CN114846384A - 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统 - Google Patents

包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114846384A
CN114846384A CN202080087821.7A CN202080087821A CN114846384A CN 114846384 A CN114846384 A CN 114846384A CN 202080087821 A CN202080087821 A CN 202080087821A CN 114846384 A CN114846384 A CN 114846384A
Authority
CN
China
Prior art keywords
loe
partially reflective
reflective surfaces
image
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080087821.7A
Other languages
English (en)
Inventor
罗宁·切里基
齐翁·艾森菲尔德
埃坦·罗宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lumus Ltd
Original Assignee
Lumus Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lumus Ltd filed Critical Lumus Ltd
Publication of CN114846384A publication Critical patent/CN114846384A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0018—Redirecting means on the surface of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

一种光学系统，为基于光导光学元件的显示器提供输入光学孔径的两级扩展。使用不同的两组相互平行部分反射表面来实现第一扩展，每个组处理向眼睛呈现的整个视场的不同部分。在一些情况下，单个图像投影仪向集成到LOE中的两组小平面提供图像照明。在其他情况下，两个分开的投影仪将与视场的两个不同部分对应的图像照明传送到它们相应的小平面组。

Description

包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统
发明技术领域和背景技术
本发明涉及光学系统，并且特别地，本发明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。
许多近眼显示系统包括放置在用户眼睛前面的透明光导光学元件(LOE)或“波导”，其通过内反射在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的眼睛耦出图像。输出耦合机构可以基于嵌入式部分反射器或“小平面”，或者可以采用衍射元件。下文的描述将主要涉及基于小平面的耦出布置。
发明内容
本发明是用于将图像照明引导至眼动框以供用户的眼睛观看的光学系统。
根据本发明的实施方式的教示，提供了一种光学系统，用于将注入至少一个耦入区域的图像照明引导至眼动框以供用户的眼睛观看，该光学系统包括由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，该LOE包括：(a)第一区域，其包含具有第一取向的第一组平坦的相互平行部分反射表面；(b)第一区域还包含具有与第一取向不平行的第二取向的第二组平坦的相互平行部分反射表面；(c)第二区域，其包含具有第三取向的第三组平坦的相互平行部分反射表面，第三取向与第一取向和第二取向中的每个取向不平行；(d)一组相互平行的主外表面，主外表面跨第一区域和第二区域延伸，使得第一组部分反射表面、第二组部分反射表面以及第三组部分反射表面都位于主外表面之间，其中第三组部分反射表面与主外表面成斜角，使得通过主外表面处的内反射在LOE内从第一区域传播到第二区域中的图像照明的一部分从LOE朝向眼动框耦出，并且其中，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面中的每一个被定向成使得来自至少一个耦入区域的通过主外表面处的内反射在LOE内传播的图像照明的一部分被朝向第二区域偏转。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面使图像的视场的第一部分朝向第二区域偏转，并且第二组部分反射表面使图像的视场的第二部分朝向第二区域偏转，视场的第一部分与第二部分组合以提供比第一部分和第二部分中的每一个更大的连续组合视场。
根据本发明实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面中的每一个包括偏转表面，该偏转表面被构造成反射入射在偏转表面上的大部分图像照明，偏转表面被部署成第一组部分反射表面和第二组部分反射表面中的每一个的、注入到至少一个耦入区域的图像照明所到达的第一部分反射表面。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面的偏转表面和第二组部分反射表面的偏转表面相交于线。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面中的每一个包括与偏转表面相邻的填料表面，该填料表面具有平行于主外表面测量的长度，该长度小于偏转表面的长度并且小于与填料表面相邻的另一个部分反射表面的长度。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面各自具有部分反射表面之间的不均匀的间隔。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面的部分反射表面中的每一个具有平行于主外表面测量的长度，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面中的每一个包括具有不同长度的部分反射表面。
根据本发明的实施方式的另一特征，耦入区域在LOE的尺寸的中间三分之一内。
根据本发明的实施方式的另一特征，将LOE的与LOE的第一区域相邻的至少一个边缘实现为与主外表面垂直的镜表面，并且其中，图像照明从耦入区域到LOE的第二区域的路径包括来自LOE的至少一个边缘的镜表面的至少一个反射。
根据本发明实施方式的另一特征，还提供了图像投影仪，其被构造成投影与准直图像对应的图像照明，图像投影仪在耦入区域处光学地耦合到LOE，以使图像照明注入到LOE的第一区域内，从而通过主外表面处的内反射在LOE内传播，图像照明以有效光学孔径和有效传播方向被注入，以入射到第一组部分反射表面和第二组部分反射表面两者的部分反射表面上。
根据本发明的实施方式的另一特征，与有效传播方向垂直的第一组部分反射表面的尺寸大于与有效传播方向垂直的第二组部分反射表面的尺寸。
根据本发明的实施方式的另一特征，在第一组部分反射表面的部分反射表面与有效传播方向之间形成的角度小于在第二组部分反射表面的部分反射表面与有效传播方向之间形成的角度。
根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了：第一图像投影仪，其被构造成投影与准直图像的第一部分对应的图像照明，第一图像投影仪在第一耦入区域处光学地耦合到LOE，以使图像照明注入LOE的第一区域，从而通过主外表面处的内反射在LOE内传播并且入射到第一组部分反射表面的部分反射表面上；以及第二图像投影仪，其被构造成投影与准直图像的第二部分对应的图像照明，第二图像投影仪在第二耦入区域处光学地耦合到LOE，以使图像照明注入LOE的第一区域，从而通过主外表面处的内反射在LOE内传播并且入射到第二组部分反射表面的部分反射表面上，准直图像的第一部分和第二部分在眼动框处组合以提组合图像。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面垂直于LOE的主外表面。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面倾斜于LOE的主外表面。
根据本发明的实施方式的教示，还提供了一种光学系统，用于将图像传送到眼动框以供用户的眼睛观看，该光学系统包括：(a)光导光学元件(LOE)，其由透明材料形成，该LOE包括一组相互平行的主外表面和向外耦合的一组平坦的相互平行部分反射表面，向外耦合的一组部分反射表面位于主外表面之间；(b)第一图像投影仪，其被构造成从光学孔径投影与准直图像的第一部分对应的图像照明，该图像照明遵循第一光路从光学孔径进入LOE，以通过主外表面处的内反射在LOE内传播，并且通过向外耦合的一组部分反射表面从LOE朝向眼动框逐渐地耦出；(c)第二图像投影仪，其被构造成从光学孔径投影与准直图像的第二部分对应的图像照明，该图像照明遵循第二光路从光学孔径进入LOE，以通过主外表面处的内反射在LOE内传播并且通过向外耦合的一组部分反射表面从LOE朝向眼动框逐渐地耦出，准直图像的第一部分和第二部分在眼动框处组合以提供组合图像；(d)第一光学扩展部件，其包括具有第一取向的第一组平坦的相互平行部分反射表面，该第一光学扩展部件被部署在第一光路中，以扩展第一图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向向外耦合的一组部分反射表面进行引导；以及(e)第二光学扩展部件，其包括具有第二取向的第二组平坦的相互平行部分反射表面，该第二光学扩展部件被部署在第二光路中，以扩展第二图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向向外耦合的一组部分反射表面进行引导。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一光学扩展部件和第二光学扩展部件是光学地耦合到LOE的外部部件，并且其中，分别通过第一光学扩展部件和第二光学扩展部件发生来自第一图像投影仪和第二图像投影仪的图像照明向LOE的注入。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一光学扩展部件和第二光学扩展部件各自在具有两个主表面的厚板中实现，其中，主表面中的一个光学地耦合到与LOE相关联的耦入表面。
根据本发明的实施方式的另一特征，耦入表面相对于LOE的主外表面成斜角。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一光学扩展部件的厚板光学地耦合到与LOE相关联的第一耦入表面，并且第二光学扩展部件的厚板光学地耦合到与LOE相关联的第二耦入表面，第一耦入表面和第二耦入表面是非共面的。
根据本发明的实施方式的另一特征，耦入表面与LOE的主外表面中的一个共面或平行，并且其中，LOE包括至少一个至少部分反射耦入表面。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面位于LOE的主外表面之间的LOE内。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面与LOE的主外表面垂直。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面相对于LOE的主外表面倾斜。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一光学扩展部件还包括与第一组部分反射表面不平行的第三组相互平行的部分反射表面，第一组部分反射表面和第三组部分反射表面在相反方向上扩展第一图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向向外耦合的一组部分反射表面进行引导。
根据本发明的实施方式的另一特征，第一图像投影仪具有中心光轴，并且其中，第三组部分反射表面相对于中心光轴的倾斜度与第一组部分反射表面相对于中心轴的倾斜度不同。
附图说明
在本文中仅以示例的方式参照附图描述本发明，在附图中：
图1A和图1B是使用根据本发明的第一方面的教示构造和操作的光导光学元件(LOE)实现的光学系统的示意性等距视图，其分别示出了自顶向下构造和侧向注入构造；
图1C和图1D是使用根据本发明的另一方面的教示构造和操作的光导光学元件(LOE)实现的针对每个显示器采用两个图像投影仪的光学系统的示意性等距视图，其分别示出了自顶向下构造和侧向注入构造；
图2是用于实现图1A和图1B的光学系统的LOE构造的示意性平面图；
图3至图7是图2的LOE的第一区域的示意性放大图，其示出用于确定LOE的第一区域中的部分反射表面的期望间隔和部署的各种几何要素；
