáveis quando é feita menção aqui de um filtro polarizador associado a uma ou ambas as superfícies do LOE.

[0088] Em uma implementação particularmente preferida, a camada de micro lâmina 300 está associada à primeira superfície externa principal 11A do LOE 10, e bloqueia a luz incidente em um ângulo de incidência maior do que 70 graus a partir de pelo menos uma direção de entrada no LOE. Onde uma camada de micro lâminas 300 tendo um arranjo unidimensional de micro lâminas é usada, a camada de micro lâminas é preferivelmente implantada com a direção extensional substancialmente horizontal. Alternativamente, uma camada de micro lâminas tendo dois arranjos de micro lâminas com direções extensionais substancialmente perpendiculares pode ser usada. Filtragem de polarização

[0089] A concepção dos revestimentos nas facetas tem um impacto significativo na filtragem da reflexo. A Figura 9A mostra a refletividade angular de um revestimento típico usado nas facetas 12A e 40A. Na maioria dos casos, a refletividade é dependente da polarização (ou “sensível à polarização”), como mostrado, como também é inerente às propriedades básicas de reflexo de Fresnel (Figura 9B).

[0090] A seta 150 mostra o ângulo correspondente à reflexo 26A(B) a 28A(B). Para este revestimento e neste ângulo de incidência, a polarização P reflete mais do que a polarização S. A seta 154 mostra a reflexo angular de 22A(B) a 24A(B) tendo baixa refletividade e nenhuma seletividade de polarização. Em uma implementação alternativa empregada para as facetas de certos LOEs, 155 e 152 representam os ângulos de reflexo tendo uma polarização S claramente dominante. De acordo com um aspecto de uma concretização da presente invenção, escolhas particulares de ângulo de inclinação de faceta e/ou perfil de revestimento podem ser usadas para aproveitar propriedades dependentes de polarização Para suprimir reflexos do mundo real, como será agora descrito.

[0091] Uma vez que os reflexos (tais como 6UF ou 6DF) podem ser controladas para terem polarização dominante predefinida (por exemplo, por revestimentos antirreflexos adequados, como descrito acima, ou através de propriedades das próprias facetas), a atenuação de reflexo fantasma é vantajosamente alcançada usando um filtro de polarização ou “polarizador” 160U na frente do guia de ondas como mostrado na Figura 10A. Qualquer tipo adequado de polarizador pode ser usado, mais preferivelmente, um polarizador estrutural (ou “cartesiano”) e, tipicamente, um polarizador absorvente é usado. Este polarizador atenuará a luz não polarizada do cenário 4 em 50% (o que, em muitos casos, pode ser necessário ou desejável), mas atenuará a reflexo fronto-superior polarizada 6UF ou a reflexo fronto-inferior 6DF em muito mais. A orientação do polarizador deve ser definida preferivelmente em relação à orientação das facetas refletivas (perpendicular ou horizontal às facetas dependendo do bloqueio S ou P).

[0092] Em alguns casos, o LOE e o arranjo de acoplamento externo definem pelo menos um trajeto óptico dependente da polarização de ângulo incidente elevado em uma das primeira e segunda superfícies externas principais em um ângulo de incidência maior que 60 graus e saindo do LOE em direção ao olho do observador, onde o percurso óptico dependente da polarização tem uma orientação de polarização favorecida. Um filtro de polarização é, então, vantajosamente implantado para evitar que a luz externa avance ao longo do percurso óptico dependente de polarização com a orientação favorecida de polarização de atingir o olho do observador. No exemplo acima da Figura 10A, o filtro de polarização 160U é implantado externamente para filtrar a luz que entra na primeira superfície externa principal (externa) 11A.

