ES2913278T3 - Un combinador óptico cónico - Google Patents

Un combinador óptico cónico Download PDF

Info

Publication number
ES2913278T3
ES2913278T3 ES18877916T ES18877916T ES2913278T3 ES 2913278 T3 ES2913278 T3 ES 2913278T3 ES 18877916 T ES18877916 T ES 18877916T ES 18877916 T ES18877916 T ES 18877916T ES 2913278 T3 ES2913278 T3 ES 2913278T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
shutter
curved
image source
source
optical combiner
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.)
Active
Application number
ES18877916T
Other languages
English (en)
Inventor
Ron Schneider
Gil Benesh
Aron Arlievsky
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.)
Elbit Systems Ltd
Original Assignee
Elbit Systems 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 Elbit Systems Ltd filed Critical Elbit Systems Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2913278T3 publication Critical patent/ES2913278T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • 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
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • 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
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1066—Beam splitting or combining systems for enhancing image performance, like resolution, pixel numbers, dual magnifications or dynamic range, by tiling, slicing or overlapping fields of view
    • 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
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
    • G02B27/123—The splitting element being a lens or a system of lenses, including arrays and surfaces with refractive power
    • 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
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity
    • 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
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009—Materials therefor
    • G02F1/0072—Mechanical, acoustic, electro-elastic, magneto-elastic properties
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G02B2027/0134—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems of stereoscopic type
    • 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
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0181—Adaptation to the pilot/driver
    • 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
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Un sistema (100) para combinar ópticamente imágenes de visualización con vistas del mundo real, que comprende: una fuente de imágenes (95) configurada para emitir luz; un combinador óptico (105) que comprende un divisor de haz (104) y un elemento semirreflector curvo (108), estando orientado el divisor de haz para reflejar la luz que llega desde la fuente de imágenes separada del plano de la pupila (90) de un observador y hacia el elemento semirreflector curvo, manteniéndose juntos el divisor de haz y el elemento semirreflector curvo para formar un tronco de cono que tiene una base plana pequeña (105D) paralela al plano de la pupila del visor, una base grande curvada (105B), y una superficie cónica (105C) interrumpida por una superficie plana (105E) paralela a la fuente de imágenes; y un corrector de distorsión (110) que tiene una superficie curva acoplada a la base grande curvada del combinador óptico y que además tiene una superficie plana orientada hacia una vista del mundo real.

Description

DESCRIPCIÓN
Un combinador óptico cónico
Antecedentes de la invención
1. Campo técnico
La presente invención se refiere al campo de los dispositivos ópticos, y más particularmente, a los dispositivos ópticos que combinan visualización transparente y pantalla.
2. Explicación de técnica relacionada
Los dispositivos ópticos, en particular los que se colocan en la cabeza, a menudo combinan la observación del mundo real con imágenes adicionales, por ejemplo, en varias aplicaciones de realidad aumentada. Esta combinación es un desafío debido a la diferencia en las fuentes y las condiciones ambientales variables en las que se espera que operen tales dispositivos ópticos.
Por ejemplo, los documentos US 2012/119978 A1, US 2010/195056 A1, US 2017/212352 A1, WO 98/20381 A2, US 2016/139413 A1 y US 2015/153577 A1 desvelan sistemas de combinación convencionales.
Sumario de la invención
Lo que sigue es un resumen simplificado que proporciona una comprensión inicial de la invención. El sumario no identifica necesariamente elementos clave ni limita el alcance de la invención, sino que simplemente sirve como una introducción a la siguiente descripción.
Un aspecto de la presente invención proporciona un sistema óptico que comprende: (i) un dispositivo de visualización con óptica asociada, (ii) un combinador óptico que comprende un divisor de haz y que tiene una base plana pequeña, una base grande que está curvada con respecto a un plano paralelo a la base pequeña, en el que las bases pequeña y grande están conectadas por: una primera superficie configurada para mediar entre la óptica asociada del dispositivo de visualización y el divisor de haz, y un lado curvo que forma parte de un tronco de cono que tiene la base pequeña y el plano como bases; en el que el combinador óptico junto con el dispositivo de visualización con la óptica asociada está configurado para emitir rayos originados en el dispositivo de visualización y formar una imagen para un observador con un plano de pupila paralelo a la base pequeña, y en el que el combinador óptico es transparente a los rayos que llegan desde una escena del mundo real que ingresa al combinador óptico a través de la base grande y pasa a través del divisor de haz, (iii) un corrector de distorsión transparente unido a la base grande en una superficie curva del corrector de distorsión transparente, en el que el corrector de distorsión transparente tiene además un lado plano que está orientado hacia la escena, en el que el lado curvado, que es parte de un tronco de cono, está recubierto con un recubrimiento absorbente, la base pequeña y el lado plano del corrector de distorsión transparente están recubiertos con un recubrimiento anti-reflectante; y la base grande está recubierta con un recubrimiento parcialmente reflectante, y (iv) un obturador situado delante del corrector de distorsión transparente, configurado para atenuar o bloquear los rayos de la escena del mundo real con su actuación.
