ES2875316T3 - Mejoras en y relacionadas con pantallas - Google Patents
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Abstract
Un difusor (1) óptico que incluye una pieza de fibra óptica que comprende: una primera faz (2) y una segunda faz (3); una pluralidad de fibras (4) ópticas sustancialmente paralelas, cada una de las cuales se extiende a lo largo de un eje (13) óptico respectivo desde un extremo de entrada de la fibra óptica expuesta en la primera faz (2) de la pieza de fibra óptica hasta un extremo de salida de la fibra óptica expuesto en la segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica; una red (10A) de difracción óptica de entrada colocada adyacente a la primera faz (2) de la pieza de fibra óptica para extenderse sobre al menos una parte de la misma en la que la luz difractada por la red (10A) de difracción óptica de entrada se dirige a las fibras ópticas de la pluralidad de fibras (4) ópticas en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos, y la eficiencia de difracción del primer orden de difracción de la red (10A) de difracción óptica de entrada es mayor que la eficiencia de difracción del orden de difracción cero y es mayor que la eficiencia de difracción de cualquier otro orden de difracción del mismo con respecto a las longitudes de onda ópticas de la luz.
Description
DESCRIPCIÓN
Mejoras en y relacionadas con pantallas
Campo de la invención
La invención se relaciona con difusores ópticos para su uso en pantallas ópticas, tales como dispositivos de pantalla de proyección. La invención es relevante para, por ejemplo, dispositivos y métodos de pantalla montados en casco (HMD).
Antecedentes
Las tecnologías de pantalla de proyección a veces pueden requerir geometrías ópticas complejas para adaptarse a los obstáculos en una trayectoria óptica lineal. Un ejemplo es la geometría óptica utilizada en algunos dispositivos de pantalla montados en casco (HMD) para “doblar” la luz portadora de imagen alrededor del casco. Estas geometrías ópticas deben dirigir la luz portadora de imagen desde una fuente de imagen a una pantalla de proyección o espejo en un casco. La óptica puede incorporar un dispositivo de pantalla que tiene una extensión restringida, debido a las limitaciones impuestas a la geometría óptica por la forma del casco. La extensión, en estas circunstancias, puede ser demasiado pequeña para iluminar completamente la pupila de salida de la óptica de proyección. Este es un ejemplo de un escenario en el que una extensión restringida puede surgir.
La Extensión de un sistema óptico se puede definir de la siguiente manera. Desde el punto de vista de una fuente de luz, es el área de la fuente multiplicada por el ángulo sólido subtendido por la pupila de entrada del sistema visto desde la fuente. Desde el punto de vista del sistema, la Extensión es el área de la pupila de entrada multiplicada por el ángulo sólido que subtiende la fuente de luz según se ve desde la pupila. Un sistema óptico perfecto produce una imagen con la misma extensión que la fuente. El término tiene un significado general de “extensión geométrica”. Otros nombres para esta propiedad son “aceptación”, “rendimiento”, “compresión lumínica”, “poder de captación” y “extensión óptica”, como son bien conocidos en la técnica.
El documento US 2002/0186465 de DeSanto divulga un panel óptico de malla ultrafina. El panel incluye una pluralidad de guías de ondas ópticas y puede incluir una capa de acoplamiento de redireccionamiento de luz.
El documento US 6215593 de Bruce divulga un sistema óptico portátil de campo amplio con microlentes y un elemento de transferencia de imágenes de fibra óptica.
Breve descripción
En un primer aspecto, la presente invención proporciona un difusor óptico de acuerdo con la reivindicación 1.
La Extensión limitada se puede mejorar proyectando la imagen de la pantalla en un difusor que aumenta la Extensión antes de que la imagen se proyecte en el ojo mediante lentes de proyección.
El ángulo oblicuo por el cual los rayos de luz difractados se transmiten a las fibras actúa en sinergia con los procesos ópticos que tienen lugar dentro de la fibra. Debido a que las fibras actúan para proyectar esos ángulos oblicuos en un haz de salida sustancialmente simétrico rotacionalmente, el ángulo de entrada oblicuo de los rayos con respecto a los ejes ópticos de las fibras ópticas aumentará sustancialmente la Extensión efectiva del sistema óptico. Por lo tanto, la selección/elección de un ángulo de difracción oblicuo al eje óptico de las fibras ópticas ofrece una mayor elección sobre la cantidad de difusión óptica.
La red de difracción de entrada 2 está dispuesta para difractar la luz incidente en principalmente, predominantemente o mayoritariamente en una dirección angular con respecto a la red (es decir, el primer orden de difracción) para la entrada en la pieza de fibra óptica, sola. La acción de la estructura interna de la pieza de fibra óptica puede, por lo tanto, replicar ese patrón de luz direccional en múltiples ángulos para difundir el haz de salida en un patrón generalmente rotacionalmente simétrico (por ejemplo, un cono de luz en la salida). Por lo tanto, el difusor óptico puede aumentar aún más la duración de la Extensión efectiva de un sistema óptico. Una ventaja de esta disposición es que se puede emplear una estructura difractiva relativamente simple para difundir el haz de salida en una dirección con alta eficiencia.
La eficacia de difracción del 1er (primer) orden de difracción de la red de difracción óptica de entrada puede ser mayor que la eficacia de difracción de cualquier otro orden de difracción de la misma con respecto a las longitudes de onda ópticas de la luz.
La eficacia de difracción del 0 (cero) orden de difracción de la red de difracción óptica de entrada puede ser inferior al 10 % y la eficacia de difracción del 1er (primer) orden de difracción de la misma puede ser superior al 20 % con respecto a las longitudes de onda ópticas de la luz.
La red de difracción óptica de entrada comprende preferiblemente un perfil de fase variable que define una variación que se extiende en no más de una dimensión.
El término “perfil de fase” es un término bien conocido en la técnica y preferiblemente se refiere a una variación en la estructura o propiedades de la red de difracción que causa una variación en las longitudes del camino óptico en un frente de onda óptico transmitido a través de la red para imponer una variación al frente de onda de la luz cuando sale de la red, habiendo pasado por el perfil de fase. Esto puede implementarse como una variación en el espesor óptico de la superficie de la red causada por la presencia de un patrón de ranuras, o como una variación en el índice de refracción del material de la red.
El perfil de fase puede comprender un conjunto de ranuras sustancialmente paralelas formadas en una superficie de la red de difracción, o puede comprender un conjunto de regiones lineales sustancialmente paralelas dentro del material de la red que tienen un valor de índice de refracción relativamente más alto en comparación con el resto del material de la red.
La red de difracción óptica de entrada puede comprender un perfil de fase de onda cuadrada. Esto puede implementarse como un conjunto de ranuras formadas en la superficie de la red, y que tienen un perfil o forma espacial de onda sustancialmente cuadrada.