图8是图2的LOE的替选实现方式的示意性表示；
图9是图2的LOE的另一示意性表示，其示出了图像投影仪经由楔形棱镜耦合到LOE；
图10A至图10C是图2的LOE内的部分反射表面的相对部署的示意性表示，其分别示出了表面的非对称倾斜、对称布置、偏离中心的耦入区域；
图11示出了结合图3至图7中所呈现的几何要素并且采用可变长度小平面的图2的LOE的第一区域的特别优选的实现方式；
图12A和图12B是图2的LOE的其中第一组部分反射表面和第二组部分反射表面在LOE的两段之间被细分的另一变型实现方式的示意性表示；
图13是采用外周镜表面的图2的LOE的另一变型实现方式的示意性表示；
图14A是用于实现图1C和图1D的光学系统的LOE构造的示意性等距视图；
图14B是在来自图14A的光学系统的两个图像投影仪之间细分整个视场的示意性表示；
图15A和图15B是来自图14A的光学系统的LOE的放大示意性等距视图，其分别示出了对于第一光学孔径扩展采用正交和成斜角部分反射表面的实现方式；
图16A是根据本发明的方面的光学系统的替选实现方式的侧视图，其中，使用LOE外部的孔径扩展部件来执行光学孔径的第一扩展；
图16B至图16E是图16A的光学系统分别沿着图16A的标记为V1、V2、V3和V4的观看方向的视图；
图17是与图14A至图16E的光学系统一起使用的双图像投影仪组件的示意性表示；
图18是来自图14A的光学系统的LOE的变型实现方式的放大示意性等距视图，其中用于每个图像投影仪的光学孔径扩展部件采用两组部分反射表面；
图19A至图19C是图16A的光学系统的变型的等距视图，其中用于每个图像投影仪的光学孔径扩展部件采用两组部分反射表面，并且示出了用于将光学孔径扩展部件光耦合至LOE的三种选项；
图20A至图20C分别是图16A的光学系统的另一变型的前视图、顶视图和侧视图，其示出了光学孔径扩展部件向LOE的主外表面的光学耦合；
图21A至图21C分别是根据图20A至图20C的光学系统的变型实现方式的光学孔径扩展部件的顶视图、前视图和侧视图；以及
图22A至图22C分别是采用图21A至图21C的光学孔径扩展部件的光学系统的侧视图、顶视图和前视图。
具体实施方式
本发明是用于将图像照明引导至眼动框以供用户的眼睛观看的光学系统。
参照附图和所附描述可以更好地理解根据本发明的光学系统的原理和操作。
通过介绍，本发明的某些方面涉及用于经由光导光学元件(LOE)将图像照明引导至眼动框(eye-motion box，EMB)以供用户的眼睛观看的光学系统。该光学系统提供光学孔径扩展以用于平视显示器并且最优选地是近眼显示器的目的，其可以是虚拟现实显示器，或者更优选地是增强现实显示器。该光学系统优选地提供输入光学孔径的两级扩展，并且其中第一扩展是使用不同的两组相互平行的部分反射表面(“小平面”)来实现，每组部分反射表面处理呈现给眼睛的整个视场(field-of-view，FOV)的不同部分(不完全相同但优选地交叠)。在实施方式的第一子集(图1A、图1B和图2至图13)中，光学系统采用单个图像投影仪(“POD”)，其将图像照明提供至集成到LOE中的两组小平面。在实施方式的第二子集中，两个单独的POD将与FOV的两个不同部分(不完全相同但优选地交叠)对应的图像照明传送到其相应的小平面组。在后一种情况下，第一扩展可以采用在LOE外部(图16A至图16D和图19A至图22C)或者集成为LOE的一部分(图1C、图1D、图14A至图15B和图18)的相应扩展部件的一部分的小平面组。非限制性实施方式的这些各个子集将在下文分别说明。
现在总体参考采用与LOE集成的小平面(例如。图1A至图1D)的各个实施方式，所有这些实施方式都示出了用于将注入到至少一个耦入区域的图像照明引导至眼动框以供用户的眼睛观看的光学系统。总体而言，光学系统包括光导光学元件(LOE)12，其由透明材料形成并且包括第一区域16，该第一区域16包含具有第一取向的第一组平坦的相互平行部分反射表面(小平面)和具有与第一取向不平行的第二取向的第二组平坦的相互平行部分反射表面(小平面)(这些小平面在图1A至图1D中不可见，但是将在下文附图中示意性示出)。LOE还包括第二区域18，该第二区域18包含具有与第一取向和第二取向中的每个取向不平行的第三取向的第三组平坦的相互平行部分反射表面(或“小平面”，也称为“耦出表面”)。LOE由跨第一区域和第二区域延伸的一组相互平行的主外表面定界，使得第一组部分反射表面、第二组部分反射表面和第三组部分反射表面都位于主外表面之间。
第三组部分反射表面与主外表面成斜角，使得在LOE内通过主外表面处的内反射从第一区域传播进入第二区域的图像照明的一部分从LOE朝向眼动框耦出以供用户的眼睛观看。第一组部分反射表面和第二组部分反射表面中的每一组被定向成使得在LOE内通过主外表面处的内反射从至少一个耦入区域传播的图像照明的一部分被朝向第二区域偏转。
最优选地，第一组小平面和第二组小平面中的每一个负责整个视场的不同部分的孔径扩展。具体地，优选地，第一组部分反射表面使图像的视场的第一部分朝向第二区域偏转，并且第二组部分反射表面使图像的视场的第二部分朝向第二区域偏转，视场的第一部分和第二部分组合以提供比FOV的第一部分和第二部分中的每个都要大的连续组合视场。优选地，FOV的两个部分大致对应于全部FOV的两侧(左右或上下)，但是具有中心区域的充分交叠以确保跨眼动框的中心场的完全且连续的覆盖，眼动框对应于观察者的瞳孔的位置的可接受范围，显示器是针对该可接受范围来设计的。
本发明的示例性实施方式采取通常被标示为10的近眼显示器的形式，该近眼显示器采用LOE 12。紧凑型图像投影仪(或“POD”)14被光学耦合以将图像注入LOE 12(可互换地称为“波导”、“基板”或“厚板”(“slab”))，在LOE 12内，通过平坦主外表面处的内反射在一个维度上捕获图像光。光冲击到第一组部分反射表面和第二组部分反射表面(可互换地称为“小平面”)上，其中，每组小平面相对于图像光的传播方向倾斜，每个相继小平面将图像光的一部分偏转到偏转方向，该偏转方向也通过内反射在基板内被捕获/引导。这些第一组小平面和第二组小平面未在图1A至图1D中单独示出，而是位于LOE的被标示为16的第一区域中。在相继小平面处的部分反射实现了第一维度的光学孔径扩展。
位于区域16中的第一组部分反射表面和第二组部分反射表面将图像照明从通过全内反射(total internal reflection，TIR)被捕获在基板内的第一传播方向偏转到也通过TIR被捕获在基板内的第二传播方向。在相继小平面处的部分反射实现了第一维度的光学孔径扩展。在图1C和图1D的情况下，为每个显示器提供两个图像投影仪14，每个投影仪的图像照明被区域16中的对应的一组部分反射表面扩展。
然后，经偏转的图像照明进入第二基板区域18，第二基板区域18可以被实现为相邻的不同基板或实现为单个基板的延续，在第二基板区域18中，耦出布置(另一组部分反射小平面或衍射光学元件)逐渐地将一部分图像照明朝向位于被限定为眼动框(EMB)的区域内的观察者的眼睛耦出，从而实现第二维度的光学孔径扩展。整个装置可以针对每只眼睛分别来实现，并且优选地，整个装置相对于用户的头部被支撑，其中每个LOE 12面对用户的对应的眼睛。在此处所示的一个特别优选的选项中，将支撑布置实现为眼镜架，其具有用于相对于用户的耳朵来支撑装置的侧部20。也可以使用其他形式的支撑布置，包括但不限于头带、面罩(visor)或悬挂在头盔上的装置。
在附图和权利要求中提及X轴和Y轴，X轴在LOE的第一区域的大体延伸方向上水平延伸(图1A和图1C)或竖直延伸(图1B和图1D)，Y轴垂直于X轴延伸，即，在图1A和图1C中竖直延伸，在图1B和图1D中水平延伸。
以非常近似的术语，可以认为第一LOE或LOE 12的第一区域16在X方向上实现孔径扩展，而第二LOE或LOE 12的第二区域18在Y方向上实现孔径扩展。下文将更精确地说明视场的不同部分传播的角方向的扩展的细节。应当注意，图1A和图1C中所示出的取向可以视为“自顶向下”的实现方式，其中，进入LOE的主要(第二区域)的图像照明从顶部边缘进入，而图1B和图1D中所示出的定取向可以视为“侧向注入”的实现方式，其中，此处称为Y轴的轴是水平部署的。在其余附图中，将在类似于图1A和图1C的“自顶向下”取向的上下文中说明本发明的某些实施方式的各种特征。然而，应当理解，所有这些特征同样适用于侧向注入实现方式，其也落入本发明的范围内。在某些情况下，其他中间取向也可适用，并且除了明确排除的情况，否则包括在本发明的范围内。
在本发明的第一组优选但非限制性示例中，前述小平面组与基板的主外表面正交。在这种情况下，注入图像以及其在区域16内传播时经历内反射的其共轭都被偏转并且成为沿偏转方向传播的共轭图像。在替选的一组优选但非限制性示例中，第一组部分反射表面和第二组部分反射表面相对于LOE的主外表面成斜角。在后一种情况下，注入图像或其共轭形成在LOE内传播的期望偏转图像，同时可以例如通过在小平面上采用角度选择性涂层使其他反射最少化，角度选择性涂层使得小平面对于由不需要反射的图像所呈现的入射角的范围相对透明。
优选地，本发明的装置所采用的POD被构造成生成准直图像，即，在准直图像中，每个图像像素的光是具有与像素位置对应的角方向的准直到无穷远的平行束。因此，图像照明跨越与二维角视场对应的角度范围。
图像投影仪14包括至少一个光源，其通常被部署成照射诸如LCOS芯片的空间光调制器。空间光调制器调制图像的每个像素的投影强度，从而生成图像。替选地，图像投影仪可以包括扫描布置，该扫描布置通常使用快速扫描镜实现，该扫描布置在投影仪的图像平面上扫描来自激光源的照明，同时在逐像素的基础上随着运动同步地改变束的强度，从而为每个像素投影期望的强度。在这两种情况下，提供准直光学器件以生成被准直到无穷远的输出投影图像。如本领域所公知的，以上部件中的一些或全部通常布置在一个或更多个偏振分束器(polarizing beam splitter，PBS)立方体或其他棱镜布置的表面上。
图像投影仪14到LOE 12的光学耦合可以通过任何合适的光学耦合来实现，例如经由具有斜角输入表面的耦合棱镜，或者经由反射耦合布置，经由LOE的侧边和/或主外表面中的一个。耦入构造的细节对于本发明不是关键的，并且在此示意性示出为应用于LOE的主外表面中的一个的楔形棱镜15的非限制性示例。
应当理解，近眼显示器10包括各种附加部件，通常包括用于致动图像投影仪14的控制器22，该控制器22通常采用来自小型板载电池(未示出)或者一些其他合适的电源的电力。应当理解，控制器22包括所有必要的电子部件例如至少一个处理器或处理电路以驱动图像投影仪，所有这些都是本领域公知的。
参考共同转让的PCT专利申请公布第WO 2020/049542 A1号(下文称为“′542公布”)，该PCT专利申请截止本申请的优先权日尚未公开，并且不是现有技术，但是该PCT专利申请的全部内容通过引用并入本文，如在本文中完整阐述一样。除非另外说明，否则本发明的所有特征应当理解为如′542申请中所述。
本发明的第一方面与′542申请中所描述的构造的不同之处主要在于，此处LOE的第一区域16包括不同的两组部分反射小平面，而不是如′542公布中那样仅一组，它们通常处于不同的(非平行)取向，两组部分反射小平面中的每组独立地将图像视场的不同部分朝向第二LOE区域18进行引导，以朝向眼动框耦出。这样的构造在图1A至图1B中以两个相反方向的箭头进行暗示，并且在图2中示意性示出。
具体地，在图2的非限制性但优选的示例中，POD 14在LOE尺寸的中间附近(通常在中间三分之一内)将图像注入LOE 16的第一区域中。然后，注入图像被两组部分反射表面161和162部分地反射，以沿X轴在相反方向上扩展图像，并且使图像逐渐地从相继小平面朝向LOE的第二区域偏转，在第二区域中，图像通过另一组倾斜的部分反射小平面或者通过衍射光学元件逐渐地朝向眼动框耦出，以供观察者观看。
优选地，前两组部分反射表面中的每个组的第一个小平面是具有相对高反射率的偏转表面(替选地被称为“耦入小平面”)，该偏转表面将入射到小平面上的图像照明的一半以上(并且通常为至少80％)进行反射。优选地，每个组中的后续小平面具有较低的反射率(通常除最后的小平面之外)，并且可以具有从小平面到小平面逐渐增加的反射率，例如25％、33％、50％和100％，从而倾向于对到达相继小平面的逐渐减小的照明强度进行补偿，从而提供相对均匀的强度输出。
在某些实施方式中，使用从LOE尺寸的中间附近的耦入区域沿相反方向扩展光学孔径的两组小平面可以缩短从投影仪到眼动框的光学路径长度，并且从而与前述′542申请的构造相比，减小为观察者提供给定视场所需的装置的整体尺寸。
根据本发明的特别优选的一组实现方式，将小平面实现为“部分小平面”，使得部分反射特性仅存在于第一区域的截面区域的子区域内，该子区域包括每个小平面的平面的“成像区域”，并且优选地，排除小平面中的一些或全部的“非成像区域”的至少大部分。这以图2中小平面161和小平面162的变化长度示出。这些小平面的有效(部分反射)区域优选地略微延伸超过完成EMB图像投影的几何要求所需的最小值，以避免可能由涂层边缘处的缺陷引起的异常，并且在一些情况下，由于与在偏转图像方向上的小平面之间的整数交叠有关的额外考虑，还可以进一步延伸小平面以实现改善的图像均匀性。