Estos aspectos y/o ventajas y/u otros adicionales de la presente invención se exponen en la descripción detallada que sigue; posiblemente se pueden inferir de la descripción detallada; y/o se pueden aprender mediante la práctica de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de las realizaciones de la invención y para mostrar cómo se pueden llevar a cabo, a continuación se hará referencia, únicamente a modo de ejemplo, a los dibujos que se acompañan en los que los mismos números designan elementos o secciones correspondientes.
En los dibujos que se acompañan:
las figuras 1A-1F son ilustraciones esquemáticas de alto nivel de un sistema óptico, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;
las figuras 2A y 2B son ilustraciones esquemáticas de alto nivel del divisor de haz y del corrector de distorsión transparente en el sistema óptico, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;
las figuras 3 y 4 son ilustraciones esquemáticas de alto nivel del sistema óptico con un obturador, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención; y
la figura 5 es una ilustración esquemática de alto nivel del sistema óptico con dióptrica y distancia de visualización ajustables, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
Descripción detallada de la invención
En la siguiente descripción, se describen varios aspectos de la presente invención. Con fines explicativos, se exponen configuraciones y detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de la presente invención. Sin embargo, también será evidente para un experto en la técnica que la presente invención se puede poner en práctica sin los detalles específicos presentados en la presente memoria descriptiva. Además, se pueden haber omitido o simplificado características bien conocidas con el fin de no oscurecer la presente invención. Con referencia específica a los dibujos, se enfatiza que los detalles que se muestran son a modo de ejemplo y con fines de discusión ilustrativa de la presente invención únicamente, y se presentan con el fin de proporcionar lo que se cree que es la descripción más útil y fácilmente comprensible. de los principios y aspectos conceptuales de la invención. A este respecto, no se intenta mostrar los detalles estructurales de la invención con más detalle del necesario para una comprensión fundamental de la invención, la descripción tomada con los dibujos hace evidente a los expertos en la técnica cómo las diversas formas de la invención pueden ser realizadas en la práctica.
Antes de explicar en detalle al menos una realización de la invención, debe entenderse que la aplicación de la invención no se limita a los detalles de construcción y disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es aplicable a otras realizaciones que pueden practicarse o llevarse a cabo de diversas formas, así como a combinaciones de las realizaciones descritas. Además, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en la presente memoria descriptiva tienen fines descriptivos y no deben considerarse como limitantes.
Se proporcionan sistemas y métodos ópticos que combinan la vista transparente del mundo real y muestran imágenes de origen utilizando un combinador óptico cónico cortado para que tenga superficies planas normales a la línea de visión del observador. La forma cónica minimiza las interferencias en la vista del mundo real ya que los bordes del combinador óptico son tangentes al campo de visión del observador y la parte interior del combinador óptico es semitransparente. Además, el sistema óptico comprende un divisor de haz, obturador(es) para atenuar o bloquear el trayecto transparente y puede emplear un elemento polarizador para mejorar el contraste entre la observación de la escena y la visualización proyectada y permitir de esta manera la visualización selectiva de ambas. El sistema también se puede configurar para habilitar el ajuste dióptrico y los ajustes de distancia de visualización virtual.
Las figuras 1A-1F son ilustraciones esquemáticas de alto nivel de un sistema óptico 100, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Las figuras 1A-1F ilustran esquemáticamente un combinador óptico 105 en un sistema óptico 100 desde el punto de vista del observador (figura 1A) y vista lateral (figura 1B), trayectorias de haz esquemáticas que ilustran la trayectoria óptica transparente (figura 1C) y el trayecto óptico de la vista de pantalla (figuras 1D, 1E) en el sistema óptico 100; y el sistema óptico 100 en vista en despiece ordenado (figura 1F). Las superficies de elementos en el sistema óptico. 100 se denotan con números 105B-E y los recubrimientos de estas superficies se indican correspondientemente con los números 105AC-105EC.
El sistema óptico 100 comprende una fuente de imágenes 95 tal como una pantalla (usada en la presente memoria descriptiva como un ejemplo no limitativo), con óptica asociada 97 (mostrada esquemáticamente), combinador óptico 105 que contiene un divisor de haz 104 con superficies parcialmente reflectantes 104A, 104B y elemento semirreflector curvo 108 con superficies parcialmente reflectantes 108A, 108B posiblemente con recubrimiento(s) 104AC, 104BC, 108AC, 108BC (con respecto a cómo se explica a continuación) y tener una base plana pequeña 105D y una base grande 105B que está curvada con respecto a un plano paralelo a la base pequeña 105D. Las bases 105B, 105D están conectadas por una superficie 105E y un lado curvo 105C, siendo el lado curvo 105C parte de un tronco de cono que tiene una base pequeña 105D y la superficie 105B como bases. La superficie 105E está configurada para mediar entre las ópticas asociadas 97 de la fuente de la imagen 95 y el combinador óptico 105. En ciertas realizaciones (por ejemplo, ilustradas esquemáticamente en la figura 1E) la óptica asociada 97 se puede integrar en el lado plano 105E del combinador óptico 105, formando ópticas asociadas integradas en el combinador óptico 97. Esta opción puede ser aplicada en cualquiera de las realizaciones del sistema 100, dependiendo, por ejemplo, del campo de visión requerido y de las dimensiones del sistema.
El combinador óptico 105 está configurado para entregar, a un plano de pupila 90 paralelo (o casi paralelo, desviándose, por ejemplo, 1°, 5°, 10° o cualquier valor intermedio de la superficie paralela) a la base pequeña 105D, rayos (figura 1D) de la fuente de la imagen 95 que entran en el combinador óptico 105 a través de la superficie 105E así como rayos (figura 1C) de una escena del mundo real que entra en el combinador óptico 105 a través de una base grande 105B, pasando a través del divisor de haz 105A y llegando a un plano pupilar 90.
El sistema óptico 100 comprende además un corrector de distorsión transparente 110 unido a la superficie 108B del elemento semi reflectante curvo 108 que está unido a una base grande 105B en una superficie curva del corrector de distorsión transparente 110. El corrector de distorsión transparente 110 tiene además un lado plano 110B orientado a la escena del mundo real y una superficie curva del otro lado 110A, y cuando se une a una base grande 105B a través de un elemento semi reflectante curvo 108 cancela cualquier potencia óptica del sistema óptico 100 para los rayos que llegan desde la escena del mundo real hasta el plano de la pupila y, por lo tanto, evita las distorsiones de la visión del mundo real.
Como se ilustra en la vista en despiece ordenado de la figura 1F, los recubrimientos correspondientes se pueden aplicar a las superficies de los elementos en el sistema 100. El lado curvo 105C se puede recubrir con un recubrimiento absorbente negro (o cualquier otro que sea efectivo) 105C. La base pequeña 105D y la superficie externa 110 del corrector de distorsión transparente se puede recubrir con recubrimientos antirreflectantes 105DC y 110BC respectivamente. La superficie 105B posiblemente esté recubierta con una capa semirreflectante 105BC, y la superficie 105B y la superficie interna del corrector de distorsión 110A están recubiertos posiblemente con recubrimientos de coincidencia de índice 110AC. La base pequeña 105D y la superficie 105E también se pueden recubrir con recubrimientos antirreflectantes 105DC y 105EC, respectivamente. Las superficies 104A, 104B del divisor de haz 104 se puede recubrir con un recubrimiento antirreflectante y posiblemente de coincidencia de índices 104AC, 104BC.
En ciertas realizaciones, ejemplos de la fuente de imágenes 95 pueden comprender micropantallas basadas en cualquiera de los siguientes: OLED (diodos emisores de luz orgánicos), LED (diodos emisores de luz), MEMS (sistemas microelectromecánicos), DLP (procesamiento de luz digital), espejo(s) de exploración, LCOS (cristal líquido sobre silicona), LCD (pantalla de cristal líquido). El sistema 100 y/o elementos del mismo pueden estar hechos de varios materiales tales como varios tipos de vidrio, de plástico y combinaciones de los mismos.
Las figuras 2A y 2B son ilustraciones esquemáticas de alto nivel del combinador óptico 105 y del corrector de distorsión transparente 110 en el sistema óptico 100, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 2A y 2B ilustran esquemáticamente las relaciones geométricas entre el ancho de la superficie de conexión 105E del borde frontal superior (D1 b) y la base pequeña plana 105D con respecto al punto de visualización 91 (parte del plano de la pupila 90). D2 denota el ancho de la base grande 105B (y/o corrector 110). ER denota la distancia de alivio del ojo, L denota la longitud del combinador óptico 105 (ilustrado esquemáticamente en la vista superior), y el ángulo del cono G ~ atan (0,5 ■ D1/ER). Las dimensiones del combinador óptico. 105 se puede ajustar principalmente para admitir el campo de visión de la pantalla y proporcionar una distancia de alivio ocular requerida.
El sistema óptico 100 puede configurarse como un dispositivo que se coloca en la cabeza (para uno o dos ojos) con mínima interferencia y distorsión de la visión del mundo real. Las partes exteriores del combinador óptico 105 se pueden pulir a una forma cónica para causar mínimas interferencias en la sección transversal al observador, y se pueden recubrir con una capa absorbente para evitar la luz parásita, las reflexiones fantasmales y los reflejos internos. La dimensión del diámetro interior (D1) y la dimensión del diámetro exterior (D2) del combinador óptico 105 pueden ser determinadas por las dimensiones del sistema óptico 100 y las pautas de operación requeridas (por ejemplo, campo de visión, distancia entre ojos, pesos y similares).
Las figuras 3 y 4 son ilustraciones esquemáticas de alto nivel del sistema óptico 100 con un obturador 120, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. El sistema óptico 100 puede comprender además un obturador 120 colocado frente al corrector de distorsión transparente 110 y configurado para atenuar o bloquear los rayos (figura 1C) de la escena tras la actuación. El obturador 120 puede configurarse para obstruir el trayecto transparente a través del combinador óptico 105 y puede usarse para aumentar el contraste de la imagen visualizada en la fuente de la imagen 95 y/o para ayudar al usuario a distinguir entre las imágenes de la escena y la pantalla.
El obturador 120 se puede incrustar directamente en contacto con el combinador óptico 105 y/o con el corrector de distorsión transparente 110, o el obturador puede ajustarse a cierta distancia del mismo. La forma y/o el tamaño pueden ser similares a la base grande 105B y/o al corrector 110 o ser más grande que los mismos. El sistema óptico 100 puede comprender dos combinadores ópticos 105 para proporcionar visión estéreo. En tal caso, el obturador 120 puede superponerse a ambos combinadores ópticos de haz 105 y posiblemente a una separación entre ellos. En ciertas realizaciones, el obturador 120 puede implementarse como cualquiera de los recubrimientos 105BC, 108AC, 108BC, 110AC, 110BC sobre la base grande 105B, el elemento semi reflectante curvo 108 y/o el corrector de distorsión 110 (ver la figura 1F).
El obturador 120 puede ser cualquiera de entre un obturador LCD (pantalla de cristal líquido), un obturador LCD polarizado, un obturador de polímero, un obturador optocromo y un obturador mecánico; y puede configurarse para proporcionar múltiples niveles de atenuación. Por ejemplo, el obturador 120 se puede operar para bloquear total o parcialmente el trayecto transparente y/o tener múltiples niveles de transparencia. El obturador 120 puede ser espacialmente variable, es decir, tener diferentes regiones con diferentes niveles de atenuación, posiblemente correspondientes a diferentes regiones de la fuente de la imagen 95 con respecto a su superposición en el divisor de haz 104.
El obturador 120 puede configurarse para ser accionado automáticamente por el sistema óptico 100, manualmente por un usuario del sistema óptico 100, por un rastreador en la cabeza o los ojos del usuario (y/o un dispositivo de identificación de gestos) y/o por un sensor de iluminación que detecta la iluminación de una escena.
Un filtro polarizador de pantalla 125 puede colocarse entre la fuente de la imagen 95 y lado plano 105E del combinador óptico 105, con un obturador 120 implementado como un recubrimiento de base grande de obturador polarizador 105BC, siendo polarizado de manera similar al obturador polarizador 120.
De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, cada recubrimiento de combinador óptico 105 puede estar polarizado. En algunos casos, incluso si la pantalla no está polarizada, los recubrimientos sí lo están. Esto se hace porque los elementos ópticos en sí mismos pueden polarizar los rayos y, por lo tanto, se comportan de manera diferente en los ángulos o la dirección de donde provienen los rayos.
Por ejemplo, el combinador óptico 105 se puede configurar con un divisor de haz polarizador (PBS) 104 con un recubrimiento correspondiente 104BC, 104AC, y las polarizaciones del filtro polarizador de pantalla 125 y del obturador polarizador 120 puede seleccionarse para que sean semiperpendiculares. El divisor de haz 104 puede configurarse para establecer una relación predefinida entre los rayos del generador de imágenes y de la escena (indicado esquemáticamente como en las figuras 1D y 1C). Los inventores han descubierto que la aplicación de elementos polarizadores como se ha descrito anteriormente puede mejorar la imagen transparente aproximadamente tres veces.
La figura 5 es una ilustración esquemática de alto nivel del sistema óptico 100 con lente de dioptría variable y distancia de fuente de visualización, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. El sistema óptico 100 puede configurarse para tener una distancia ajustable (marcada como D) entre la fuente de la imagen 95 y la superficie 105E, y comprenden además una lente de dioptría variable 130 (las dos partes ilustradas son paralelamente ajustables como marca la flecha E) entre el lado pequeño 105D y el punto de visualización (no mostrado, ver punto de visualización 91 en la figura 2B). La lente de dioptría variable 130 también puede implementarse mediante una lente flexible. La distancia ajustable D y la lente de dioptría variable 130 pueden ser ajustables de forma independiente y mecánicamente. La distancia D es proporcional a la distancia aparente de la imagen vista por el observador. La lente de dioptría variable 130 efectúa y corrige tanto la imagen como la visión del mundo real vista por el observador. Ajustes de la lente 130 y de la distancia D se pueden utilizar para adaptar el sistema óptico 100 a usuarios específicos.
En ciertas realizaciones, indicadas esquemáticamente en la figura 5 por el número 106A, la superficie 105E y al menos una parte de la óptica 97 pueden fusionarse para proporcionar un lado no plano 105E con un rendimiento óptico especificado. Además, en ciertas realizaciones indicadas esquemáticamente en la figura 5 por el número 106B, la base pequeña plana 105D puede configurarse para ser una base pequeña no plana 105D para corregir posibles distorsiones de imagen y/o aberraciones de la fuente de imágenes 95 y/o imágenes de escena por sistema óptico 100. Por ejemplo, tales distorsiones y/o aberraciones pueden estar relacionadas con las formas de base grande 105B (que puede ser plana en ciertas realizaciones), el corrector de distorsión transparente 110 y posiblemente la superficie del lado no plano 105E. En ciertas realizaciones, se pueden aplicar dos correctores de distorsión transparentes, uno en una base grande 105B y uno en una base pequeña 105D. Los correctores de distorsión transparentes pueden configurarse para corregir distorsiones y/o aberraciones en el sistema óptico 100.
En la descripción anterior, una realización es un ejemplo o implementación de la invención. Las diversas apariencias de "realización", "una realización", "ciertas realizaciones" o "algunas realizaciones" no necesariamente se refieren todas a las mismas realizaciones. Aunque pueden describirse diversas características de la invención en el contexto de una sola realización, las características también pueden proporcionarse por separado o en cualquier combinación adecuada. A la inversa, aunque la invención puede describirse en la presente memoria descriptiva en el contexto de realizaciones separadas para mayor claridad, la invención también puede implementarse en una única realización. Ciertas realizaciones de la invención pueden incluir características de diferentes realizaciones descritas anteriormente, y ciertas realizaciones pueden incorporar elementos de otras realizaciones descritas anteriormente. La divulgación de elementos de la invención en el contexto de una realización específica no debe considerarse como una limitación de su uso en la realización específica únicamente. Además, debe entenderse que la invención puede llevarse a cabo o practicarse de varias maneras y que la invención puede implementarse en ciertas realizaciones distintas de las descritas en la descripción anterior.
La invención no se limita a esos diagramas ni a las descripciones correspondientes. Por ejemplo, no es necesario que el flujo se mueva a través de cada cuadro o estado ilustrado, o exactamente en el mismo orden en que se ilustra y describe. Los significados de los términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria descriptiva deben ser entendidos comúnmente por un experto normal en la técnica a la que pertenece la invención, a menos que se defina de otro modo. Si bien la invención se ha descrito con respecto a un número limitado de realizaciones, estas no deben interpretarse como limitaciones del alcance de la invención, sino como ejemplos de algunas de las realizaciones preferidas. Otras posibles variaciones, modificaciones y aplicaciones también están dentro del alcance de la invención. En consecuencia, el alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (100) para combinar ópticamente imágenes de visualización con vistas del mundo real, que comprende:
una fuente de imágenes (95) configurada para emitir luz;
un combinador óptico (105) que comprende un divisor de haz (104) y un elemento semirreflector curvo (108), estando orientado el divisor de haz para reflejar la luz que llega desde la fuente de imágenes separada del plano de la pupila (90) de un observador y hacia el elemento semirreflector curvo, manteniéndose juntos el divisor de haz y el elemento semirreflector curvo para formar un tronco de cono que tiene una base plana pequeña (105D) paralela al plano de la pupila del visor, una base grande curvada (105B), y una superficie cónica (105C) interrumpida por una superficie plana (105E) paralela a la fuente de imágenes; y
un corrector de distorsión (110) que tiene una superficie curva acoplada a la base grande curvada del combinador óptico y que además tiene una superficie plana orientada hacia una vista del mundo real.
2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un obturador (120) posicionado entre el corrector de distorsión y la vista del mundo real, pudiendo operar el citado obturador para atenuar o bloquear la vista del mundo real al accionarlo.
3. El sistema de la reivindicación 2, en el que el obturador es un obturador LCD, un obturador de polímero, un obturador optocromático y un obturador mecánico.
4. El sistema de la reivindicación 2, en el que el obturador es operable para proporcionar múltiples niveles de atenuación.
5. El sistema de la reivindicación 2, en el que el obturador es operable para ser accionado por al menos uno de:
automáticamente por el sistema, manualmente por un observador, por un rastreador de la cabeza o los ojos del observador,
y por un sensor de iluminación que detecta la iluminación de una escena.
6. El sistema de la reivindicación 2, que comprende además un filtro de visualización polarizador (125) ubicado entre la fuente de imágenes y la superficie plana paralela a la fuente de imágenes, en el que el obturador es un obturador polarizador y en el que la base grande curvada tiene un recubrimiento polarizado correspondiente, en el que el divisor de haz es un divisor de haz polarizador, y en el que la polarización del filtro polarizador de visualización y el obturador polarizador son perpendiculares entre sí.
7. El sistema de la reivindicación 6, en el que el combinador óptico puede funcionar para generar una diferencia de fase predefinida entre la luz de la fuente de imágenes y la vista del mundo real.
8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que la distancia entre la fuente de imágenes y la superficie plana paralela a la fuente de imágenes es ajustable, y en el que el sistema comprende además una lente de dioptría variable (130) colocada entre la base pequeña plana paralela al plano de la pupila del observador y al plano de la pupila del observador.
9. El sistema de la reivindicación 8, en el que la distancia entre la fuente de imágenes y la superficie plana paralela a la fuente de imágenes es ajustable independientemente de, o en correspondencia con, la lente de dioptría variable, afectándose mecánicamente el ajuste.
10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -9, que comprende además la óptica de fuente de imágenes (97), en el que la óptica de fuente de imágenes está situada entre la fuente de imágenes y la superficie plana paralela a la fuente de imágenes.
11. El sistema de la reivindicación 10, en el que la óptica de la fuente de imágenes se combina o se une a la superficie plana paralela a la fuente de imágenes.