El difusor óptico puede comprender una red de difracción óptica de salida colocada adyacente a la segunda faz de la placa para extenderse sobre al menos una parte de la misma de modo que tal salida de luz de las fibras ópticas de la pluralidad de fibras ópticas se difracta de ese modo en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos. Por ejemplo, el difusor óptico puede comprender una preparación revestida sobre la segunda faz de la pieza de fibra óptica. Esto puede ser una red de difracción óptica dispuesta para difundir la luz incidente por difracción. Preferiblemente, tal red de difracción de este tipo puede estar dispuesta para difractar la luz incidente de las fibras ópticas en principalmente, predominantemente o mayormente una dirección angular con respecto a la red (por ejemplo, un orden de difracción, como el primer orden de difracción) para la salida del difusor óptico. La acción de la estructura interna de la pieza de fibra óptica puede producir un haz de luz de salida generalmente rotacionalmente simétrico que luego puede expandirse en una dirección angular solamente por la red de difracción de salida. El efecto general puede ser producir un haz de salida elíptico que está desplazado lateralmente en una dirección. Una ventaja de esta disposición es que la alineación relativa de la estructura interna del difusor óptico con la dirección de las líneas de red de la red de difracción proporciona múltiples alineaciones posibles/seleccionables de los ejes elípticos del haz de salida con su desplazamiento.
El extremo de entrada de cada una de dichas fibras ópticas puede presentar una faz de entrada sustancialmente plano que es sustancialmente paralelo a dicha primera faz de la pieza de fibra óptica. El extremo de salida de cada una de dichas fibras ópticas puede presentar una faz de salida sustancialmente plana que es sustancialmente paralela a dicha segunda faz de la pieza de fibra óptica. Preferiblemente, la primera faz de la pieza de fibra óptica es sustancialmente plana. La segunda faz de la pieza de fibra óptica puede ser sustancialmente plana. La primera faz de la pieza de fibra óptica puede ser sustancialmente paralela a dicha segunda faz de la pieza de fibra óptica.
La primera faz de la pieza de fibra óptica puede estar inclinada u orientada de manera diferente a la segunda faz de la pieza de fibra óptica de modo que las dos no sean paralelas y la una esté inclinada con respecto a la otra. La primera y/o la segunda faz de la pieza de fibra óptica pueden estar curvadas. Por lo tanto, el ángulo de oblicuidad de los ejes ópticos de las fibras ópticas con respecto a la luz difractada que entra en la primera superficie de la pieza óptica puede variar a través de la apertura del difusor óptico. La ventaja es que las formas curvas pueden interactuar mejor con las aberraciones ópticas en subsistemas ópticos usados para proyectar luz sobre el difusor óptico y/o subsistemas ópticos usados para proyectar luz lejos del difusor óptico.
El extremo de entrada de cada una de dichas fibras ópticas puede presentar una faz de entrada sustancialmente plana. El extremo de salida de cada una de dichas fibras ópticas puede presentar una faz de salida sustancialmente plana que es sustancialmente paralela a dicha faz de entrada de la misma. El extremo de entrada de cada una de dichas fibras ópticas puede presentar una faz de entrada sustancialmente plana que es sustancialmente paralela a dicha faz de entrada de cada una de las otras dichas fibras ópticas. El extremo de salida de cada una de dichas fibras ópticas puede presentar una faz de salida sustancialmente plana que es sustancialmente paralela a dicha faz de salida de cada una de las otras dichas fibras ópticas.
La pluralidad de fibras ópticas sustancialmente paralelas es fijada preferiblemente una al lado de la otra. Las fibras vecinas pueden fusionarse en sus superficies exteriores. Las fibras son preferiblemente fibras ópticas revestidas y pueden ser fibras ópticas monomodo.
La primera faz de la pieza de fibra óptica o la segunda faz de la pieza de fibra óptica, o ambas, se pueden fabricar con una forma curva para facilitar la compensación de aberraciones en la óptica que proyecta luz sobre la faz de entrada, y/o en la óptica que proyecta luz hacia un observador desde la faz de salida.
La primera faz de la pieza de fibra óptica puede estar inclinada con respecto a la segunda faz de la pieza de fibra óptica para enfocar mejor la luz portadora de imagen a través del campo de visión. Es decir, la elección adecuada del ángulo puede ayudar a acoplar elementos ópticos que proporcionan luz de entrada a la pieza de fibra óptica a elementos ópticos a los que la pieza de fibra óptica posteriormente emite luz - tal como en un sistema de proyección. El ángulo de la segunda faz (por ejemplo, de salida) de la pieza de fibra óptica con respecto al eje óptico de las fibras puede estar dispuesto para refractar el patrón de luz de salida (proyectado) en una dirección que se adapte a la geometría de una óptica de proyección de salida (si se usa) dispuesto para recibir esa luz de salida.
La pluralidad de fibras ópticas sustancialmente paralelas puede tener una forma en la que su sección transversal no sea circular.
La pluralidad de fibras ópticas sustancialmente paralelas puede disponerse de modo que el tamaño (por ejemplo, el diámetro) de las fibras y el espacio entre ellas (por ejemplo, la distancia transversal/separación entre fibras vecinas) varíe (por ejemplo, aumente o disminuya) a lo largo de la profundidad de la matriz de fibras (por ejemplo, desde el extremo de entrada hasta los extremos de salida de las fibras).
La pluralidad de fibras ópticas sustancialmente paralelas puede comprender fibras retorcidas axialmente en las que las fibras retorcidas están estructuradas con una torsión axial alrededor de su eje óptico.
La pluralidad de fibras ópticas sustancialmente paralelas puede doblarse cada una, por lo que el eje de las fibras ópticas presentadas en la primera faz de la pieza de fibra óptica no es paralelo al eje de las fibras ópticas presentadas en la segunda faz de la pieza de fibra óptica.
