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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Lichtleiter und betrifft insbesondere einen Lichtleiter, der ohne Umgestaltung relativ zu zugeordneten Systemkomponenten eingesetzt werden kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die pantoskopische Neigung ist als eine Linsenneigung um die horizontale Achse in Bezug auf den primären Blick eines Subjekts definiert. Auf einfache Weise kann die pantoskopische Neigung als „die Drehung des Linsenbodens in Richtung der Wangen“ erklärt werden. Typischerweise reichen diese Neigungen von 0-12 Grad, und Neigungen zwischen 3-7 Grad gelten als normal. Die pantoskopische Neigung hängt normalerweise davon ab, wie eine Brille auf dem Gesicht des Benutzers (Trägers) sitzt.
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Das Ausmaß der pantoskopischen Neigung variiert je nach Verwendung und Benutzer. Linsen können verwendet werden, um Bilder für Anwendungen wie Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) anzuzeigen. In diesen Fällen werden Komponenten benötigt, um ein Bild zur Anzeige durch eine Linse bereitzustellen. Die Komponenten können Stromversorgung, Bildquelle, Lichtquelle, optische Manipulation und Projektion umfassen. Eine Komponente, die verwendet werden kann, ist ein Lichtleiter. Der Lichtleiter wird typischerweise zum Kombinieren mehrerer Lichtwellenlängen (z.B. von einer RGB-LED-Lichtquelle) und/oder zum Homogenisieren der Lichtgleichförmigkeit über eine Austrittsöffnung des Lichtleiters zum Eingeben in eine optische Wellenleitervorrichtung oder ein optisches Wellenleitersystem verwendet.
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Aus ästhetischen Gründen ist es wünschenswert, den Lichtleiter mit dem Rahmen der Brille auszurichten. Veränderliche Komponenten des Systems und veränderliche Ausrichtung der Komponenten, wie etwa der Linse und der pantoskopischen Neigung, verändern jedoch die relative Konfiguration (geometrische Beziehung) der zugehörigen Komponenten, einschließlich der Ausrichtung eines herkömmlichen Lichtleiters. Eine herkömmliche Lösung besteht darin, den Lichtleiter so umzugestalten, dass der Lichtleiter mit dem Rahmen der Brille ausgerichtet werden kann.
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KURZFASSUNG
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Basierend auf einer Rotationssymmetrieachse für einen Ausgang eines Lichtleiters, die mit einer Eingangsachse für eine Projektionsoptik zusammenfällt, kann der Lichtleiter um die Drehachse gedreht werden, um den Lichtleiter mit einem Rahmen einer zugehörigen Brille oder entsprechend dem Bügel eines Brillenträgers auszurichten. Somit kann ein verbessertes oder optimales ästhetisches Aussehen eines Anzeigesystems erreicht werden. Der Lichtleiter des Anzeigesystems kann mit dem Rahmen der Brille ausgerichtet oder sogar innerhalb des Rahmens verborgen werden, abhängig von Implementierungsdetails und Anforderungen für Bildprojektionskomponenten. Wenn sich eine pantoskopische Neigung der Linse (des Wellenleiters) ändert, kann eine Drehung des Lichtleiters auf den Lichtleiter angewendet werden, um den Lichtleiter wieder in eine Position zu bringen, die mit dem Bügel ausgerichtet ist, wodurch die Notwendigkeit einer Neukonstruktion des Lichtleiters vermieden wird.
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Gemäß den Lehren der vorliegenden Ausführungsform wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: Projektionsoptik (24) einschließlich eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) (8), wobei die Projektionsoptik eine Projektionsoptik-Eintrittsoberfläche (24N) mit einer x-Achse und y-Achse aufweist, die einer Eintrittsoberfläche des räumlichen Lichtmodulators (8) entsprechen, und einen Lichtleiter (2), der eine Lichtleiterachse (30) entlang einer Längsachse des Lichtleiters von einer Lichtleiter-Eingangsoberfläche (2N) zu einer Lichtleiter-Ausgangsoberfläche (2T) und eine Ausgangs-z-Achse (10) senkrecht zu der Lichtleiter-Ausgangsoberfläche und der Projektionsoptik-Eingangsoberfläche (24N) aufweist, wobei der Lichtleiter (2) mit der Lichtleiterachse (30) in einem schiefen Winkel relativ zu der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse eingesetzt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtleiterachse (30) nicht parallel zur Ausgangsachse (10).
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In einer optionalen Ausführungsform, die ferner einen anisotropen Diffusor (3) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Ausgangslicht (28T) von der Lichtleiter-Ausgangsoberfläche (2T) annimmt und diffuses Licht (28D) in Richtung der Projektionsoptik-Eingangsoberfläche (24N) bereitstellt, wobei der Diffusor (3) parallel zu der Lichtleiter-Ausgangsoberfläche (2T) angeordnet ist und nicht parallel zu sowohl der x-Achse als auch der y-Achse der Projektionsoptik-Eingangsoberfläche (24N) gedreht ist.