在第一区域由涂覆板的堆叠(该堆叠然后以适当角度被切割)(如例如PCT专利公开第WO2007054928A1号中所描述并且在本领域中是已知的)的情况下，可以通过以下操作来有利地实现部分反射面的选择性空间部署：形成板的堆叠，其中，部分反射涂层位于两个板之间的交界平面的第一部分上，同时交界平面的第二部分结合(通常使用折射率匹配粘合剂并且没有涂层)以在两个板之间形成光学连续体。通常通过在涂覆过程之前施加合适的掩蔽层并且在涂覆过程结束时移除掩蔽层来实现部分反射涂层的选择性施加。
根据替选生产技术，可以形成全区域涂覆板的堆叠，并且然后将其切割成包含小平面的体积所需的形状。然后，通过将包含部分反射小平面的该不规则块与普通折射率匹配玻璃的互补块光学地接合在一起来完成LOE的所需形态。
光轴实际上不平行于X轴，而是位于X-Z平面中，其中，选择进入页面的Z分量使得FOV的深度维度中的整个角度范围在主基板表面处经历全内反射。如′542申请中详细描述的，光轴也可以从X轴偏移而在Y方向上以优化LOE设计。为了简化呈现，本文中的图形表示及其描述将仅涉及光线传播方向的平面内(X-Y)分量，在本文中被称为“平面内分量”或“与LOE的主外表面平行的分量”。
应当注意，视场的左侧的一些反射从LOE的右侧附近的小平面沿将不会到达EMB的方向被反射，并且因此将丢失。类似地，来自视场右侧的一些光线从LOE左侧附近的小平面反射，并且沿将不会到达EMB的方向被偏转，并且因此将丢失。本发明的某些方面利用这些观察来减小第一LOE(或LOE区域)的尺寸(并且因此减小体积和重量)。
161和162中相邻小平面之间的距离取决于耦入区域的入口孔径的尺寸和FOV，并且该距离必须被设计以适当地将入口孔径均匀地且没有任何空区域的复制到整个EMB。如图3所示，对于给定的入口孔径尺寸，小平面161或小平面162之间的恒定间隔将引起不均匀的照明，并且引起亮“条纹”或暗“条纹”的出现。为了避免该情况，如现在将详细讨论的，应该使用几何考虑来设置相邻小平面之间的距离以使这样的条纹的出现最小化。
如图4所示，相邻小平面之间的距离应当被选择为在没有任何孔并且没有任何交叠的情况下复制入口孔径。如图5至图6所述，由于每个小平面反射完整FOV的某个子集，所以应当针对FOV的相关子集来优化该距离，并且期望该距离在相邻小平面之间变化。然而，改变相邻小平面之间的距离仅可以使在耦入区域之外开始的亮“条纹”或暗“条纹”的影响最小化。如图7中示意性示出，可以通过在前两个小平面之间增加额外的小平面——这将使光重定向到暗区域——来使第一个暗“条纹”最小化。
在图8中示出了有助于改善整个EMB中被照明的输出图像的均匀性的本发明的另一个实施方式，其包括许多紧密间隔的小平面。与上述小平面相比，通过以整数减小小平面间隔，可以更好地平均图像的任何不均匀性，从而减轻图像的不均匀性。此外，由于极难针对大的FOV以恒定均匀反射率设计消色差高反射涂层，因此有利的是将第一小平面的反射率划分到若干小平面上，如通过图8的灰色小平面所述。
光需要从POD耦入到波导中。实现此目的的一种方式是通过放置在POD的照明系统的光轴与波导的平面之间匹配的楔形物，如图9所示。
到目前为止，讨论并且呈现了对称的构造，例如在图10A中示出的那些。然而，两部分小平面161和小平面162不需要是对称的，并且由每组小平面处理的FOV可以是不同的。例如，通常优选的是将POD放置在相对于EMB不居中并且如图10B所示的位置。此外，如图10C中那样，两个区域中的小平面的角度取向可以是不同的，这要么是因为由每个部分照明的FOV的大小是不同的(在该情况下，两个区域的大小通常将不是相同的)，要么是如果区域18中的小平面的方位角取向不平行于\垂直于FOV的主轴。
为了使重影最小化并且提高效率，如上所述，有利的是使用“部分小平面”。在图11中示意性示出了本申请的该构思的实现方式。
在图12A至图12C中呈现了本发明的另一个实施方式，其中，小平面161和小平面162的两个子部分被一个接着一个地放置，而不是如目前所有图中以并排构造一个挨着另一个地放置。在这样的实施方式中，区域161和区域162中的小平面的取向可以大致彼此相反，使得光将如图12A中那样传播到相反的取向(在图中，右和左)，或者区域161和区域162中的小平面的取向大致平行，使得如图12B至图12C中那样两个部分中的光沿着相同的大体方向传播。在后一种构造中，耦入区域的位置将被放置在区域16的边缘周围，从而简化耦入区域的结构，并且使中心FOV(主光线)处的非均匀性效果最小化。如图12C所示，图12A至图12B中的小平面的角度取向不需要相同。(尽管未明确示出，但是改变图12A的布置中的小平面角的选项也是可能的)。
图13呈现了以下构造：在区域16处的波导的表面涂覆有高反射涂层的，例如银涂层，并且小平面161(162)被定向成使得冲击在该小平面上的光可以被反射至163(164)，并且然后被反射回18中，或者冲击在小平面上的光可以透射穿过161(162)、被反射离开边缘165(166)、并且被161反射并且被重定向进入18。163至166的角度取向必须非常精确，否则将存在很大程度上重影的图像。
在本文的此处和其他地方，应当注意，术语“修整”和“截断”用于指相对于实现方式的理论起点而减小的最终产品的几何形状或尺寸，并且通常引起不同的小平面具有平行于LOE的主外表面测量的不同长度的情况。该术语不带有任何物理地切除材料或任何其他特定生产技术的实现方式。不必设想LOE将沿所指示区域的边界被精确地截断，而是这些区域提供设计灵活性，从而允许要被加工成具有任何任意外部轮廓的LOE被认为是美学上优选的和/或与期望应用的附加细节机械地兼容。
应当注意，使用如上所述的部分小平面可以提供若干优点中的一个或更多个，包括提高的效率和亮度，其中，来自距离耦入区域较远的小平面的图像的传输在到达第二LOE区域之前不需要通过如此多的附加小平面。此外，在一些情况下，在对于图像投影不需要的区域中省略小平面可以避免不希望的“重影”反射，否则该“重影”反射可能降低图像质量。
现在转向图1C、图1D和图14A至图22C，本发明的另一组实施方式采用两个不同的图像投影仪以向用户的眼睛提供显示图像的整个视场的不同部分。因此，总体而言，根据本发明的该方面，用于将图像传送到眼动框以供用户的眼睛观看的光学系统10包括由透明材料形成的光导光学元件(LOE)12，在该光导光学元件中设置有位于一组相互平行的主外表面之间的向外耦合的一组平坦的相互平行部分反射表面。第一图像投影仪POD 1被构造成从光学孔径投影与准直图像的第一部分对应的图像照明，该图像照明遵循第一光路从光学孔径进入LOE以通过主外表面处的内反射在LOE内传播并且通过向外耦合的一组部分反射表面从LOE朝向眼动框被逐渐地耦出。第二图像投影仪POD 2被构造成从光学孔径投影与准直图像的第二部分对应的图像照明，该图像照明遵循第二光路从光学孔径进入LOE以通过主外表面处的内反射在LOE内传播并且通过向外耦合的一组部分反射表面从LOE朝向眼动框被逐渐地耦出。替选地，如本领域中已知的，向外耦合的一组小平面可以由衍射光学元件代替，用于朝向EMB逐渐地耦出图像照明。准直图像的第一部分和第二部分在眼动框处组合以提供组合图像。
本发明的该方面的特别优选的特征在于光学系统还包括第一光学扩展部件，该第一光学扩展部件包括第一组平坦的相互平行部分反射表面，其具有第一取向，并且被部署在第一光路中以扩展第一图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向向外耦合的一组部分反射表面进行引导。类似地，光学系统包括第二光学扩展部件，该第二光学扩展部件包括第二组平坦的相互平行部分反射表面，其具有第二取向，并且被部署在第二光路中以扩展第二图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向向外耦合的一组部分反射表面进行引导。
图14B示出了在本发明的一个非限制性实现方式中如何在两个POD之间划分FOV。每个POD照明FOV的一部分，并且它们一起组成投影到观察者视网膜上的整个FOV。这里，两个POD中的每个负责相等大小的FOV，但是替选地，POD中的一个可以比另一个提供FOV中的更大部分。如图所示，为了减少边界伪影，通常优选在两个POD之间在FOV中包括交叠区域。
根据这些实现方式的第一子集，如图14A至图15B和图18中所示，第一组部分反射表面161和第二组部分反射表面162位于LOE 12内在LOE主外表面之间。如在较早的实施方式中，该实现方式可以采用与LOE的主外表面垂直的第一组部分反射表面161和第二组部分反射面162，如图14A和图15A中所示。在这种情况下，注入图像以及其在区域16内传播时经历内反射的共轭都被偏转并且成为在偏转方向上传播的共轭图像。替选地，可以使用相对于LOE的主外表面成斜角的第一组部分反射表面161和第二组部分反射表面162，如图15B所示。在后一种情况下，注入的图像或其共轭形成在LOE内传播的期望偏转图像，同时可以例如通过在小平面上采用角度选择性涂层使其他反射被最小化，其中角度选择性涂层使得小平面对于由不需要其反射的图像所呈现的入射角的范围相对透明。在这些实现方式中，针对LOE 12的第一部分16的每个部分(例如，一半)的结构和设计要素大体上类似于前述′542公布中所描述的结构。
可选地，POD中的一个或两个可以设置有不同取向的两组部分反射表面，使得LOE12的第一部分16的一个部分或两个部分可以根据上述图2至图13的教示来实现。在图18中示意性示出了这样的实现方式的示例，其中，第一图像投影仪POD 1经由第一光学扩展部件注入图像照明，该第一光学扩展部件包括第一组部分反射表面161和不平行于表面161的第三组相互平行部分反射表面163。第一组小平面161和第三组小平面163以类似于上述方式的方式沿X轴在相反方向上扩展第一图像投影仪POD 1的光学孔径，并且将图像照明朝向LOE 12的第二部分18中的向外耦合的一组部分反射表面181进行引导。
优选地，第二图像投影仪POD 2还经由第二光学扩展部件注入图像照明，该第二光学扩展部件包括第二组部分反射表面162和不平行于表面162的第四组相互平行部分反射表面164。第二组小平面162和第四组小平面164以类似于上述方式的方式沿X轴在相反方向上扩展第二图像投影仪POD 2的光学孔径，并且将图像照明朝向LOE 12的第二部分18中的向外耦合的一组部分反射表面181进行引导。如上文参照图14B所描述，由第一图像投影仪和第二图像投影仪提供的图像照明的两个部分在EMB处优选地以略微交叠的方式组合，以向用户提供完全组合的FOV。
在将两组小平面用于针对单个图像投影仪的孔径扩展的情况下，该布置可以相对于输入孔径的定位、小平面的倾斜度和任何其他设计要素是对称的或不对称的，并且小平面的长度和它们的反射率可以沿小平面序列变化，所有都如上文在单个图像投影仪实现方式的上下文中所讨论的那样。
本发明的该方面的实现方式的替选组采用第一光学扩展部件和第二光学扩展部件，其在LOE外部并且光学地耦合到LOE。现在将参照图16A至图16D和图19A至图22C描述的这样的实现方式的示例。在这些非限制性但优选的示例中，分别通过第一光学扩展部件203L和第二光学扩展部件203R将图像照明从第一图像投影仪210和第二图像投影仪220注入LOE 403。
如图16A至图16D中可见，第一光学扩展部件203L和第二光学扩展部件203R可以各自有利地以具有两个主表面的厚板来实现，其中主表面中的一个被光学地耦合到与LOE403相关联的耦入表面。在这里所示的情况下，将两个部件集成成单个厚板203，从而有助于部件的制造和组装。从厚板203到LOE 403的光学耦合可以经由楔形棱镜800或其他适当成形的耦合棱镜来实现，从而提供相对于LOE 403的主外表面成倾斜角的耦入表面。选择耦入表面的倾斜角，以允许图像照明以将经由主外表面处的内反射在LOE 403内传播的一定角度范围来直接耦入。厚板203到LOE 403的倾斜边缘的直接光学耦合也是可能的，如下文图19A中所例示。
尽管图16A至图16D的图示将第一光学扩展部件203L和第二光学扩展部件203R示出为附接至公共平坦耦入表面的平坦厚板203的部分，但是在某些特别优选但非限制性的示例中，可以使用处于不同角度的分开的耦入表面。在这样的情况下，如图19C中所例示，第一光学扩展部件203L的厚板被光学地耦合到与LOE 403相关联的第一耦入表面802L，并且第二光学扩展部件203R的厚板被光学地耦合到与LOE 403相关联的第二耦入表面802R，其中第一耦入表面802L和第二耦入表面802R不共面。使用非共面耦入表面可以使某些设计要素变得容易，特别是当试图实现宽视场时。
作为上述边缘耦合的替选方案，本发明的该方面的某些其他实现方式采用经由与LOE 403的主外表面中的一个共面或平行的耦入表面从第一光学扩展部件203L和第二光学扩展部件203R到LOE 403的图像照明的耦入。在该情况下，优选地，LOE 403包括至少一个至少部分反射耦入表面。根据该方法的实现方式在本文中参照图20A至图22C来讨论。