La pieza de fibra óptica (por ejemplo, placa) puede comprender: una primera faz (por ejemplo, faz de placa) y una segunda faz (por ejemplo, faz de placa); una pluralidad de fibras ópticas sustancialmente paralelas, cada una de las cuales se extiende a lo largo de un eje óptico respectivo desde un extremo de entrada de la fibra óptica expuesta en la primera faz hasta un extremo de salida de la fibra óptica expuesta en la segunda faz; en la que dichos ejes ópticos de cada una de dicha pluralidad de fibras ópticas están inclinados en un ángulo oblicuo común con respecto a, al menos, uno de la primera faz y la segunda faz, de modo que la luz que incide sustancialmente perpendicularmente sobre la al menos una de dichas faces entra en dichas fibras ópticas en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos. El ángulo de inclinación de la primera faz de la pieza de fibra óptica con respecto a los ejes ópticos de las fibras determina los ángulos por los que se transmiten los rayos de luz al interior de las fibras, cuando el difusor óptico está iluminado por una determinada orientación de iluminación. Debido a que las fibras actúan para proyectar esos ángulos en un haz de salida sustancialmente simétrico rotacionalmente, el ángulo de la primera faz con respecto a los ejes ópticos de las fibras ópticas aumentará sustancialmente la Extensión efectiva del sistema óptico. El ángulo/inclinación de la segunda faz puede refractar preferentemente el patrón de difusión resultante en una dirección diferente. Por lo tanto, la selección/elección de diferentes ángulos de inclinación del eje óptico de las fibras ópticas con respecto a la primera y segunda faces de la pieza de fibra óptica, respectivamente, ofrece una mayor alternativa sobre la cantidad de difusión óptica y la dirección en la que ésta se encuentra dispersada.
En un segundo aspecto, la invención proporciona un aparato de pantalla de proyección que comprende: un medio de fuente de luz para generar la luz que se va a visualizar; un difusor óptico como el descrito anteriormente dispuesto para recibir en dicha primera faz de la pieza de fibra óptica dicha luz de dicha fuente de luz y para emitir dicha luz desde dicha segunda faz de la pieza de fibra óptica, para visualización por proyección.
Los medios de fuente de luz pueden definir un eje óptico de pantalla a lo largo del cual dicha luz generada se transmite al difusor óptico. El aparato de pantalla de proyección puede incluir medios ópticos de proyección que definen un eje óptico de proyección y están dispuestos para recibir dicha luz de salida del difusor óptico y para proyectar la luz recibida para visualización por proyección. El eje óptico de proyección puede ser oblicuo al eje óptico de la pantalla. El difusor óptico, si emplea dicha red de difracción óptica de salida descrita anteriormente, puede disponerse para emitir luz hacia los medios de pantalla de proyección en una dirección sustancialmente paralela al eje óptico de proyección. El aparato de pantalla de proyección puede incluir una pantalla de proyección o espejo sobre el que se disponen dichos medios ópticos de proyección para proyectar dicha luz para su visualización. El espejo puede ser un espejo curvo sobre el que pueden disponerse dichos medios ópticos de proyección para proyectar dicha luz para la reflexión a un observador.
En un tercer aspecto, la invención proporciona una pantalla montada en casco que comprende un difusor óptico como se describe anteriormente, o un aparato de pantalla de proyección como se describe anteriormente.
En un cuarto aspecto, la invención proporciona un método de acuerdo con la reivindicación 12.
En un quinto aspecto, la invención proporciona un método para proyectar luz para visualización que comprende: generar luz para ser visualizada; transmitir dicha luz a lo largo de un eje óptico de pantalla a un difusor óptico como se describió anteriormente; recibir dicha luz transmitida en dicha red de difracción óptica de entrada y con ello difractar
la luz recibida; recibir dicha luz difractada en dicha primera faz de la pieza de fibra óptica del difusor óptico; emitir dicha luz desde dicha segunda faz de la pieza de fibra óptica de la misma en una dirección hacia un medio óptico de proyección; y recibir en los medios ópticos de proyección dicha luz de salida de dicha segunda faz de la pieza de fibra óptica y emitir la luz recibida para visualización mediante proyección; proyectar dicha luz sobre una pantalla de proyección o espejo para visualizarla. El método puede comprender proyectar dicha luz sobre un espejo curvo para que se refleje en el observador.
El método puede incluir recibir dicha salida de luz de la segunda faz de la pieza de fibra óptica en dicha red de difracción óptica de salida (cuando se proporciona opcionalmente) y luego difractar dicha luz en una dirección oblicua a los ejes ópticos de las fibras ópticas y oblicua al eje óptico de la pantalla hacia los medios ópticos de proyección. Para resumir, la presente invención usa reflexiones de los lados de las fibras ópticas para difundir y extender el patrón de luz de campo lejano con una pérdida mínima de información portadora de imágenes en el patrón de luz de campo cercano. Esto es ventajoso en sistemas de visualización montados en casco y en las pantallas de visualización frontal al extender la Extensión de un sistema de proyección de modo que un pequeño dispositivo de generación de imágenes pueda iluminar una pupila de salida grande, a través de la cual un observador ve la imagen proyectada.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra esquemáticamente una vista en perspectiva de una placa frontal de fibra óptica;
La figura 2 ilustra esquemáticamente una vista lateral de la placa frontal de fibra óptica de la figura 1;
La figura 3 ilustra esquemáticamente una vista en perspectiva de una fibra óptica de la placa frontal de la figura 1; La figura 4 ilustra esquemáticamente el funcionamiento de una pantalla montada en casco (se omite el casco para mayor claridad);
La figura 5A ilustra esquemáticamente una red de difracción de entrada (10A) en sección transversal. Esta es también, opcionalmente, la estructura de una red de difracción de salida opcional (10B); y
La figura 5B ilustra gráficamente el perfil de fase espacialmente unidimensional de la red de difracción de la figura 5A. Descripción detallada
En los dibujos, los elementos similares se asignan como símbolos de referencia.
La figura 1 ilustra esquemáticamente una pieza de fibra óptica en forma de placa frontal de fibra óptica de un difusor 1 óptico. La placa frontal es una placa transparente plana rectangular que incluye una primera faz 2 de placa y una segunda faz 3 de placa opuesta, plana paralela. Las dos faces de placa están limitadas por un borde periférico rectangular. La placa está formada por una multiplicidad de fibras 4 ópticas lineales sustancialmente paralelas, cada una de las cuales se extiende en paralelo a lo largo de un eje óptico respectivo de la fibra dada, desde la primera faz de la placa hasta la segunda faz de la placa.
Las fibras ópticas se fusionan una al lado de la otra en una orientación paralela de modo que los ejes ópticos de todas las fibras son sustancialmente paralelos
Cada fibra óptica presenta una faz 5 de entrada sustancialmente plana en un extremo de entrada de la fibra, y una faz de salida sustancialmente plana en el extremo de salida de la fibra 6, que es paralela a la faz de entrada. Las faces de entrada de cada una de las fibras ópticas son mutuamente paralelas en el plano y definen la primera superficie plana. De manera similar, las faces de salida de cada una de las fibras ópticas son mutuamente paralelas en el plano y definen la superficie plana de la segunda placa.
Con referencia a la Figura 2, se muestra una vista lateral esquemática de un difusor óptico que comprende la pieza de fibra óptica de la figura 1 junto con una red 10A de difracción de entrada que se extiende sobre la primera faz de la placa que es sustancialmente paralela y, opcionalmente, una red 10B de difracción de salida que se extiende sobre la segunda faz de la placa siendo sustancialmente paralela a ésta.