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In einer weiteren optionalen Ausführungsform hat der anisotrope Diffusor (3) eine nicht symmetrische Funktion, die Licht in einen breiteren Winkelbereich in einer ersten Richtung streut, relativ zum Streuen von Licht in einen kleineren Winkelbereich in einer zweiten Richtung.
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In einer anderen optionalen Ausführungsform wird der Diffusor (3) in Kontakt mit der Lichtleiter-Ausgangsoberfläche (2T) eingesetzt.
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In einer anderen optionalen Ausführungsform sind der Lichtleiter (2) und der Diffusor (3) in einem Beleuchtungssystem (26) konfiguriert, wobei das Beleuchtungssystem (26) ferner eine Lichtquelle (1) umfasst, die Eingangslicht (28N) über eine erste Fresnel-Linse (22A) zu einer Lichtleiter-Eingangsoberfläche (2N) bereitstellt.
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In einer weiteren optionalen Ausführungsform enthält das Beleuchtungssystem (26) ferner eine zweite Fresnel-Linse (22B) und einen Polarisator (4), über den das Streulicht (28D) zu einer Beleuchtungssystem-Ausgangsoberfläche (26T) bereitgestellt wird.
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In einer weiteren optionalen Ausführungsform ist der Lichtleiter (2) in einem Beleuchtungssystem (26) konfiguriert, wobei das Beleuchtungssystem drehbar mit der Projektionsoptik (24) verbunden ist.
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In einer anderen optionalen Ausführungsform enthält das Beleuchtungssystem (26) ferner einen anisotropen Diffusor (3), der betriebsmäßig mit dem Lichtleiter (2) verbunden ist, so dass sich der Lichtleiter (2) und der Diffusor (3) relativ zur Drehachse (10) synchron drehen. In einer anderen optionalen Ausführungsform enthält das Beleuchtungssystem (26) ferner einen anisotropen Diffusor (3), so dass sich der Lichtleiter (2) und der Diffusor (3) unabhängig relativ zu der Drehachse (10) drehen.
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In einer weiteren optionalen Ausführungsform ist die Lichtleiterachse (30) nicht parallel zur Ausgangsachse (10).
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Gemäß den Lehren der vorliegenden Ausführungsform wird eine Vorrichtung bereitgestellt, wobei der Lichtleiter (2) im Wesentlichen mit einer Rahmenachse (110) eines Rahmens (11) einer Brille eines Benutzers ausgerichtet ist, wobei die Rahmenachse (110) eine Längsachse entlang eines Rahmens (11) ist, wobei sich der Rahmen (11) zwischen einer Linse der Brille und dem Ohr des Benutzers befindet.
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Eine Vorrichtung mit einem Lichtleiter (2) mit einer Lichtleiterachse (30) entlang einer Längsachse des Lichtleiters von einer Lichtleiter-Eingangsoberfläche (2N) zu einer Lichtleiter-Ausgangsoberfläche (2T), und mit einer Drehachse (10) senkrecht zur Lichtleiter-Ausgangsoberfläche und einer Projektionsoptik (24), wobei der Lichtleiter (2) so eingesetzt ist, dass die Lichtleiterachse (30) im Wesentlichen mit einer Seitenfläche (14L) einer geometrischen Konstruktion eines geraden Kreiskegels (14) ausgerichtet ist, der eine Spitze (14V) aufweist, die mit der Drehachse (10) zusammenfällt, wobei der Kegel eine Kegelachse aufweist, die mit der Drehachse (10) ausgerichtet ist, und die Spitze (14V) im Wesentlichen mit der Lichtleiter-Ausgangsoberfläche (2T) ausgerichtet ist.
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Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erster Winkel zwischen der Drehachse (10) und einer Rahmenachse (110) im Wesentlichen gleich einem zweiten Winkel zwischen der Drehachse (10) und der Lichtleiterachse (30) ist, wobei die Rahmenachse (110) eine Längsachse entlang eines Rahmens (11) ist, so dass das Drehen des Lichtleiters (2) um die Drehachse (10) einen Abstandswinkel (38A) zwischen der Lichtleiterachse (30) und der Rahmenachse (110) minimiert, wodurch der Lichtleiter (2) im Wesentlichen parallel zum Rahmen (11) ausgerichtet wird.
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Figurenliste
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Die Ausführungsform wird hier nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
- 1A eine erste Ansicht eines Designs eines Mikroanzeigeprojektors.
- 1B eine zweite Ansicht eines Entwurfs eines Mikroanzeigeprojektors.
- 2A und 2B eine erste Ansicht und eine zweite Ansicht von Einzelheiten der Lichtausbreitung in dem Lichtleiter, entsprechend der jeweiligen ersten Ansicht von 1A und der zweiten Ansicht von 1B.
- 3A ist ein Anzeigesystem, bei dem der Lichtleiter 2 nicht mit dem Rahmen in der vertikalen Ebene ausgerichtet ist.
- 3B, ein Anzeigesystem, bei dem der Lichtleiter 2 richtig mit dem Rahmen in der horizontalen Ebene ausgerichtet ist.
- 4A und 4B, wobei eine erste Ansicht und eine zweite Ansicht eines Kegels gezeigt werden, der Seitenfläche, auf der sich der Lichtleiter dreht, entsprechend der ersten Ansicht von 1A und der zweiten Ansicht von 1B.
- 5A und 5B, wobei in jeder Figur eine Ansicht des POD gezeigt wird, der mit dem LOE integriert ist, und den (mit der gleichen Drehung) in Bezug auf den Rahmen gedrehten Lichtleiter.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG - Fig. 1A bis Fig. 5B
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Die Prinzipien und der Betrieb der Vorrichtung gemäß einer vorliegenden Ausführungsform können unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die begleitende Beschreibung besser verstanden werden. Eine vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zum drehbaren Konfigurieren eines Lichtleiters. Die Vorrichtung erleichtert die Konfiguration eines Lichtleiters in Bezug auf eine Vielzahl von Konfigurationen zugehöriger Komponenten ohne Umgestaltung des Lichtleiters.
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Basierend auf einer Symmetrieachse für einen Ausgang des Lichtleiters (Drehachse, Ausgangsachse), die mit einer Eingangsachse für Projektionsoptik zusammenfällt, kann der Lichtleiter um (um) die Achse gedreht werden, um den Lichtleiter mit einem Rahmen auszurichten einer zugehörigen Brille, bzw. entsprechend die Schläfe eines Benutzers (Brillenträgers). Somit kann ein verbessertes oder optimales ästhetisches Aussehen des Anzeigesystems erreicht werden. Der Lichtleiter kann mit dem Rahmen der Brille ausgerichtet oder sogar innerhalb des Rahmens versteckt werden, abhängig von Implementierungsdetails und Anforderungen für Bildprojektionskomponenten. Wenn sich eine pantoskopische Neigung der Linse (des Wellenleiters) ändert, kann eine Drehung des Lichtleiters auf den Lichtleiter angewendet werden, um den Lichtleiter wieder in eine Position zu bringen, die mit dem Bügel ausgerichtet ist, wodurch die Notwendigkeit einer Neukonstruktion des Lichtleiters vermieden wird.
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Der Lichtleiter weist eine Ausgangsachse auf, die im Zusammenhang mit dieser Beschreibung als „Drehachse“ bezeichnet wird, und die Lichtausgabe von dem Lichtleiter ist rotationssymmetrisch um diese Drehachse. Der Lichtleiter ist zum Entfalten mit einer Längsachse des Lichtleiters mit einer konstanten Neigung relativ zu der Drehachse konfiguriert. Eine Verlängerung der Lichtleiterachse ist nicht erforderlich, um mit einem PBS (polarisierter Strahlteiler, reflektierender Polarisator) der Projektionsoptik ausgerichtet zu sein.
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In 1A ist eine erste Ansicht eines Entwurfs eines Mikroanzeigeprojektors gezeigt, und in 1B ist eine zweite Ansicht eines Entwurfs eines Mikroanzeigeprojektors gezeigt. Elemente sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Der Einfachheit und Klarheit halber werden in dieser Beschreibung typische beispielhafte Komponenten verwendet. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Komponenten und Konfigurationen verwendet werden können. Zum Beispiel alternative Lichtquellen, zusätzliche, entfernte oder alternative Linsen in verschiedenen Stadien der Lichtausbreitung, alternative Bilderzeugungstechnologien usw.
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Ein beispielhafter Mikroanzeigeprojektor (POD 100) beinhaltet ein beispielhaftes Beleuchtungssystem 26 und eine beispielhafte Projektionsoptik 24. Das beispielhafte Beleuchtungssystem 26 beinhaltet eine Lichtquelle 1, eine erste Fresnel-Linse 22A, einen Lichtleiter 2, einen Diffusor 3 und eine zweite Fresnel-Linse 22B, die an einem Polarisator 4 angebracht ist. Die beispielhafte Projektionsoptik 24 beinhaltet ein erstes Prisma 5, einen polarisierten Strahlteiler (PBS) 7, einen räumlichen Lichtmodulator (zum Beispiel ein räumliches Lichtmodul, ein LCOS) 8, ein zweites Prisma 6 und einen Kollimator 9. Die Ausgabe des POD 100 wird zur Anzeige gesendet, beispielsweise an einen Wellenleiter, beispielsweise ein optisches Lichtleiterelement (LOE) 20.
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Die Lichtquelle 1 kann ein RGB-LED-Modul sein, beispielsweise mit drei räumlich getrennten LEDs, jeweils eine für rot, grün und blau. Die unterschiedlichen Lichtfarben, die von der Lichtquelle 1 erzeugt und ausgegeben werden, werden typischerweise unter Verwendung einer ersten Fresnel-Linse 22A fokussiert, um das Licht für eine effizientere Eingabe (Injektion) in den Lichtleiter 2 zu konzentrieren. Die Eingangsfarben werden während der Lichtausbreitung im Lichtleiter 2 kombiniert (gemischt, homogenisiert), um Licht an einer Austrittsöffnung des Lichtleiters 2 zu erzeugen, was durch den Diffusor 3 unterstützt wird, um eine gleichmäßige Weißlicht-Bestrahlungsausgabe als Eingabe für die Projektionsoptik 24 bereitzustellen. Typischerweise ist die zweite Fresnel-Linse 22B von dem Diffusor 3 beabstandet.
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Das Beleuchtungssystem 26 der aktuellen Implementierung gibt typischerweise polarisiertes Licht von dem Polarisator 4 aus. Das Beleuchtungssystem 26 weist eine Beleuchtungssystem-Ausgangsoberfläche 26T auf, die Licht aus dem Beleuchtungssystem 26 zu einer Projektionsoptik-Eingangsoberfläche 24N der Projektionsoptik 24 bereitstellt. Das polarisierte Licht wird von der beispielhaften Projektionsoptik 24 empfangen, breitet sich über das erste Prisma 5 aus und wird von einer ersten Seite eines PBS 7 zu einem räumlichen Lichtmodulator (SLM), wie etwa dem beispielhaften LCOS 8, reflektiert. Das LCOS 8 ist ein nicht einschränkendes Beispiel einer Technologie, um das Licht von dem Beleuchtungssystem zu verwenden, um ein Bild zu erzeugen. Nach der Rückreflexion vom LCOS wird die Polarisation des Bildlichts um 90 Grad gedreht, sodass sich das Bildlicht durch das erste Prisma 5 ausbreitet und durch den PBS 7 und das zweite Prisma 6 zum Kollimator 9 gelangt. Ein Beispiel einer Implementierung eines Kollimators 9 ist die Verwendung eines Kollimationsspiegels (wie etwa eines sphärischen Spiegels oder einer mit einem sphärischen Spiegel kombinierten Linse), der mit einer Lambda-Viertel-Platte integriert ist. Das kollimierte Bildlicht hat nach der Reflexion von dem Kollimator 9 eine um 90 Grad gedrehte Polarisation, breitet sich also über das zweite Prisma 6 aus und wird von dem PBS 7 reflektiert. Das kollimierte Bildlicht wird dann von dem POD 100 ausgegeben. Das ausgegebene Bildlicht wird gesendet an eine Anzeige, wie etwa an einen Wellenleiter, in diesem Fall ein optisches Lichtleiterelement (LOE) 20.
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Die Projektionsoptik-Eingabeoberfläche 24N hat eine X-Achse und eine Y-Achse, die einer Eingangsoberfläche des LCOS 8 entsprechen. Die zwei Oberflächen der Projektionsoptik-Eingabeoberfläche 24N und der Eingangsoberfläche des LCOS 8 können parallel sein oder eine Reflexion verwenden Lichtweg in einem relativen Winkel zueinander stehen. Die Orientierung der zwei Oberflächen entspricht, wobei sie optisch äquivalent zu einem geraden Pfad von der Projektionsoptik-Eingabeoberfläche 24N und der Eingabeoberfläche des LCOS 8 ist. In einem Fall, in dem der Lichtweg in der Projektionsoptik 24 reflektiert wird und die beiden Oberflächen in einem relativen Winkel stehen, wird die Achse entsprechend reflektiert.
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Unter Bezugnahme auf 2A und 2B sind dort eine erste Ansicht und eine zweite Ansicht von Einzelheiten der Lichtausbreitung in dem Lichtleiter gezeigt, die der ersten Ansicht von 1A bzw. der zweiten Ansicht von 1B entsprechen. Die Ausbreitung von Licht 28C , das in dem Lichtleiter 2 kombiniert wird, erfolgt typischerweise durch interne Totalreflexion (TIR). Senkrecht zum Eingang der Abbildungsoptik 24 ist eine Drehachse 10 des Lichtleiters 2 dargestellt. Die Drehachse 10 wird im Rahmen dieses Dokuments auch als „Ausgangsachse“ und in den Figuren als „z-Achse“ bezeichnet. Während diese Ausgangsachse als eine „Drehachse“ bezeichnet wird, ist diese Beschreibung nicht einschränkend, und Implementierungen umfassen Lichtleiter 2 und Beleuchtungssysteme 26, die sich beide drehen und in Bezug auf die Projektionsoptik 24 stationär sind. Eine Lichtleiterachse 30 ist entlang einer Längsachse des Lichtleiters 2 in einer Ausbreitungsrichtung des kombinierenden Lichts 28C entlang des Lichtleiters 2, typischerweise entlang einer Länge des Lichtleiters 2, vom Lichtleiter-Eingang 2N zum Lichtleiter-Ausgang 2T gezeigt.