正如集成实施方式，第一光学扩展部件203L和/或第二光学扩展部件203R在这里也可以使用不同的两组部分反射表面来实现以进行针对每个图像投影仪的光学孔径扩展，如图19A至图22C的例子中所例示的。图19A示意性示出了这样的实现方式的示例，其中第一图像投影仪POD 1经由第一光学扩展部件203L注入图像照明，该第一光学扩展部件203L包括第一组部分反射表面205和不平行于表面205的第三组相互平行部分反射表面207。第一组小平面205和第三组小平面207沿X轴在相反方向上扩展第一图像投影仪POD 1的光学孔径，并且将图像照明朝向与波导403的耦入界面进行引导，以通过内反射在LOE 403内传播直到通过向外耦合小平面404朝向EMB被耦出。
优选地，第二图像投影仪POD 2还经由第二光学扩展部件203R注入图像照明，第二光学扩展部件203R包括第二组部分反射表面206和不平行于表面206的第四组相互平行部分反射表面208。第二组小平面206和第四组小平面208沿X轴在相反方向上扩展第二图像投影仪POD 2的光学孔径，并且将图像照明朝向与波导403的耦入界面进行引导，以通过内反射在LOE 403内传播直到通过耦出小平面404朝向EMB被耦出。通过第一图像投影仪和第二图像投影仪提供的图像照明的两个部分在EMB处优选地以略微交叠的方式组合，以向用户提供完全组合的FOV，如上文参照图14B所述。
在将两组小平面用于针对单个图像投影仪的孔径扩展的情况下，该布置可以相对于输入孔径的位置、小平面的倾斜度和任何其他设计要素是对称的或不对称的，并且小平面的长度和它们的反射率可以沿小平面序列变化，所有都如上文在单个图像投影仪实现方式的上下文中所讨论的。图21A和图21B中示出了相对于第一图像投影仪和在该情况下也相对于第二图像投影仪的中心光轴的非对称小平面倾斜的示例。这允许优化与照明EMB相关的视场的对应部分的小平面角。
参照图17，示出了用于光扩展的系统201的示例性实现方式，该系统201包括两个光学孔径扩展部件203L和203R，它们集成到单个厚板状元件203中，用于扩展两个图像投影仪210、220的光学孔径，以注入LOE(在该视图中未示出)中。光学孔径扩展部件扩展两个图像投影仪的有效孔径，以随后注入LOE中以向用户显示。在当前图中，视图是来自光学孔径扩展部件的边缘。孔径扩展结构可以是对称的并且可以包括在侧部或者更一般地在视场之外的镜子。
图17示出了适合用于在本文中描述的双POD实现方式中的任何一个和全部中的图像投影仪的可能实现方式的非限制性细节。在此处示出的非限制性示例中，提供公共光源(例如LED光源202)来照射两个图像投影仪，作为示例性光源构造200的部分，照射两个“POD”(微显示投影仪)，左POD 210和右POD 220。注意，在整个本说明书中使用“左”和“右”是为了参考的方便和清楚，并且不是限制于例如方向或位置。每个POD通常提供大致一半原始图像(原始图像未示出)，并且向相应的孔径扩展部件203L和203R提供左准直图像204CL和右准直图像204CR。两个准直图像204C沿x轴传播、在孔径扩展部件中扩展并且从孔径扩展部件被投射到LOE 403中，被示为主光线左耦出光线238L和右耦出光线238R。如其他图中所示，左耦出光线(238L)和右耦出光线(238R)横穿LOE 403，并且在向外耦合部分反射表面404处被从单个LOE 403沿z轴耦出为沿用户(用户的眼睛)的方向的向外耦合光线(左向外耦合光线38L和右向外耦合光线38R)。
示例性光源200通常包括由一个或更多个LED或本领域已知的其他源提供的光202，并且通常可以在红色、绿色和蓝色照明之间快速切换以照射一起构成要投影的图像的单个“帧”的相继彩色图像分离。光202通常由扩展器205扩展，然后可以由例如偏振选择性反射器(polarization-selective reflector，PBS)206分成两束(示为左虚线和右虚线)，以经由对应的光管(左光管207L和右光管207R)传播到相应的左POD 210和右POD 220。
示例性POD(左POD 210和右POD 220)中的每一个输入相应光束(左束和右束)，该相应光束经由PBS(左PBS 214，右PBS 224)横穿POD的以冲击在显示装置(左显示装置212和右显示装置222)上。可以直接从空间光调制器(spatial light modulator，SLM)，或者间接地借助于中继透镜或光纤束从每个显示装置(212、222)获得图像，其中SLM例如为阴极射线管(cathode ray tube，CRT)、液晶显示器(liquid crystal display，LCD)、硅上液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)、数字微镜装置(digital micro-mirror device，DMD)、OLED显示器、扫描源或类似装置。如下文参照图14B所描述的，来自每个显示装置(212、222)的图像通常大致是要显示的整个图像的一半。每一半图像分别在POD(210、220)中经由PBS(左PBS 214、左PBS 216和右PBS 224以及右PBS 226)传播，并且被准直器(左准直器218和右准直器228)准直，并且从POD(210、220)输出作为准直图像(左准直图像204CL和右准直图像204CR)进入相应的孔径扩展部件203L和203R。
光源200和POD(210、220)的示例性描述是非限制性的。基于该描述，本领域技术人员将能够实现其他光源和图像源。例如，每个POD可以使用单个LCOS的不同部分，并且每个POD可以具有单独的各自的LED。
各个孔径扩展部件203L和203R中的每一个包括第一区域(左第一区域54L和右第一区域54R)，在该第一区域处，相应准直图像(左准直图像204CL和右准直图像204CR)被耦入到基板中。各个孔径扩展部件中的每一个包括相应的波导(左波导20L和右波导20R)，其也倍称为“平面基板”和“透光基板”。波导(20L、20R)中的每一个包括至少两个彼此平行的(主)表面，在当前图中显示为下(主)表面26和上(主)表面26A。波导(20L、20R)中的每一个包括在前两个表面(26、26A)之间的相应一组小平面(左小平面22L、右小平面22R)，其被示出为双线。每组小平面(22L、22R)包括在最靠近第一区域(54L、54R)的小平面的一侧上的第一小平面(左第一小平面40AL、右第一小平面40AR)，在第一小平面处准直图像(204CL、204CR)耦入到基板(20L、20R)中。类似地，每组小平面(22L、22R)包括在距离第一区域(54L、54R)的小平面的远侧上的最后小平面(左最后小平面40BL、右最后小平面40BR)。随着准直光(204CL、204CR)在相应孔径扩展部件的侧部(203L、203R)中传播，捕获的传播光通过小平面(22R和22L)的部分反射表面被从孔径扩展器203逐渐耦出作为左耦出光线238L和右耦出光线238R。光线从孔径扩展部件(203L、203R)的侧部耦出进入单个LOE 403的区域被示出为相应的视场(field of view，FOV)(左视场FOV-L和右视场FOV-R)。孔径扩展部件的上述构造允许在某些位置使用高反射率表面或镜子，因为这些表面不在用户的FOV中。例如，第一小平面(40AL、40AR)和最后小平面(40BL、40BR)可以是100％反射的。
使用两个分开的POD来注入整个视场的不同部分可以提供若干优点中的任何优点，包括但不限于实现增强的视场，并且与提供整个图像的单个POD所需的大小和重量相比，使得POD的大小和重量能够减小。
每个POD将投影图像的束的大致一半。例如，对于长宽比为16/9的55.5°(度)FOV系统，通常单个POD将水平地投影48.44°的束，并且垂直地投影27.22°的束。
通过使用如上所述的孔径扩展部件在水平方向上分割FOV将引起两个POD各自处理24.22°×27.22°FOV。如上所述，在两个POD之间优选有一些交叠。如果每个POD交叠3°，则每个POD将投影27.22°×27.22°度，其中3度交叠。可以将图像(图片)划分到在相应的两个POD(210，220)的每个中的两个显示装置(212、222)，部分信息是两个POD所共有的。通过参照图16A至图16D可以更全面地理解划分到两个POD的构思，图16A至图16D包括模拟光线轨迹。假定每个POD具有其自己的SLM(在本示例中是LCOS)，并且可以具有其自己的或共享的照明系统。
图16B、图16C、图16D和图16E分别对应于如图16A所示的沿观看方向V1、VI2、V3和V4的视图。
参照图16C，示出了来自顶端角度的系统201的略图，其中单个LOE 403在孔径扩展器203下方(以一定角度)部分可见。左POD 210被示出为向孔径扩展部件203L提供左准直图像204CL，其中左准直图像204CL的光线被示出为图像的左第一边缘410L和左第二边缘412L。左第一边缘(410L)和左第二边缘(412L)的光线被示出为经由孔径扩展部件203L传播，作为左耦出光线238L被耦出到单个LOE 403中，然后该单个LOE 403将左向外耦合光线38L朝向EMB耦出。
类似地，右POD 220被示出为向孔径扩展部件203R提供右准直图像204CR，其中右准直图像204CR的光线被示出为图像的右第一边缘410R和右第二边缘412R。右第一边缘(410R)和右第二边缘(412R)的光线被示出为经由孔径扩展部件203R传播，作为右向外耦合光线238R被耦出到单个LOE 403中，然后该单个LOE 403将右向外耦合光线38RL朝向EMB耦出。
传播光线在单个LOE 403中被整合到由方形检测器表示的人眼位置(EMB)。
参照图16E，示出了来自前视图的系统201的略图，其中单个LOE 403在孔径扩展器203下方可见。z轴“从页面出”来，因此向外耦合光线(左向外耦合光线38L和右向外耦合光线38R)“从页面出”来，朝向用户的眼睛10，并且在该图中未示出。
参照图16D，示出了来自顶视图的系统201的略图，其中单个LOE 403不可见(在孔径扩展器203下方)。向外耦合光线(左向外耦合光线38L和右向外耦合光线38R)沿z轴(如图所示朝向底部)朝向EMB和用户的眼睛10。在该视图中，示出了附加束，左第三束414L和右第三束414R，从而示出了图像高度的中心线附近的视场的左极端和右极端。
参照图16A，示出了来自左侧侧视图的系统201的略图，其中传播沿y轴和z轴。从该图可以看出，示出的束410L和束4120L对应于图像视场的最下极端和最上极端，但是水平方向上在场的中心(如从图16B和图16C清楚可见)。楔形件800用于将孔径扩展器203连接到单个LOE 403。楔形件800是可以在孔径扩展器203与单个LOE 403之间使用的一种类型的连接的非限制性示例。取决于实现方式的具体要求，可以使用其他装置和构造来提供所期望的角度和连接。
参照图16B，示出了从上方与单个LOE的平面(y轴)成45度角的系统201的略图。单个LOE 403在孔径扩展器203下方可见。z轴“从页面出”来，因此向外耦合光线(左向外耦合光线38L和右向外耦合光线38R)“从页面出”来，朝向用户的眼睛10，并且在图中指出了位置。
现在参照图20A至图22C，这些图示出了替选耦入构造，根据该耦入构造，孔径扩展部件与以下耦入表面光学地关联，该耦入表面与LOE 403的主外表面中的一个共面或平行。在该情况下，LOE 403内的至少一个内反射表面用于耦入图像照明，以通过内反射在LOE403内传播。根据某些特别优选的实现方式，使用一组相互平行的部分反射耦入表面来实现耦入。图20A至图20C示出了根据该方法的针对每个孔径扩展部件采用单组部分反射表面的实现方式，而图21A至图21C示出了针对每个图像投影仪采用两组部分反射表面的孔径扩展部件，其中小平面相对于装置的主平面具有不对称的倾斜度。图22A至图22C示出了采用图21A至图21C的孔径扩展部件的光学系统。使用小平面的不对称倾斜度可以提高系统的性能和紧凑性。如在该系统中所见，尽管所显示的光的FOV非常大，但是填充整个EMB所需的POD相对小。
在该示例中以及在整个本文中，应当注意，每组部分反射内表面(“小平面”)可以具有均匀或不均匀的间隔，并且可以跨孔径扩展部件的整个厚度尺寸(在两个主平行外表面之间)延伸或者仅跨该厚度尺寸的一部分延伸。
所有上述原理也可以应用于“侧向”构造，在“侧向”构造中，图像从横向地位于观看区域外的POD注入并且由第一组小平面竖直地扩展，并且然后由第二组小平面水平地扩展，以耦入到用户的眼睛。应当理解，所有上述构造和变型也适用于侧向注入构造。
贯穿上文描述，已经提及如图所示的X轴和Y轴，其中，X轴是水平的或竖直的并且对应于光学孔径扩展的第一维度，并且Y轴是与扩展的第二维度对应的另一主轴。在该上下文中，可以相对于装置以通常由支承布置(例如，上述图1A和图1B的眼镜架)限定的取向安装在用户的头部上时的取向来限定X和Y。通常与X轴的定义一致的其他术语包括：(a)对眼动框进行定界的至少一个直线，其可以用于限定与X轴平行的方向；(b)矩形投影图像的边缘通常平行于X轴和Y轴；以及(c)第一区域16与第二区域18之间的边界通常平行于X轴延伸。