[0093] Uma implementação de uma concretização da presente invenção é um guia de ondas tendo revestimento de faceta que é concebido para gerar reflexos de uma imagem fantasma do mundo real tendo polarização que é perpendicular à polarização da imagem projetada acoplada externa. Neste caso, o polarizador pode ser colocado no lado interno voltado para o observador, como mostrado por 160I nas figuras 10B e 10C, isto é, onde o filtro de polarização é implantado para filtrar a luz saindo da segunda superfície externa principal em direção ao olho do observador. Esta configuração pode bloquear a reflexo projetada no olho que originou também da parte posterior do guia de ondas (por exemplo, 6SB) e passa duas vezes através do polarizador, como aparente na Figura 10C. No entanto, esta configuração deve ser usada apenas se a imagem virtual projetada pelo projetor 2 iluminar o olho com atenuação ou distorção mínima por este polarizador. Em outras palavras, onde a iluminação de imagem acoplada fora do LOE em direção ao olho do observador é substancialmente polarizada com uma polarização de imagem e o filtro de polarização 160I é implantado para bloquear a luz tendo uma polarização Perpendicular à polarização de imagem.

[0094] Em cada caso onde um polarizador é usado, será notado que a orientação do polarizador é determinada pela estrutura da faceta, orientada de modo que a polarização da iluminação fantasma do mundo real, que seria potencialmente refletida pelas facetas, seja atenuada enquanto a polarização que não é refletida significativamente por pelo menos um dos conjuntos de facetas em seu ângulo de incidência particular de acordo com o fantasma d o percurso do raio pode passar. Isso resulta em uma orientação do polarizador que é em muitos casos angularmente deslocada (por exemplo, em pelo menos 20 graus, ou pelo menos 30 graus, e em certos casos, entre 60 graus e 120 graus) da implantação perpendicular de lentes de sol polarizadas que transmite polarização P e rejeita polarização S das superfícies horizontais.

[0095] A Figura 10D mostra a implementação do polarizador lateral 160S na lateral do sistema. Desta forma, o polarizador atua da mesma forma que o polarizador 160U para bloquear a polarização que os reflexos laterais do guia de onda (6SB). Preferivelmente, o polarizador lateral é implementado com o polarizador frontal 160U ou 160I de modo que a intensidade de visibilidade do cenário seja a mesma de frente ou periférica (lateral).

[0096] Se 160I for usado em conjunto com 160S (como mostrado na figura 10D), então a orientação de 160S é preferivelmente perpendicular ao 160I (isto é, eixos geométricos de polarização cruzados, tais como um vertical e um horizontal), resultando no bloqueio completo de todas os reflexos laterais enquanto mantendo a visibilidade periférica.

[0097] Em algumas arquiteturas de guia de onda e faceta, a imagem injetada virtual atinge o olho com uma polarização linear. Nesses casos, um polarizador pode ser usado mais perto do olho (como mostrado em 10B), com o efeito de que alguns dos reflexos fantasmas serem filtrados. No entanto, além disso, algumas dos reflexos do cenário também refletem na mesma polarização após a rotação de polarização no guia de ondas. Uma vez que esta rotação de polarização não acontece com os raios de luz do cenário diretos 4, quando da introdução de um segundo polarizador 232 (Figura 10E) tendo a mesma orientação 230, não terá qualquer efeito adicional sobre os raios diretos 4, mas introduzirá atenuação adicional para os reflexos 6UF e 6DF. Implementações variantes para LOE com dois conjuntos de facetas

[0098] Determinadas implementações de um LOE, de acordo com a presente invenção, empregam dois conjuntos não paralelos distintos de superfícies parcialmente refletivas para alcançar a expansão da abertura óptica nas duas dimensões dentro do LOE. Muitas das características acima para eliminar ou atenuar (coletivamente, “suprimir”) reflexos indesejados da iluminação do mundo real (fantasmas) são igualmente aplicáveis a um LOE de expansão 2D. Várias considerações adicionais em algumas dessas aplicações são abordadas abaixo com referência às Figuras 14A-16C.