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Das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht tritt in den Lichtleiter 2 am Lichtleiter-Eingang 2N in einem Kegel ein, der durch die Eingangswinkelapertur des Lichtleiters 2 definiert ist. In 2B wird das Licht von der Lichtquelle 1 durch einen einzelnen Strahl von Eingangslicht 28N dargestellt, der in den Lichtleiter 2 unter einem Eingangswinkel 34A relativ zur Lichtleiterachse 30 eintritt. Der Eingangswinkel 34A wird im Rahmen dieser Beschreibung auch als „erster Winkel“ oder einfach als „Eingangswinkel“ bezeichnet. Nachdem sich das Licht 28C durch den Lichtleiter 2 ausgebreitet und kombiniert hat, tritt dementsprechend das kombinierte Licht 28C als Ausgangslicht 28T aus dem Lichtleiter 2 aus. Das Ausgangslicht 28T tritt aus dem Lichtleiter 2 in einem als Ausgangslichtwinkel 36A gezeigten Winkel aus. Das Ausgangslicht 2T wird durch den Diffusor 3 innerhalb eines Kegels gestreut (gestreut), der durch einen Lichtleiter-Ausgangswinkel 32A (maximaler Streuwinkel, zweiter Winkel, Ausgangswinkel) relativ zur Drehachse 10 definiert ist, wodurch gestreutes Licht 28D bereitgestellt wird. Unter Verwendung einer Kombination aus dem Diffusor 3, dem Design der Lichtquelle 1 und der ersten Fresnel-Linse 22A ist die Strahlung des gestreuten Lichts 28D, das den Diffusor 3 verlässt, im Wesentlichen rotationssymmetrisch relativ zu der Drehachse 10.
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Ein Merkmal der aktuellen Ausführungsform ist die innovative Einsicht und Erkenntnis, dass der Lichtleiter 2 so gestaltet und konfiguriert werden kann, dass das Ausgangslicht 28T und somit das Streulicht 28D ungefähr rotationssymmetrisch relativ zu der Drehachse 10 sind. Dieses Merkmal ermöglicht, dass der Lichtleiter 2 relativ zu der Projektionsoptik 24 geneigt wird (die Lichtleiterachse 30 ist nicht parallel zu der Drehachse 10). Da der Lichtleiter-Lichtausgang 28T in Bezug auf Winkel (Ausgangswinkel 32A) und räumliche Verteilung im Wesentlichen symmetrisch relativ zu der Drehachse 10 ist, beeinflusst die Drehung des Lichtleiters 2 um die Drehachse 10 die optische Leistung des POD 100 nicht.
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Ein weiteres Merkmal der aktuellen Ausführungsform ist die bevorzugte Implementierung des Diffusors 3 als anisotroper Diffusor mit einer nicht symmetrischen Funktion, die Licht in einen größeren Winkelbereich in einer ersten Richtung streut, relativ zur Streuung von Licht in einen kleineren Winkelbereich in einer zweiten Richtung. Wahlweise und vorzugsweise zusätzlich ist der anisotrope Diffusor 3 (Eintritts- und Austrittsoberflächen sind) parallel und mit der Lichtleiter-Austrittsoberfläche 2T ausgerichtet. Somit entspricht die schräge Ausrichtung des Lichtleiters 2 dem Diffusor, der nicht parallel (nicht ausgerichtet) mit der Projektionsoptik-Eintrittsoberfläche 24N gedreht wird. Das heißt, die erste Richtung und die zweite Richtung des Diffusors 3 sind nicht parallel zu der x-Achse und der y-Achse der Projektionsoptik-Eintrittsoberfläche 24N gedreht. Es ist zu beachten, dass der Einfachheit halber in den Figuren im Allgemeinen nur ein Lichtstrahl dargestellt ist. Das Licht kann auch als „Licht“ oder „Strahl“ bezeichnet werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass das abgebildete Licht (der Strahl) ein Musterstrahl des tatsächlichen Lichts ist, das typischerweise durch mehrere Strahlen unter leicht unterschiedlichen Winkeln gebildet wird. Außer dort, wo speziell als ein Ende (Rand) des Lichts bezeichnet wird, sind die dargestellten Strahlen typischerweise ein Schwerpunkt des Lichts. In einem Fall, in dem das Licht einem Bild entspricht und der zentrale Strahl ein zentraler Strahl von einer Mitte des Bildes oder einem zentralen Pixel des Bildes ist.