应当理解，上文描述仅旨在用作示例，并且在所附权利要求所限定的本发明的范围内，许多其他实施方式是可能的。

Claims (26)

1.一种光学系统，用于将注入至少一个耦入区域的图像照明引导至眼动框以供用户的眼睛观看，所述光学系统包括由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，所述LOE包括：
(a)第一区域，其包含具有第一取向的第一组平坦的相互平行部分反射表面；
(b)所述第一区域还包含具有与所述第一取向不平行的第二取向的第二组平坦的相互平行部分反射表面；
(c)第二区域，其包含具有第三取向的第三组平坦的相互平行部分反射表面，所述第三取向与所述第一取向和所述第二取向中的每一个均不平行；
(d)一组相互平行的主外表面，所述主外表面跨所述第一区域和所述第二区域延伸，使得所述第一组部分反射表面、所述第二组部分反射表面以及所述第三组部分反射表面都位于所述主外表面之间，
其中，所述第三组部分反射表面与所述主外表面成斜角，使得通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内从所述第一区域传播到所述第二区域中的图像照明的一部分从所述LOE朝向眼动框耦出，并且其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面中的每一个被定向成使得来自所述至少一个耦入区域的通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内传播的图像照明的一部分被朝向所述第二区域偏转。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面使图像的视场的第一部分朝向所述第二区域偏转，并且所述第二组部分反射表面使图像的视场的第二部分朝向所述第二区域偏转，视场的所述第一部分与第二部分组合以提供比所述第一部分和所述第二部分中的每一个更大的连续组合视场。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面中的每一个包括偏转表面，所述偏转表面被构造成反射入射在所述偏转表面上的大部分图像照明，所述偏转表面被部署成所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面中的每一个的、注入到所述至少一个耦入区域的图像照明所到达的第一部分反射表面。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面的所述偏转表面和所述第二组部分反射表面的所述偏转表面相交于线。
5.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面中的每一个包括与所述偏转表面相邻的填料表面，所述填料表面具有平行于所述主外表面测量的长度，所述长度小于所述偏转表面的长度并且小于与所述填料表面相邻的另一部分反射表面的长度。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面各自具有在所述部分反射表面之间的不均匀的间隔。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面的所述部分反射表面中的每一个具有平行于所述主外表面测量的长度，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面中的每一个包括具有不同长度的部分反射表面。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述耦入区域在所述LOE的尺寸的中间三分之一内。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，将所述LOE的与所述LOE的所述第一区域相邻的至少一个边缘实现为与所述主外表面垂直的镜表面，并且其中，所述图像照明从耦入区域到所述LOE的所述第二区域的路径包括来自所述LOE的所述至少一个边缘的所述镜表面的至少一个反射。
10.根据权利要求1所述的光学系统，还包括图像投影仪，其被构造成投影与准直图像对应的图像照明，所述图像投影仪在所述耦入区域处光学地耦合到所述LOE，以使所述图像照明注入到所述LOE的第一区域中，从而通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内传播，所述图像照明以有效光学孔径和有效传播方向被注入，以入射到所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面两者的部分反射表面上。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，与所述有效传播方向垂直的所述第一组部分反射表面的尺寸大于与所述有效传播方向垂直的所述第二组部分反射表面的尺寸。
12.根据权利要求10所述的光学系统，其中，在所述第一组部分反射表面的所述部分反射表面与所述有效传播方向之间形成的角度小于在所述第二组部分反射表面的所述部分反射表面与所述有效传播方向之间形成的角度。
13.根据权利要求1所述的光学系统，还包括：第一图像投影仪，其被构造成投影与准直图像的第一部分对应的图像照明，所述第一图像投影仪在第一耦入区域处光学地耦合到所述LOE，以使图像照明注入所述LOE的第一区域，从而通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内传播并且入射到所述第一组部分反射表面的部分反射表面上；以及第二图像投影仪，其被构造成投影与准直图像的第二部分对应的图像照明，所述第二图像投影仪在第二耦入区域处光学地耦合到所述LOE，以使图像照明注入所述LOE的第一区域，从而通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内传播并且入射到所述第二组部分反射表面的部分反射表面上，所述准直图像的所述第一部分和所述第二部分在所述眼动框处组合以提供组合图像。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面垂直于所述LOE的所述主外表面。
15.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面倾斜于所述LOE的所述主外表面。
16.一种光学系统，用于将图像传送到眼动框以供用户的眼睛观看，所述光学系统包括：
(a)光导光学元件(LOE)，其由透明材料形成，所述LOE包括一组相互平行的主外表面和向外耦合的一组平坦的相互平行部分反射表面，所述向外耦合的一组部分反射表面位于所述主外表面之间；
(b)第一图像投影仪，其被构造成从光学孔径投影与准直图像的第一部分对应的图像照明，所述图像照明遵循第一光路从所述光学孔径进入所述LOE，以通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内传播，并且通过所述向外耦合的一组部分反射表面从所述LOE朝向所述眼动框逐渐地耦出；
(c)第二图像投影仪，其被构造成从光学孔径投影与准直图像的第二部分对应的图像照明，所述图像照明遵循第二光路从所述光学孔径进入所述LOE，以通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内传播，并且通过所述向外耦合的一组部分反射表面从所述LOE朝向眼动框逐渐地耦出，所述准直图像的第一部分和第二部分在所述眼动框处组合以提供组合图像；
(d)第一光学扩展部件，其包括具有第一取向的第一组平坦的相互平行部分反射表面，所述第一光学扩展部件被部署在所述第一光路中，以扩展所述第一图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向所述向外耦合的一组部分反射表面进行引导；以及
(e)第二光学扩展部件，其包括具有第二取向的第二组平坦的相互平行部分反射表面，所述第二光学扩展部件被部署在所述第二光路中，以扩展所述第二图像投影仪的光学孔径并且将图像光朝向所述向外耦合的一组部分反射表面进行引导。
17.根据权利要求16所述的光学系统，其中，所述第一光学扩展部件和所述第二光学扩展部件是光学耦合到所述LOE的外部部件，并且其中，分别通过所述第一光学扩展部件和所述第二光学扩展部件发生来自所述第一图像投影仪和所述第二图像投影仪的所述图像照明向所述LOE的注入。
18.根据权利要求17所述的光学系统，其中，所述第一光学扩展部件和所述第二光学扩展部件各自在具有两个主表面的厚板中实现，其中，所述主表面中的一个光学地耦合到与所述LOE相关联的耦入表面。
19.根据权利要求18所述的光学系统，其中，所述耦入表面相对于所述LOE的所述主外表面成斜角。
20.根据权利要求18所述的光学系统，其中，所述第一光学扩展部件的所述厚板光学地耦合到与所述LOE相关联的第一耦入表面，并且所述第二光学扩展部件的所述厚板光学地耦合到与所述LOE相关联的第二耦入表面，所述第一耦入表面和所述第二耦入表面是非共面的。
21.根据权利要求18所述的光学系统，其中，所述耦入表面与所述LOE的所述主外表面中的一个共面或平行，并且其中，所述LOE包括至少一个至少部分反射耦入表面。
22.根据权利要求16所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面位于所述LOE内在所述LOE的所述主外表面之间。
23.根据权利要求22所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面垂直于所述LOE的所述主外表面。
24.根据权利要求22所述的光学系统，其中，所述第一组部分反射表面和所述第二组部分反射表面相对于所述LOE的所述主外表面倾斜。
25.根据权利要求16所述的光学系统，其中，所述第一光学扩展部件还包括与所述第一组部分反射表面不平行的第三组相互平行的部分反射表面，所述第一组部分反射表面和所述第三组部分反射表面在相反方向上扩展所述第一图像投影仪的光学孔径并且将所述图像光朝向所述向外耦合的一组部分反射表面进行引导。
26.根据权利要求25所述的光学系统，其中，所述第一图像投影仪具有中心光轴，并且其中，所述第三组部分反射表面相对于所述中心光轴的倾斜度与所述第一组部分反射表面相对于所述中心轴的倾斜度不同。
CN202080087821.7A 2019-12-30 2020-12-30 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统 Pending CN114846384A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962954744P 2019-12-30 2019-12-30
US62/954,744 2019-12-30
US202063005367P 2020-04-05 2020-04-05
US63/005,367 2020-04-05
PCT/IL2020/051354 WO2021137228A1 (en) 2019-12-30 2020-12-30 Optical systems including light-guide optical elements with two-dimensional expansion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114846384A true CN114846384A (zh) 2022-08-02

Family

ID=76685978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080087821.7A Pending CN114846384A (zh) 2019-12-30 2020-12-30 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11885966B2 (zh)
EP (1) EP4042228A4 (zh)
JP (1) JP2023507948A (zh)
KR (1) KR20220118470A (zh)
CN (1) CN114846384A (zh)
AU (1) AU2020418462A1 (zh)
CA (1) CA3164587A1 (zh)
IL (1) IL294151A (zh)
TW (1) TW202132829A (zh)
WO (1) WO2021137228A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112021004307A2 (pt) 2018-09-09 2021-05-25 Lumus Ltd. sistema óptico
KR102651647B1 (ko) 2019-03-12 2024-03-26 루머스 리미티드 이미지 프로젝터