La luz 7 portadora de imagen se muestra incidente perpendicularmente sobre la red 10A de difracción de entrada y, luego, la primera faz de la placa, y la luz 8 difusa se muestra salida de la segunda faz de la placa y luego la red 10B de difracción de salida. Los ejes ópticos 13 de las fibras ópticas, que se corresponden con el eje longitudinal de las fibras de cada fibra respectiva, están orientados sustancialmente perpendicularmente con respecto al plano de la primera y segunda faces (2, 3) de placa. La red 10A de difracción de entrada comprende una matriz de ranuras de red lineales, regulares y dispuestas periódicamente que definen un perfil de fase de onda cuadrada. Las líneas de red se extienden en una dimensión a través, y sustancialmente paralelas a, la superficie plana de la primera faz de placa de la pieza de fibra óptica. El perfil de fase está dispuesto de manera que la luz 7 de una longitud de onda óptica que
incide sobre la red de difracción de entrada se difracta predominantemente en el primer orden de difracción por la red. En consecuencia, el primer orden predominante de luz difractada entra en la superficie de entrada de una fibra óptica adyacente en la primera faz de la placa, en una dirección oblicua a los ejes ópticos de las fibras ópticas de la placa frontal, como se muestra esquemáticamente en la figura 3.
En realizaciones preferidas, la segunda faz de placa de la pieza de fibra óptica puede llevar una red de difracción de salida sobre ella. La red de difracción de entrada y (si se usa) la red de difracción de salida se puede formar como una preparación de superficie o revestimiento de fluido sobre la primera (y segunda) faz de la placa, en la que se puede estampar el perfil de fase requerido que luego se cura. Por lo tanto, la estructura de red deseada que muestra la eficiencia de difracción deseada en el orden de difracción apropiado puede aplicarse a cualquiera de las faces de la primera y segunda placa. Como alternativa, se puede emplear una red de difracción preparada previamente. En este caso, es preferible unir ópticamente o fijar la red de difracción a la faz de la placa apropiada usando un agente de unión óptico apropiado y así evitar espacios de aire entre la red y la faz de la placa sobre la que se extiende. De esta manera se reduce la reflexión en la interfaz entre la red y la faz de la placa.
La red 10B de difracción de salida se ilustra esquemáticamente en la figura 2, pero puede omitirse si se desea. La red de difracción de salida comprende un conjunto de ranuras de red lineales, regulares y dispuestas periódicamente que definen un perfil de fase de onda cuadrada. Las líneas de red se extienden en una dimensión a través y sustancialmente paralelas a la superficie plana de la primera faz de placa de la pieza de fibra óptica. El perfil de fase está dispuesto de modo que la luz de una longitud de onda óptica que incide sobre la red de difracción de salida, desde la segunda faz de la placa, se difracta predominantemente en el primer orden de difracción por la red. En consecuencia, el primer orden predominante de luz difractada sale del difusor óptico en una dirección oblicua a los ejes ópticos de las fibras ópticas de la placa frontal como se muestra esquemáticamente en la figura 3.
La red de difracción de salida puede ser sustancialmente idéntica en estructura y/o propiedades ópticas a la red de difracción de entrada, pero no es necesario y puede estar dispuesta para optimizar la eficiencia de la difracción en un ángulo u orden de difracción diferente con el que difracta la luz portadora de imagen que entra en él desde la segunda placa frontal. Una ventaja de emplear la red de difracción de salida es que la luz portadora de la imagen puede difractarse en un orden de difracción distinto de cero (por ejemplo, el primer orden) en una dirección elegida oblicua a los ejes ópticos de las fibras ópticas de la placa frontal (es decir, oblicua a la normal del plano de la segunda faz de la placa) y dirigida hacia elementos ópticos posteriores, tales como elementos ópticos de proyección, que están destinados a recibir la luz portadora de imagen, pero están desplazados axialmente debido a limitaciones espaciales. En tanto que el acto de difundir la luz portadora de la imagen a través de la red de difracción de entrada y la placa frontal de fibra óptica sirve para aumentar la Extensión efectiva del sistema óptico, por lo que el efecto de redireccionamiento de la difracción de la luz portadora de la imagen difusa por la red de difracción de salida se puede poner en servicio para acoplar mejor esa luz en un(os) elemento(s) óptico(s) posterior(es) fuera del eje.
La luz 7 incidente entra en cada una de las fibras 4 ópticas en una dirección oblicua con respecto al eje óptico común de cada fibra. La figura 3 ilustra esquemáticamente el efecto de este ángulo de entrada oblicuo. En general, la luz que entra en una fibra 4 óptica oblicuamente desde la red de difracción de entrada en el primer orden de luz difractada. A medida que la luz incidente entra en la fibra, se refracta en un ángulo de entrada a medida que se refracta a través de la faz de entrada. En la figura 3, la red de difracción se muestra separada de la superficie de entrada. Esto es solo para claridad de ilustración, y en realizaciones preferidas, la red de difracción de entrada se forma sobre cada una de las superficies de entrada de la colección de fibras ópticas que forman la primera faz de la placa.
La luz interseca la superficie cilíndrica de la fibra internamente en múltiples posiciones a lo largo de su longitud a medida que se propaga a lo largo de la misma, de modo que múltiples reflejos en las múltiples posiciones respectivas crean un cono de ángulos de rayo desde un único ángulo de rayo de entrada. Luego, la luz llega a la faz de salida de la fibra óptica donde se refracta a través de la faz de salida en un ángulo de salida generalmente diferente al ángulo de entrada. Si se emplea una red de difracción de salida, la salida de luz de la fibra óptica entrará entonces en la red de difracción de salida (no mostrada) y será difractada por la misma.
La figura 3 ilustra esquemáticamente el efecto de este ángulo de entrada inclinado. En general, la luz que entra en una fibra 4 óptica se refracta en un ángulo diferente a medida que se refracta a través de la faz de entrada. Se cruza con la superficie cilíndrica de la fibra en múltiples posiciones, de modo que múltiples reflexiones que trabajan en cada una de las múltiples posiciones crean un cono de ángulos de rayos desde un solo ángulo de rayo de entrada.
La luz se refracta en un ángulo diferente a medida que se refracta a través de la faz de salida.
Los dos rayos de luz 7 que se muestran en la figura 3 entran en la fibra en una dirección paralela, de modo que antes de la refracción ellos forman un ángulo común 01 y después de la refracción forman un ángulo común 02 con el eje óptico 13 de la fibra. Los dos rayos experimentan un número diferente de reflexiones desde el exterior de la fibra, de modo que salen en diferentes posiciones en el patrón 11 de luz proyectada. La acción de la difracción, y la diferente refracción en la faz de entrada sobre diferentes longitudes de onda de luz amplían la forma del patrón 11 de luz proyectada, por lo que se dibuja con una geometría más gruesa.