[0099] Na Figura 14A, as facetas 64A estão localizadas na frente do olho para refletir a imagem guiada no olho. As facetas 68A são usadas para expansão da abertura óptica por reflexo de uma direção de imagem guiada para uma direção de imagem guiada diferente dentro do guia de luz e não se acopla ao olho. Isso torna viável, em alguns casos, posicionar essas facetas longe do campo relevante do olho, de modo a eliminar a visibilidade de seus reflexos diretos. A Figura 14A mostra um arranjo no qual as facetas 68A estão localizadas abaixo do centro do olho. A redução da sobreposição adicional é possível por meio de uma arquitetura sem sobreposição, conforme mostrado nas figuras 14B e 14C, onde o olho enxerga através de uma seção com apenas um tipo de facetas.

[0100] A Figura 15A mostra dois conjuntos de facetas sobrepostos. A arquitetura de polarização apresentada nas Figuras 10A-10E pode ser aplicada em ambos os conjuntos de facetas simultaneamente. A eficiência do polarizador é melhorada manipulando os reflexos de ambas as polarizações para ficarem próximos ao paralelo, definindo um para ser P e um S polarizado como mostrado na figura 15A por 200A e 202A. A Figura 15B mostra a sobreposição das orientações de polarização (200B e 202B) e a orientação da polarização Preferida para bloquear a polarização combinada.

[0101] Alternativamente, o polarizador pode ser definido perpendicular (ou paralelo) às facetas que geram os reflexos dominantes.

[0102] A Figura 16A mostra um guia de ondas tendo dois conjuntos de facetas, onde o conjunto inclinado de facetas 220 é usado para expansão de abertura vertical da imagem injetada e o conjunto vertical de facetas 222 é usado para expansão horizontal. As facetas 220 podem ser inclinadas em relação às facetas externas do guia de ondas. Neste caso, a reflexo de faceta única será tipicamente por trás, conforme descrito na Figura 6. No entanto, se as facetas 220 são perpendiculares (ou perto a perpendiculares) às faces externas da guia de luz, então um único reflexo pode ocorrer a partir de uma direção na frente da guia de luz, conforme ilustrado pela seta da figura 16B.

[0103] A Figura 16C mostra a refletividade de um revestimento de faceta típico (a refletividade é conforme descrita por 3C tendo facetas aproximadamente ou com precisão perpendiculares) tendo ângulo de reflexo típico 224 e ângulo 226 de reflexo única frontal (Figura 16B). É aparente que os reflexos posteriores tenderão a estar em ângulos 224 mais próximos ao perpendicular, onde o revestimento dielétrico terá baixa diferenciação entre as polarizações, enquanto ângulos de reflexo frontal 226 terão alta diferenciação. Portanto, de acordo com um aspecto da presente invenção, um polarizador 228 é colocado na frente do guia de ondas que filtra externo a polarização que, de outra forma, daria origem a uma reflexo frontal única significativa.

[0104] Alguns revestimentos têm seletividade de polarização inerente também em ângulos perpendiculares, tais como grade aramada ou dielétrico birrefringente (como pela 3M). Neste caso, um polarizador lateral (160S na Figura 10D) pode ser usado com vantagem para obter atenuação de reflexo eficaz.

[0105] O polarizador 228 pode ser concebido para ter diferentes orientações na frente 220 e na frente 222, uma vez que as diferentes orientações das facetas irão gerar reflexos com diferentes polarizações. Opcionalmente, um polarizador não linear, que transita gradualmente entre as duas orientações de polarização desejadas, pode ser usado a fim de evitar um limite nítido.

[0106] Os reflexos podem se originar de reflexos múltiplos por mais de um conjunto de facetas. Por exemplo, na Figura 12A uma reflexo pode ter algum grau de polarização linear após reflexo pelas facetas 68A e mudar para polarização arbitrária após reflexo pelas facetas 64A. Neste caso, a polarização específica da reflexo deve ser calculada e o polarizador não linear usado com o guia de ondas. Isso pode incluir uma placa de onda ou outro material birrefringente com o polarizador linear.