IL309979A (en) 2019-07-04 2024-03-01 Lumus Ltd Figure waveguide with symmetric light beam multiplication
IL270991B (en) 2019-11-27 2020-07-30 Lumus Ltd A light guide with an optical element to perform polarization mixing
BR112022009872A2 (pt) 2019-12-05 2022-08-09 Lumus Ltd Dispositivo óptico e método para fabricar um dispositivo óptico
EP4222416A4 (en) * 2020-10-01 2024-03-27 Lumus Ltd COMPOSITE OPTICAL LIGHT GUIDE ELEMENTS
KR20240046489A (ko) 2021-08-23 2024-04-09 루머스 리미티드 내장된 커플링-인 반사기를 갖는 복합 도광 광학 요소의 제조 방법
CN113848606A (zh) * 2021-11-04 2021-12-28 浙江水晶光电科技股份有限公司 一种光学元件及近眼显示系统
CN113885212B (zh) * 2021-11-10 2022-07-22 北京灵犀微光科技有限公司 一种扩瞳装置
WO2023220037A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Google Llc Combining light from multiple image sources within a reflective facet waveguide
WO2023248108A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 Lumus Ltd. Asymmetric binocular near-eye display

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080198471A1 (en) * 2004-06-17 2008-08-21 Lumus Ltd. Substrate-Guided Optical Device with Wide Aperture
CN108663810A (zh) * 2017-03-28 2018-10-16 精工爱普生株式会社 导光装置和显示装置
CN108882845A (zh) * 2016-12-31 2018-11-23 鲁姆斯有限公司 基于经由光导光学元件的视网膜成像的眼动追踪器
CN109154720A (zh) * 2016-05-18 2019-01-04 鲁姆斯有限公司 头戴式成像设备
WO2019102366A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-31 Lumus Ltd. Optical aperture expansion arrangement for near-eye displays
US20190212487A1 (en) * 2017-03-22 2019-07-11 Lumus Ltd. Overlapping facets

Family Cites Families (192)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2748659A (en) 1951-02-26 1956-06-05 Jenaer Glaswerk Schott & Gen Light source, searchlight or the like for polarized light
US2886911A (en) 1953-07-23 1959-05-19 George K C Hardesty Duo-panel edge illumination system
US2795069A (en) 1956-02-07 1957-06-11 George K C Hardesty Laminated metal-plastic illuminable panel
DE1422172B1 (de) 1961-12-07 1970-11-12 Kopperschmidt & Co Carl W Periskop
US3491245A (en) 1967-04-10 1970-01-20 George K C Hardesty Guided light display panel
GB1330836A (en) 1969-11-24 1973-09-19 Vickers Ltd Optical field-flattening devices
US3626394A (en) 1970-04-09 1971-12-07 Magnavox Co Magneto-optical system
US3667621A (en) 1970-10-20 1972-06-06 Wisconsin Foundry And Machine Fluid power system for a self-contained unloading unit
US3737212A (en) 1970-12-14 1973-06-05 Gen Electric Diffraction optics head up display
GB1377627A (en) 1971-09-01 1974-12-18 Rank Organisation Ltd Beam splitting prisms
US3857109A (en) 1973-11-21 1974-12-24 Us Navy Longitudinally-pumped two-wavelength lasers
US3873209A (en) 1973-12-10 1975-03-25 Bell Telephone Labor Inc Measurement of thin films by optical waveguiding technique
FR2295436A1 (fr) 1974-12-16 1976-07-16 Radiotechnique Compelec Dispositif coupleur directif pour fibres optiques multimodes
US3940204A (en) 1975-01-23 1976-02-24 Hughes Aircraft Company Optical display systems utilizing holographic lenses
US4084883A (en) 1977-02-28 1978-04-18 The University Of Rochester Reflective polarization retarder and laser apparatus utilizing same
DE3000402A1 (de) 1979-01-19 1980-07-31 Smiths Industries Ltd Anzeigevorrichtung
US4331387A (en) 1980-07-03 1982-05-25 Westinghouse Electric Corp. Electro-optical modulator for randomly polarized light
FR2496905A1 (fr) 1980-12-24 1982-06-25 France Etat Episcope a reflexions multimodes
DE3266408D1 (en) 1981-10-14 1985-10-24 Gec Avionics Optical arrangements for head-up displays and night vision goggles
US4516828A (en) 1982-05-03 1985-05-14 General Motors Corporation Duplex communication on a single optical fiber
FR2562273B1 (fr) 1984-03-27 1986-08-08 France Etat Armement Dispositif d'observation a travers une paroi dans deux directions opposees
US4715684A (en) 1984-06-20 1987-12-29 Hughes Aircraft Company Optical system for three color liquid crystal light valve image projection system
US4711512A (en) 1985-07-12 1987-12-08 Environmental Research Institute Of Michigan Compact head-up display
US4805988A (en) 1987-07-24 1989-02-21 Nelson Dones Personal video viewing device
US4798448A (en) 1988-02-16 1989-01-17 General Electric Company High efficiency illumination system for display devices
US4932743A (en) 1988-04-18 1990-06-12 Ricoh Company, Ltd. Optical waveguide device
GB2220081A (en) 1988-06-21 1989-12-28 Hall & Watts Defence Optics Lt Periscope apparatus
EP0365406B1 (fr) 1988-10-21 1993-09-29 Thomson-Csf Système optique de collimation notamment pour visuel de casque
FR2638242B1 (fr) 1988-10-21 1991-09-20 Thomson Csf Systeme optique de collimation, notamment pour visuel de casque
CN1043203A (zh) 1988-12-02 1990-06-20 三井石油化学工业株式会社 光输出控制方法及其装置
US5880888A (en) 1989-01-23 1999-03-09 Hughes Aircraft Company Helmet mounted display system
US4978952A (en) 1989-02-24 1990-12-18 Collimated Displays Incorporated Flat screen color video display
FR2647556B1 (fr) 1989-05-23 1993-10-29 Thomson Csf Dispositif optique pour l'introduction d'une image collimatee dans le champ visuel d'un observateur et casque comportant au moins un tel dispositif
US5157526A (en) 1990-07-06 1992-10-20 Hitachi, Ltd. Unabsorbing type polarizer, method for manufacturing the same, polarized light source using the same, and apparatus for liquid crystal display using the same
US5096520A (en) 1990-08-01 1992-03-17 Faris Sades M Method for producing high efficiency polarizing filters
US5751480A (en) 1991-04-09 1998-05-12 Canon Kabushiki Kaisha Plate-like polarizing element, a polarizing conversion unit provided with the element, and a projector provided with the unit
FR2683918B1 (fr) 1991-11-19 1994-09-09 Thomson Csf Materiau constitutif d'une lunette de visee et arme utilisant cette lunette.