La acción de la refracción y reflexión mantiene el ángulo de los rayos de salida para que coincida estrechamente con el ángulo de los rayos de entrada, por lo que el tamaño del patrón 11 de luz proyectada tiene sustancialmente el mismo semiángulo de salida de 02 dentro de la fibra, que se refracta por la faz de salida a un ángulo 03.
Todos los posibles rayos que ingresan a la fibra con este ángulo experimentarán diferentes puntos de intersección con la superficie cilindrica exterior de la fibra y experimentarán diferentes números de reflejos, de modo que los rayos se difunden por 360 grados en un ángulo azimutal O alrededor del eje óptico 13 para definir un cono hueco 11 de luz. La forma del patrón de haz proyectado es por lo tanto sustancialmente una forma cónica de diámetro 2x03. El haz de salida cónico tendrá sustancialmente un eje 12 de simetría rotacional.
En el caso mostrado, en donde la faz 5 de entrada de la fibra y la faz 6 de salida son ambas paralelas entre sí y a 90 grados del eje 13, el ángulo 01 tiene el mismo valor que 03; y el eje 12 se encuentra en una dirección coincidente con el eje 13. En otras realizaciones, por ejemplo, donde la faz 5 de entrada de la fibra y la faz 6 de salida son ambas paralelas entre sí y no están a 90 grados del eje 13, el eje 12 de simetría puede ser refractado por la faz de salida para que ya no sea paralelo al eje de la fibra 13 (como se muestra para la ilustración).
Cabe señalar que no es esencial para la invención que los rayos 7 se crucen entre sí dentro de la fibra, ni que se crucen entre sí en la faz 6 de salida. El diagrama óptico es una representación esquemática ilustrativa que ejemplifica los principios ópticos involucrados como serán apreciados por los expertos en la técnica que reconocerán la forma 11 como el patrón de luz proyectada de campo lejano, que se mide lo suficientemente lejos de la fibra para que el tamaño de la faz 6 de salida sea insignificante.
La geometría óptica descrita es común a la comprensión normal de cómo modelar la función de una fibra óptica. Este cono de luz hueco nominal hace que se proyecte desde la faz de salida de una fibra. El centro hueco del patrón 11 de luz proyectada se rellena proyectando rayos 7 en la fibra desde una gama de ángulos, de modo que el efecto general es proyectar un cono de luz lleno. Esto se puede lograr enfocando un cono de luz sobre la faz 5 de entrada. El efecto de enfoque, sobre una matriz de fibras, puede hacer que la información de la imagen en el haz de entrada se mantenga mientras la luz se transmite a través de la matriz de fibras. Luego, la información de la imagen se proyecta fuera de la matriz de fibra con una Extensión más efectiva.
Cabe señalar que no es esencial para la invención que los rayos 7 se crucen entre sí dentro de la fibra, ni que se crucen entre sí en la faz 6 de salida. El diagrama óptico es una simplificación esquemática destinada para ayudar a comprender la invención y el experto en la técnica reconocerá que la forma del cono 11 de luz de salida en los dibujos representa el patrón de luz proyectada de campo lejano, que se mide suficientemente lejos de la fibra para que el tamaño de la faz 6 de salida sea insignificante. Esta geometría óptica hace que se proyecte un cono de luz hueco desde la faz de salida. El centro hueco del patrón 11 de luz proyectada se rellena proyectando rayos 7 en la fibra desde una gama de ángulos, de modo que el efecto general es proyectar un cono de luz lleno. Esto puede lograrse enfocando un cono de luz sobre la red de difracción de entrada, para la entrada a la primera faz de la placa de la placa frontal de fibra óptica. El efecto de enfoque, sobre un conjunto de fibras, hace que la información de la imagen en el haz de entrada se mantenga a medida que la luz se transmite a través del conjunto de fibras. Luego, la información de la imagen se proyecta fuera del conjunto de fibra (y opcionalmente se redirige usando una red de difracción de salida) con una Extensión efectiva amentada.
En una realización preferida, la placa frontal de fibra óptica fundida con lados paralelos y comprende fibras ópticas que tienen un diámetro de 4 micrómetros. El espesor óptico de la placa frontal es preferiblemente de 0.4 mm. Las fibras están orientadas sustancialmente en paralelo a la superficie normal de la placa frontal.
La placa frontal óptica puede construirse colocando y fijando múltiples fibras paralelas entre sí como se describe anteriormente. Cada una de las fibras múltiples tendría sus faces de entrada y salida coplanares con las faces de entrada y salida de las otras fibras. La geometría general sería de una placa plana y paralela cuyas fibras están todas en un ángulo recto común a las faces de entrada y salida del sustrato del difusor.
La figura 4 ilustra esquemáticamente una aplicación del difusor óptico en una pantalla montada en casco (HMD) que emplea un tren óptico que carece de simetría rotacional. Esta falta de simetría surge debido a la necesidad de dirigir la luz de una pantalla 14 óptica hasta cierto punto alrededor del casco para su proyección en un espejo 19 de pantalla de proyección (por ejemplo, una visera de casco) que refleja la luz portadora de imagen que será vista por el portador del casco.
La pantalla montada en casco (no se muestra el casco, por motivos de claridad) comprende una pantalla de visualización óptica dispuesta para generar luz 15 portadora de imagen que se muestra en el ojo del usuario después de la reflexión de una visera 19 del casco. Un tren de elemento(s) óptico(s) de visualización 16, como un lente/lentes y/o un espejo/espejos, según corresponda, está dispuesto para recibir luz portadora de imagen desde la pantalla de visualización y transmitir esa luz a lo largo de un eje 17 óptico de visualización definido por el tren de elementos ópticos de pantalla, a un difusor 1 óptico como se describe anteriormente. Los elementos ópticos de pantalla 16 enfocan la luz sobre la primera superficie (de entrada) del difusor óptico como una imagen.
Debe entenderse que en la representación esquemática de la figura 4, todos los rayos dentro de una entrada de haz de rayos particular al subsistema 16 óptico pueden o no corresponder con todos los rayos dentro de un haz de rayos dado, proyectados a través del subsistema 16 óptico. Los rayos del último haz de rayos pueden originarse a partir de otros rayos dentro de los haces de rayos distintos del anterior.