ES18877916T 2017-11-20 2018-11-20 Un combinador óptico cónico Active ES2913278T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IL255795A IL255795B (en) 2017-11-20 2017-11-20 Conical optical combiner
PCT/IL2018/051250 WO2019097522A1 (en) 2017-11-20 2018-11-20 A conical optical combiner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2913278T3 true ES2913278T3 (es) 2022-06-01

Family

ID=66539413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18877916T Active ES2913278T3 (es) 2017-11-20 2018-11-20 Un combinador óptico cónico

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10895750B2 (es)
EP (1) EP3714315B1 (es)
ES (1) ES2913278T3 (es)
IL (1) IL255795B (es)
WO (1) WO2019097522A1 (es)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111258073B (zh) * 2020-03-30 2021-07-20 武汉理工大学 反射显示屏眼镜
US11726326B1 (en) * 2020-06-11 2023-08-15 Meta Platforms Technologies, Llc Wedge light guide
US11852817B2 (en) * 2020-07-14 2023-12-26 Mercury Mission Systems, Llc Curved waveguide for slim head up displays
FR3119672B1 (fr) * 2021-02-10 2023-11-03 Bertin Technologies Sa Système et procédé d’observation

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5991085A (en) * 1995-04-21 1999-11-23 I-O Display Systems Llc Head-mounted personal visual display apparatus with image generator and holder
US5838490A (en) 1996-11-04 1998-11-17 Honeywell Inc. Head mounted display system using mangin mirror combiner
US5943171A (en) * 1998-06-03 1999-08-24 International Business Machines Corporation Head mounted displays utilizing reflection light valves
US7362507B2 (en) * 2005-07-29 2008-04-22 3M Innovative Properties Company Polarizing beam splitter
US20100195056A1 (en) 2009-02-05 2010-08-05 Jinn-Chou Yoo Hybrid polarization beam splitter architecture and optical projection system thereof
US8488246B2 (en) 2010-02-28 2013-07-16 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses including a curved polarizing film in the image source, a partially reflective, partially transmitting optical element and an optically flat film
US9091851B2 (en) * 2010-02-28 2015-07-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Light control in head mounted displays
DE102012105170B3 (de) * 2012-06-14 2013-09-26 Martin Göbel Vorrichtung zur Erzeugung eines virtuellen Lichtabbilds
US10203762B2 (en) 2014-03-11 2019-02-12 Magic Leap, Inc. Methods and systems for creating virtual and augmented reality
US20160338180A1 (en) 2014-11-18 2016-11-17 Meta Company A video and lighting control synchronizing system and method
WO2017003719A2 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 3M Innovative Properties Company Illuminator
KR20180104056A (ko) * 2016-01-22 2018-09-19 코닝 인코포레이티드 와이드 필드 개인 디스플레이

Also Published As

Publication number Publication date
IL255795B (en) 2019-05-30
WO2019097522A1 (en) 2019-05-23
EP3714315A1 (en) 2020-09-30
US10895750B2 (en) 2021-01-19
US20200319462A1 (en) 2020-10-08
EP3714315A4 (en) 2021-01-06
EP3714315B1 (en) 2022-04-06
IL255795A (en) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2913278T3 (es) Un combinador óptico cónico
US11327311B2 (en) Field curvature corrected display
KR101556839B1 (ko) 다중 반사기를 구비하는 눈 인접 디스플레이를 위한 접안렌즈
US9274338B2 (en) Increasing field of view of reflective waveguide
US9087471B2 (en) Adaptive brightness control of head mounted display
US8724206B2 (en) Photo-chromic coating for optics
US8767305B2 (en) Method and apparatus for a near-to-eye display
US8736963B2 (en) Two-dimensional exit-pupil expansion
US9983408B2 (en) Display device
JP6171425B2 (ja) 虚像表示装置
US10609364B2 (en) Pupil swim corrected lens for head mounted display
CN103592763A (zh) 虚像显示装置
US10282912B1 (en) Systems and methods to provide an interactive space over an expanded field-of-view with focal distance tuning
JP2011059444A (ja) 眼鏡型画像表示装置
US11675206B1 (en) Display with a resolution enhanced region
JP2008061052A (ja) 眼鏡型ディスプレイ装置
US10739586B1 (en) Reflective polarizer for augmented reality and virtual reality display
US10955675B1 (en) Variable resolution display device with switchable window and see-through pancake lens assembly
JP2019106723A (ja) 表示装置、およびコンテキストディスプレイとプロジェクタを用いた表示方法
WO2021197060A1 (zh) 头戴显示设备
JP2020034721A (ja) 虚像表示装置
JP2016071374A (ja) 映像表示装置
US10539796B1 (en) Systems and methods to provide privacy protection and brightness enhancement in an interactive environment
CN116360099A (zh) 增强现实显示设备