US5367399A (en) 1992-02-13 1994-11-22 Holotek Ltd. Rotationally symmetric dual reflection optical beam scanner and system using same
US5383053A (en) 1992-04-07 1995-01-17 Hughes Aircraft Company Virtual image display having a high efficiency grid beamsplitter
US5301067A (en) 1992-05-06 1994-04-05 Plx Inc. High accuracy periscope assembly
US5231642A (en) 1992-05-08 1993-07-27 Spectra Diode Laboratories, Inc. Semiconductor ring and folded cavity lasers
US5369415A (en) 1992-06-29 1994-11-29 Motorola, Inc. Direct retinal scan display with planar imager
DE59310295D1 (de) 1992-08-13 2002-08-29 Meinrad Maechler Spektroskopische Systeme zur Analyse von kleinen und kleinsten Substanzmengen
US6144347A (en) 1992-10-09 2000-11-07 Sony Corporation Head-mounted image display apparatus
US5537173A (en) 1992-10-23 1996-07-16 Olympus Optical Co., Ltd. Film winding detecting means for a camera including control means for controlling proper and accurate winding and rewinding of a film
IL103900A (en) 1992-11-26 1998-06-15 Electro Optics Ind Ltd Optical system
DE69432526T2 (de) 1993-02-26 2004-04-01 Yeda Research And Development Co., Ltd. Optische holographische vorrichtungen
GB2278222A (en) 1993-05-20 1994-11-23 Sharp Kk Spatial light modulator
US5284417A (en) 1993-06-07 1994-02-08 Ford Motor Company Automotive fuel pump with regenerative turbine and long curved vapor channel
JPH09503594A (ja) 1993-10-07 1997-04-08 バーチャル ビジョン，インコーポレイティド 双眼鏡用ヘッド装着ディスプレーシステム
US5555329A (en) 1993-11-05 1996-09-10 Alliesignal Inc. Light directing optical structure
JPH07199236A (ja) 1993-12-28 1995-08-04 Fujitsu Ltd 光スイッチ及び光分配器
US7262919B1 (en) 1994-06-13 2007-08-28 Canon Kabushiki Kaisha Head-up display device with curved optical surface having total reflection
FR2721872B1 (fr) 1994-07-01 1996-08-02 Renault Dispositif d'amelioration de la vision d'une scene routiere
JPH08114765A (ja) 1994-10-15 1996-05-07 Fujitsu Ltd 偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置及び投射型表示装置
US5650873A (en) 1995-01-30 1997-07-22 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Micropolarization apparatus
GB9521210D0 (en) 1995-10-17 1996-08-28 Barr & Stroud Ltd Display system
GB2306741A (en) 1995-10-24 1997-05-07 Sharp Kk Illuminator
US6404550B1 (en) 1996-07-25 2002-06-11 Seiko Epson Corporation Optical element suitable for projection display apparatus
US5829854A (en) 1996-09-26 1998-11-03 Raychem Corporation Angled color dispersement and recombination prism
US6023372A (en) 1997-10-30 2000-02-08 The Microoptical Corporation Light weight, compact remountable electronic display device for eyeglasses or other head-borne eyewear frames
US6204974B1 (en) 1996-10-08 2001-03-20 The Microoptical Corporation Compact image display system for eyeglasses or other head-borne frames
JPH10133055A (ja) 1996-10-31 1998-05-22 Sharp Corp 光結合器及びその製造方法
US5724163A (en) 1996-11-12 1998-03-03 Yariv Ben-Yehuda Optical system for alternative or simultaneous direction of light originating from two scenes to the eye of a viewer
WO1998021612A1 (en) 1996-11-12 1998-05-22 Planop - Planar Optics Ltd Optical system for alternative or simultaneous direction of light originating from two scenes to the eye of a viewer
US5919601A (en) 1996-11-12 1999-07-06 Kodak Polychrome Graphics, Llc Radiation-sensitive compositions and printing plates
JPH10160961A (ja) 1996-12-03 1998-06-19 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 光学素子
US6292296B1 (en) 1997-05-28 2001-09-18 Lg. Philips Lcd Co., Ltd. Large scale polarizer and polarizer system employing it
DE19725262C2 (de) 1997-06-13 1999-08-05 Vitaly Dr Lissotschenko Optische Strahltransformationsvorrichtung
US5883684A (en) 1997-06-19 1999-03-16 Three-Five Systems, Inc. Diffusively reflecting shield optically, coupled to backlit lightguide, containing LED's completely surrounded by the shield
US5896232A (en) 1997-08-07 1999-04-20 International Business Machines Corporation Highly efficient and compact frontlighting for polarization-based reflection light valves
RU2124746C1 (ru) 1997-08-11 1999-01-10 Закрытое акционерное общество "Кванта Инвест" Дихроичный поляризатор
US6091548A (en) 1997-10-01 2000-07-18 Raytheon Company Optical system with two-stage aberration correction
WO1999023524A1 (en) 1997-10-30 1999-05-14 The Microoptical Corporation Eyeglass interface system
WO1999052002A1 (en) 1998-04-02 1999-10-14 Elop Electro-Optics Industries Ltd. Holographic optical devices
US6222971B1 (en) 1998-07-17 2001-04-24 David Slobodin Small inlet optical panel and a method of making a small inlet optical panel
US6301417B1 (en) 1998-08-31 2001-10-09 Brookhaven Science Associates Ultrathin optical panel and a method of making an ultrathin optical panel
JP2000155234A (ja) 1998-11-24 2000-06-06 Nippon Electric Glass Co Ltd 光ファイバ用毛細管
JP2000187177A (ja) 1998-12-22 2000-07-04 Olympus Optical Co Ltd 画像表示装置
US6490087B1 (en) 1999-04-21 2002-12-03 U.S. Precision Lens Incorporated Optical systems for reflective LCD's
US6798579B2 (en) 1999-04-27 2004-09-28 Optical Products Development Corp. Real imaging system with reduced ghost imaging
US6728034B1 (en) 1999-06-16 2004-04-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffractive optical element that polarizes light and an optical pickup using the same
US20030063042A1 (en) 1999-07-29 2003-04-03 Asher A. Friesem Electronic utility devices incorporating a compact virtual image display
CA2386856A1 (en) 1999-10-14 2001-04-19 Stratos Product Development Llc Virtual imaging system
JP2001141924A (ja) 1999-11-16 2001-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分波素子及び分波受光素子
JP3828328B2 (ja) 1999-12-28 2006-10-04 ローム株式会社 ヘッドマウントディスプレー
US6421148B2 (en) 2000-01-07 2002-07-16 Honeywell International Inc. Volume holographic diffusers
KR100441162B1 (ko) 2000-01-28 2004-07-21 세이코 엡슨 가부시키가이샤 광반사형 편광자 및 이를 이용한 프로젝터
US6362861B1 (en) 2000-05-02 2002-03-26 Agilent Technologies, Inc. Microdisplay system
IL136248A (en) 2000-05-21 2004-08-31 Elop Electrooptics Ind Ltd System and method for changing light transmission through a substrate
CZ302883B6 (cs) 2000-06-05 2012-01-04 Lumus Ltd. Optické zarízení obsahující svetlem propustnou podložku
US6307612B1 (en) 2000-06-08 2001-10-23 Three-Five Systems, Inc. Liquid crystal display element having a precisely controlled cell gap and method of making same
US6324330B1 (en) 2000-07-10 2001-11-27 Ultratech Stepper, Inc. Folded light tunnel apparatus and method
DE60036733T2 (de) 2000-07-24 2008-07-17 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Oberflächenbeleuchtungseinrichtung
KR100388819B1 (ko) 2000-07-31 2003-06-25 주식회사 대양이앤씨 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
US6490104B1 (en) 2000-09-15 2002-12-03 Three-Five Systems, Inc. Illumination system for a micro display
US6542307B2 (en) 2000-10-20 2003-04-01 Three-Five Systems, Inc. Compact near-eye illumination system
GB0108838D0 (en) 2001-04-07 2001-05-30 Cambridge 3D Display Ltd Far field display
JP4772204B2 (ja) 2001-04-13 2011-09-14 オリンパス株式会社 観察光学系
KR100813943B1 (ko) 2001-04-30 2008-03-14 삼성전자주식회사 복합 반사프리즘 및 이를 채용한 광픽업장치
GB0112871D0 (en) 2001-05-26 2001-07-18 Thales Optics Ltd Improved optical device
US6690513B2 (en) 2001-07-03 2004-02-10 Jds Uniphase Corporation Rhomb interleaver
US6791760B2 (en) 2001-07-24 2004-09-14 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Planar diffractive relay
US6556282B2 (en) 2001-09-04 2003-04-29 Rosemount Aerospace, Inc. Combined LOAS and LIDAR system
US20030090439A1 (en) 2001-09-07 2003-05-15 Spitzer Mark B. Light weight, compact, remountable face-supported electronic display
US6775432B2 (en) 2001-10-19 2004-08-10 Santanu Basu Method and apparatus for optical wavelength demultiplexing, multiplexing and routing
JP2003140081A (ja) 2001-11-06 2003-05-14 Nikon Corp ホログラムコンバイナ光学系
FR2834799B1 (fr) 2002-01-11 2004-04-16 Essilor Int Lentille ophtalmique presentant un insert de projection
HRP20020044B1 (en) 2002-01-16 2008-11-30 Mara-Institut D.O.O. Indirectly prestressed, concrete, roof-ceiling construction with flat soffit
DE10216169A1 (de) 2002-04-12 2003-10-30 Zeiss Carl Jena Gmbh Anordnung zur Polarisation von Licht
ITTO20020625A1 (it) * 2002-07-17 2004-01-19 Fiat Ricerche Guida di luce per dispositivi di visualizzazione di tipo "head-mounted" o "head-up"
EP1418459A1 (en) 2002-11-08 2004-05-12 3M Innovative Properties Company Optical device comprising cubo-octahedral polyhedron as light flux splitter or light diffusing element
US20050174641A1 (en) 2002-11-26 2005-08-11 Jds Uniphase Corporation Polarization conversion light integrator
US20090190890A1 (en) 2002-12-19 2009-07-30 Freeland Riley S Fiber optic cable having a dry insert and methods of making the same
US7175304B2 (en) 2003-01-30 2007-02-13 Touchsensor Technologies, Llc Integrated low profile display
US7205960B2 (en) 2003-02-19 2007-04-17 Mirage Innovations Ltd. Chromatic planar optic display system
US7206133B2 (en) 2003-05-22 2007-04-17 Optical Research Associates Light distribution apparatus and methods for illuminating optical systems
WO2004109349A2 (en) 2003-06-10 2004-12-16 Elop Electro-Optics Industries Ltd. Method and system for displaying an informative image against a background image
JP2005084522A (ja) 2003-09-10 2005-03-31 Nikon Corp コンバイナ光学系
IL157837A (en) 2003-09-10 2012-12-31 Yaakov Amitai Substrate-guided optical device particularly for three-dimensional displays