El difusor 1 óptico está dispuesto a lo largo del eje 17 óptico de la pantalla para recibir la luz transmitida en la red 10A de difracción de entrada y la primera faz 2 de placa del difusor óptico sustancialmente orientada, aunque no necesariamente, perpendicular al eje óptico de la pantalla. En consecuencia, el difusor óptico puede emitir la luz desde su segunda faz de placa 3 y luego desde la red 10B de difracción de salida en una dirección a lo largo de un eje 8 óptico de proyección hacia un tren 18 óptico de proyección que define el eje óptico de proyección. El tren óptico de proyección comprende elementos ópticos 18 tales como una lente/lentes y/o un espejo/espejos según sea apropiado. El eje óptico de proyección es oblicuo al eje óptico de la pantalla. La luz portadora de imagen recibida en el tren 18 óptico de proyección desde la segunda superficie de la placa se proyecta de ese modo para mostrar una superficie interna de la visera del casco que mira al usuario que sirve como un espejo para mostrar al usuario.
Debido a la simetría no rotacional del sistema óptico, no es necesario que los ejes 8 o 17 ópticos (figura 6) estén orientados a 90 grados con respecto al plano del difusor 1 óptico (es decir, perpendicular), ni que se crucen con el centro de la imagen formada en la faz 5 de entrada o la faz 6 de salida de dicho difusor óptico.
La figura 4 muestra que la entrada de rayos al difusor 1 óptico, que rodea el eje 17 óptico, se dibujan en un rango angular más pequeño que los rayos que salen del difusor 1 óptico. Esto indica esquemáticamente el aumento efectivo de la Extensión efectiva causado por la acción de las fibras individuales dentro del conjunto de fibras. Esto es ventajoso para aumentar el tamaño del patrón de luz que irradia el ojo del observador. Además, la acción de las fibras en ángulo redirige la luz hacia la mejor posición para iluminar el ojo del observador. Esta combinación es ventajosa para iluminar el ojo del observador en todas las posiciones en las que es probable que se coloque, mientras mantiene el área iluminada en el tamaño más pequeño, por lo que el ojo está iluminado en todas las condiciones con la imagen más brillante.
De esta manera, el difusor óptico sirve para mejorar la eficiencia del acoplamiento de la luz desde un tren/geometría óptica de pantalla a un tren/geometría óptica de proyección cuando esas dos geometrías están desplazadas y no comparten una simetría rotacional.
El experto en la materia apreciará que, si bien la propiedad óptica que se conoce generalmente como Invariancia de Lagrange Generalizada no aumenta por la acción de la refracción y la reflexión en la fibra, el tamaño angular del patrón 11 de luz de campo lejano (figura 3) se incrementa. Este aparente conflicto, por el cual el sistema óptico general tiene un aumento efectivo en Extensión, pero el trazo de rayos a través del conjunto de fibra no tiene un aumento en Extensión, en realidad no ocurre porque la faz de salida de cada fibra 4 óptica no es iluminada uniformemente para cada conjunto de rayos 7 de entrada paralelos. Para aplicar una analogía simple pero ilustrativa, se puede pensar que el campo óptico de salida actúa como un caleidoscopio con una estructura fina en el campo óptico a través de la apertura de la faz 6 de salida. Sin embargo, esta estructura fina es demasiado pequeña para ser vista por el observador 21, y se promedia para una distribución más uniforme de la información de la imagen mediante la acción de codificar la información que lleva la imagen en el haz de entrada con una resolución más gruesa que las dimensiones de la estructura de luz antes mencionada. Además, la difracción dentro de la fibra hace que se promedie la estructura de luz para rellenar las áreas más oscuras y reducir las áreas más brillantes. Por lo tanto, el difusor 1 óptico actúa para aumentar de manera efectiva la Extensión del sistema óptico. Las ilustraciones que se presentan aquí son para ayudar a comprender mejor los principios generales involucrados en la implementación de la invención.
Los ejes ópticos de cada una de las fibras de la placa frontal de fibra óptica son perpendiculares al plano de cada una de las faces de la primera y segunda placa, que son mutuamente paralelas. Este tipo de placa frontal de fibra óptica está fácilmente disponible para el experto en la materia. Por lo general, están comúnmente disponibles en una variedad de proveedores que utilizan diferentes métodos en su fabricación. Uno de esos proveedores es Schott AG, en Alemania. Se pueden comprar en una variedad de formas. Un método típico de su fabricación es extraer una sola fibra del vidrio fundido y dejar que se enfríe y solidifique. Dos vidrios son extraídos juntos para proporcionar un núcleo de fibra y un revestimiento de fibra exterior. La fibra se enrolla alrededor de un tambor de gran diámetro cuidando que se coloque de forma ordenada. La colección de fibras se calienta para fundir el revestimiento, lo que permite que el revestimiento de una fibra se fusione con el de sus fibras vecinas. Esto fusiona las fibras en un solo cuerpo. La disposición de las fibras es lo suficientemente precisa para permitir la transmisión de una imagen de una faz de la parte a otra sin que la imagen se rompa. La parte fusionada de las fibras se retira del tambor y se corta, muele y pule hasta su forma final. Las fibras suelen ser típicamente bastante pequeñas para permitir la transmisión de imágenes de alta resolución. Sin embargo, suelen ser usualmente demasiado grandes para crear un único modo óptico dentro del núcleo de la fibra. El revestimiento puede tratarse con un material absorbente para evitar que la luz pase de una fibra a una fibra adyacente.
Por lo tanto, la invención puede abordar un problema que surge en los HMD para aumentar la Extensión de un sistema óptico. El resultado es aumentar el tamaño de la pupila de salida para permitir una visión cómoda.
Modalidades preferidas de la invención pueden usar un dispositivo de fibra óptica fundido, que es un sustrato óptico, de cualquier forma deseada, que comprende, por ejemplo, millones de fibras dispuestas para transmitir una imagen de un lado a otro. En su forma más básica, cada rayo de entrada sufre múltiples reflexiones dentro de cada fibra, y el ángulo de salida generalmente es igual al ángulo de entrada. Un efecto significativo es la difracción de cada fibra por separado. Cada rayo que atraviesa la fibra en ángulos ligeramente diferentes experimenta una trayectoria óptica diferente y, por lo tanto, un retardo de fase diferente, que promedia cualquier efecto de interferencia localizada dentro de la fibra. Por lo tanto, cada fibra actúa como una apertura incoherente. Debido a su tamaño necesariamente pequeño, ésta difracta la luz de salida en un ángulo adicional significativo.
Los rayos de luz difractada que entran en las fibras del sustrato óptico se colocan en un ángulo oblicuo con respecto al eje de proyección de luz/imagen original, cuando se utilizan en un aparato de visualización de proyector. La luz puede refractarse a través de la primera faz del sustrato óptico de forma normal, pero luego se refleja en el interior de las fibras. Por lo tanto, la mayoría de los rayos cortan las fibras en un ángulo que hace que la mayoría de los rayos se proyecten como un campo de luz proyectado anular. Por lo tanto, el efecto de inclinar las fibras aumenta las propiedades de difusión efectiva del dispositivo.
La figura 5A ilustra esquemáticamente una red de difracción adecuada para su uso como red de difracción de entrada en la primera faz de la placa y, opcionalmente, como red de difracción de salida en la segunda faz de la placa o la placa frontal de fibra óptica. Tiene la forma de un perfil de fase en una sola dimensión. Por ejemplo, es bien sabido que una red de difracción de onda cuadrada tiene las siguientes propiedades:
Ec. 1
Aquí, O representa la profundidad de la forma espacial del perfil de fase como se muestra en las figuras 5A y figuras 5B, pero expresado como un ángulo que describe la fase de la amplitud de la luz cuando pasa a través de la red. El término “seno al cuadrado” significa una onda cuadrada que tiene dos valores dependiendo del argumento, es decir, AO o -AO. Es una onda cuadrada sinusoidal de amplitud AO y longitud de onda d. Entonces, el perfil O (x) varía periódicamente entre Oo-AO y Oo AO.
La acción de la mezcla coherente de este perfil de fase cuando se agrega a un haz de luz de entrada se modela convencionalmente mediante un rayo de entrada que se divide en múltiples trayectorias. Cada camino es un orden difractado, donde q se refiere a un número que define ese orden. La cantidad relativa de flujo que entra en cada orden se denomina eficiencia de difracción “DE”, que se describe mediante las siguientes ecuaciones.
Por consiguiente, se puede ver que el término DE (eficiencia de difracción) se refiere a la cantidad de energía luminosa difractada en cada orden. Al controlar la amplitud del perfil de fase “A9”, la luz de orden cero no difractada se puede reducir hasta casi cero. Además, los primeros órdenes de difracción (+/-) (q = /- 1) pueden ser del orden del 40 % de eficiencia cada uno. Y los órdenes superiores pueden controlarse para que sean suficientemente bajos, por ejemplo, alrededor del 20 % en total, para tener algo menos de consecuencias.
La simplicidad de la estructura de la red permite la ventaja de un orden cero controlado. La variación de la eficiencia de difracción del orden cero con variaciones de longitud de onda es menor que en órdenes superiores de difracción.
La desventaja de una red tan simple es que solo difracta, en un grado sustancial o predominante, en un orden de dirección. Debido a que esta estructura de red se coloca en la faz de entrada de una placa frontal de fibra óptica fundida, en realizaciones preferidas, esta dirección de difracción predominante se transforma mediante la acción de la placa frontal de fibra óptica fundida en un anillo de luz en la salida de la placa frontal.
Por lo tanto, se obtienen las ventajas de una estructura de red simple con un campo óptico de salida que presenta un patrón difusor bidimensional.
Si el sistema óptico que se está iluminando no es simétrico rotacionalmente, por ejemplo, si tiene un campo de visión horizontal más amplio que el campo de visión vertical, entonces el diseño del sistema óptico puede mejorarse si el campo óptico difuso también es parcialmente no simétrico rotacionalmente. Esto se puede lograr colocando una segunda, es decir, una red de difracción de salida en la segunda faz de la placa frontal, donde induce una difusión adicional mediante la división de cada rayo de salida en más de un orden de difracción. Esto redistribuye parte de la energía en el campo óptico de salida en una dirección dando un campo óptico aproximadamente elíptico. La ventaja es un mayor brillo a través de un mapeo geométrico más eficiente del campo óptico en una pupila de salida.
Una opción adicional es dar forma a las fibras ópticas de la placa frontal óptica en formas no cilíndricas, lo que se puede hacer comprimiendo las fibras en el proceso de moldeo. Esto da como resultado interacciones complejas de los rayos de luz con la estructura interna de las fibras.
Un ejemplo específico es, en términos generales, el siguiente. Los ángulos de los rayos de entrada pueden proyectarse sobre la red de difracción de entrada sobre un cono de /- 5 grados simétrico rotacionalmente que interseca la primera faz de la placa frontal en ángulos rectos sobre toda la superficie de la fibra óptica fundida.
La red de difracción de entrada se puede formar a partir de un material foto resistente que tenga un índice de refracción de 1.517. La red de difracción es preferiblemente un perfil de onda cuadrada, como se muestra en las figuras 5A y 5B, con un período de 5 micrones (d). El perfil tiene preferiblemente una altura/amplitud lineal equivalente a un cambio de fase de 90 grados ('A9') a 520 nanómetros de longitud de onda de luz, y comprende pedestales de 2.5 micrones de ancho separados por espacios de 2.5 micrones de ancho. En tres longitudes de onda representativas (de rojo, verde y azul), los valores de eficiencia de difracción calculados para la red de difracción se calculan a partir de las ecuaciones de onda de la siguiente manera (Tabla 1):
Tabla 1
Tenga en cuenta que estos valores son estables con la longitud de onda en comparación con los hologramas más sofisticados y, por lo tanto, presentan la ventaja de simplificar el diseño de la red de difracción. El ángulo de difracción de los (primeros) órdenes /- 1 sería (Tabla 2):
Tabla 2
La diferencia de estos ángulos de difracción con la longitud de onda puede provocar un cambio en el aumento de Extensión efectiva con el color, que puede compensarse reequilibrando las fuentes de luz.
El ángulo de cono efectivo de la luz que ingresa a la placa frontal de fibra óptica fundida ahora se incrementa en un eje. En luz verde, ahora se duplica de manera efectiva. La luz proyectada fuera del dispositivo ahora cubrirá aproximadamente un ángulo de cono de /- 11 grados.
El dispositivo de fibra óptica fundida puede ser una placa paralela de 2 mm de espesor y 22 mm de diámetro, o lateral (si es cuadrada). Las fibras de la placa frontal pueden tener una abertura activa de 4 micrómetros de diámetro y pueden
moldearse juntas para proporcionar una eficiencia geométrica del 70 % en la proyección de luz. Preferiblemente, se reproduciría el mismo perfil de red tanto en la primera como en la segunda faz de placa de la placa frontal.
En otro ejemplo, el conjunto de fibras puede modificarse de modo que la faz de la placa de entrada tenga un tamaño diferente al de la faz de la placa de salida, pero con el mismo número de extremos de fibra presentados en cada faz. La geometría se logra variando el tamaño de las fibras y su espaciado, a través de la profundidad del conjunto de fibras. Las placas de fibra óptica con estas geometrías están fácilmente disponibles. A medida que se varía el tamaño de las fibras, el patrón 11 de luz de campo lejano de salida varía según la relación inversa. Variando el tamaño de las fibras de manera diferente en diferentes direcciones, el patrón de luz de campo lejano de salida puede hacerse rotacionalmente no simétrico. Cualquiera de estos efectos puede emplearse en realizaciones de esta invención para ajustar/controlar/ disponer la geometría del patrón 11 de luz de campo lejano como se desee.
En otro ejemplo, las fibras de la matriz de fibras en una placa de fibra óptica pueden retorcerse, por ejemplo 180 grados para cambiar la orientación de la imagen. En otro ejemplo más, las fibras de la matriz de fibras en una placa de fibra óptica pueden doblarse con la ventaja de encajar la trayectoria óptica en una envolvente espacial específica. Las placas de fibra óptica con tales matrices están fácilmente disponibles de los fabricantes de placas frontales de fibra óptica y similares.
Claims (14)
1. Un difusor (1) óptico que incluye una pieza de fibra óptica que comprende:
una primera faz (2) y una segunda faz (3);
una pluralidad de fibras (4) ópticas sustancialmente paralelas, cada una de las cuales se extiende a lo largo de un eje (13) óptico respectivo desde un extremo de entrada de la fibra óptica expuesta en la primera faz (2) de la pieza de fibra óptica hasta un extremo de salida de la fibra óptica expuesto en la segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica; una red (10A) de difracción óptica de entrada colocada adyacente a la primera faz (2) de la pieza de fibra óptica para extenderse sobre al menos una parte de la misma en la que la luz difractada por la red (10A) de difracción óptica de entrada se dirige a las fibras ópticas de la pluralidad de fibras (4) ópticas en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos, y
la eficiencia de difracción del primer orden de difracción de la red (10A) de difracción óptica de entrada es mayor que la eficiencia de difracción del orden de difracción cero y es mayor que la eficiencia de difracción de cualquier otro orden de difracción del mismo con respecto a las longitudes de onda ópticas de la luz.
2. Un difusor (1) óptico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la eficiencia de difracción del orden de difracción cero de la red (10A) de difracción óptica de entrada es inferior al 10 % y la eficiencia de difracción del primer orden de difracción del mismo es superior al 20 % respeto de las longitudes de onda ópticas de la luz.
3. Un difusor (1) óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la red (10A) de difracción óptica de entrada comprende un perfil de fase variable que define una variación que se extiende en no más de una dimensión.
4. Un difusor (1) óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la red (10A) de difracción óptica de entrada comprende un perfil de fase de onda cuadrada.
5. Un difusor (1) óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una red (10B) de difracción óptica de salida colocada adyacente a la segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica para extenderse sobre al menos una parte de la misma de manera que la salida de luz por las fibras ópticas de la pluralidad de fibras ópticas se difracta en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos
6. Un difusor (1) óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pluralidad de fibras (4) ópticas sustancialmente paralelas se fijan juntas una al lado de la otra.
7. Un difusor (1) óptico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior en el que dicho eje (13) óptico es sustancialmente perpendicular a una o ambas de dicha primera faz (2) de la pieza de fibra óptica y dicha segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica.
8. Aparato de pantalla de proyección que comprende:
un medio de fuente de luz para generar luz a visualizar; y
un difusor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior dispuesto para recibir en dicha primera faz de la pieza de fibra óptica dicha luz de dicha fuente de luz y para emitir dicha luz desde dicha segunda faz de la pieza de fibra óptica, para visualización por proyección.
9. Un aparato de pantalla de proyección de acuerdo con la reivindicación 8 cuando depende de la reivindicación 5, en el que:
los medios (14) de fuente de luz definen un eje (17) óptico de pantalla a lo largo del cual dicha luz generada se transmite al difusor (1) óptico; y
el aparato de pantalla de proyección incluye medios (18) ópticos de proyección que definen un eje óptico de proyección y están dispuestos para recibir dicha luz de salida de dicha red (10B) de difracción óptica de salida del difusor (1) óptico y para proyectar la luz recibida para visualización por proyección,
en el que el eje óptico de proyección es oblicuo al eje (17) óptico de pantalla.
10. Un aparato de pantalla de proyección de acuerdo con la reivindicación 9, que incluye una pantalla o espejo (19) de proyección sobre el que se dispone dicho medio (18) óptico de proyección para proyectar dicha luz para visualización.
11. Una pantalla montada en casco que comprende un difusor (1) óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, o un aparato de pantalla de proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10.
12. Un método de difusión de luz utilizando un difusor (1) óptico, comprendiendo el método:
proporcionar una pieza de fibra óptica que incluye una primera faz (2) y una segunda faz (3) entre las cuales se extienden una pluralidad de fibras (4) ópticas sustancialmente paralelas, cada una de las cuales se extiende a lo largo de un eje (13) óptico respectivo desde un extremo de entrada de la fibra óptica expuesta en la primera faz (2) de la pieza de fibra óptica a un extremo de salida de la fibra óptica expuesta en la segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica; proporcionar una red (10A) de difracción óptica de entrada colocada adyacente a la primera faz (2) de la pieza de fibra óptica para extenderse sobre al menos una parte de la misma;
dirigir la luz de manera que incida sobre la red (10A) de difracción óptica de entrada en la que la luz difractada por la red (10A) de difracción óptica de entrada se dirige hacia las fibras ópticas de la pluralidad de fibras (4) ópticas en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos para proporcionar de ese modo dicha luz en forma difusa en la segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica; y
la eficiencia de difracción del primer orden de difracción de la red (10A) de difracción óptica de entrada es mayor que la eficiencia de difracción del orden de difracción cero y es mayor que la eficiencia de difracción de cualquier otro orden de difracción del mismo con respecto a las longitudes de onda ópticas de la luz.
13. Un método de proyección de luz para visualización que comprende:
generar luz para ser visualizada;
transmitir dicha luz a lo largo de un eje (17) óptico de pantalla a un difusor (1) óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7; recibir dicha luz transmitida en dicha red (10A) de difracción óptica de entrada y con ello difractar la luz recibida;
recibir dicha luz difractada en dicha primera faz (2) de la pieza de fibra óptica;
emitir dicha luz desde dicha segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica de la misma en una dirección hacia un medio (18) óptico de proyección; y,
recibir en los medios (18) ópticos de proyección dicha luz de salida de dicha segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica; y
proyectar dicha luz para visualización.
14. Un método para proyectar luz de acuerdo con la reivindicación 13, cuando depende de la reivindicación 5 que incluye recibir dicha salida de luz desde la segunda faz (3) de la pieza de fibra óptica en dicha red (10B) de difracción óptica de salida y luego difractar dicha luz en una dirección oblicua a dichos ejes ópticos y oblicua al eje óptico de pantalla hacia los medios (18) ópticos de proyección.
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