[0107] As propriedades ópticas do reflexo que incide no olho podem mudar ao longo do guia de ondas. Portanto, as metodologias descritas acima podem ser usadas de forma não uniforme em todo o guia de ondas para alcançar a supressão de reflexo em todo o campo de visão do observador. Isso pode incluir (não limitado a): • Polarizador variável • Placa de onda variável • Revestimento variável de facetas paralelas e não paralelas • Revestimento variável de faces externas do guia de ondas para transmissão e polarização variáveis

[0108] Em todas as descrições acima, as configurações de cima para baixo são equivalentes à lateral, a configuração e as facetas verticais são equivalentes a horizontal. Em outras palavras, os arranjos são geralmente intercambiáveis; girando o sistema em 90 graus é possível. Isso inclui os defletores,

revestimentos e polarização.

[0109] Será apreciado que as descrições acima se destinam apenas a servir como exemplos, e que muitas outras concretizações são possíveis dentro do escopo da presente invenção, conforme definido nas reivindicações anexas.

Claims (20)

REIVINDICAÇÕES

1. Visor próximo ao olho, para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho, caracterizado pelo fato de compreender: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas e bordas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o referido LOE em relação à cabeça do observador com a referida segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o referido projetor de imagem estando opticamente acoplado ao referido LOE de modo a introduzir a iluminação no referido LOE de modo a propagar dentro do referido LOE, por reflexo interno, nas referidas primeira e segunda superfícies externas principais; (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do referido LOE em direção ao olho do observador; e (e) um defletor de bloqueio de luz estendendo ao longo da maioria de uma das referidas bordas do referido LOE e projetando de um plano da referida segunda superfície externa principal de modo a bloquear a radiação incidente de uma faixa de ângulos de incidência de alcançar pelo menos parte da referida segunda superfície externa principal, o referido defletor projetando em um sentido em direção ao olho do observador formando um ângulo agudo com a referida segunda superfície externa principal.

2. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado pelo fato de o referido defletor de bloqueio de luz se projetar em um sentido em direção a um centro de um globo ocular do observador.

3. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o referido arranjo de acoplamento externo compreender uma pluralidade de superfícies parcialmente refletivas, mutuamente paralelas implantadas dentro do referido LOE em um ângulo oblíquo à referida primeira superfície externa principal.

4. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a implantação do referido defletor e das referidas superfícies parcialmente refletivas impedir que os percursos dos raios atinjam o olho do observador após entrar em uma das referidas primeira e segunda superfícies externas principais e sofrer um único reflexo a partir de uma das referidas superfícies parcialmente refletivas.

5. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de as referidas superfícies parcialmente refletivas terem uma direção de extensão paralela à referida segunda superfície externa principal, e sendo que o referido defletor se estende ao longo da maioria de uma das referidas bordas substancialmente paralela à referida direção de extensão das citadas superfícies parcialmente refletivas.

6. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o referido defletor de bloqueio de luz ser mecanicamente suportado por fixação ao referido LOE.

7. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o referido defletor de bloqueio de luz ser mecanicamente suportado por fixação ao referido arranjo de suporte.

8. Visor próximo ao olho, para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho, caracterizado pelo fato de compreender: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o referido LOE em relação à cabeça do observador com a referida segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o referido projetor de imagem estando opticamente acoplado ao referido LOE de modo a introduzir a iluminação no referido LOE de modo a propagar dentro do referido LOE, por reflexo interno, nas referidas primeira e segunda superfícies externas principais; e (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do referido LOE em direção ao olho do observador, sendo que a referida primeira superfície externa principal é revestida com um revestimento multicamadas configurado para prover propriedades antirrefletivas para luz visível incidente em ângulos de incidência menores que 40 graus e para prover alta refletividade para pelo menos uma primeira polarização de luz visível incidente em ângulos de incidência maiores que 70 graus.

9. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a referida segunda superfície externa principal ser revestida com um revestimento multicamadas configurado para prover propriedades antirrefletivas para luz visível incidente em ângulos de incidência menores que 40 graus e para prover baixa refletividade para uma segunda polarização de luz visível perpendicular à referida primeira polarização incidente em ângulos de incidência entre 70 graus e 85 graus.

10. Visor próximo ao olho, para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho caracterizado pelo fato de compreender: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o referido LOE em relação à cabeça do observador com a referida segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o referido projetor de imagem estando opticamente acoplado ao referido LOE de modo a introduzir a iluminação no referido LOE de modo a propagar dentro do referido LOE, por reflexo interno, nas referidas primeira e segunda superfícies externas principais; (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do referido LOE em direção ao olho do observador; e (e) uma camada de micro lâmina associada com a referida primeira superfície externa principal do referido LOE, a referida camada de micro lâmina bloqueando a luz incidente em um ângulo de incidência maior que 70 graus a partir de pelo menos uma direção de entrada no LOE.

11. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a referida camada de micro lâminas incluir um arranjo unidimensional de micro lâminas tendo uma direção extensional, e sendo que a referida camada de micro lâminas é implantada com a referida direção extensional substancialmente horizontal.

12. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a referida camada de micro lâminas incluir dois arranjos de micro lâminas com direções extensionais substancialmente perpendiculares.

13. Visor próximo ao olho, para projetar uma imagem para um olho de um observador, o visor próximo ao olho caracterizado pelo fato de compreender: (a) um elemento óptico de guia de luz (LOE) tendo primeira e segunda superfícies externas principais que são planas e mutuamente paralelas; (b) um arranjo de suporte configurado para suportar o referido LOE em relação à cabeça do observador com a referida segunda superfície externa principal confrontante em relação ao olho do observador; (c) um projetor de imagem para projetar iluminação correspondente à imagem, o referido projetor de imagem estando opticamente acoplado ao referido LOE de modo a introduzir a iluminação no referido LOE de modo a se propagar dentro do referido LOE, por reflexo interno, nas referidas primeira e segundas superfícies externas principais; (d) um arranjo de acoplamento externo implantado para acoplar a iluminação externa do referido LOE em direção ao olho do observador, o referido LOE e o referido arranjo de acoplamento externo definindo pelo menos um elevado ângulo incidente do percurso óptico dependente de polarização incidente em uma das referidas primeira e segunda superfícies externas principais em um ângulo de incidência maior que 60 graus e saindo do referido LOE em direção ao olho do observador, o referido percurso óptico dependente da polarização tendo uma orientação de polarização favorecida; e (e) um filtro de polarização implantado para evitar que a luz externa avance ao longo do referido percurso óptico dependente de polarização com a referida orientação favorecida de polarização e atinja o olho do observador.

14. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o referido filtro de polarização Ser implantado para filtrar a luz que entra na referida primeira superfície externa principal.

15. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o referido filtro de polarização Ser implantado para filtrar a luz que sai da referida segunda superfície externa principal em direção ao olho do observador.

16. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a referida iluminação externa do referido LOE em direção ao olho do observador ser substancialmente polarizada com uma polarização de imagem, e sendo que o referido filtro de polarização é implantado para bloquear a luz tendo uma polarização Perpendicular à referida polarização de imagem.

17. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender ainda um segundo filtro de polarização implantado para filtrar a luz que entra na referida primeira superfície externa principal, o referido filtro de polarização e o referido segundo filtro de polarização estando alinhados de modo a transmitir a mesma polarização.

18. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender ainda um elemento de tonalidade de polarização lateral para filtrar luz a partir de pelo menos uma direção ao longo de um percurso entre o olho do observador e o referido LOE, sendo que um eixo geométrico de polarização do referido elemento de tonalidade de polarização lateral está em um ângulo cruzado em relação a um eixo geométrico de polarização do referido filtro de polarização.

19. Visor próximo ao olho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender ainda um elemento de tonalidade de polarização lateral para filtrar luz a partir de pelo menos uma direção ao longo de um percurso entre o olho do observador e o referido LOE.

20. Visor próximo ao olho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 19, caracterizado pelo fato de o referido arranjo de acoplamento externo compreender uma pluralidade de superfícies parcialmente refletivas, mutuamente paralelas implantadas dentro do referido LOE em um ângulo oblíquo à referida primeira superfície externa principal.