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Unter Bezugnahme auf 3A ist eine Ansicht eines Anzeigesystems 300 gezeigt, das den POD 100 enthält, der mit dem Wellenleiter (LOE) 20 und in Bezug auf einen Rahmen 11 integriert ist (zum Beispiel einen Teil der vom Benutzer getragenen Brille zeigen). In der vorliegenden Figur ist der Lichtleiter 2 nicht mit dem Rahmen 11 in der vertikalen Ebene relativ zum Auge 60 des Benutzers ausgerichtet. Es ist zu beachten, dass der Diffusor 3, die zweite Fresnel-Linse 22B und der Polarisator 4 in der vorliegenden Figur nicht gezeigt sind. In diesem Fall fungiert das LOE 20 als Linse der Brille. Aufgrund der pantoskopischen Neigung des Wellenleiters (LOE 20) wird beispielsweise das Beleuchtungssystem 26 in die Seite geneigt, daher befindet sich die Lichtleiterachse 30 relativ zu der Projektionsoptik 24 in der Seite. Die Lichtleiterachse 30 fällt nicht mit der Drehachse 10 zusammen. Die Neigung des POD 100 relativ zum Wellenleiter führt dazu, dass der Lichtleiter 2 nicht mit dem Bügel des Glasrahmens 11 ausgerichtet ist. Zwischen dem Lichtleiter 2 und dem Rahmen 11 befindet sich ein Abstandswinkel 38A (zwischen der Lichtleiterachse 30 und einer Längsachse des Rahmens 110 entlang der Länge des Rahmens 11). Idealerweise sollte es keinen Winkel 38A zwischen dem Lichtleiter 2 und dem Rahmen 11 geben, das heißt, der Abstandswinkel 38A sollte sich nähern und im Wesentlichen null sein. Wenn der Abstandswinkel 38A größer als ein gegebener Betrag ist, ist der Lichtleiter 2 nicht mit dem Rahmen 11 ausgerichtet, und das resultierende ästhetische Erscheinungsbild der Integration des Anzeigesystems 300 und der Brille ist geringer als das ästhetische Erscheinungsbild, wo der Lichtleiter 2 mit dem Rahmen 11 ausgerichtet ist.
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Unter Bezugnahme auf 3B ist eine Ansicht eines Anzeigesystems 300 gezeigt, das den POD 100 enthält, der mit dem LOE 20 integriert ist und in Bezug auf einen Rahmen 11 steht (zum Beispiel einen Teil der vom Benutzer getragenen Brille zeigen). In der vorliegenden Figur ist der Lichtleiter 2 richtig mit dem Rahmen 11 in der horizontalen Ebene relativ zum Auge 60 des Benutzers ausgerichtet. Es ist zu beachten, dass die aktuelle Figur vereinfacht ist, da der POD 100 tatsächlich relativ zum Wellenleiter (LOE) 20 geneigt (gedreht) ist. Der Abstandswinkel 38B ist im Wesentlichen null, wobei die Lichtleiterachse 30 parallel zur Längsachse des Rahmens 110 in der horizontalen Ebene ausgerichtet ist.
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Unter Bezugnahme auf 4A und 4B sind eine erste Ansicht und eine zweite Ansicht eines Kegels gezeigt, der Seitenfläche, auf der sich der Lichtleiter dreht, entsprechend der ersten Ansicht von 1A und der zweiten Ansicht von 1B. Eine geometrische Konstruktion eines geraden Kreiskegels 14 hat einen Scheitelpunkt 14V, der mit der Drehachse 10 und der Oberfläche des Lichtleiter-Ausgangs 2T zusammenfällt. Der Scheitelpunkt 14V fällt auch mit dem Schnittpunkt der Lichtleiterachse 30 zusammen. Typischerweise ist die Oberfläche des Lichtleiter-Ausgangs 2T parallel zur Ebene der Oberfläche des Diffusors 3, im Wesentlichen in Kontakt mit dem Diffusor 3, so dass der Scheitelpunkt 14V auch mit dem Schnittpunkt der Drehachse 10 und des Diffusors 3 zusammenfällt. Der Scheitelpunkt 14V des Kegels 14 liegt typischerweise auf der Oberfläche des Diffusors 3 in einer Richtung des Ausgangslichts 28T, das zuerst auf den Diffusor auftrifft. Die Achse des Konus 14 fällt im Wesentlichen mit der Drehachse 10 zusammen. Der Konus 14 weist eine Seitenfläche 14L auf. Zwischen der Mantelfläche 14L und der Kegelachse ist in der vorliegenden Figur ein halber Öffnungswinkel 40A dargestellt. Die Lichtleiterachse 30 ist im Wesentlichen mit der Seitenfläche 14L ausgerichtet. Der Scheitelpunkt 14V des Kegels 14 ist auf die Oberfläche des Lichtleiter-Ausgangs 2T ausgerichtet. Die Oberfläche des Kegels (seitliche Oberfläche 14L) wird gebildet, indem die Lichtleiterachse 30 um die Drehachse 10 geschwenkt wird. Die seitliche Oberfläche 14L beschreibt mögliche Positionen zum Konfigurieren des Lichtleiters 2, während der Betrieb des POD 100 aufrechterhalten wird, insbesondere die Abstrahlung des Lichts (Ausgangslicht 28T, daher diffuses Licht 28D) symmetrisch relativ zu der Drehachse 10 aufrechterhalten wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass basierend auf der vorliegenden Beschreibung der Lichtleiter 2 verschoben werden kann, beispielsweise entlang (in der Richtung von) der Drehachse 10 (z-Achsen-Richtung). Es ist zu beachten, dass in 4B die Lichtleiterachse 30 und die Kegelfläche 14L zum Betrachten in den Figuren leicht versetzt sind, da tatsächlich die Lichtleiterachse 30 und die Kegelfläche 14L im Wesentlichen zusammenfallen.
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Zur Bezugnahme wird ein „Scheitelpunkt (Vertex)“ im Bereich der Mathematik auch als „Apex“ bezeichnet. Die Achse eines Kegels ist die gerade Linie (falls vorhanden), die durch die Spitze verläuft, um die die Basis (und der gesamte Kegel) eine Kreissymmetrie hat. Der Umfang der Basis eines Kegels wird „Leitlinie (Directrix)“ genannt, und jedes der Liniensegmente zwischen Leitlinie und Scheitelpunkt ist eine „Erzeugungslinie (Generatrix)“ oder „Erzeugungslinie“ der Seitenfläche des Kegels. Der „Basisradius“ eines Kreiskegels ist der Radius der Basis des Kreiskegels; oft wird dies einfach Kegelradius genannt. Die Öffnung eines geraden Kreiskegels ist der maximale Winkel zwischen zwei Mantellinien. Wenn beispielsweise die Mantellinie einen Winkel θ zur Achse bildet, beträgt die Öffnung 2θ.
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Ein Merkmal der aktuellen Ausführungsform besteht darin, dass der Lichtleiter 2 um die Drehachse 10 gedreht werden kann, während der Scheitelpunkt 14V an der Oberfläche des Lichtleiter-Ausgangs 2T gehalten wird, und die gleichmäßige Weißlicht-Bestrahlungsstärke des Lichtleiters 2 hängt nicht von dieser Drehung des Lichtleiters 2 ab (ist unabhängig davon). Mit anderen Worten, der Lichtleiter 2 kann um die Drehachse 10 gedreht werden, während die Lichtleiterachse 30 auf der Seitenfläche 14L des Kegels 14 gehalten wird, und der Lichtleiter stellt eine gleichmäßige Weißlicht-Bestrahlungsleistung bereit, die nicht von der Drehung des Lichtleiters 2 abhängt.
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Durch Drehen des Lichtleiters 2 um die Drehachse 10 kann eine Orientierung des Lichtleiters 2 (eine Position des Lichtleiters 2 auf der Seitenfläche 14L des Kegels 14) gefunden werden, die in einem gewünschten Winkel (Drehung) (erwünschte Abstandswinkel 38A und 38B) an den Rahmen 11 der Brille und somit an die Schläfe des Benutzers (Träger der Brille) ist, während der Betrieb des Lichtleiters 2, des Beleuchtungssystems 26 und des POD 100 aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen liegt der Glasrahmen 11 nicht auf der Seitenfläche 14L auf. Daher kann es keine Lichtleiterrotation um die Drehachse 10 geben, die beide Abstandswinkel 38A und 38B gleich Null machen kann. Beispielsweise ist in 3A der Abstandswinkel 38A unannehmbar groß, während in 3B der Abstandswinkel 38B nahezu Null ist. Ein Ziel der Lichtleiterdrehung besteht darin, eine optimale Position des Lichtleiters 2 auf der seitlichen Oberfläche 14L des Kegels 14 zu finden, die beide Abstandswinkel 38A und 38B minimiert und das Anzeigesystem 300 ästhetisch annehmbar gut aussehen lässt.
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Der Lichtleiter 2 kann um eine Achse gedreht werden, die eine Symmetrieachse des Lichtleiter-Lichtausgangs 2T ist, um den Lichtleiter 2 mit dem Bügel des Glasrahmens 11 auszurichten, um ein gewünschtes ästhetisches Aussehen des Anzeigesystems 300 zu erreichen. Wenn sich eine pantoskopische Neigung des Wellenleiters (LOE 20) ändert, kann eine Drehung des Lichtleiters 2 angewendet werden, um den Lichtleiter 2 wieder in eine mit der Schläfe ausgerichtete Position zu bringen, wodurch die Notwendigkeit einer Neugestaltung des Lichtleiters 2 vermieden wird.
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Unter Bezugnahme auf 5A und 5B ist in jeder Figur eine Ansicht des POD 100 gezeigt, der mit dem LOE 20 und dem (mit der gleichen Drehung) in Bezug auf den Rahmen 11 gedrehten Lichtleiter 2 integriert ist. Der Lichtleiter 2 wird so gedreht, dass der Lichtleiter 2 annehmbar gut mit dem Rahmen 11 ausgerichtet ist. Es ist zu beachten, dass in der aktuellen 5A der Diffusor 3, die zweite Fresnel-Linse 22B und der Polarisator 4 nicht gezeigt sind. Es ist zu beachten, dass die aktuelle 5B vereinfacht ist, da der POD 100 tatsächlich relativ zum Wellenleiter (LOE) 20 geneigt (gedreht) ist. In den aktuellen Figuren ist der Lichtleiter 2 nahezu, aber nicht genau parallel zum Rahmen 11 gedreht. Dies ist durch den Winkel 50B ungleich Null in der horizontalen Ebene zwischen dem Lichtleiter 2 und dem Rahmen 11 (zwischen der Lichtleiterachse 30 und der Achse des Rahmens 110) zu sehen. Es ist zu beachten, dass der Winkel 50A in einer anderen Ebene, wie z. B. überwiegend vertikal, im Wesentlichen null sein kann. Die Winkel 50A und 50B sind ähnlich wie die oben beschriebenen Winkel 38A und 38B definiert. Obwohl nicht perfekt ausgerichtet, kann eine Abweichung vom Optimum (im Wesentlichen parallel), wie ein Nicht-Null-Winkel 50, innerhalb gegebener ästhetischer Beschränkungen des Glasrahmens akzeptabel sein.
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Alternativ kann ein Winkel 50B ungleich Null wünschenswert sein, um den Lichtleiter 2 und/oder das Beleuchtungssystem 26 und den POD 100 auszurichten. In einem gewünschten Winkel weg von dem Rahmen 11 der Brille und/oder dem Benutzer, um eine künstlerische, gestalterische oder ästhetische Wirkung zu erreichen.
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Während die aktuelle Beschreibung den Lichtleiter 2 als Teil des beispielhaften Beleuchtungssystems 26 verwendet, um gleichmäßiges weißes Licht bereitzustellen, ist diese Beschreibung nicht einschränkend. Es ist vorgesehen, dass der Lichtleiter basierend auf der aktuellen Beschreibung in anderen Konfigurationen eingesetzt werden kann. Ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Verwendung des Lichtleiters 2 mit einem abbildenden optischen Element (anstelle der Lichtquelle 1). In diesem Fall überträgt der Lichtleiter 2 Bildinformationen von einem Bildprojektor in der Nähe der Schläfe des Benutzers, beispielsweise im Rahmen 11 einer Brille, zu einem Einkoppelelement in das LOE 20. Bei Verwendung des Lichtleiters 2 hängt die Bildorientierung, bei der ein Bild in das LOE 20 eingespeist wird, nicht von der Drehung des Lichtleiters 2 um die Drehachse 10 ab. Eine Kompensation kann verwendet werden, beispielsweise könnte der Bildprojektor, der die Quelle des Bildes ist, mit und/oder unabhängig von dem Lichtleiter 2 gedreht werden.
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Es ist zu beachten, dass die oben beschriebenen Beispiele, verwendeten Zahlen und beispielhaften Berechnungen die Beschreibung dieser Ausführungsform unterstützen sollen. Unbeabsichtigte Tippfehler, mathematische Fehler und/oder die Verwendung vereinfachter Berechnungen schmälern nicht die Nützlichkeit und die grundlegenden Vorteile der Erfindung.
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Soweit die beigefügten Ansprüche ohne mehrfache Abhängigkeiten formuliert wurden, geschah dies nur, um formalen Anforderungen in Gerichtsbarkeiten Rechnung zu tragen, die solche mehrfachen Abhängigkeiten nicht zulassen. Es ist zu beachten, dass alle möglichen Kombinationen von Merkmalen, die impliziert würden, wenn die Ansprüche mehrfach abhängig gemacht würden, ausdrücklich vorgesehen sind und als Teil der Erfindung betrachtet werden sollten.
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Es versteht sich, dass die obigen Beschreibungen nur als Beispiele dienen sollen und dass viele andere Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich sind, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