IL157836A (en) 2003-09-10 2009-08-03 Yaakov Amitai Optical devices particularly for remote viewing applications
KR20050037085A (ko) 2003-10-17 2005-04-21 삼성전자주식회사 광터널, 균일광 조명장치 및 이를 채용한 프로젝터
US7430355B2 (en) 2003-12-08 2008-09-30 University Of Cincinnati Light emissive signage devices based on lightwave coupling
US7101063B2 (en) 2004-02-05 2006-09-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for integrating light
EP3462227A3 (en) 2004-03-29 2019-06-19 Sony Corporation Optical device, and virtual image display device
WO2005111669A1 (ja) 2004-05-17 2005-11-24 Nikon Corporation 光学素子、コンバイナ光学系、及び画像表示装置
TWI282017B (en) 2004-05-28 2007-06-01 Epistar Corp Planar light device
US8035872B2 (en) 2004-06-29 2011-10-11 Nikon Corporation Image combiner and image display device
WO2006061927A1 (ja) 2004-12-06 2006-06-15 Nikon Corporation 画像表示光学系、画像表示装置、照明光学系、及び液晶表示装置
US20060126181A1 (en) 2004-12-13 2006-06-15 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device
US7751122B2 (en) 2005-02-10 2010-07-06 Lumus Ltd. Substrate-guided optical device particularly for vision enhanced optical systems
WO2006085309A1 (en) 2005-02-10 2006-08-17 Lumus Ltd. Substrate-guided optical device utilizing thin transparent layer
WO2006098097A1 (ja) 2005-03-14 2006-09-21 Nikon Corporation 画像表示光学系及び画像表示装置
US7405881B2 (en) 2005-05-30 2008-07-29 Konica Minolta Holdings, Inc. Image display apparatus and head mount display
JP5030134B2 (ja) 2005-08-18 2012-09-19 株式会社リコー 偏光変換素子、偏光変換光学系および画像投影装置
ES2547378T3 (es) 2005-09-07 2015-10-05 Bae Systems Plc Dispositivo de visualización por proyección con dos guías de onda coplanares en forma de placa que incluyen rejillas
IL171820A (en) 2005-11-08 2014-04-30 Lumus Ltd A polarizing optical component for light coupling within a conductive substrate
IL177618A (en) 2006-08-22 2015-02-26 Lumus Ltd Optical component in conductive substrate
US8139944B2 (en) 2007-05-08 2012-03-20 The Boeing Company Method and apparatus for clearing an optical channel
EP2153266B1 (en) * 2007-06-04 2020-03-11 Magic Leap, Inc. A diffractive beam expander and a virtual display based on a diffractive beam expander
US7589901B2 (en) 2007-07-10 2009-09-15 Microvision, Inc. Substrate-guided relays for use with scanned beam light sources
FR2925171B1 (fr) 2007-12-13 2010-04-16 Optinvent Guide optique et systeme optique de vision oculaire
EP2332195A2 (en) 2008-08-19 2011-06-15 Plextronics, Inc. Organic light emitting diode lighting devices
US7949214B2 (en) * 2008-11-06 2011-05-24 Microvision, Inc. Substrate guided relay with pupil expanding input coupler
US8317352B2 (en) 2008-12-11 2012-11-27 Robert Saccomanno Non-invasive injection of light into a transparent substrate, such as a window pane through its face
WO2010116291A2 (en) 2009-04-08 2010-10-14 International Business Machines Corporation Optical waveguide with embedded light-reflecting feature and method for fabricating the same
WO2010124028A2 (en) 2009-04-21 2010-10-28 Vasylyev Sergiy V Light collection and illumination systems employing planar waveguide
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US20100291489A1 (en) 2009-05-15 2010-11-18 Api Nanofabrication And Research Corp. Exposure methods for forming patterned layers and apparatus for performing the same
US8233204B1 (en) * 2009-09-30 2012-07-31 Rockwell Collins, Inc. Optical displays
US9028123B2 (en) 2010-04-16 2015-05-12 Flex Lighting Ii, Llc Display illumination device with a film-based lightguide having stacked incident surfaces
KR101821727B1 (ko) 2010-04-16 2018-01-24 플렉스 라이팅 투 엘엘씨 필름 기반 라이트가이드를 포함하는 프론트 조명 디바이스
US8743464B1 (en) 2010-11-03 2014-06-03 Google Inc. Waveguide with embedded mirrors
US8666208B1 (en) 2010-11-05 2014-03-04 Google Inc. Moldable waveguide with embedded micro structures
JP5645631B2 (ja) 2010-12-13 2014-12-24 三菱電機株式会社 波長モニタ、光モジュールおよび波長モニタ方法
JP2012252091A (ja) 2011-06-01 2012-12-20 Sony Corp 表示装置
US8548290B2 (en) 2011-08-23 2013-10-01 Vuzix Corporation Dynamic apertured waveguide for near-eye display
JP5826597B2 (ja) 2011-10-31 2015-12-02 シャープ株式会社 擬似太陽光照射装置
US8736963B2 (en) 2012-03-21 2014-05-27 Microsoft Corporation Two-dimensional exit-pupil expansion
US20130321432A1 (en) 2012-06-01 2013-12-05 QUALCOMM MEMES Technologies, Inc. Light guide with embedded fresnel reflectors
WO2013188464A1 (en) 2012-06-11 2013-12-19 Magic Leap, Inc. Multiple depth plane three-dimensional display using a wave guide reflector array projector
US9671566B2 (en) * 2012-06-11 2017-06-06 Magic Leap, Inc. Planar waveguide apparatus with diffraction element(s) and system employing same
US8913324B2 (en) 2012-08-07 2014-12-16 Nokia Corporation Display illumination light guide
US9933684B2 (en) 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
US8947783B2 (en) 2013-01-02 2015-02-03 Google Inc. Optical combiner for near-eye display
JP6065630B2 (ja) 2013-02-13 2017-01-25 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
DE102013106392B4 (de) 2013-06-19 2017-06-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer Entspiegelungsschicht
US8913865B1 (en) 2013-06-27 2014-12-16 Microsoft Corporation Waveguide including light turning gaps
US20150081313A1 (en) 2013-09-16 2015-03-19 Sunedison Llc Methods and systems for photovoltaic site installation, commissioining, and provisioning
JP6225657B2 (ja) 2013-11-15 2017-11-08 セイコーエプソン株式会社 光学素子および画像表示装置並びにこれらの製造方法
CN107219628B (zh) 2013-11-27 2020-05-01 奇跃公司 虚拟和增强现实系统与方法
CN108572449B (zh) 2014-03-31 2021-09-14 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
US10151928B2 (en) 2014-04-09 2018-12-11 Alexey Leonidovich Ushakov Smart glasses with a fixed frame and a rotatable frame
DE102014207490B3 (de) 2014-04-17 2015-07-02 Carl Zeiss Ag Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung und Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas
JP6096713B2 (ja) 2014-05-21 2017-03-15 株式会社東芝 表示装置
CN107430283A (zh) 2015-01-06 2017-12-01 伊奎蒂公司 具有光学耦合的头戴式成像设备
US20160234485A1 (en) 2015-02-09 2016-08-11 Steven John Robbins Display System
IL237337B (en) * 2015-02-19 2020-03-31 Amitai Yaakov A compact head-up display system with a uniform image
US10007117B2 (en) 2015-09-10 2018-06-26 Vuzix Corporation Imaging light guide with reflective turning array
US10345594B2 (en) 2015-12-18 2019-07-09 Ostendo Technologies, Inc. Systems and methods for augmented near-eye wearable displays
EP3371634B1 (en) 2016-01-06 2023-09-06 Vuzix Corporation Head-mounted display with pivoting imaging light guide
US10473933B2 (en) 2016-02-19 2019-11-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide pupil relay
US20170343810A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Osterhout Group, Inc. Pre-assembled solid optical assembly for head worn computers
US9791703B1 (en) 2016-04-13 2017-10-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguides with extended field of view
EP3540484B1 (en) 2016-10-09 2020-11-04 Lumus Ltd. Aperture multiplier using a rectangular waveguide
CN107238928B (zh) 2017-06-09 2020-03-06 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列波导
US10551544B2 (en) 2018-01-21 2020-02-04 Lumus Ltd. Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion
US11256004B2 (en) 2018-03-20 2022-02-22 Invensas Bonding Technologies, Inc. Direct-bonded lamination for improved image clarity in optical devices
US11442273B2 (en) * 2018-05-17 2022-09-13 Lumus Ltd. Near-eye display having overlapping projector assemblies
BR112021004307A2 (pt) 2018-09-09 2021-05-25 Lumus Ltd. sistema óptico
JP7424635B2 (ja) 2019-01-24 2024-01-30 ルムス エルティーディー． 二次元の拡大を伴う導光光学素子を含む光学システム
US10962787B1 (en) 2019-11-25 2021-03-30 Shanghai North Ocean Photonics Co., Ltd. Waveguide display device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080198471A1 (en) * 2004-06-17 2008-08-21 Lumus Ltd. Substrate-Guided Optical Device with Wide Aperture
CN109154720A (zh) * 2016-05-18 2019-01-04 鲁姆斯有限公司 头戴式成像设备
CN108882845A (zh) * 2016-12-31 2018-11-23 鲁姆斯有限公司 基于经由光导光学元件的视网膜成像的眼动追踪器
US20190212487A1 (en) * 2017-03-22 2019-07-11 Lumus Ltd. Overlapping facets
CN108663810A (zh) * 2017-03-28 2018-10-16 精工爱普生株式会社 导光装置和显示装置
WO2019102366A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-31 Lumus Ltd. Optical aperture expansion arrangement for near-eye displays

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023507948A (ja) 2023-02-28
AU2020418462A1 (en) 2022-08-04
CA3164587A1 (en) 2021-07-08
US11885966B2 (en) 2024-01-30
KR20220118470A (ko) 2022-08-25
US20220075194A1 (en) 2022-03-10
EP4042228A4 (en) 2022-12-07
TW202132829A (zh) 2021-09-01
WO2021137228A1 (en) 2021-07-08
EP4042228A1 (en) 2022-08-17
IL294151A (en) 2022-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113330348B (zh) 包括具有三阶段扩展的loe的光学系统
CN114846384A (zh) 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统
CN112639574B (zh) 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统
US10048500B2 (en) Directionally illuminated waveguide arrangement
US20240134202A1 (en) Optical Systems including Light-Guide Optical Elements with Two-Dimensional Expansion
TWI837175B (zh) 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統
TW202144827A (zh) 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統
CN117897646A (zh) 独立共轭图像生成
CN117178214A (zh) 包括具有二维扩展的光导光学元件的显示器
CN117396792A (zh) 具有提供视场的不同部分的堆叠光导元件的显示器
JP2024516357A (ja) 二次元の拡大を伴う導光光学素子を含むディスプレイ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination