RU2772076C2 - Light guide optical element with multi-axis expansion of internal aperture - Google Patents

Light guide optical element with multi-axis expansion of internal aperture Download PDF

Info

Publication number
RU2772076C2
RU2772076C2 RU2020100274A RU2020100274A RU2772076C2 RU 2772076 C2 RU2772076 C2 RU 2772076C2 RU 2020100274 A RU2020100274 A RU 2020100274A RU 2020100274 A RU2020100274 A RU 2020100274A RU 2772076 C2 RU2772076 C2 RU 2772076C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
faces
light guide
sets
pair
light
Prior art date
Application number
RU2020100274A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020100274A3 (en
RU2020100274A (en
Inventor
Йохай ДАНЦИГЕР
Элад Аксель ШАРЛИН
Original Assignee
Лумус Лтд.
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
Priority claimed from US15/978,139 external-priority patent/US10551544B2/en
Application filed by Лумус Лтд. filed Critical Лумус Лтд.
Publication of RU2020100274A3 publication Critical patent/RU2020100274A3/ru
Publication of RU2020100274A publication Critical patent/RU2020100274A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2772076C2 publication Critical patent/RU2772076C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical devices.
SUBSTANCE: optical device contains a light guide having a first pair of outer surfaces parallel to one another, and at least two sets of faces, each of which includes a plurality of partially reflecting faces parallel to one another, and is located between the first pair of outer surfaces. In each of the sets of faces, the corresponding faces are located at an oblique angle with respect to the first pair of outer surfaces and non-parallel with respect to the other of the said sets of faces. In this case, if there is a first set of lines of intersection between the planes of the first set of faces with the plane of the outer surface of the light guide and if there is a second set of lines of intersection between the planes of the second set of faces with the same plane of the outer surface of the light guide, the first and second sets of lines are non-parallel.
EFFECT: expanding the internal aperture in at least two dimensions.
29 cl, 51 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение в целом имеет отношение к расширению оптической апертуры.The present invention generally relates to optical aperture expansion.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

В наголовном дисплее дополненной реальности используется проектор, имеющий небольшую апертуру и световод, увеличивающий (расширяющий) эту небольшую апертуру для проецирования апертуры большего размера для освещения желаемой фокальной зоны. Если проецируемая апертура широкая, то расширение происходит в одном измерении. Если проецируемая апертура небольшая (например, в случае двумерного (2D) световода), то расширение световода происходит в двух измерениях.An AR head-mounted display uses a projector having a small aperture and a light guide that enlarges (expands) that small aperture to project a larger aperture to illuminate the desired focal area. If the projected aperture is wide, then the expansion occurs in one dimension. If the projected aperture is small (for example, in the case of a two-dimensional (2D) light guide), then the expansion of the light guide occurs in two dimensions.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предложен световодный оптический элемент с расширением внутренней апертуры по меньшей мере в двух измерениях. Таким образом, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предложено оптическое устройство, содержащее (а) световод, имеющий: (i) первую пару внешних поверхностей, параллельных одна другой, и (ii) по меньшей мере два набора граней, при этом каждый из наборов: (А) включает в себя множество частично отражающих граней, параллельных одна другой, и (В) расположен между упомянутой первой парой внешних поверхностей, и (b) при этом в каждом из упомянутых наборов граней соответственные грани расположены (i) под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и (ii) непараллельно относительно другого из упомянутых наборов граней.In some embodiments, the implementation of the present invention provides a light guide optical element with the expansion of the internal aperture of at least two dimensions. Thus, in accordance with one embodiment of the present invention, an optical device is provided, comprising (a) a light guide having: (i) a first pair of outer surfaces parallel to one another, and (ii) at least two sets of faces, each of the sets: (A) includes a plurality of partially reflecting faces parallel to one another, and (B) is located between said first pair of outer surfaces, and (b) wherein in each of said sets of faces, the respective faces are located (i) under the oblique an angle with respect to said first pair of outer surfaces, and (ii) non-parallel with respect to another of said sets of faces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый световод содержит полностью два из упомянутых наборов граней.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, said light guide comprises two of said facet sets in total.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения световод содержит полностью три из упомянутых наборов граней.In accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, the light guide contains all three of the said sets of faces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере первый набор из упомянутых наборов граней обеспечивает сплошное перекрывание при наблюдении в направлении обзора соответствующего участка размещения упомянутого первого набора граней, так что по меньшей мере часть света в упомянутом направлении обзора проходит через по меньшей мере одну грань из по меньшей мере двух наборов граней в упомянутом световоде.In accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, at least a first set of said sets of facets provides a continuous overlap when viewed in the direction of view of the corresponding location of the said first set of faces, so that at least part of the light in the mentioned direction of view passes through at least one face from at least two sets of faces in said light guide.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения каждый из упомянутых наборов граней заполняет участок перекрывания, при этом упомянутое заполнение представляет собой участок размещения каждого из упомянутых наборов граней, и при этом упомянутые участки перекрывания двух из упомянутых наборов граней по меньшей мере частично перекрываются.In accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, each of said sets of faces fills the area of overlap, while said filling is the location of each of the mentioned sets of faces, and at the same time, said areas of overlap of two of the mentioned sets of faces at least partially overlap.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения световод представляет собой односекционный световод, включающий в себя: (а) первый набор из упомянутых наборов граней, иIn accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, the light guide is a single-section light guide, including: (a) the first set of said sets of faces, and

(b) второй набор из упомянутых наборов граней, причем упомянутые первый и второй наборы перекрываются в одной плоскости по толщине упомянутого световода, при этом упомянутая толщина определяется между упомянутой первой парой внешних поверхностей.(b) a second set of said sets of facets, wherein said first and second sets overlap in the same plane along the thickness of said light guide, said thickness being defined between said first pair of outer surfaces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения (а) упомянутый световод имеет толщину, определяемую между упомянутой первой парой внешних поверхностей, (b) грани первого из упомянутых наборов граней простираются по упомянутой толщине так, что охватывают первый слой от первого значения толщины до второго значения толщины, иIn accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention (a) said light guide has a thickness defined between said first pair of outer surfaces, (b) faces of the first of said sets of faces extend through said thickness so as to enclose the first layer from the first value thickness to the second thickness value, and

(c) грани второго из упомянутых наборов граней простираются по упомянутой толщине так, что охватывают второй слой от третьего значения толщины до четвертого значения толщины.(c) the faces of the second of said sets of faces extend through said thickness so as to enclose the second layer from a third thickness value to a fourth thickness value.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый первый слой и упомянутый второй слой охватывают перекрывающиеся слои.According to another feature of one embodiment of the present invention, said first layer and said second layer encompass overlapping layers.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый первый слой и упомянутый второй слой охватывают одну и ту же толщину слоев.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, said first layer and said second layer cover the same thickness of the layers.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый первый слой и упомянутый второй слой не перекрываются.According to another feature of one embodiment of the present invention, said first layer and said second layer do not overlap.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения секция граней ограничена ограничивающей парой поверхностей, параллельных упомянутой первой паре внешних поверхностей, или совпадающих с ней, при этом упомянутая секция содержит по меньшей мере один из упомянутых наборов граней.In accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, the section of faces is limited by a bounding pair of surfaces parallel to or coinciding with said first pair of external surfaces, while said section contains at least one of the mentioned sets of faces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый световод является односекционным световодом, включающим в себя первую секцию из упомянутой секции граней, при этом упомянутая первая секция содержит два из упомянутых наборов граней.According to another feature of one embodiment of the present invention, said light guide is a single section light guide including a first section of said facet section, said first section comprising two of said facet sets.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый световод является двухсекционным световодом, включающим в себя: (а) первую секцию из упомянутой секции граней, содержащую первую ограничивающую пару поверхностей, и (b) вторую секцию из упомянутой секции граней, содержащую вторую ограничивающую пару поверхностей, при этом одна поверхность упомянутой первой ограничивающей пары поверхностей прилегает к одной поверхности упомянутой второй ограничивающей пары поверхностей, при этом упомянутые первая и вторая ограничивающие пары поверхностей являются параллельными.In accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, said light guide is a two-section light guide, including: (a) a first section of said facet section containing a first bounding pair of surfaces, and (b) a second section of said facet section containing a second bounding pair of surfaces, wherein one surface of said first bounding pair of surfaces is adjacent to one surface of said second bounding pair of surfaces, wherein said first and second bounding pairs of surfaces are parallel.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый световод является трехсекционным световодом, также включающим в себя третью секцию из упомянутой секции граней, содержащую третью ограничивающую пару поверхностей, при этом одна поверхность упомянутой третьей ограничивающей пары поверхностей прилегает к одной поверхности либо упомянутой первой ограничивающей пары поверхностей, либо упомянутой второй ограничивающей пары поверхностей, и при этом упомянутая третья ограничивающая пара ограничивающих поверхностей параллельна упомянутым первой и второй ограничивающим парам поверхностей.In accordance with another feature of one of the embodiments of the present invention, said light guide is a three-section light guide, also including a third section of said edge section, containing a third bounding pair of surfaces, wherein one surface of said third bounding pair of surfaces is adjacent to one surface or said a first bounding pair of surfaces, or said second bounding pair of surfaces, wherein said third bounding pair of bounding surfaces is parallel to said first and second bounding pairs of surfaces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый световод включает в себя (а) первую секцию из упомянутой секции граней, содержащую первую ограничивающую пару поверхностей, и (b) вторую секцию из упомянутой секции граней, содержащую вторую ограничивающую пару поверхностей, (с) при этом упомянутые первая и вторая ограничивающие пары поверхностей являются параллельными; и (d) по меньшей мере одну поверхность контакта, при этом каждая упомянутая поверхность контакта (i) находится по меньшей мере частично между двумя секциями, и (ii) параллельна упомянутой первой паре внешних поверхностей, (е) при этом упомянутой поверхностью контакта является по меньшей мере одна поверхность, выбранная из группы, которую составляют: (i) частично отражающая поверхность, (ii) частично отражающее оптическое покрытие, (iii) переходной участок от материала одной из секций к иному материалу другой из упомянутых секций, (iv) покрытие, изменяющее поляризацию, и (v) гибкий промежуточный слой.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, said light guide includes (a) a first section of said edge section, comprising a first boundary pair of surfaces, and (b) a second section of said edge section, comprising a second boundary pair of surfaces, (c) wherein said first and second boundary pairs of surfaces are parallel; and (d) at least one contact surface, wherein each said contact surface (i) is at least partially between the two sections, and (ii) is parallel to said first pair of outer surfaces, (e) wherein said contact surface is at least one surface selected from the group consisting of: (i) a partially reflective surface, (ii) a partially reflective optical coating, (iii) a transitional area from the material of one of the sections to another material of the other of the said sections, (iv) a coating, polarization-changing; and (v) a flexible interlayer.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения второй из упомянутых наборов граней выполнен так, чтобы осуществлять выведение света из упомянутого световода, при этом упомянутый второй набор граней, имеющий фиксированное количество граней, перекрывается по оптической оси в направлении заданной точки наблюдения выведения света из упомянутого световода через одну из упомянутой первой пары внешних поверхностей.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, the second of said sets of facets is configured to output light from said light guide, wherein said second set of faces, having a fixed number of faces, overlaps along the optical axis in the direction of a predetermined viewpoint of the output. light from said light guide through one of said first pair of outer surfaces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложено (а) устройство ввода, выполненное так, чтобы направлять свет в упомянутый световод так, чтобы упомянутый свет распространялся посредством внутреннего отражения от упомянутой первой пары внешних поверхностей через упомянутый световод в направлении распространения первой составляющей в плоскости, и (b) при этом в каждом из упомянутых наборов граней соответствующие грани ориентированы для преломления части упомянутого света, направляемого посредством внутреннего отражения упомянутого световода для распространения по упомянутому световоду в направлении распространения второй составляющей в плоскости, непараллельной упомянутой первой составляющей в плоскости.According to another feature of one embodiment of the present invention, there is also provided (a) an input device configured to direct light into said light guide so that said light propagates by internal reflection from said first pair of outer surfaces through said light guide in the direction of propagation of the first component in the plane, and (b) wherein in each of said sets of faces, the corresponding faces are oriented to refract a part of said light directed by internal reflection of said light guide to propagate along said light guide in the direction of propagation of the second component in a plane not parallel to said first component in planes.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутое устройство ввода представляет собой второй световод, включающий в себя: (а) вторую пару внешних поверхностей, параллельных одна другой, и (b) набор граней.According to another feature of one embodiment of the present invention, said input device is a second light guide including: (a) a second pair of outer surfaces parallel to one another, and (b) a set of facets.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения в по меньшей мере одном из упомянутых наборов граней расстояние между каждой из упомянутых частично отражающих граней выполнено таким, чтобы в поле обзора изображения, отражаемого упомянутым одним из упомянутых наборов граней, шаг, с которым происходит распространение двойного отражения по упомянутому световоду, не совпадал с целым значением упомянутого расстояния.In accordance with another distinctive feature of one of the embodiments of the present invention, in at least one of the mentioned sets of faces, the distance between each of the mentioned partially reflecting faces is made such that in the field of view of the image reflected by the mentioned one of the mentioned sets of faces, the step with which double reflection propagates along said fiber, did not coincide with the integer value of said distance.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения первый угол упомянутых частично отражающих граней в первом наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней, отличается от второго угла упомянутых частично отражающих граней во втором наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней, при этом упомянутые углы заданы относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, the first angle of said partially reflective faces in the first set of said at least two sets of faces is different from the second angle of said partially reflective faces in the second set of said at least two sets of faces, wherein said angles are given relative to said first pair of outer surfaces.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения первый угол упомянутых частично отражающих граней в первом наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней по существу такой же, как и второй угол упомянутых частично отражающих граней во втором наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней, при этом упомянутые углы заданы относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и упомянутый первый набор повернут относительно упомянутого второго набора.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, the first angle of said partially reflective faces in the first set of said at least two sets of faces is substantially the same as the second angle of said partially reflective faces in the second set of said at least two sets of faces, wherein said angles are given relative to said first pair of outer surfaces, and said first set is rotated relative to said second set.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен (а) источник света, обеспечивающий введение освещения в упомянутый световод, и (b) модулятор изображения, отражающий распространяемый свет, генерируемый упомянутым световодом из упомянутого введенного освещения, при этом отражение создает отраженный свет изображения, который пересекает упомянутый световод.In accordance with another aspect of one embodiment of the present invention, there is also provided (a) a light source for introducing illumination into said light guide, and (b) an image modulator reflecting the propagated light generated by said light guide from said introduced illumination, wherein the reflection produces reflected image light that crosses said light guide.

В соответствии с идеями одного из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ производства оптического устройства, при этом упомянутое оптическое устройство содержит световод, имеющий: (i) по меньшей мере два набора граней между первой парой внешних поверхностей, (ii) упомянутые внешние поверхности параллельны одна другой, (iii) каждый из упомянутых наборов граней содержит множество частично отражающих граней, параллельных один другому, и при этом в каждом из упомянутых наборов граней упомянутые соответствующие грани располагаются: под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и непараллельно относительно другого из упомянутых наборов граней, при этом способ включает: (а) обеспечение наличия первого массива частично отражающих граней, (b) обеспечение наличия второго массива частично отражающих граней, и (с) оптическое соединение упомянутого первого массива и упомянутого второго массива так, чтобы грани упомянутого первого массива и грани упомянутого второго массива были под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и были непараллельны одна другой.In accordance with the ideas of one of the embodiments of the present invention, a method for manufacturing an optical device is provided, wherein said optical device comprises a light guide having: (i) at least two sets of faces between a first pair of outer surfaces, (ii) said outer surfaces are parallel to one another , (iii) each of said sets of faces contains a plurality of partially reflecting faces parallel to one another, and in each of said sets of faces, said corresponding faces are located: at an oblique angle with respect to said first pair of outer surfaces, and not parallel with respect to the other of said sets faces, wherein the method includes: (a) providing a first array of partially reflective faces, (b) providing a second array of partially reflective faces, and (c) optically connecting said first array and said second array so that the faces of said first array and facets said second array were at an oblique angle with respect to said first pair of outer surfaces, and were not parallel to one another.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутое оптическое соединение выполняется прижатием одного к другому упомянутых первого и второго массивов с мастикоподобным клеем между упомянутыми первым и вторым массивами.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, said optical connection is made by pressing one against the other said first and second arrays with a mastic-like adhesive between said first and second arrays.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения первый угол упомянутых частично отражающих граней в упомянутом первом массиве отличается от второго угла упомянутых частично отражающих граней в упомянутом втором массиве, при этом упомянутые углы заданы относительно соответствующих внешних поверхностей упомянутых массивов.In accordance with another feature of one embodiment of the present invention, the first angle of said partially reflective faces in said first array is different from the second angle of said partially reflective faces in said second array, wherein said angles are given relative to the respective outer surfaces of said arrays.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения первый угол упомянутых частично отражающих граней в упомянутом первом массиве по существу такой же, как и второй угол упомянутых частично отражающих граней в упомянутом втором массиве, при этом упомянутые углы заданы относительно соответствующих внешних поверхностей упомянутых массивов, и упомянутый первый массив повернут относительно упомянутого второго массива перед оптическим соединением упомянутых массивов.According to another feature of one of the embodiments of the present invention, the first angle of said partially reflective faces in said first array is substantially the same as the second angle of said partially reflective faces in said second array, wherein said angles are given relative to the respective outer surfaces of said arrays, and said first array is rotated with respect to said second array before the optical connection of said arrays.

Также в соответствии с идеями одного из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ производства оптического устройства, которое содержит световод, имеющий: (i) по меньшей мере два набора граней между первой парой внешних поверхностей, (ii) упомянутые внешние поверхности параллельны одна другой, (iii) каждый из упомянутых наборов граней содержит множество частично отражающих граней, параллельных одна другой, и при этом в каждом из упомянутых наборов граней упомянутые соответствующие грани располагаются под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и непараллельно относительно другого из упомянутых наборов граней, при этом упомянутый метод включает: (а) обеспечение наличия множества прозрачных плоских окон, имеющих частично отражающие поверхности; (b) оптическое соединение упомянутых окон между собой так, чтобы образовывать первый пакет, (с) разрезание упомянутого первого пакета для образования множества первых плоских массивов, при этом упомянутое разрезание выполняют через множество упомянутых окон и под косым углом относительно по меньшей мере двух пар противолежащих сторон упомянутого первого пакета, (d) оптическое соединение между собой множества упомянутых первых плоских массивов так, чтобы образовывался пакет массивов, и (е) разрезание упомянутого пакета массивов для образования по меньшей мере одного упомянутого световода, при этом упомянутое разрезание выполняют через множество упомянутых первых плоских массивов и под косым углом относительно по меньшей мере двух пар противолежащих сторон упомянутого пакета массивов.Also in accordance with the teachings of one of the embodiments of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical device that comprises a light guide having: (i) at least two sets of edges between a first pair of outer surfaces, (ii) said outer surfaces are parallel to one another, (iii) ) each of said sets of faces contains a plurality of partially reflecting faces parallel to one another, and in each of said sets of faces, said corresponding faces are located at an oblique angle relative to said first pair of outer surfaces, and not parallel to the other of said sets of faces, while said method includes: (a) providing a plurality of transparent flat windows having partially reflective surfaces; (b) optically connecting said windows to each other so as to form a first package, (c) cutting said first package to form a plurality of first flat arrays, wherein said cutting is performed through a plurality of said windows and at an oblique angle relative to at least two pairs of opposite sides of said first stack, (d) optically interconnecting a plurality of said first flat arrays so as to form a stack of arrays, and (e) cutting said stack of arrays to form at least one said fiber, wherein said cutting is performed through a plurality of said first flat arrays and at an oblique angle with respect to at least two pairs of opposite sides of said stack of arrays.

В соответствии с другой отличительной особенностью одного из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутые первые плоские массивы полируют и наносят покрытие перед оптическим соединением для образования упомянутого пакета массивов.According to another feature of one embodiment of the present invention, said first planar arrays are polished and coated before the optical connection to form said array stack.

Также в соответствии с идеями одного из вариантов осуществления настоящего изобретения предоставлен способ расширения оптической апертуры в двух измерениях путем получения изображения введением света в вышеуказанное оптическое устройство.Also in accordance with the ideas of one of the embodiments of the present invention, there is provided a method for expanding an optical aperture in two dimensions by obtaining an image by introducing light into the above optical device.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже исключительно в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:Embodiments of the present invention are described below, by way of example only, with reference to the accompanying figures, in which:

Фиг. 1 - приведенное в качестве примера схематическое изображение, иллюстрирующее эффект расширения пучка в световоде, имеющем два перекрывающихся набора частично отражающих внутренних граней;Fig. 1 is an exemplary schematic diagram illustrating the effect of beam broadening in a light guide having two overlapping sets of partially reflective inner facets;

Фиг. 2 - схематическое изображение приведенного в качестве примера варианта исполнения световода;Fig. 2 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a light guide;

Фиг. 3 - вид сбоку схемы распространения света в световоде;Fig. 3 is a side view of a scheme for the propagation of light in a light guide;

Фиг. 4 - график зависимости отражательной способности от угла для различных покрытий, имеющих различный диапазон изменения отражательной способности;Fig. 4 is a plot of reflectivity versus angle for various coatings having different reflectivity ranges;

Фиг. 5 - геометрические оптические свойства световода в зависимости от углового расположения;Fig. 5 - geometric optical properties of the light guide depending on the angular position;

Фиг. 6 - угловое расположение граней световода;Fig. 6 - angular arrangement of the faces of the light guide;

Фиг. 7 - геометрические оптические свойства второго набора граней;Fig. 7 - geometric optical properties of the second set of faces;

Фиг. 8 - схема углового расположения граней и границ покрытий в альтернативном варианте исполнения;Fig. 8 is a diagram of the angular arrangement of faces and boundaries of coatings in an alternative embodiment;

Фиг. 9 - еще один вариант исполнения световода, в котором части первой секции и второй секции перекрываются по толщине световода с образованием односекционного световода, имеющего пересекающиеся грани;Fig. 9 shows another embodiment of the light guide, in which parts of the first section and the second section overlap along the thickness of the light guide to form a single-section light guide having intersecting edges;

Фиг. 10 - способ производства двухсекционного световода;Fig. 10 - a method for the production of a two-section light guide;

Фиг. 11 - приведенный в качестве примера способ производства односекционного световода;Fig. 11 is an exemplary method for manufacturing a single-section light guide;

Фиг. 12А - освещение с боковых сторон;Fig. 12A - lighting from the sides;

Фиг. 12В - освещение сверху, этот вариант исполнения уменьшает затемнение бокового периферийного обзора;Fig. 12V - lighting from above, this version reduces the darkening of the side peripheral view;

Фиг. 12С - освещение из центра (между двумя световодами), где аппаратные части проекторов (правого и левого) могут быть объединены для уменьшения габаритов и веса;Fig. 12C - lighting from the center (between two light guides), where the hardware parts of the projectors (right and left) can be combined to reduce size and weight;

Фиг. 12D - освещение сверху, что обеспечивает почти полный периферийный незатемненный обзор;Fig. 12D - lighting from above, which provides an almost complete peripheral unobscured view;

Фиг. 12Е - освещение под углом ниже расположения глаза;Fig. 12E - illumination at an angle below the location of the eye;

Фиг. 13 - вариант показанных выше конструкций;Fig. 13 is a variant of the structures shown above;

Фиг. 14А и Фиг. 14В - схематические изображения расположения световода с использованием конструкции, показанной на Фиг. 13;Fig. 14A and FIG. 14B are schematic representations of a light guide arrangement using the construction shown in FIG. thirteen;

Фиг. 15 - схематическое изображение распространения света в световоде;Fig. 15 is a schematic representation of the propagation of light in a light guide;

Фиг. 16А - график отражательной способности (отражающий профиль) покрытия грани, выполненного так, чтобы отражать лучи света, падающие под большим углом;Fig. 16A is a plot of the reflectivity (reflective profile) of a facet coating designed to reflect light rays incident at a high angle;

Фиг. 16В - угловое расположение конструкции в приведенном в качестве примера решении;Fig. 16B shows the angular arrangement of the structure in the exemplary solution;

Фиг. 17 - схематическое изображение распространения света перевернутого изображения;Fig. 17 is a schematic representation of the light propagation of an inverted image;

Фиг. 18А - схематическое изображение направлений отражений при распространении лучей света в световоде 173;Fig. 18A is a schematic representation of the directions of reflections during the propagation of light rays in the light guide 173;

Фиг. 18В - схематическое изображение вида спереди комбинированного световода 173, в котором объединены три секции граней;Fig. 18B is a schematic front view of a combined light guide 173 in which three facet sections are combined;

Фиг. 18С - схематическое изображение направлений отражений при распространении лучей света в световоде 173 в еще одном варианте исполнения трех секций граней;Fig. 18C is a schematic representation of the directions of reflections during the propagation of light rays in the light guide 173 in another embodiment of the three facet sections;

Фиг. 19А - круговая диаграмма альтернативного направления ввода света в световод;Fig. 19A is a pie chart of an alternative direction for introducing light into the light guide;

Фиг. 19В - схематическое изображение световода, в котором используется круговая диаграмма, показанная на Фиг. 19А;Fig. 19B is a schematic view of a light guide using the circle pattern shown in FIG. 19A;

Фиг. 19С - схема распространения лучей в упомянутом световоде;Fig. 19C is a diagram of the propagation of rays in the said light guide;

Фиг. 20 - круговая диаграмма альтернативного варианта исполнения с гранями с другой стороны изображения;Fig. 20 is a circle diagram of an alternative embodiment with facets on the other side of the image;

Фиг. 21 - гибридная система, в которой отражающие грани объединены с дифракционными решетками;Fig. 21 shows a hybrid system in which reflective facets are combined with diffraction gratings;

Фиг. 22А - секции, разделенные покрытием с частичным отражением;Fig. 22A - sections separated by a coating with partial reflection;

Фиг. 22В - альтернативное компактное оптическое устройство;Fig. 22V - alternative compact optical device;

Фиг. 22С - альтернативный вариант исполнения с полупрозрачным отражателем;Fig. 22C - an alternative version with a translucent reflector;

Фиг. 23 - схематическое изображение распространения света в световоде с неоптимальным расширением;Fig. 23 is a schematic representation of the propagation of light in a light guide with a non-optimal expansion;

Фиг. 24А - приведенные в качестве примера две одинаковые пересекающиеся секции граней, имеющие соединительную призму, используемую для ввода входного пучка в световод;Fig. 24A are exemplary two identical intersecting facet sections having a connecting prism used to introduce the input beam into the light guide;

Фиг. 24В - вариант исполнения, в котором световод отполирован под углом и к отшлифованной плоскости сверху присоединена призма;Fig. 24B shows an embodiment in which the light guide is polished at an angle and a prism is attached to the polished plane from above;

Фиг. 24С - вариант исполнения с присоединением призмы к вертикальному торцу световода;Fig. 24C - version with prism attached to the vertical end of the light guide;

Фиг. 24D - объединение призмы с генератором изображения с использованием поляризационного разделителя луча;Fig. 24D illustrates the combination of a prism with an image generator using a polarizing beam splitter;

Фиг. 25 - предохранительный связующий элемент между секциями;Fig. 25 - safety connecting element between sections;

Фиг. 26А и Фиг. 26В - соответственно виды сбоку и спереди двухмерного (2D) световода, обеспечивающего ввод в двухсекционный световод;Fig. 26A and FIG. 26B are side and front views, respectively, of a two-dimensional (2D) light guide providing entry into a two-section light guide;

Фиг. 27А и Фиг. 27В - соответственно виды сбоку и спереди одномерного (1D) световода с вводом в двухсекционный световод;Fig. 27A and FIG. 27B are side and front views, respectively, of a one-dimensional (1D) light guide with an insertion into a two-section light guide;

Фиг. 28 - круговая диаграмма нежелательного изображения, перекрывающего виртуальное изображение;Fig. 28 is a pie chart of an unwanted image overlapping a virtual image;

Фиг. 29А - козырек, предотвращающий попадание в световод света, падающего под большим углом;Fig. 29A - a visor that prevents light falling at a large angle from entering the light guide;

На Фиг. 29В показано покрытие со свойствами, зависящими от угла, для предотвращения попадания в световод света, падающего под большим углом;On FIG. 29B shows a coating with angle dependent properties to prevent high angle light from entering the fiber;

Фиг. 30 - альтернативное расположение секций;Fig. 30 - alternative arrangement of sections;

Фиг. 31 - вид сбоку приведенного в качестве примера световодного оптического элемента (LOE), выполненого так, чтобы использовать в упомянутом варианте исполнения;Fig. 31 is a side view of an exemplary light guide optical element (LOE) configured for use in said embodiment;

Фиг. 32А - схематическое изображение вида сбоку приведенной в качестве примера системы освещения;Fig. 32A is a schematic side view of an exemplary lighting system;

на Фиг. 32В приведено схематическое изображение вида спереди приведенной в качестве примера системы освещения.in FIG. 32B is a schematic front view of an exemplary lighting system.

Подробное описание первого варианта осуществления настоящего изобретения, показанного на Фиг. 1-32ВA detailed description of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1-32V

Составные части и работа системы в соответствии с настоящим вариантом осуществления настоящего изобретения могут быть лучше поняты при обращении к фигурам и сопровождающему их описанию. Настоящее изобретение представляет собой систему для расширения оптической апертуры. В целом, проектор изображений, имеющий небольшую апертуру, проецирует входной пучок, который расширяется световодом, имеющим более чем один набор параллельных частично отражающих поверхностей, или "граней", предпочтительно имеющих оптимизированные покрытия. В альтернативных вариантах исполнения используется комбинация граней и дифракционных элементов. Это снижает потребность в расширении апертуры за пределы прозрачного световода, и уменьшает габариты и вес системы.The constituent parts and operation of the system in accordance with the present embodiment of the present invention can be better understood with reference to the figures and their accompanying description. The present invention is a system for expanding an optical aperture. In general, a small aperture image projector projects an input beam that is expanded by a light guide having more than one set of parallel partially reflective surfaces, or "facets", preferably having optimized coatings. Alternative versions use a combination of facets and diffractive elements. This reduces the need to expand the aperture beyond the transparent fiber, and reduces the size and weight of the system.

Оптическое устройство включает в себя световод, имеющий первую пару внешних поверхностей, параллельных одна другой, и по меньшей мере два набора граней. Каждый из наборов включает в себя множество частично отражающих граней, параллельных одна другой, расположенных между первой парой внешних поверхностей. В каждом из наборов граней соответствующие грани находятся под косым углом относительно первой пары внешних поверхностей и непараллельны относительно другого из наборов граней.The optical device includes a light guide having a first pair of outer surfaces parallel to one another and at least two sets of faces. Each of the sets includes a plurality of partially reflective faces, parallel to each other, located between the first pair of outer surfaces. In each of the face sets, the corresponding faces are at an oblique angle with respect to the first pair of outer surfaces and are non-parallel with respect to the other of the face sets.

На Фиг. 31 показан вид сбоку приведенного в качестве примера световодного оптического элемента (LOE) 903, выполненого так, чтобы использовать в упомянутом варианте исполнения. Первая отражающая поверхность 916 освещается входящим направленным световым лучом 4 (входным пучком), исходящим из источника света 2. В контексте настоящего описания источник света 2 также именуется как "проектор". Для наглядности на прилагаемых фигурах в целом изображен только один луч света, входящий луч света, входящий пучок 4, также именуемый как "пучок" или "входящий луч". В целом, везде, где изображение представлено в данном описании световым пучком, следует отметить, что пучок является дискретным пучком изображения, обычно образованного множеством расходящихся пучков, каждый из которых соответствует точке или пикселю изображения. За исключением конкретного обозначения края изображения, изображенные пучки обычно представляют собой среднюю точку изображения. Иначе говоря, свет соответствует изображению, и центральный луч представляет собой центральный луч из центра изображения или центрального пикселя изображения.On FIG. 31 is a side view of an exemplary light guide optical element (LOE) 903 configured for use in the above embodiment. The first reflective surface 916 is illuminated by an incoming directional light beam 4 (input beam) emanating from the light source 2. In the context of the present description, the light source 2 is also referred to as a "projector". For clarity, the accompanying figures generally show only one light beam, the incoming light beam, incoming beam 4, also referred to as "beam" or "incoming beam". In general, wherever an image is represented herein by a light beam, it should be noted that a beam is a discrete image beam, usually formed by a plurality of divergent beams, each corresponding to a dot or pixel in the image. With the exception of the specific designation of the edge of the image, the depicted beams usually represent the midpoint of the image. In other words, the light corresponds to the image, and the center ray is the center ray from the center of the image or the center pixel of the image.

Первая зона 954 является близкой ко входному пучку 4, где освещение изображения вводится в световод 920. Отражающая поверхность 916 по меньшей мере частично отражает падающий свет входного пучка 4 из источника 2 так, что свет захватывается внутри световода 920 внутренним отражением, как правило, полным внутренним отражением (TIR). Световод 920 обычно представляет собой прозрачную подложку, и при этом именуется как "плоская подложка", "светопропускающая подложка" и волновод. Световод 920 включает в себя по меньшей мере две (основные, внешние) поверхности, обычно параллельные одна другой, показанные на упомянутой фигуре в виде задней (основной) поверхности 926 и фронтальной (основной) поверхности 926А. Следует отметить, что обозначения "фронтальный" и "задний" по отношению к основным поверхностям (926, 926А) приведены для удобства пользования. Ввод в световод 920 может осуществляться через различные поверхности, такие как фронтальная, задняя, боковые грани или любая другая желаемая поверхность ввода.The first zone 954 is close to the input beam 4 where the image illumination is introduced into the light guide 920. The reflective surface 916 at least partially reflects the incident light of the input beam 4 from the source 2 such that the light is captured within the light guide 920 by internal reflection, typically total internal reflection. reflection (TIR). The light guide 920 is typically a transparent substrate, and is referred to as "flat substrate", "light-transmitting substrate", and waveguide. Light guide 920 includes at least two (main, outer) surfaces, typically parallel to one another, shown in the figure as back (main) surface 926 and front (main) surface 926A. It should be noted that the designations "front" and "rear" in relation to the main surfaces (926, 926A) are given for ease of reference. Input to the light guide 920 may be through various surfaces such as front, back, side edges, or any other desired input surface.

Входной пучок 4 входит в подложку световода на ближнем конце подложки (правая сторона фигуры). Свет распространяется через световод 920 и одну или несколько граней, обычно через по меньшей мере множество граней и обычно через несколько граней, по направлению к дальнему концу световода 920 (левая сторона фигуры). Световод 920 обычно направляет лучи распространяющегося света в подложку посредством внутреннего отражения от внешних поверхностей.The input beam 4 enters the fiber substrate at the near end of the substrate (right side of the figure). Light propagates through the light guide 920 and one or more edges, usually through at least a plurality of edges and usually through several edges, towards the distal end of the light guide 920 (left side of the figure). The light guide 920 typically guides rays of propagating light into the substrate via internal reflection from outer surfaces.

Факультативно после отражения от внутренних поверхностей подложки 920 захваченные волны достигают набора избирательно отражающих поверхностей (граней) 922, которые выводят свет из подложки в глаз 10 наблюдателя. На упомянутой приведенной в качестве примера фигуре захваченный луч последовательно выводится из подложки 920 двумя разными частично отражающими поверхностями 922 в точках 944.Optionally, upon reflection from the interior surfaces of the substrate 920, the trapped waves reach a set of selectively reflective surfaces (facets) 922 that project light from the substrate into the viewer's eye 10. In the above exemplary figure, the captured beam is sequentially output from the substrate 920 by two different partially reflective surfaces 922 at points 944.

Внутренние частично отражающие поверхности, такие как набор избирательно отражающих поверхностей 922, в целом именуются "гранями" в контексте настоящего описания. Для применения в приборах дополненной реальности грани являются частично отражающими, что позволяет свету из окружающего пространства проходить через фронтальную поверхность 926А, проходить через подложку, содержащую грани, и выходить из подложки через заднюю поверхность 926 в глаз 10 наблюдателя. Приведенный в качестве примера луч 942 показывает свет входного пучка 4, частично отраженный от отражающей поверхности 916, и приведенный в качестве примера луч 941 показывает свет входного пучка 4, частично прошедший сквозь отражающую поверхность 916.Internal partially reflective surfaces, such as a set of selectively reflective surfaces 922, are generally referred to as "edges" in the context of the present description. For augmented reality applications, the facets are partially reflective, allowing light from the environment to pass through the front surface 926A, pass through the facet-containing substrate, and exit the backing surface 926 into the viewer's eye 10. Exemplary beam 942 shows light from input beam 4 partially reflected from reflective surface 916, and exemplary beam 941 shows light from input beam 4 partially transmitted through reflective surface 916.

Внутренние частично отражающие поверхности 922 в целом по меньшей мере частично пересекают световод 920 под косым углом (т.е. непараллельно - ни параллельно, ни перпендикулярно) к направлению протяженности световода 920. Частичное отражение может быть осуществлено различными методами, включая, но без ограничения ими, пропускание части света или использование поляризации.Internal partially reflective surfaces 922 generally at least partially intersect light guide 920 at an oblique angle (i.e., non-parallel—neither parallel nor perpendicular) to the direction of extension of light guide 920. Partial reflection may be accomplished by a variety of techniques, including but not limited to , transmitting part of the light or using polarization.

Световод 920 факультативно имеет вторую пару внешних поверхностей (не показана на упомянутом виде сбоку), параллельных друг другу и непараллельных первой паре внешних поверхностей. В некоторых вариантах исполнения вторая пара внешних поверхностей является перпендикулярной первой паре внешних поверхностей. Обычно каждая из граней расположена под косым углом ко второй паре внешних поверхностей. В других случаях, когда отражения от внешних поверхностей световода нежелательны, упомянутые внешние поверхности, как правило, оставляют неотполированными и/или наносят на них светопоглощающее (например, черное) покрытие для минимизирования нежелательных отражений.The light guide 920 optionally has a second pair of outer surfaces (not shown in said side view) parallel to each other and non-parallel to the first pair of outer surfaces. In some embodiments, the second pair of outer surfaces is perpendicular to the first pair of outer surfaces. Usually, each of the faces is located at an oblique angle to the second pair of outer surfaces. In other cases where reflections from the outer surfaces of the fiber are not desired, said outer surfaces are generally left unpolished and/or coated with a light absorbing (eg black) coating to minimize unwanted reflections.

На Фиг. 1 показано приведенное в качестве примера схематическое изображение, иллюстрирующее эффект расширения пучка в световоде 3, содержащем два перекрывающихся разнонаправленных набора частично отражающих внутренних граней, в которых пучок распространяется двумя методами с помощью граней в пределах световода 3. Проектор 2 проецирует изображение в световод 3 в виде входящего пучка 4. Один набор граней (первый набор граней, показанный на приложенных фигурах) непрерывно отклоняет часть входного пучка (проецируемого изображения) 4 в первые направляемые пучки (проецируемое изображение) 6. В соответствии с некоторыми наиболее предпочтительными вариантами исполнения этот набор первых граней расположен под углом так, что как падающие лучи изображения входящего пучка 4, так и отраженные лучи изображения первых направляемых пучков 6, находятся в пределах диапазонов углов, которые захватываются внутренним отражением на основных поверхностях подложки (внешних поверхностях) световода 3 и, следовательно, направляются светопроводом (также называемым "подложкой" или "волноводом") световода 3. Более предпочтительным в отношении перекрывания с первым набором граней является другой, второй, набор граней, встроенный в этот же светопровод под углом, отличным от угла первого набора граней. Второй набор граней отклоняет часть первых направляемых пучков 6 (проецируемое изображение) во вторые направляемые пучки 8 (проецируемое изображение) 8. Вторые направляемые пучки 8 выводятся из световода 3 обычно в глаз 10 наблюдателя.On FIG. 1 is an exemplary schematic diagram illustrating the effect of beam expansion in a light guide 3 comprising two overlapping, differently directed sets of partially reflective inner facets, in which the beam propagates in two ways with the facets within the light guide 3. The projector 2 projects an image into the light guide 3 as of the incoming beam 4. One set of facets (the first set of faces shown in the attached figures) continuously deflects part of the input beam (projected image) 4 into the first guided beams (projected image) 6. In accordance with some most preferred embodiments, this set of first faces is located at an angle such that both the incident image beams of the incoming beam 4 and the reflected image beams of the first guided beams 6 are within the ranges of angles that are captured by the internal reflection on the major surfaces of the substrate (external surfaces) of the light guide 3 and hence are guided by the light guide (also called "substrate" or "waveguide") of the light guide 3. More preferably, in terms of overlapping with the first set of edges, is another second set of edges embedded in the same light guide at an angle different from the angle of the first set of edges. The second set of facets deflects part of the first guided beams 6 (projected image) into the second guided beams 8 (projected image) 8. The second guided beams 8 are output from the light guide 3 typically into the eye 10 of the observer.

На Фиг. 2 показано схематическое изображение приведенного в качестве примера варианта исполнения световода 3. В первой группе неограничивающих исполнений световод 3 содержит два слоя с разным расположением внутренних граней. Каждая из первой секции 14 и второй секции 12 может являться LOE 903, как описано выше. Поэтому первая и вторая секции именуются в контексте настоящего описания как первый и второй LOE, или первый и второй слои, или первая и вторая секции граней, соответственно. Каждая секция содержит соответствующий набор граней. Первая секция 14 содержит первый набор 32 граней, а вторая секция 12 содержит второй набор 36 граней. Первая и вторая секции (14, 12) развернуты в соответствии с перекрыванием по отношению к направлению обзора пользователя (глаз 10 пользователя). В этом примере второй слой 12 перекрывает первый слой 14 для получения матрицы перекрывающихся граней на выходе световода 16. Следует отметить, что ориентации, изображенные на прилагаемой фигуре, показаны просто и схематически для наглядности описания. Поскольку световод 16 имеет по меньшей мере два набора граней, которые по меньшей мере частично перекрываются в направлении обзора пользователем, световод 16 также именуется "перекрывающимся световодом".On FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the light guide 3. In the first group of non-limiting designs, the light guide 3 comprises two layers with different arrangements of inner faces. Each of the first section 14 and the second section 12 may be a LOE 903 as described above. Therefore, the first and second sections are referred to in the context of the present description as the first and second LOE, or the first and second layers, or the first and second facet sections, respectively. Each section contains a corresponding set of faces. The first section 14 contains the first set of 32 faces, and the second section 12 contains the second set of 36 faces. The first and second sections (14, 12) are deployed in accordance with the overlap with respect to the viewing direction of the user (user's eye 10). In this example, the second layer 12 overlaps the first layer 14 to form a matrix of overlapping faces at the output of the light guide 16. It should be noted that the orientations depicted in the accompanying figure are shown simply and schematically for ease of description. Because the light guide 16 has at least two sets of edges that at least partially overlap in the user's viewing direction, the light guide 16 is also referred to as an "overlapping light guide".

Каждый набор граней обеспечивает видимость определенного участка размещения секции, содержащей набор граней. По меньшей мере первый набор граней обеспечивает постоянную видимость, если смотреть в направлении обзора соответствующего участка размещения первого набора граней. Участок размещения набора граней включает участок (пространство) между гранями. Предпочтительная конфигурация граней может быть представлена экстраполяцией линий пересечения граней с поверхностью световода. При наличии первого набора линий пересечения между плоскостями первого набора граней с плоскостью внешней поверхности и при наличии второго набора линий пересечения между плоскостями второго набора граней с той же плоскостью (внешней поверхностью световода) первый и второй наборы линий являются непараллельными.Each set of faces provides visibility to a specific area of the placement of the section containing the set of faces. At least the first set of faces provides constant visibility when viewed in the viewing direction of the corresponding area of the first set of faces. The area for placing a set of faces includes the area (space) between the faces. The preferred facet configuration can be represented by extrapolating the lines of intersection of the facets with the fiber surface. If there is a first set of intersection lines between the planes of the first set of faces with the plane of the outer surface and if there is a second set of lines of intersection between the planes of the second set of faces with the same plane (the outer surface of the light guide), the first and second sets of lines are non-parallel.

Рассмотрение факторов для определения ориентаций граней в этих слоях описано ниже. Следует отметить, что на Фиг. 1 изначально показан световод 3 в общем виде, а на Фиг. 2 показан световод 16 с элементами внутренней структуры (первая и вторая секции). Световод 16 с двумя наборами (параллельных) граней может быть охарактеризован как имеющий "две оси", а световод с произвольным количеством наборов граней (более чем одна) можно охарактеризовать как световод с "несколькими осями". В этом контексте каждая "ось" является направлением расширения луча в световоде 3, направлением в световоде 3, в котором расположен массив граней.Consideration of factors to determine facet orientations in these layers is described below. It should be noted that in Fig. 1 initially shows the light guide 3 in a general view, and FIG. 2 shows a light guide 16 with internal structure elements (first and second sections). A light guide 16 with two sets of (parallel) facets can be characterized as having "two axes" and a light guide with an arbitrary number of sets of edges (more than one) can be characterized as a "multi-axis" light guide. In this context, each "axis" is the beam expansion direction in the light guide 3, the direction in the light guide 3 in which the array of facets is located.

На Фиг. 3 показан вид сбоку схемы распространения света в световоде 16. Первый слой 14 включает в себя первый набор граней 32 (также именуемых гранями первой секции или первыми гранями). Аналогично, второй слой 12 включает в себя второй набор граней 36 (также называемый гранями второй секции или вторыми гранями). Световод 16 имеет толщину 16Т между первой внешней гранью (поверхностью) 22 и второй внешней гранью (поверхностью) 24 (соответственно, аналогично между задней поверхностью 926 и фронтальной поверхностью 926А). Обычно первый слой 14 и второй слой 12 оптически соединены, поэтому свет проходит между этими слоями без отражения. Направление света, внутреннего в каждом слое, достигается внутренним отражением, обычно с помощью механизма полного внутреннего отражения (TIR), от внешних граней световода 16. На данной фигуре проектор 2 выполнен с помощью оптического устройства 20. Призма 16Р является частью устройства ввода в световод 16. Оптическое устройство 20 освещает световод 16 с помощью вводимого изображения (входной пучок 4), коллимированного до бесконечности (например, как описано в WO 2015/162611 заявителя "LUMUS Ltd."). При распространении света 5 внутри световода 3, распространяющийся свет 5 отражается внутренним отражением от первой внешней грани 22 и второй внешней грани 24 световода 16. Показанные на прилагаемой фигуре первая внешняя грань 22 и вторая внешняя грань 24 световода 16 соответственно подобны показанным на Фиг. 31 фронтальной поверхности 926А и задней поверхности 926 LOE 903.On FIG. 3 shows a side view of the light guide pattern 16. First layer 14 includes a first set of edges 32 (also referred to as first section edges or first edges). Likewise, second layer 12 includes a second set of facets 36 (also referred to as second section faces or second faces). The light guide 16 has a thickness of 16T between the first outer face (surface) 22 and the second outer face (surface) 24 (respectively, similarly between the rear surface 926 and the front surface 926A). Typically, the first layer 14 and the second layer 12 are optically coupled so that light passes between these layers without being reflected. The direction of the light internal in each layer is achieved by internal reflection, usually by means of a total internal reflection (TIR) mechanism, from the outer edges of the light guide 16. In this figure, the projector 2 is made using an optical device 20. The prism 16P is part of the light guide input device 16 Optical device 20 illuminates light guide 16 with an input image (input beam 4) collimated to infinity (eg as described in WO 2015/162611 by LUMUS Ltd.). When light 5 propagates inside the light guide 3, the propagating light 5 is internally reflected from the first outer face 22 and the second outer face 24 of the light guide 16. The first outer face 22 and the second outer face 24 of the light guide 16 shown in the accompanying figure are respectively similar to those shown in FIG. 31 front face 926A and back face 926 LOE 903.

Первая секция 14 световода 16 включает в себя внутренние грани, отражающие распространяющийся свет 5 в поперечном направлении (изменение направления, не показанное на виде сбоку на прилагаемой фигуре) в качестве первых направляемых пучков 6. Вторая секция 12 включает в себя грани, отражающие распространяющийся свет 4А в качестве вторых направляемых пучков 8 в направлении глаза 10 наблюдателя. Грани в каждой секции предпочтительно перекрываются (в смысле, определенном в патентной заявке PCT/IL2018/050025 заявителя "LUMUS Ltd.", которая в полном объеме включена в это описание), а свет в направлении глаза 10 наблюдателя проходит через более чем одну грань в каждой последовательности граней для повышения равномерности освещенности изображения.The first section 14 of the light guide 16 includes the inner edges reflecting the propagating light 5 in the transverse direction (change of direction not shown in the side view in the attached figure) as the first guided beams 6. The second section 12 includes the edges reflecting the propagating light 4A as the second directed beams 8 in the direction of the eye 10 of the observer. The edges in each section preferably overlap (as defined in LUMUS Ltd.'s patent application PCT/IL2018/050025, which is incorporated herein in its entirety) and light in the direction of the viewer's eye 10 passes through more than one edge in each sequence of faces to improve the uniformity of the illumination of the image.

Свет направляется в световод 16 обычно с помощью устройства ввода, например, оптического устройства 20 и призмы 16Р. Устройство ввода и/или проектор изображений выполнены так, чтобы направлять свет в световод 16 так, чтобы распространяющийся свет 5 распространялся посредством внутреннего отражения от внешних поверхностей (22, 24) по световоду 16 в направлении распространения с первой составляющей в плоскости. (Составляющая вне плоскости меняет направление при каждом внутреннем отражении от основных внешних поверхностей световода). По меньшей мере первый набор граней 32 направлен для отклонения части света, направляемой внутренним отражением световода 16 для распространения по световоду 16 с направлением распространения со второй составляющей в плоскости, непараллельной первой составляющей в плоскости. Такое перенаправление света изображения путем частичного отражения в последовательности граней приводит к увеличению апертуры в первом измерении в пределах световода. Устройство вывода обычно рассчитано на вывод по меньшей мере части света, распространяющегося со второй составляющей в плоскости. Устройство вывода обычно является вторым (или третьим) набором частично отражающих граней 36, приводящим к дополнительному увеличению апертуры во втором направлении в плоскости.The light is directed into the light guide 16, typically by means of an input device such as an optical device 20 and a prism 16P. The input device and/or the image projector is designed to direct light into the light guide 16 so that the propagating light 5 propagates by internal reflection from the outer surfaces (22, 24) along the light guide 16 in the direction of propagation with the first component in the plane. (The out-of-plane component changes direction with each internal reflection from the main outer surfaces of the fiber). At least the first set of facets 32 is directed to deflect a portion of the light guided by the internal reflection of the light guide 16 to propagate through the light guide 16 with a propagation direction with a second in-plane component not parallel to the first in-plane component. This redirection of the image light by partial reflection in the facet sequence results in an increase in the aperture in the first dimension within the light guide. The output device is typically designed to output at least a portion of the light propagating with the second component in the plane. The output device is typically a second (or third) set of partially reflective facets 36 resulting in an additional increase in the aperture in the second in-plane direction.

Вторая секция 12 (с гранями вывода) предпочтительно находится ближе к глазу 10 наблюдателя, поэтому не будет препятствовать выходящему свету (второму направляемому пучку 8), хотя обращенный вариант исполнения также включен в объем настоящего изобретения, и может быть предпочтительным в некоторых применениях настоящего изобретения.The second section 12 (with exit edges) is preferably closer to the observer's eye 10, so will not obstruct the outgoing light (the second directional beam 8), although the reversed embodiment is also included in the scope of the present invention, and may be preferred in some applications of the present invention.

В данном описании рассмотрен вариант исполнения световода 16, в котором используется стекло, имеющее коэффициент преломления 1,5955, и которым выводится (передается) прямоугольное изображение с углом раскрытия 40 градусов.In this description, an embodiment of the light guide 16 is considered, which uses glass having a refractive index of 1.5955, and which outputs (transmits) a rectangular image with an opening angle of 40 degrees.

На Фиг. 4 показан график зависимости отражательной способности от угла для различных покрытий, имеющих различный диапазон изменения отражательной способности. Предпочтительно покрытие граней должно быть выполнено так, чтобы была получена максимальная эффективность и минимальная энергия, связанная с паразитными изображениями. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения отражение изображения происходит при углах падения 0-55 градусов от нормали к поверхности, а покрытие является практически прозрачным при углах падения 55-87 градусов (за исключением покрытия с высоким коэффициентом отражательной способности, которое является прозрачным до 72 градусов) от нормали к поверхности. Эти характеристики покрытий определяют угол наклона грани. Эта характеристика покрытий практически одинакова для всего видимого спектра, следовательно, один световод будет пропускать все цвета (обычно именуемые RGB, или красный, зеленый и синий). Грани, находящиеся на большем расстоянии (по направлению к дальнему концу световода) от входа света в световод (ближний конец световода), предпочтительно выполняют с покрытиями с более высоким коэффициентом отражательной способности.On FIG. 4 shows a plot of reflectivity versus angle for various coatings having different reflectivity ranges. Preferably, the coating of the facets should be done so as to obtain maximum efficiency and minimum energy associated with spurious images. In preferred embodiments of the present invention, image reflection occurs at angles of incidence of 0-55 degrees from normal to the surface, and the coating is substantially transparent at angles of incidence of 55-87 degrees (except for the highly reflective coating, which is transparent up to 72 degrees) from the normal to the surface. These characteristics of the coatings determine the angle of inclination of the face. This characteristic of the coatings is almost the same across the entire visible spectrum, hence a single light guide will transmit all colors (commonly referred to as RGB, or red, green and blue). Edges that are at a greater distance (toward the far end of the light guide) from the entry of light into the light guide (proximal end of the light guide) are preferably provided with higher reflectivity coatings.

На Фиг. 5 показаны геометрические оптические свойства световода 16 в зависимости от углового расположения. Пределы критического угла TIR обеих внешних поверхностей (первая внешняя поверхность 22 и вторая внешняя поверхность 24) представлены в виде окружностей А30, где лучи, направленные внутрь этих окружностей, будут выходить из подложки, а лучи, направленные за пределы этих окружностей, будут оставаться захваченными внутри подложки. Свет изображения, введенный в световод 16, входной пучок 4, имеет прямоугольное угловое распределение. Входной пучок 4 отражается туда и обратно между внешними поверхностями (первая внешняя поверхность 22 и вторая внешняя поверхность 24) и показан в виде квадратов 4L и 4R (сопряженные изображения, отраженные основными поверхностями подложки, что эквивалентно входному пучку 4 показанному на Фиг. 1).On FIG. 5 shows the geometrical optical properties of the light guide 16 depending on the angular position. The critical angle limits TIR of both outer surfaces (first outer surface 22 and second outer surface 24) are represented as circles A30, where rays directed inside these circles will exit the substrate, and rays directed outside these circles will remain trapped inside substrates. The image light introduced into the light guide 16, the input beam 4, has a rectangular angular distribution. The input beam 4 is reflected back and forth between the outer surfaces (the first outer surface 22 and the second outer surface 24) and is shown as squares 4L and 4R (conjugated images reflected by the main surfaces of the substrate, which is equivalent to the input beam 4 shown in Fig. 1).

На Фиг. 6 показана ориентация граней световода 16. Входной пучок 4 света изображения сначала встречает первый набор граней 32 первой секции 14 световода 16. Ориентация первого набора граней 32 показана в виде плоскости, обозначенной окружностью А32. Эти грани 32 первой секции имеют покрытие, имеющее угловую отражательную способность, как показано на Фиг. 4. Угол, под которым покрытие является прозрачным (55 градусов в данном примере), обозначен окружностями А34. Следовательно, любое изображение, показанное (снаружи) между этими окружностями (т.е. с углами наклона относительно нормали к граням более чем 55 градусов, такое как 4L на прилагаемой фигуре), будет проходить сквозь грань с покрытием с минимальным отражением. Изображения, которые попадают в эти окружности (т.е. с углами наклона относительно нормали к этим граням менее чем 55 градусов, такое как 4R на прилагаемой фигуре), будут частично отражаться. Угол отражения будет обратным относительно угла грани А32. Следовательно, изображение 4R отражается (как показано стрелкой 600) для генерирования сопряженного изображения 6L (которое соответствует первым направленным пучкам 6). По мере распространения изображения в световоде 16, часть света будет отражаться туда и обратно между 4R и 6L, тем самым улучшая равномерность освещенности конечного изображения.On FIG. 6 shows the orientation of the facets of the light guide 16. The input image light beam 4 first encounters the first set of facets 32 of the first section 14 of the light guide 16. The orientation of the first set of facets 32 is shown as a plane indicated by circle A32. These faces 32 of the first section have a coating having an angular reflectivity as shown in FIG. 4. The angle at which the coating is transparent (55 degrees in this example) is indicated by circles A34. Therefore, any image shown (outside) between these circles (i.e., with angles greater than 55 degrees relative to the face normal, such as 4L in the accompanying figure) will pass through the coated face with minimal reflection. Images that fall within these circles (i.e., with angles less than 55 degrees from the normal to these faces, such as 4R in the attached figure) will be partially reflected. The reflection angle will be inverse of the A32 face angle. Therefore, the 4R image is reflected (as indicated by arrow 600) to generate a conjugate 6L image (which corresponds to the first directed beams 6). As the image propagates in the light guide 16, some of the light will be reflected back and forth between 4R and 6L, thereby improving the illumination uniformity of the final image.

На Фиг. 7 показаны геометрические оптические свойства второго набора граней 36. Свет изображения 6L отражается от внешних поверхностей (22, 24) световода 16 для генерирования сопряженного изображения 6R. Изображения 6L и 6R распространяются, отражаясь от упомянутых поверхностей (22, 24) и встречающихся граней (грани 36 второй секции) второй секции 12, для которых ориентация обозначена в этом описании как А36. Покрытие на гранях 36 второй секции также имеет прозрачный диапазон (как А34 на Фиг. 6), и границы прозрачного диапазона показаны в виде окружностей А38.On FIG. 7 shows the geometric optical properties of the second set of facets 36. Image light 6L is reflected from the outer surfaces (22, 24) of light guide 16 to generate a conjugate image 6R. The images 6L and 6R propagate by reflecting off said surfaces (22, 24) and meeting faces (faces 36 of the second section) of the second section 12, for which the orientation is indicated as A36 in this description. The coating on the edges 36 of the second section also has a transparent range (as A34 in Fig. 6), and the boundaries of the transparent range are shown as circles A38.

Изображения 6L, 4L и 4R находятся в пределах прозрачного диапазона (между окружностями А38) и, следовательно, не будут в значительной степени отражаться вторыми гранями 36 второй секции 12. Однако изображение 6R находится в пределах 55 градусов, и, следовательно, будет частично отражаться вторыми гранями 36, попадающими в диапазон углов, исходя из внутреннего отражения основных поверхностей подложки, и выводится (как показано стрелкой 700) за пределы световода 16 в виде изображения 8 (вторые направляемые пучки 8) в направлении глаза 10 наблюдателя.The images 6L, 4L and 4R are within the transparent range (between the circles A38) and therefore will not be significantly reflected by the second faces 36 of the second section 12. However, the image 6R is within 55 degrees and therefore will be partially reflected by the second facets 36 falling within the range of angles based on the internal reflection of the main surfaces of the substrate, and is displayed (as shown by arrow 700) outside the light guide 16 in the form of an image 8 (second guided beams 8) in the direction of the eye 10 of the observer.

На Фиг. 8 показана диаграмма угла растворения альтернативного исполнения граней и покрытия граней. Изображения 4L и 4R не отражаются вторыми гранями 36 второй секции 12 (в пределах границы А38, представляющей угол>55 градусов). При этом изображения 4L и 6R не отражаются первыми гранями 32 первой секции 14 (в пределах границ А34).On FIG. 8 shows a diagram of the angle of dissolution of an alternative facet design and facet coverage. The images 4L and 4R are not reflected by the second faces 36 of the second section 12 (within the boundary A38 representing an angle of >55 degrees). In this case, the images 4L and 6R are not reflected by the first faces 32 of the first section 14 (within the boundaries of A34).

В приведенном в качестве примера варианте исполнения, принимая, что первое изображение, введенное в световод 16, является изображением 4L, изображения соединяются в следующем порядке:In the exemplary embodiment, assuming that the first image input to the light guide 16 is a 4L image, the images are combined in the following order:

1. Изображение 4L: вводится в световод 16 с помощью оптической системы 20 проектора.1. Image 4L: is introduced into the light guide 16 by the optical system 20 of the projector.

2. Изображение 4R: генерируется как сопряженное с изображением 4L внутренним отражением в световоде 16.2. 4R image: generated as conjugate to the 4L image by internal reflection in the light guide 16.

3. Изображение 6L: генерируется путем отражения изображения 4R первыми гранями 32.3. Image 6L: generated by reflecting the image 4R with the first faces 32.

4. Изображение 6R: генерируется как сопряженное с изображением 6L внутренним отражением в световоде 16.4. Image 6R: generated as conjugate to the image 6L by internal reflection in the light guide 16.

5. Изображение 8: генерируется путем отражения изображения 6R вторыми гранями 36.5. Image 8: generated by reflecting the image 6R with the second faces 36.

Могут быть использованы различные варианты углового расположения, имеющие такие же основные свойства соединения той же последовательности изображений, как описано выше. Следует отметить, что как входящие изображения 4R, попадающие на первые грани 32, так и отраженные изображения 6L, приходящие от вторых граней 36, находятся в пределах углов отражения внутренними основными поверхностями [внешними поверхностями (22, 24)] подложки, и поэтому направляются подложкой. Внутреннее отражение через внешние поверхности (22, 24) световода 16 аналогично внутреннему отражению через основные поверхности (926, 926А) подложки 920 LOE 903.Various angulations may be used having the same basic connection properties of the same sequence of images as described above. It should be noted that both the incoming 4R images hitting the first faces 32 and the 6L reflected images coming from the second faces 36 are within the reflection angles of the inner major surfaces [outer surfaces (22, 24)] of the substrate, and are therefore guided by the substrate. . The internal reflection through the outer surfaces (22, 24) of the light guide 16 is similar to the internal reflection through the main surfaces (926, 926A) of the substrate 920 LOE 903.

Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, показанные в этом описании, выполнены так, чтобы оптимизировать углы каждого изображения по отношению к каждой грани, так чтобы изображения избирательно частично отражались или пропускались с минимальным отражением в соответствии с зависящими от угла избирательными свойствами покрытий граней, следует отметить, что такая оптимизация не является обязательной. В некоторых случаях может быть приемлемым использование неоптимизированных углов и/или неоптимизированных покрытий, что приводит к генерированию различных нежелательных мод (соответствующих паразитным изображениям), при условии, что паразитные изображения представляют либо моды с относительно низкой энергией, либо падают за пределы поля зрения желаемого выходного изображения.Although the preferred embodiments of the present invention shown in this specification are designed to optimize the angles of each image with respect to each facet so that the images are selectively partially reflected or transmitted with minimal reflection according to the angle-dependent selective properties of the facet coatings, it should be noted that such optimization is not necessary. In some cases, it may be acceptable to use non-optimized angles and/or non-optimized coverages that result in the generation of various unwanted modes (corresponding to spurious images), provided that the spurious images are either relatively low energy modes or fall outside the field of view of the desired output. Images.

На Фиг. 9 показан еще один вариант исполнения световода 16, где участки первой секции 14 и второй секции 12 перекрываются по толщине световода для получения односекционного световода 40 с пересекающимися гранями. Другими словами, наборы граней, в данном случае первый набор граней 32 и второй набор граней 36, перекрываются и образовывают (создают) массив в одной и той же плоскости световода. Односекционный световод 40 имеет толщину 40Т между первой внешней поверхностью 22 и второй внешней поверхностью 24. Способ получения такого световода описан ниже. Углы граней в односекционном световоде 40 аналогичны описанным выше граням для двухсекционного световода 16, показанным на Фиг. 4 и Фиг. 8.On FIG. 9 shows another embodiment of the light guide 16, where portions of the first section 14 and the second section 12 overlap through the thickness of the light guide to form a single section light guide 40 with intersecting edges. In other words, the sets of faces, in this case the first set of faces 32 and the second set of faces 36, overlap and form (create) an array in the same plane of the light guide. The single-section light guide 40 has a thickness of 40T between the first outer surface 22 and the second outer surface 24. A method for producing such a light guide is described below. The angles of the edges in the single-section light guide 40 are similar to those described above for the two-section light guide 16 shown in FIG. 4 and FIG. eight.

На Фиг. 10, а также Фиг. 2 и Фиг. 3, показан способ производства двухсекционного световода 16. На окна 50 первого первого набора наносят покрытие, складывают их в стопку и скрепляют между собой для получения первого пакета 51. В этом контексте термин "окно" относится к прозрачной плоской пластинке. Первый пакет 51 разрезают под углом для получения первого массива отражающих поверхностей 52. Аналогично, на окна 54 второго набора (другого набора, отличного от первого набора окон 50) наносят покрытие, складывают их в стопку и скрепляют между собой для получения второго пакета 55. Второй пакет 55 разрезают под вторым углом (другой угол, отличный от угла, использованного для разрезания первого пакета 51) для получения второго массива отражающих поверхностей 56. Два массива (первый массив 52 и второй массив 56) соединяют вместе 60 под соответствующим относительным углом (например, скрепляют или склеивают между собой под заданным углом). Перекрывающиеся массивы обрезают 61 для придания требуемой формы световоду 16. В некоторых вариантах исполнения факультативные покрытия 62 приклеивают как внешние поверхности готового двухсекционного световода 64. Каждый этап может включать факультативное разрезание, шлифование и полирование одной или более поверхностей. Из каждого пакета может быть изготовлено более одного массива в соответствии с фактическим размером окон и желаемым размером световода 64.On FIG. 10 as well as FIG. 2 and FIG. 3, a method for manufacturing a two-section light guide 16 is shown. The windows 50 of the first first set are coated, stacked, and sealed together to form the first stack 51. In this context, the term "window" refers to a transparent flat plate. The first stack 51 is cut at an angle to form a first array of reflective surfaces 52. Similarly, windows 54 of a second set (a different set than the first set of windows 50) are coated, stacked, and bonded together to form a second stack 55. Second the stack 55 is cut at a second angle (another angle than that used to cut the first stack 51) to form a second array of reflective surfaces 56. The two arrays (the first array 52 and the second array 56) are joined together 60 at an appropriate relative angle (e.g., fastened or glued together at a given angle). The overlapping arrays are trimmed 61 to shape the light guide 16. In some embodiments, optional coatings 62 are bonded as the outer surfaces of the finished two-piece light guide 64. Each step may include the optional cutting, grinding, and polishing of one or more surfaces. More than one array can be made from each package according to the actual size of the windows and the desired size of the fiber 64.

Существенное снижение затрат может быть достигнуто путем использования одних и тех же массивов (пластин граней) для обеих секций световода 16. Например, стекло ВК7 используется для получения двух массивов (первый массив 52), каждый из которых имеет грани, расположенные под углом 26 градусов. Это отличается от приведенного выше описания производства двух массивов (первый массив 52 и второй массив 56, каждый из которых имеет грани, расположенные под разными углами). Затем два массива соединяют 60 с поворотом на 115 градусов один относительно другого. Этот приведенный в качестве примера вариант расположения позволяет передавать изображение, имеющее 38 градусов при соотношении полей 16:9.Significant cost savings can be achieved by using the same arrays (face plates) for both sections of the light guide 16. For example, BK7 glass is used to obtain two arrays (first array 52), each of which has edges located at an angle of 26 degrees. This is different from the above description of the production of two arrays (the first array 52 and the second array 56, each of which has faces located at different angles). The two arrays are then joined at 60 with a rotation of 115 degrees from one another. This exemplary layout allows an image having 38 degrees with a 16:9 field ratio to be transmitted.

На Фиг. 11 показан приведенный в качестве примера способ производства односекционного световода 40. Аналогично показанному на Фиг. 10 способу производства двухсекционного световода 16, на окна 50 первого набора наносят покрытие и складывают их в стопку для получения первого пакета 51. Пакет разрезают на множество первых массивов 52. Срезы первого массива 52 шлифуют, наносят покрытие и складывают их в стопку для получения пакета 70 массивов. Этот пакет 70 массивов может быть подобен первому пакету 51, однако в этом случае в пакете 70 массивов имеются дополнительные слои с покрытием. Теперь пакет 70 массивов разрезают для получения срезов массива 71, имеющих два набора параллельных граней внутри одного и того же световода. Факультативно могут быть добавлены внешние окна 62 для получения завершенного односекционного световода 72 (односекционный световод 40, показанный на Фиг. 9). Углы каждого разреза и углы каждого складывания в стопку могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга и определяются требованиями к готовому световоду 16.On FIG. 11 shows an exemplary method for manufacturing a single-section light guide 40. Similar to that shown in FIG. 10 for the production method of the two-section light guide 16, the windows 50 of the first set are coated and stacked to form the first package 51. The package is cut into a plurality of first arrays 52. The slices of the first array 52 are ground, coated and stacked to form the package 70 arrays. This array package 70 may be similar to the first package 51, however, in this case, the array package 70 has additional coated layers. The array stack 70 is now cut to produce slices of the array 71 having two sets of parallel faces within the same light guide. Optionally, outer windows 62 may be added to provide a complete single-section light guide 72 (single-section light guide 40 shown in FIG. 9). The angles of each cut and the angles of each stacking can be the same or different from each other and are determined by the requirements for the finished light guide 16.

На Фиг. 12А-12Е показаны различные приведенные в качестве примера варианты конструкции освещения с использованием проекторов 2 для освещения световода 16. На Фиг. 12А показано освещение с боков. Распространение освещения, обозначенное стрелками 800А1 и 800А2, показывает наибольшее расширение вниз, а часть расширения выполняется вверх, вызванное перекрестной обратной связью от 6L до 4R (см. Фиг. 6).On FIG. 12A-12E show various exemplary lighting designs using projectors 2 to illuminate light guide 16. FIG. 12A shows illumination from the sides. The illumination spread, indicated by arrows 800A1 and 800A2, shows the most downward expansion, and part of the expansion is upward caused by cross-feedback from 6L to 4R (see FIG. 6).

На Фиг. 12В показано освещение сверху, этот вариант исполнения уменьшает затенение периферийного поля обзора.On FIG. 12B shows illumination from above, this embodiment reduces shadowing of the peripheral field of view.

На Фиг. 12С показано освещение из центра (между двумя световодами), где аппаратные части проекторов (правого и левого) могут быть объединены для уменьшения габаритов и веса.On FIG. 12C shows illumination from the center (between two light guides) where the projector hardware (right and left) can be combined to reduce size and weight.

На Фиг. 12D показано освещение сверху, при котором обеспечивается почти полное незатемненное периферийное поле обзора.On FIG. 12D shows illumination from above, which provides an almost complete unobscured peripheral field of view.

На Фиг. 12Е показано освещение под углом ниже расположения глаза. Таким способом проектор изображения для удобства расположен за пределами периферийного поля обзора.On FIG. 12E shows illumination at an angle below the position of the eye. In this way, the image projector is positioned outside the peripheral field of view for convenience.

На Фиг. 13 показаны варианты описанных выше конструкций. Варианты включают различные углы граней и изображений. Сравните прилагаемую фигуру с Фиг. 8. На прилагаемой фигуре угол А32 первого набора граней 32 такой, что угол А32 расположен с противоположной стороны от углов изображения 6R, обеспечивая тем самым передачу изображения большего размера. Окружности А39 показывают внутренние углы отражения двух внешних поверхностей, где изображение, проецируемое в пределах этих окружностей, будет выходить из световода. Например, изображение 8 отображается за пределами окружностей и будет отражаться внутри световода как сопряженное изображение, где сопряжение изображения представляет собой изображение, отраженное от внешней стороны световода. Многократные отражения от внешних граней вдоль световода создают два сопряженные друг с другом изображения.On FIG. 13 shows variants of the structures described above. Options include various facet and image angles. Compare the attached figure with Fig. 8. In the accompanying figure, the corner A32 of the first set of facets 32 is such that the corner A32 is located on the opposite side of the corners of the image 6R, thereby providing a larger image. Circles A39 show the internal reflection angles of the two outer surfaces where an image projected within these circles would exit the light guide. For example, image 8 is displayed outside of the circles and will be reflected inside the light guide as a conjugate image, where the image conjugation is the image reflected from the outside of the light guide. Multiple reflections from the outer edges along the fiber create two conjugated images.

На Фиг. 14А и Фиг. 14В показаны схематические изображения расположения световода с использованием конструкций, показанных на Фиг. 13. На Фиг. 14А показан проектор 2, который вводит свет изображения в световод 16. Ширина вводимого света определяется апертурой проектора. Две стрелки показывают ширину проецируемых световых пучков 100 (4L и/или 4R на Фиг. 13) для конкретной точки в поле обзора (т.е. в конкретном направлении). Предпочтительно это описание относится к центру поля проецируемого изображения. Грани 102 (показанные как ориентация А32 на Фиг. 13) отражают свет в вертикальных направлениях 104 и 106. Вертикальное отражение 104 и вертикальное отражение 106 имеют одинаковое направление (6R и/или 6L на Фиг. 13), но различное расположение вдоль пучка 100. Очевидно, что пучки вертикального отражения 104 отражаются тремя гранями 102, тогда как пучки вертикального отражения 106 отражаются лишь двумя гранями 102. Следовательно, отраженное изображение не будет иметь равномерного распределения интенсивности.On FIG. 14A and FIG. 14B shows schematic representations of the location of the light guide using the structures shown in FIG. 13. In FIG. 14A shows a projector 2 that inputs image light into a light guide 16. The width of the input light is determined by the aperture of the projector. The two arrows indicate the width of the projected light beams 100 (4L and/or 4R in FIG. 13) for a particular point in the field of view (ie, in a particular direction). Preferably, this description refers to the center of the field of the projected image. Facets 102 (shown as orientation A32 in Fig. 13) reflect light in vertical directions 104 and 106. Vertical reflection 104 and vertical reflection 106 have the same direction (6R and/or 6L in Fig. 13) but different locations along beam 100. Obviously, vertical reflection beams 104 are reflected by three facets 102, while vertical reflection beams 106 are reflected by only two facets 102. Therefore, the reflected image will not have a uniform intensity distribution.

На Фиг. 14В, грани 109 расположены так, что вдоль направлений отражения (направление 108 отражения и направление 110 отражения) будет иметь место постоянное количество отражений (в данном случае два) от введенного пучка 100. Количество граней в гранях 109, выполненных для отражения, может составлять одну, две или более граней. Геометрические критерии для получения заданного количества граней, осуществляющих вклад в отраженный луч, определяются расстоянием между гранями, углом граней относительно луча проецируемого изображения и шириной апертуры с использованием несложной тригонометрии.On FIG. 14B, facets 109 are arranged such that along the reflection directions (reflection direction 108 and reflection direction 110) there will be a constant number of reflections (two in this case) from the injected beam 100. The number of facets in facets 109 made for reflection may be one , two or more faces. The geometric criteria for obtaining a given number of facets contributing to the reflected beam are determined by the distance between the facets, the angle of the facets relative to the beam of the projected image, and the width of the aperture using simple trigonometry.

Второй набор граней 36 второй секции 12 (см. Фиг. 3 и угол А36 на Фиг. 13) предпочтительно перекрываются для улучшения однородности изображения.The second set of edges 36 of the second section 12 (see FIG. 3 and angle A36 in FIG. 13) preferably overlap to improve image uniformity.

На Фиг. 15 показано схематическое изображение распространения света в пределах световода 16. Необходимый размер комбинированного световода определяется направлением распространения света в пределах световода и в открытом пространстве в направлении глаза наблюдателя. На прилагаемой фигуре направляемое распространение света показано пунктирными линиями, а распространение света в открытом пространстве - сплошными линиями. Оба распространения света не находятся в одной плоскости, но для наглядности показаны на прилагаемой фигуре схематически в одной плоскости. Для наглядности изменение угла при преломлении также не показано.On FIG. 15 shows a schematic representation of the propagation of light within the light guide 16. The required size of the combined light guide is determined by the direction of light propagation within the light guide and in open space in the direction of the observer's eye. In the accompanying figure, guided light propagation is shown with dotted lines, and light propagation in open space is shown with solid lines. Both propagations of light are not in the same plane, but are shown schematically in the same plane in the attached figure for clarity. For clarity, the change in the angle during refraction is also not shown.

Проектор 2 вводит изображение, имеющее ширину поля (различные углы лучей). Границы данного поля представлены лучами 115 и 116 (размер 4R на Фиг. 13). Лучи 115 и 116 отражаются в точках 118 первыми гранями 32 (угол А32 на Фиг. 13) в лучи 117А и 117В в другом направлении (вниз на прилагаемой фигуре, 6L на Фиг. 13).The projector 2 inputs an image having a field width (different beam angles). The boundaries of this field are represented by beams 115 and 116 (size 4R in Fig. 13). Beams 115 and 116 are reflected at points 118 by first faces 32 (angle A32 in FIG. 13) into beams 117A and 117B in the other direction (downward in the accompanying figure, 6L in FIG. 13).

Два луча 117А и 117В распространяются на другие расстояния в новом направлении до отражения в точках 120 вторыми гранями 36 (угол А36 на Фиг. 13) в направлениях 122 (изначально 116) и 124 (изначально 115) в глаз 10 наблюдателя.The two beams 117A and 117B propagate other distances in a new direction before being reflected at points 120 by second faces 36 (angle A36 in FIG. 13) in directions 122 (originally 116) and 124 (originally 115) into the viewer's eye 10.

Очевидно, что высота 126 световода 16 не может быть меньше расширения 115 с 116 и 122 с 124Obviously, the height 126 of the light guide 16 cannot be less than the expansion 115 with 116 and 122 with 124

В показанном варианте исполнения вторые грани 36 для вывода (угол А36 на Фиг. 13) будут начинаться только в верхней точке 120 (как изображено на прилагаемой фигуре). Вторые грани 36 не должны быть выше верхней точки 120, поскольку наблюдатель (глаз 10 наблюдателя) не увидит проецируемое поле полностью.In the embodiment shown, the second exit edges 36 (corner A36 in FIG. 13) will only start at the top point 120 (as shown in the accompanying figure). The second faces 36 should not be higher than the top point 120, because the observer (observer's eye 10) will not see the entire projected field.

На Фиг. 16А, Фиг. 16В и Фиг. 17 показан подход, также позволяющий уменьшить высоту световода по сравнению с описанными выше вариантами исполнения.On FIG. 16A, FIG. 16B and FIG. 17 shows an approach that also makes it possible to reduce the height of the fiber compared to the embodiments described above.

На Фиг. 16А представлен график зависимости коэффициента отражательной способности (отражающий профиль) покрытия грани, выполненного так, чтобы отражать лучи света, падающие под большим углом (по сравнению с коэффициентами отражательной способности, показанными на Фиг. 4). Этот отражающий профиль применяется для обращения угла распространения светового пучка, когда распространяющийся свет выходит из световода.On FIG. 16A is a plot of the reflectance (reflective profile) of a facet coating designed to reflect light rays incident at a high angle (compared to the reflectances shown in FIG. 4). This reflective profile is used to reverse the propagation angle of the light beam when the propagating light exits the light guide.

На Фиг. 16В представлена угловая конструкция приведенного в качестве примера упомянутого подхода. Изображение вводится как 130L, выводится 1600 через внешнюю поверхность в 130R, затем углом граней А132 (из набора граней А132, описанного ниже) с покрытием как показано на Фиг. 16А выводится 1602 изображение в 134R. Затем внешняя грань отражает 1604 распространяющийся свет в виде изображения 134L, отражающегося 1606 углом граней А136 с аналогичным покрытием (из набора граней 136, описанного ниже) из световода к наблюдателю в виде перевернутого изображения 138. Очевидно, что нижняя часть изображения 130L и 130R становится верхней частью перевернутого изображения 138, т.е. изображение является перевернутым.On FIG. 16B shows an angled design of an exemplary approach mentioned. The image enters as 130L, exits 1600 through the outer surface at 130R, then the angle of the bevels A132 (from the set of bezels A132 described below) coated as shown in FIG. 16A, an image is output 1602 to 134R. The outer facet then reflects 1604 the propagating light as an image 134L reflected 1606 by the angle of the similarly coated facets A136 (from the set of facets 136 described below) from the light guide to the viewer as an inverted image 138. Obviously, the bottom of the image 130L and 130R becomes the top part of the inverted image 138, i. e. the image is inverted.

На Фиг. 17 показано схематическое изображение распространения света перевернутого изображения 138. Проектор 2 вводит изображение, имеющее поле обзора, ограниченное лучами 140 и 142 (углы 130L и/или 130R). Отражение в точках 144 осуществляется набором граней 132 в соответствующие лучи 146 и 148 (изображения 134L и/или 134R). Точки отражения 150 представляют отражение набором граней 136 в соответствующие лучи 152 и 154. Очевидно, что направление в вертикальной плоскости лучей 152 и 154 противоположно направлению лучей 140 и 142. Следовательно, общая высота 156 световода меньше высоты 126 на Фиг. 15.On FIG. 17 shows a schematic representation of the light propagation of an inverted image 138. Projector 2 inputs an image having a field of view defined by beams 140 and 142 (angles 130L and/or 130R). Reflection at points 144 is carried out by a set of faces 132 into the corresponding rays 146 and 148 (images 134L and/or 134R). Reflection points 150 represent reflection by a set of facets 136 into respective beams 152 and 154. Obviously, the direction in the vertical plane of beams 152 and 154 is opposite to that of beams 140 and 142. Therefore, the overall height 156 of the light guide is less than height 126 in FIG. fifteen.

На Фиг. 18А, Фиг. 18В и Фиг. 18С показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором три набора граней объединены для получения световода 16. На Фиг. 18А представлено схематическое изображение направлений отражений распространения световых лучей в световоде 173. На Фиг. 18 В представлено схематическое изображение вида спереди комбинированного световода 173, в котором объединены три секции граней. Набор граней 174 имеет заранее заданную ориентацию, отличающуюся от граней 176 и отличающуюся от выводящих граней 178. Проектор 2 вводит луч 180 в световод 173. В точке 182 набор граней 174 частично отражает луч 180 в направлении 184. Следует заметить, что все точки представляют процессы отражения (через соответствующие наборы граней), распределенные по световоду. В некоторой точке 186 распространяющийся луч 184 отражается одним из наборов граней 174 в направлении первоначального луча 180. В точке 191 луч выводится набором граней 178 в виде луча 193 в направлении глаза 10 наблюдателя. Другой путь расширения создается гранями 176. Луч от проектора 2 отражается в точке 187 набором граней 176 в направлении 188. В некоторой точке 190 луч 188 отражается назад в направлении 180 и в точке 192 выводится набором граней 178 в виде луча 195 в направлении глаза 10 наблюдателя.On FIG. 18A, FIG. 18B and FIG. 18C shows another embodiment of the present invention in which three sets of facets are combined to form a light guide 16. FIG. 18A is a schematic representation of the reflection directions of the propagation of light rays in the light guide 173. FIG. 18B is a schematic front view of a combined light guide 173 in which three facet sections are combined. Facet set 174 has a predetermined orientation different from facets 176 and different from output faces 178. Projector 2 inserts beam 180 into light guide 173. At point 182, facet set 174 partially reflects beam 180 in direction 184. It should be noted that all points represent processes reflections (through the corresponding sets of faces) distributed along the fiber. At some point 186, the propagating beam 184 is reflected by one of the sets of edges 174 in the direction of the original beam 180. At point 191, the beam is output by the set of edges 178 as a beam 193 in the direction of the eye 10 of the observer. Another expansion path is created by edges 176. The beam from projector 2 is reflected at point 187 by a set of edges 176 in direction 188. At some point 190, beam 188 is reflected back in direction 180 and at point 192 is output by a set of edges 178 as a beam 195 in the direction of the observer's eye 10 .

На Фиг. 18С показано схематическое изображение направлений отражений распространения световых лучей в световоде 173 в еще одном варианте исполнения трех секций граней. На прилагаемой фигуре показан еще один вариант объединения трех секций граней в единый световод для получения расширения апертуры.On FIG. 18C shows a schematic representation of the directions of reflections of propagation of light rays in the light guide 173 in yet another embodiment of the three facet sections. The attached figure shows another way of combining three facet sections into a single fiber to obtain an aperture extension.

На Фиг. 19А показана круговая диаграмма альтернативного направления введения света в световод. В целом возможно введение световых лучей входного изображения в любое из сопряженных распространяющихся изображений для получения расширения апертуры. Например, угловая диаграмма, показанная на Фиг. 8, может быть изменена на прилагаемой фигуре для введения 1900 освещения изображения в 6L или 6R (где изображения отражаются 1902 как сопряженные изображения). Свет также отражается туда и обратно 1908 к 4L, т.е. сопрягается 1906 с 4R. Эти изображения распространяются в другом направлении (тем самым расширяя распределение лучей в световоде) до возвращения 1908 к исходному направлению, и в итоге вывода 1904 в 8, как показано на прилагаемой фигуре.On FIG. 19A shows a circle diagram of an alternative direction for introducing light into a light guide. In general, it is possible to introduce the light rays of the input image into any of the conjugated propagating images to obtain an aperture expansion. For example, the angle diagram shown in FIG. 8 may be modified in the accompanying figure to introduce 1900 image illumination into 6L or 6R (where the images are reflected 1902 as conjugate images). Light is also reflected back and forth 1908 to 4L, i.e. mates 1906 with 4R. These images propagate in the other direction (thereby expanding the distribution of rays in the light guide) until 1908 returns to the original direction, and finally outputs 1904 at 8, as shown in the accompanying figure.

На Фиг. 19 В показано схематическое изображение световода с использованием угловой диаграммы, показанной на Фиг. 19А. Проектор 2 изображений вводит изображение в комбинацию диагональных граней 202 (изображенных на прилагаемой фигуре диагонально, работающих аналогично первому набору граней 32) и соединительных граней 203 (нарисованных на прилагаемой фигуре вертикально, работающих аналогично второму набору граней 36).On FIG. 19B shows a schematic representation of a light guide using the angle diagram shown in FIG. 19A. The image projector 2 inputs an image into a combination of diagonal edges 202 (shown diagonally in the attached figure, operating similarly to the first set of edges 32) and connecting edges 203 (drawn vertically in the attached figure, operating similarly to the second set of edges 36).

На Фиг. 19С показана схема распространения луча в упомянутом световоде. На прилагаемой фигуре пунктирными линиями 1920 показан введенный луч (эквивалентный 6R и 6L) из проектора изображения 2. Штрих-пунктирными линиями 1922 показаны лучи при их распространении в стороны для расширения апертуры (эквивалентные 4R и 4L). Сплошными стрелками 1924 показан выходящий луч (эквивалентный 8). Следует отметить, что при использовании упомянутого варианта исполнения, ввод изображения в световод в виде изображений 6R или 6L осуществляется под более крутым углом (показанным как угол этих изображений относительно плоскости внутреннего отражения А39) относительно изображений 4R и 4L. Следовательно, для получения заполнения по толщине световода достаточно меньшей апертуры проектора.On FIG. 19C shows a diagram of beam propagation in said light guide. In the accompanying figure, dashed lines 1920 show the injected beam (equivalent to 6R and 6L) from image projector 2. Dash-dotted lines 1922 show the beams as they propagate laterally to widen the aperture (equivalent to 4R and 4L). Solid arrows 1924 show the outgoing beam (equivalent to 8). It should be noted that when using the above embodiment, the input of the image into the fiber in the form of images 6R or 6L is carried out at a steeper angle (shown as the angle of these images relative to the plane of internal reflection A39) relative to the images 4R and 4L. Therefore, to obtain filling along the thickness of the light guide, a smaller aperture of the projector is sufficient.

На Фиг. 20 показана угловая диаграмма альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения с гранями с другой стороны изображения. На упомянутой диаграмме второй набор граней 36 находится с другой стороны изображения 6L (т.е. как 6L, так и 6R, находятся с одной стороны относительно второго набора граней 36). Двойные линии (1930А, 1930В) являются альтернативными для ввода изображения в световод. Изображение вводится как 6L, 6R, 4L или 4R. Аналогично предыдущим вариантам осуществления настоящего изобретения изображения 4R и 4L являются сопряженными 1936 изображениями, которые выводятся 1938 туда и обратно в 6L, которое сопрягается 1932 с 6R. Изображение 6R также отражается 1934 как изображение 8 в направлении наблюдателя.On FIG. 20 shows an angle diagram of an alternative embodiment of the present invention with facets on the other side of the image. In said diagram, the second set of faces 36 is on the other side of the image 6L (ie, both 6L and 6R are on the same side of the second set of faces 36). Double lines (1930A, 1930B) are an alternative for introducing an image into the light guide. The image is entered as 6L, 6R, 4L or 4R. Similar to previous embodiments of the present invention, the 4R and 4L images are conjugated 1936 images that are output 1938 back and forth to 6L, which conjugates 1932 to 6R. Image 6R is also reflected 1934 as image 8 in the direction of the observer.

В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения для отражения граней могут использоваться различные варианты исполнения, включая:In alternative embodiments of the present invention, various embodiments can be used to reflect faces, including:

изображения и сопряженные изображения с разных сторон грани (Фиг. 13);images and conjugated images from different sides of the face (Fig. 13);

изображения и сопряженные изображения с одной стороны грани (Фиг. 20).images and conjugated images on one side of the face (Fig. 20).

В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения могут использоваться различные покрытия, включая:In alternative embodiments of the present invention, various coatings may be used, including:

отражение изображения под углом, близким к углу грани (Фиг. 16А);reflection of the image at an angle close to the angle of the face (Fig. 16A);

отражение изображения под углом, отличающимся от угла грани (Фиг. 4).reflection of the image at an angle different from the angle of the face (Fig. 4).

В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть использованы различные варианты введения изображения в световод, включая:In alternative embodiments of the present invention, various options for introducing an image into a light guide can be used, including:

направление непосредственно к выводу (6R, 6L на Фиг. 20);direction directly to the terminal (6R, 6L in Fig. 20);

направление следует изменить перед выводом (4L, 4R на Фиг. 20).the direction should be changed before withdrawal (4L, 4R in Fig. 20).

На Фиг. 21 показана гибридная система, в которой преломляющие грани объединены с дифракционными решетками для получения возможности расширения апертуры почти так же, как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2.On FIG. 21 shows a hybrid system in which refractive edges are combined with diffraction gratings to enable aperture expansion in much the same way as shown in FIG. 1 and FIG. 2.

Применение дифракционных решеток требует использования по меньшей мере двух решеток с полярным оптическим преломлением, так что хроматическая дисперсия может быть нейтрализована. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на прилагаемой фигуре, дифракционная решетка 210 используется для ввода входного света в световод, тогда как дифракционная решетка 212 используется для вывода света из световода. Расширение апертуры в поперечном направлении достигается перекрытием диагональных граней 214, которые выводят распространяющийся туда и обратно свет в поперечном направлении без внесения хроматической аберрации. В этом случае набор перекрывающихся диагональных граней 214 развернут для перенаправления первой направляемой моды (внутреннее отражение на главных поверхностях подложки) во вторую направленную моду (внутреннее отражение на главных поверхностях подложки).The use of diffraction gratings requires the use of at least two gratings with polar optical refraction so that chromatic dispersion can be neutralized. In the embodiment of the present invention shown in the accompanying figure, a diffraction grating 210 is used to input light into the light guide, while a diffraction grating 212 is used to output light from the light guide. The lateral expansion of the aperture is achieved by overlapping the diagonal facets 214 which output transversely propagating back and forth light without introducing chromatic aberration. In this case, a set of overlapping diagonal faces 214 is deployed to redirect the first guided mode (internal reflection at the major surfaces of the substrate) to the second directional mode (internal reflection at the major surfaces of the substrate).

На Фиг. 22А-22С показаны различные варианты осуществления настоящего изобретения для смешивания лучей во время распространения. Смешивание распространяющихся лучей в пределах световода 16 может быть достигнуто различными исполнениями. Например, введением частичного отражения между первым набором граней 32 в первой секции 14 и вторым набором граней 36 во второй секции 12.On FIG. 22A-22C show various embodiments of the present invention for beam mixing during propagation. Mixing of the propagating beams within the light guide 16 can be achieved by various designs. For example, by introducing a partial reflection between the first set of faces 32 in the first section 14 and the second set of faces 36 in the second section 12.

На Фиг. 22А показаны секции, разделенные частично отражающим покрытием. Первая секция 14 и вторая секция 12 разделены по поверхности контакта 250 частично отражающим покрытием. Входное оптическое устройство 20 подает входной пучок 4 в световод 16. Поверхность контакта 250 и, следовательно, частично отражающее покрытие, являются параллельными внешним поверхностям (первая внешняя поверхность 22 и вторая внешняя поверхность 24). В этом исполнении все лучи будут удерживаться в первоначальных направлениях распространяющихся лучей света 5 (показаны темными стрелками), несмотря на многократные разделения и отражения распространяющихся лучей 5. На прилагаемой фигуре для наглядности изображено разделение только одного луча. Из данного описания специалист в этой области техники поймет, что происходящие множественные разделения также улучшают однородность выходного изображения.On FIG. 22A shows sections separated by a partially reflective coating. The first section 14 and the second section 12 are separated along the contact surface 250 by a partially reflective coating. The input optical device 20 delivers the input beam 4 to the light guide 16. The contact surface 250, and hence the partially reflective coating, are parallel to the outer surfaces (first outer surface 22 and second outer surface 24). In this design, all beams will be kept in the original directions of the propagating light beams 5 (shown by dark arrows), despite multiple separations and reflections of the propagating beams 5. For clarity, the attached figure shows the division of only one beam. From this description, one skilled in the art will appreciate that the multiple splits that occur also improve the uniformity of the output image.

Альтернативно первая секция 14 и вторая секция 12 могут быть выполнены из различных материалов (например, стекла и пластмассы или разных типов стекла), тем самым вызывая отражения Френеля на поверхности контакта 250. Поверхность контакта 250 может альтернативно и/или дополнительно вызывать вращение поляризации (этот эффект будет вызван диэлектрическим изменением на поверхности контакта), что также улучшит однородность выходного изображения.Alternatively, the first section 14 and the second section 12 may be made of different materials (e.g., glass and plastics or different types of glass), thereby causing Fresnel reflections on the contact surface 250. The contact surface 250 may alternatively and/or additionally induce polarization rotation (this effect will be caused by a dielectric change at the contact surface), which will also improve the uniformity of the output image.

На Фиг. 22В показано альтернативное компактное оптическое устройство 20В. Стоимость системы может быть снижена путем уменьшения габаритов проектора изображения (оптическое устройство 20 на Фиг. 22А). Однако для равномерного освещения изображения требуется освещение всего входа световода 16 проектором изображения. На прилагаемой фигуре увеличенное сопряжение, вызванное отражающей поверхностью контакта 250, обуславливает возможность использования компактного проектора 252 изображения для оптического устройства 20В с меньшими размерами по сравнению с оптическим устройством 20.On FIG. 22B shows an alternative 20V compact optical device. The cost of the system can be reduced by downsizing the image projector (optics 20 in FIG. 22A). However, uniform illumination of the image requires illumination of the entire entrance of the light guide 16 by the image projector. In the accompanying figure, the increased mating caused by the reflective surface of the contact 250 allows the compact image projector 252 for the optical device 20B to be used with smaller dimensions compared to the optical device 20.

На Фиг. 22С показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения с частичным отражателем. Поддержание параллельности поверхности контакта 250 с внешними поверхностями (первой внешней поверхностью 22 и второй внешней поверхностью 24) может быть технически затруднительным. На прилагаемой фигуре показан используемый небольшой параллельный отражатель 254. Небольшой параллельный отражатель 254 выполнен как поверхность контакта 250 только в части поверхности контакта между первой секцией 14 и второй секцией 12. Этот небольшой отражатель 254 обеспечивает разделение входных объединенных лучей (входной пучок 4), так что весь световод 16 освещен равномерно. Предпочтительно отражательная способность небольшого отражателя 254 (поверхность контакта 250) постепенно уменьшается вдоль световода (от ближнего до дальнего конца), тем самым улучшая однородность выходного изображения. Такое постепенное уменьшение отражательной способности верхней секции (первой секции 14) можно использовать для компенсации увеличенной отражательной способности граней (грани на большем удалении от проектора имеют более высокую отражательную способность для поддержания постоянной яркости изображения), тем самым создавая иллюзию постоянной прозрачности сквозь световод.On FIG. 22C shows an alternative embodiment of the present invention with a partial reflector. Maintaining parallel contact surface 250 with the outer surfaces (first outer surface 22 and second outer surface 24) can be technically difficult. The attached figure shows a small parallel reflector 254 in use. The small parallel reflector 254 is configured as a contact surface 250 only in part of the contact surface between the first section 14 and the second section 12. This small reflector 254 separates the input combined beams (input beam 4) so that the entire light guide 16 is evenly illuminated. Preferably, the reflectivity of the small reflector 254 (contact surface 250) gradually decreases along the light guide (from the near to the far end), thereby improving the uniformity of the output image. This gradual decrease in the reflectivity of the top section (first section 14) can be used to compensate for the increased reflectivity of the edges (the edges further away from the projector are more reflective to maintain a constant image brightness), thereby creating the illusion of constant transparency through the light guide.

На Фиг. 23 приведено схематическое изображение распространения света в световоде с неоптимальным расширением. Расширение апертуры в поперечном направлении может быть выполнено созданием неоптимальных лучей (также именуемых "паразитными изображениями") и обратной связи с этими паразитными изображениями. Однако этот метод менее эффективен и может вызвать ухудшение изображения по сравнению с оптимальными методами распространения луча, описанными выше. Этот метод осуществляют использованием перекрещенных граней (как показано на Фиг. 2), но без оптимизации покрытия (как показано на Фиг. 8). Следовательно, 4L и 4R также отражаются вторым набором граней 36, тем самым создавая нежелательные изображения. Однако при правильном выборе углов граней (проектирование с применением метода последовательных приближений в угле растворения, как показано на Фиг. 8) эти паразитные изображения будут находиться за пределами поля зрения наблюдателя.On FIG. 23 is a schematic representation of the propagation of light in a light guide with a non-optimal expansion. Aperture expansion in the transverse direction can be accomplished by creating non-optimal beams (also referred to as "spurious images") and feedback from these spurious images. However, this method is less efficient and may cause image degradation compared to the optimal beam propagation methods described above. This method is carried out using crossed faces (as shown in Fig. 2), but without coverage optimization (as shown in Fig. 8). Therefore, 4L and 4R are also reflected by the second set of facets 36, thereby creating unwanted images. However, if the facet angles are chosen correctly (designing with the method of successive approximations in the angle of dissolution, as shown in Fig. 8), these spurious images will be outside the observer's field of view.

На прилагаемой фигуре показано, как эти "паразитные изображения" используют для расширения изображения в еще одном поперечном направлении. Проектор 2 вводит лучи в направлении 260. После отражения первым набором граней 32 первой секции 14 распространяющийся свет отклоняется в направлении 262. После отражения вторым набором граней 36 второй секции 12 распространяющийся свет отклоняется от световода в направлении 264. Предшествующее расширение осуществлялось в одном поперечном направлении. Входящие лучи в направлении 260 также могут быть отражены гранями второй секции 12 в направлении 266, которое противоположно направлению 264. Повторное взаимодействие с вторым набором граней 36 второй секции 12 отражает распространяющиеся лучи от направления 266 обратно к исходному направлению 260, но со смещением вбок. Аналогично приведенному выше описанию направления 260, распространяющийся луч в направлении 260 отражается первым набором граней 32 в направлении 262 и вторым набором граней 36 отражается из световода в направлении 264.The attached figure shows how these "spurious images" are used to expand the image in yet another transverse direction. The projector 2 injects beams in direction 260. After reflection by the first set of edges 32 of the first section 14, the propagating light is deflected in the direction 262. After reflection by the second set of edges 36 of the second section 12, the propagating light is deflected from the light guide in the direction 264. The previous expansion was carried out in one transverse direction. Incoming rays in direction 260 may also be reflected by the faces of second section 12 in direction 266, which is opposite to direction 264. Re-interaction with the second set of faces 36 of second section 12 reflects propagating rays from direction 266 back to original direction 260, but offset sideways. Similar to the above description of direction 260, the propagating beam in direction 260 is reflected by the first set of edges 32 in direction 262 and the second set of edges 36 is reflected from the fiber in direction 264.

На Фиг. 24А показаны приведенные в качестве примера две одинаковые пересекающиеся секции граней, имеющие соединительную призму 270, используемую для ввода входного пучка 4 в световод 16. Единичный главный луч 2400 (центр поля и центр апертуры) показан как луч, разделяемый гранями секций. Этот ввод в световод может быть выполнен различными способами.On FIG. 24A shows exemplary two identical intersecting facet sections having a connecting prism 270 used to introduce input beam 4 into light guide 16. A single main beam 2400 (center of field and center of aperture) is shown as a beam shared by the facets of the sections. This input to the fiber can be made in various ways.

На Фиг. 24В и Фиг. 24С приведены схематические изображения поперечных сечений устройств ввода. Поперечное сечение выполнено вдоль плоскости главного луча 2400, показанного на Фиг. 24А.On FIG. 24B and FIG. 24C are schematic cross sections of input devices. The cross section is taken along the plane of the main beam 2400 shown in FIG. 24A.

На Фиг. 24В показан вариант исполнения, в котором световод 16 отшлифован под углом, и призма 2410 присоединена сверху к отшлифованной плоскости. Этот вариант исполнения обеспечивает возможность полного отражения от нижней части (как показано на фигуре) световода 16.On FIG. 24B shows an embodiment in which the light guide 16 is angled and the prism 2410 is attached to the top of the ground plane. This embodiment allows full reflection from the lower part (as shown in the figure) of the light guide 16.

На Фиг. 24С показан вариант исполнения с присоединением призмы 2420 к вертикальному торцу световода 16. Этот вариант исполнения обеспечивает возможность получения более длинной соединительной секции (проходящей из прямоугольной формы световода 16). Этот вариант исполнения также обеспечивает возможность использования различных показателей преломления для призмы 2420 и для световода 16.On FIG. 24C shows an embodiment with a prism 2420 attached to the vertical end of the light guide 16. This embodiment allows for a longer connection section (extending from the rectangular shape of the light guide 16). This embodiment also allows the use of different refractive indices for the prism 2420 and for the light guide 16.

На Фиг. 24D показан вариант исполнения с объединением призмы и генератора изображений с использованием поляризационного разделителя лучей. Этот вариант исполнения позволяет уменьшить габариты.On FIG. 24D shows an embodiment integrating a prism and an image generator using a polarizing beam splitter. This version of the design allows you to reduce the dimensions.

Различные расположения граней внутри двух секций будут приводить к изменению поляризации лучей в световоде 16. Следовательно, предпочтительным может быть ввод неполяризованного света. Неполяризованный свет может быть получен из по сути неполяризованного проектора (например, на основе TI DLP, "Texas Instruments Digital Light Processing") или после размещения деполяризатора перед поляризованным проектором (монокристаллическое кварцевое окно волновода).Different facet arrangements within the two sections will result in a change in the polarization of the rays in the light guide 16. Therefore, it may be preferable to introduce unpolarized light. Unpolarized light can be obtained from a substantially unpolarized projector (eg based on TI DLP, "Texas Instruments Digital Light Processing") or by placing a depolarizer in front of a polarized projector (monocrystalline quartz waveguide window).

На Фиг. 25 показан предохранительный связующий элемент между секциями. В случае разлома световода 16 (стекла или пластмассы световода) осколки должны оставаться соединенными вместе и сохранять целостность конструкции для избегания травмы наблюдателя. Такое сохранение целостности световода может быть достигнуто различными способами, например, введением подходящего клея или пластиковой пленки между двумя секциями (между первой секцией 14 и второй секцией 12), показанными на прилагаемой фигуре как промежуточный слой 280. Поэтому, в случае разрушения одной или нескольких секций, получившиеся осколки останутся прикрепленными к световоду 16, а не рассеются, тем самым уменьшив вероятность травмирования пользователя. Оптические свойства промежуточного слоя 280 могут варьировать, включая, но без ограничения ими, свойства, рассмотренные выше в отношении поверхности соприкосновения 250. Промежуточный слой 280 может быть согласован коэффициентом преломления с коэффициентом преломления секций, либо коэффициент преломления промежуточного слоя 280 может отличаться от коэффициента преломления секций для получения отражений, как показано на Фиг. 22.On FIG. 25 shows the safety link between the sections. In the event of a break in the light guide 16 (glass or plastic light guide), the fragments must remain connected together and maintain the integrity of the structure to avoid injury to the observer. This preservation of the integrity of the light guide can be achieved in various ways, for example, by introducing a suitable adhesive or plastic film between the two sections (between the first section 14 and the second section 12), shown in the attached figure as the intermediate layer 280. Therefore, in the event of the destruction of one or more sections , the resulting fragments will remain attached to the light guide 16 rather than dissipate, thereby reducing the chance of injury to the user. The optical properties of the interlayer 280 may vary, including, but not limited to, those discussed above with respect to the interface 250. The interlayer 280 may be matched in refractive index with the refractive index of the sections, or the refractive index of the intermediate layer 280 may be different from the refractive index of the sections. to obtain reflections, as shown in Fig. 22.

На Фиг. 26А и Фиг. 26В, показаны соответственно вид сбоку и спереди двухмерного (2D) световода, обеспечивающего ввод в двухсекционный световод 16. Расширение апертуры в поперечном направлении может быть выполнено с помощью одномерного (1D) световода поверх другого одномерного (1D) световода, с помощью двухмерного (2D) световода поверх одномерного (1D) световода или с помощью одномерного (1D) с перекрыванием (несколько осей) описанного выше световода. Комбинируя эти способы, можно получить равномерную интенсивность изображения, производимого световодом и проектором изображения с минимальными габаритами.On FIG. 26A and FIG. 26B are side and front views, respectively, of a two-dimensional (2D) light guide providing input to a two-section light guide 16. Lateral expansion of the aperture can be accomplished with a one-dimensional (1D) light guide on top of another one-dimensional (1D) light guide, with a two-dimensional (2D) a light guide on top of a one-dimensional (1D) light guide or with a one-dimensional (1D) overlapping (multi-axis) light guide described above. By combining these methods, it is possible to obtain a uniform intensity of the image produced by the light guide and the image projector with minimal dimensions.

На Фиг. 26А показан вид сбоку двухмерного (2D) световода 310, расширяющего апертуру в поперечном направлении со следующим за ним световодом 320 (вариант волновода 16 с перекрыванием). Как показано на прилагаемой фигуре, световод 320 представляет собой двухосный световод, который расширяет апертуру по вертикали, и, как показано на Фиг. 26 В, расширяет апертуру в поперечном направлении.On FIG. 26A shows a side view of a two-dimensional (2D) light guide 310 expanding the aperture laterally with a light guide 320 following it (overlapped waveguide 16 embodiment). As shown in the accompanying figure, the light guide 320 is a biaxial light guide that expands the aperture vertically, and as shown in FIG. 26 V, expands the aperture in the transverse direction.

Расширение апертуры в поперечном направлении с помощью двухмерного (2D) световода может быть выполнено различными способами, как описано в PCT/IL2017/051028, поданной 12 сентября 2017 г., и в PCT/IL2005/000637 (US 7,643,214), обе от "Lumus Ltd." Двухосевой световод может иметь любое из вышеуказанных исполнений. Предпочтительно последующее выравнивание и соединение выполняют путем включения перекрывающихся граней, как описано в PCT/IL2018/050025, поданной "Lumus Ltd." 8 января 2018 г. Aperture expansion in the transverse direction using a two-dimensional (2D) light guide can be performed in various ways, as described in PCT/IL2017/051028, filed September 12, 2017, and in PCT/IL2005/000637 (US 7,643,214), both from Lumus Ltd." The biaxial light guide may have any of the above designs. Preferably, the subsequent alignment and joining is done by including overlapping edges as described in PCT/IL2018/050025 filed by "Lumus Ltd." January 8, 2018

На Фиг. 27А и Фиг. 27В показаны соответственно виды сбоку и спереди одномерного (1D) световода, обеспечивающего ввод в двухсекционный световод 16. На Фиг. 27А показан вид сбоку одномерного (1D) световода 410, который расширяет апертуру в поперечном направлении со следующим за ним световодом 320.On FIG. 27A and FIG. 27B shows side and front views, respectively, of a one-dimensional (1D) light guide providing input to a two-section light guide 16. FIG. 27A shows a side view of a one-dimensional (1D) light guide 410 that expands the aperture laterally with the light guide 320 following it.

Световод наголовного дисплея пропускает свет "виртуального" изображения из проектора 2 в глаз 10 наблюдателя с увеличением проецируемой апертуры. Упомянутое прохождение через световод 16 включает отражения посредством встроенных отражателей (граней) или дифракцию на решетках.The light guide of the head-mounted display transmits the light of the "virtual" image from the projector 2 into the eye 10 of the observer with an increase in the projected aperture. Said transmission through the light guide 16 includes reflections by built-in reflectors (facets) or grating diffraction.

Световод 16 является прозрачным для "внешнего мира", и предпочтительно не должен вносить каких-либо отражений внешнего мира в направлении глаза 10 наблюдателя.The light guide 16 is transparent to the "outside world", and preferably should not introduce any reflections of the outside world in the direction of the observer's eye 10.

Многие варианты исполнения световодов вносят некоторые отражения падающего под большим углом света в направлении глаза 10. Покрытие граней (или дифракционную эффективность решеток) можно оптимизировать для снижения отражательной способности на таких углах падения. Однако источники света высокой интенсивности, такие как лампа (в темной окружающей обстановке) или солнце, могут отражать свет значительной интенсивности в направлении наблюдателя.Many light guide designs introduce some reflections of high angle light towards the eye 10. Facet coverage (or grating diffraction efficiency) can be optimized to reduce reflectivity at these angles of incidence. However, high intensity light sources such as a lamp (in a dark environment) or the sun may reflect light of considerable intensity towards the observer.

На Фиг. 28 показана круговая диаграмма нежелательного изображения, перекрывающего виртуальное изображение. В прилагаемой фигуре используется диаграмма, показанная на Фиг. 13, однако на прилагаемой фигуре показана только одна точка в поле. Свет из внешнего источника попадает в световод и генерирует нежелательное изображение, перекрывающее виртуальное изображение.On FIG. 28 shows a pie chart of an unwanted image overlapping a virtual image. The accompanying figure uses the diagram shown in FIG. 13, however, the attached figure shows only one dot in the field. Light from an external source enters the light guide and generates an unwanted image that overlaps the virtual image.

Внешний источник обозначен как 8Is (например, солнце под большим углом над наблюдателем). Свет из внешнего источника 8Is, передаваемый в световод 16, отражается вторым набором граней 36 под углом в 4Rs (перекрывание 4R на Фиг. 13), из этой точки нежелательное изображение следует по пути изображения: 4Rs, 6Ls, 6R и к наблюдателю 8s.The external source is designated as 8Is (for example, the sun at a high angle above the observer). Light from an external source 8Is transmitted to the light guide 16 is reflected by the second set of edges 36 at an angle of 4Rs (4R overlap in Fig. 13), from this point the unwanted image follows the image path: 4Rs, 6Ls, 6R and to the viewer 8s.

Очевидно, что 4Rs направляется, следовательно, изображение будет передаваться наблюдателю. Однако под другими углами свет от внешнего источника 8Is будет поступать на 4Rs, который не будет направляться внутренним отражением, следовательно, нежелательное изображение не будет генерироваться.Obviously, 4Rs is being sent, hence the image will be transmitted to the viewer. However, at other angles, light from an external 8Is source will arrive at 4Rs, which will not be guided by internal reflection, hence no unwanted image will be generated.

Паразитный свет также может попадать в световод через изображение 4Rs, когда это изображение находится за пределами TIR (в пределах одной из окружностей). Этот свет (помеха) проникает с другой стороны световода (со стороны наблюдателя). Для предотвращения попадания паразитного света 8Is или 4Rs сверху световода может быть установлен козырек, как показано на Фиг. 29А.Spurious light can also enter the fiber through the 4Rs image when this image is outside the TIR (within one of the circles). This light (interference) penetrates from the other side of the fiber (from the side of the observer). To prevent stray light 8Is or 4Rs from entering, a shroud can be placed on top of the fiber as shown in FIG. 29A.

На Фиг. 29А показан козырек, предотвращающий попадание в световод света под большим углом. Козырек 1009 устанавливается, преимущественно блокируя (от световода 16) паразитный свет 2900, падающий под большим углом спереди и сзади. Свет, падающий под меньшим углом 1007А, не будет освещать фокальную зону 1007В и, следовательно, не будет виден.On FIG. 29A shows a shroud to prevent light entering the light guide at a high angle. The visor 1009 is positioned to advantageously block (from the light guide 16) high-angle stray light 2900 from the front and rear. Light incident at the smaller angle 1007A will not illuminate the focal area 1007B and therefore will not be visible.

На Фиг. 29В показано покрытие со свойствами, зависящими от угла, для предотвращения попадания в световод света с большим углом падения. Покрытие 1011 выполняется со свойствами, зависящими от угла. Это покрытие 1011 отражает падающие под большим углом лучи 2900 света (относительно зенита), и в то же время пропускает свет 1007А с меньшим углом, как показано на фигуре.On FIG. 29B shows a coating with angle dependent properties to prevent high angle light from entering the fiber. Coating 1011 is made with properties dependent on the angle. This coating 1011 reflects high angle light rays 2900 (relative to the zenith) while transmitting light 1007A at a lower angle as shown in the figure.

На Фиг. 30 показано альтернативное расположение секций. На прилагаемой фигуре две секции (первая секция 14 и вторая секция 12) объединены в единый одномерный (1D) световод 1020. Этот световод 1020 имеет две секции, прилегающие с использованием другой боковой поверхности, по сравнению с прилегающими поверхностями перекрывающегося световода 16, показанного на Фиг. 2. Секции световода 1020 объединены в виде надстройки, где распространяющийся свет, являющийся направляемым (два изображения 4L и 4R, показанные на Фиг. 13), отражается сперва первым набором граней 32 в первой секции 14 (4R - первым набором граней 32, показанным на Фиг. 13) и затем вторым набором граней 36 во второй секции 12 (6R - вторым набором граней 36, показанным на Фиг. 13). Следует отметить, что согласно данному варианту исполнения грани не являются перпендикулярными наружным поверхностям световода. Поэтому, лишь одно изображение отражается в основном направлении к глазу 10. Например, на 6L отражается только 4R, а не 4R на 6R одновременно с 4L на 6L. Этим единственным основным направлением смягчаются требования к точности выравнивания, которые существуют в конструкциях с разделением лучей.On FIG. 30 shows an alternative arrangement of sections. In the accompanying figure, two sections (first section 14 and second section 12) are combined into a single one-dimensional (1D) light guide 1020. This light guide 1020 has two sections adjacent using a different side surface compared to the adjacent surfaces of the overlapping light guide 16 shown in FIG. . 2. The light guide sections 1020 are combined as a superstructure where the propagating light being guided (the two images 4L and 4R shown in FIG. 13) is reflected first by the first set of edges 32 in the first section 14 (4R being the first set of edges 32 shown in FIG. Fig. 13) and then the second set of edges 36 in the second section 12 (6R - the second set of edges 36 shown in Fig. 13). It should be noted that according to this embodiment, the edges are not perpendicular to the outer surfaces of the light guide. Therefore, only one image is reflected in the main direction towards eye 10. For example, only 4R is reflected on 6L, and not 4R on 6R at the same time as 4L on 6L. This single focus alleviates the alignment accuracy requirements that exist in split beam designs.

На Фиг. 32А показано схематическое изображение вида сбоку приведенной в качестве примера системы освещения. Световод 16 может быть использован для системы освещения, обеспечивающей неокрашенное равномерное освещение проекторов изображений. Источник 3200 света обеспечивает входное освещение, освещающее световод 16. При распространении света 3202 в световоде 16 свет 3202 отражается 3204 гранями световода 16 на модулятор изображений 3215. Например, модулятор изображений 3215 может быть жидкокристаллическим на кремниевом основании (LCOS). Отраженный свет 3206 изображения проходит через волновод и затем, как правило, отображается с помощью оптической системы 3220. Преимущественно свойства покрытия граней зависят от поляризации, поэтому световод 16 действует как разделитель поляризационного пучка. Для наглядности в данном описании и фигуре поляризаторы и вращатели плоскости поляризации пропущены.On FIG. 32A is a schematic side view of an exemplary lighting system. The light guide 16 can be used for a lighting system providing uncolored uniform illumination of image projectors. Light source 3200 provides input illumination illuminating light guide 16. As light 3202 propagates in light guide 16, light 3202 is reflected by 3204 edges of light guide 16 onto image modulator 3215. For example, image modulator 3215 may be a liquid crystal on silicon (LCOS) basis. The reflected image light 3206 passes through the waveguide and is then typically displayed by the optical system 3220. Advantageously, the facet coating properties are polarization dependent, so the fiber 16 acts as a polarization beam splitter. For clarity, polarizers and rotators of the plane of polarization are omitted in this description and figure.

На Фиг. 32В приведено схематическое изображение вида спереди приведенной в качестве примера системы освещения, показывающее вид спереди световода 16. Источник 3200 света проецирует свет 3202 непосредственно (или через светопровод) в световод 16, где пересечение (перекрывание) граней вызывает расширение апертуры источника в поперечном направлении в пределах световода 16 и проецирует свет из световода 16.On FIG. 32B is a schematic front view of an exemplary lighting system showing a front view of light guide 16. Light source 3200 projects light 3202 directly (or through light guide) into light guide 16 where the intersection (overlapping) of the faces causes the source aperture to expand laterally within light guide 16 and projects light from light guide 16.

Следует отметить, что описанные выше примеры, использованные числовые значения и примеры расчетов направлены на содействие в описании вариантов осуществления настоящего изобретения. Непреднамеренные опечатки, математические ошибки и/или использование упрощенных расчетов не приуменьшают полезности и основных преимуществ изобретения.It should be noted that the examples described above, the numerical values used, and the calculation examples are intended to assist in describing embodiments of the present invention. Unintentional typographical errors, mathematical errors and/or the use of simplified calculations do not detract from the usefulness and essential advantages of the invention.

Поскольку прилагаемая формула изобретения была составлена без множественных зависимостей, следует иметь в виду, что это было сделано только для учета формальных требований в юрисдикциях, не допускающих таких множественных зависимостей. Следует отметить, что все возможные комбинации признаков, которые будут подразумеваться при придании формуле изобретения множественной зависимости, в явной форме предусмотрены и должны считаться частью изобретения.Since the appended claims have been drafted without multiple dependencies, it should be understood that this was done only to accommodate formal requirements in jurisdictions that do not allow such multiple dependencies. It should be noted that all possible combinations of features that will be implied when the claims are multiplied are expressly contemplated and should be considered part of the invention.

Следует иметь в виду, что приведенные выше описания вариантов осуществления настоящего изобретения предназначены только для того, чтобы служить примерами, и что возможны многие другие варианты осуществления настоящего изобретения в пределах объема настоящего изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.It should be understood that the above descriptions of the embodiments of the present invention are intended to serve as examples only, and that many other embodiments of the present invention are possible within the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (89)

1. Оптическое устройство, содержащее: 1. An optical device, comprising: a) световод, имеющий: a) a light guide having: (i) первую пару внешних поверхностей, параллельных одна другой, и (i) a first pair of outer surfaces parallel to each other, and (ii) по меньшей мере два набора граней, каждый из которых: (ii) at least two sets of faces, each of which: (A) включает в себя множество частично отражающих граней, параллельных одна другой, и (A) includes a plurality of partially reflective faces parallel to one another, and (B) расположен между упомянутой первой парой внешних поверхностей, и (B) located between said first pair of outer surfaces, and b) при этом в каждом из упомянутых наборов граней соответственные грани расположены: b) in this case, in each of the mentioned sets of faces, the corresponding faces are located: (i) под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и (i) at an oblique angle with respect to said first pair of outer surfaces, and (ii) непараллельно относительно другого из упомянутых наборов граней, (ii) non-parallel with respect to another of said sets of faces, при этом при наличии первого набора линий пересечения между плоскостями первого набора граней с плоскостью внешней поверхности световода и при наличии второго набора линий пересечения между плоскостями второго набора граней с той же плоскостью внешней поверхности световода первый и второй наборы линий являются непараллельными. in this case, if there is a first set of lines of intersection between the planes of the first set of faces with the plane of the outer surface of the fiber and if there is a second set of lines of intersection between the planes of the second set of faces with the same plane of the outer surface of the fiber, the first and second sets of lines are non-parallel. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый световод содержит полностью два из упомянутых наборов граней. 2. The device according to claim. 1, characterized in that said light guide contains two of the said sets of faces. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый световод содержит полностью три из упомянутых наборов граней. 3. The device according to claim 1, characterized in that said light guide contains all three of said sets of faces. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере первый набор из упомянутых наборов граней обеспечивает сплошное перекрывание при наблюдении в направлении обзора соответствующего участка размещения упомянутого первого набора граней, так что по меньшей мере часть света при упомянутом направлении обзора проходит через по меньшей мере одну грань из по меньшей мере двух наборов граней в упомянутом световоде. 4. The device according to claim. 1, characterized in that at least the first set of said sets of faces provides continuous overlap when viewed in the direction of view of the corresponding area of the location of the said first set of faces, so that at least part of the light in the said direction of view passes through at least one face from at least two sets of faces in said light guide. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из упомянутых наборов граней заполняет участок перекрывания, при этом упомянутое заполнение представляет собой участок, на котором размещен каждый из упомянутых наборов граней, и при этом упомянутые участки перекрывания двух из упомянутых наборов граней по меньшей мере частично перекрываются. 5. The device according to claim. 1, characterized in that each of the mentioned sets of faces fills the overlap area, while the said filling is the area on which each of the mentioned sets of faces is placed, and at the same time, the said overlapping areas of two of the mentioned sets of faces overlap at least partially. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый световод представляет собой односекционный световод, включающий в себя: 6. The device according to claim. 1, characterized in that the said light guide is a single-section light guide, including: (a) первый набор из упомянутых наборов граней, и (a) the first set of said facet sets, and (b) второй набор из упомянутых наборов граней, (b) the second set of said facet sets, причем упомянутые первый и второй наборы перекрываются в одной плоскости по толщине упомянутого световода, при этом упомянутая толщина определяется между упомянутой первой парой внешних поверхностей. wherein said first and second sets overlap in the same plane along the thickness of said light guide, said thickness being defined between said first pair of outer surfaces. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что 7. Device according to claim 1, characterized in that (a) упомянутый световод имеет толщину, определяемую между упомянутой первой парой внешних поверхностей, (a) said light guide has a thickness defined between said first pair of outer surfaces, (b) грани первого из упомянутых наборов граней простираются по упомянутой толщине так, что охватывают первый слой от первого значения толщины до второго значения толщины, и (b) the faces of the first of said sets of faces extend through said thickness so as to enclose the first layer from the first thickness value to the second thickness value, and (c) грани второго из упомянутых наборов граней простираются по упомянутой толщине так, что охватывают второй слой от третьего значения толщины до четвертого значения толщины. (c) the faces of the second of said sets of faces extend through said thickness so as to enclose the second layer from a third thickness value to a fourth thickness value. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что упомянутый первый слой и упомянутый второй слой охватывают перекрывающиеся слои. 8. The device according to claim 7, characterized in that said first layer and said second layer encompass overlapping layers. 9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что упомянутый первый слой и упомянутый второй слой охватывают одну и ту же толщину слоев. 9. The device according to claim 7, characterized in that said first layer and said second layer cover the same thickness of the layers. 10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что упомянутый первый слой и упомянутый второй слой не перекрываются. 10. The device according to claim 7, characterized in that said first layer and said second layer do not overlap. 11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что секция граней ограничена ограничивающей парой поверхностей, параллельных упомянутой первой паре внешних поверхностей, или совпадающих с ней, при этом упомянутая секция содержит по меньшей мере один из упомянутых наборов граней. 11. The device according to claim. 1, characterized in that the section of faces is limited by a bounding pair of surfaces parallel to or coinciding with said first pair of outer surfaces, while said section contains at least one of said sets of faces. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что упомянутый световод является односекционным световодом, включающим в себя: 12. The device according to p. 11, characterized in that the said light guide is a single-section light guide, including: (a) первую секцию из упомянутой секции граней, при этом упомянутая первая секция содержит два из упомянутых наборов граней. (a) a first section from said edge section, wherein said first section contains two of said edge sets. 13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что упомянутый световод является двухсекционным световодом, включающим в себя: 13. The device according to claim. 11, characterized in that the said light guide is a two-section light guide, including: (a) первую секцию из упомянутой секции граней, содержащую первую ограничивающую пару поверхностей, и (a) a first section of said edge section containing a first bounding pair of surfaces, and (b) вторую секцию из упомянутой секции граней, содержащую вторую ограничивающую пару поверхностей,(b) a second section of said edge section containing a second bounding pair of surfaces, при этом одна поверхность упомянутой первой ограничивающей пары поверхностей прилегает к одной поверхности упомянутой второй ограничивающей пары поверхностей, при этом упомянутые первая и вторая ограничивающие пары поверхностей параллельны. wherein one surface of said first bounding pair of surfaces is adjacent to one surface of said second bounding pair of surfaces, wherein said first and second bounding pairs of surfaces are parallel. 14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что упомянутый световод является трехсекционным, также включающим в себя: 14. The device according to claim 13, characterized in that the said light guide is three-section, also including: (a) третью секцию из упомянутой секции граней, содержащую третью ограничивающую пару поверхностей, при этом одна поверхность упомянутой третьей ограничивающей пары поверхностей прилегает к одной поверхности либо упомянутой первой ограничивающей пары поверхностей, либо упомянутой второй ограничивающей пары поверхностей, и (a) a third section of said edge section comprising a third bounding pair of surfaces, wherein one surface of said third bounding pair of surfaces is adjacent to one surface of either said first bounding pair of surfaces or said second bounding pair of surfaces, and при этом упомянутая третья ограничивающая пара поверхностей параллельна упомянутым первой и второй ограничивающим парам поверхностей. wherein said third boundary pair of surfaces is parallel to said first and second boundary pairs of surfaces. 15. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что упомянутый световод включает в себя: 15. The device according to claim 11, characterized in that said light guide includes: (a) первую секцию из упомянутой секции граней, содержащую первую ограничивающую пару поверхностей, и (a) a first section of said edge section containing a first bounding pair of surfaces, and (b) вторую секцию из упомянутой секции граней, содержащую вторую ограничивающую пару поверхностей, (b) a second section of said edge section containing a second bounding pair of surfaces, (c) при этом упомянутые первая и вторая ограничивающие пары поверхностей являются параллельными, и (c) wherein said first and second boundary pairs of surfaces are parallel, and (d) по меньшей мере одну поверхность контакта, при этом каждая упомянутая поверхность контакта: (d) at least one contact surface, each said contact surface: (i) находится по меньшей мере частично между двумя секциями, и(i) is located at least partially between two sections, and (ii) параллельна упомянутой первой паре внешних поверхностей, (ii) parallel to said first pair of outer surfaces, (e) при этом упомянутой поверхностью контакта является по меньшей мере одна поверхность, выбранная из группы, которую составляют: (e) wherein said contact surface is at least one surface selected from the group consisting of: (i) частично отражающая поверхность, (i) a partially reflective surface, (ii) частично отражающее оптическое покрытие, (ii) a partially reflective optical coating, (iii) переходной участок от материала одной из упомянутых секций к иному материалу другой из упомянутых секций, (iii) a transitional section from the material of one of the said sections to another material of the other of the said sections, (iv) покрытие, изменяющее поляризацию, и (iv) a polarization-changing coating, and (v) гибкий промежуточный слой. (v) flexible intermediate layer. 16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй из упомянутых наборов граней выполнен так, чтобы осуществлять выведение света из упомянутого световода, при16. The device according to claim. 1, characterized in that the second of the said sets of faces is made so as to carry out the removal of light from the said light guide, when этом упомянутый второй набор граней, имеющий фиксированное количество граней, перекрывается по оптической оси в направлении заданной точки наблюдения выведения света из упомянутого световода через одну из упомянутой первой пары внешних поверхностей. therein, said second set of faces, having a fixed number of faces, overlaps along the optical axis in the direction of a predetermined point of observation of the output of light from said light guide through one of said first pair of outer surfaces. 17. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее: 17. The device according to claim 1, further comprising: (a) устройство ввода, выполненное так, чтобы направлять свет в упомянутый световод так, чтобы упомянутый свет распространялся посредством внутреннего отражения от упомянутой первой пары внешних поверхностей через упомянутый световод в направлении распространения первой составляющей в плоскости, и (a) an input device configured to direct light into said light guide so that said light propagates by internal reflection from said first pair of outer surfaces through said light guide in the direction of propagation of the first component in the plane, and (b) при этом в каждом из упомянутых наборов граней соответствующие грани ориентированы для преломления части упомянутого света, направляемого посредством внутреннего отражения упомянутого световода для распространения по упомянутому световоду в направлении распространения второй составляющей в плоскости, непараллельной упомянутой первой составляющей в плоскости. (b) wherein in each of said sets of faces, the respective faces are oriented to refract a portion of said light directed by internal reflection of said light guide to propagate along said light guide in the propagation direction of the second component in a plane not parallel to said first component in the plane. 18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что упомянутое устройство ввода представляет собой второй световод, включающий в себя: 18. The device according to claim 17, characterized in that said input device is a second light guide, including: (a) вторую пару внешних поверхностей, параллельных одна другой, и (a) a second pair of outer surfaces parallel to one another, and (b) набор граней. (b) set of faces. 19. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в по меньшей мере одном из упомянутых наборов граней расстояние между каждой из упомянутых частично отражающих граней выполнено таким, чтобы в поле обзора изображения, отражаемого упомянутым одним из упомянутых наборов граней, шаг, с которым происходит распространение двойного отражения по упомянутому световоду, не совпадал с целым значением упомянутого расстояния. 19. The device according to claim 1, characterized in that in at least one of the said sets of faces, the distance between each of the said partially reflecting faces is made such that in the field of view of the image reflected by the said one of the mentioned sets of faces, the step with which double reflection propagates along said fiber, did not coincide with the integer value of said distance. 20. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый угол упомянутых частично отражающих граней в первом наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней отличается от второго угла упомянутых частично отражающих граней во втором наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней, при этом упомянутые углы заданы относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей. 20. The device according to claim 1, characterized in that the first angle of said partially reflective faces in the first set of said at least two sets of faces differs from the second angle of said partially reflective faces in the second set of said at least two sets of faces, when therein, said angles are given with respect to said first pair of outer surfaces. 21. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый угол упомянутых частично отражающих граней в первом наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней по существу такой же, как и второй угол упомянутых частично отражающих граней во втором наборе из упомянутых по меньшей мере двух наборов граней, при этом упомянутые углы заданы относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей, и упомянутый первый набор повернут относительно упомянутого второго набора.21. The device according to claim 1, characterized in that the first angle of said partially reflective edges in the first set of said at least two sets of edges is substantially the same as the second angle of said partially reflective edges in the second set of at least mentioned two sets of faces, wherein said angles are given relative to said first pair of outer surfaces, and said first set is rotated relative to said second set. 22. Устройство по п. 1, также содержащее: 22. The device according to claim 1, also containing: a) источник света (3200), обеспечивающий введение освещения (3202) в упомянутый световод (16), и a) a light source (3200) for introducing illumination (3202) into said light guide (16), and b) модулятор изображения (3215), отражающий распространяемый свет (3204), создаваемый упомянутым световодом из упомянутого введенного освещения, при этом упомянутое отражение создает отраженный свет (3206) изображения, который пересекает упомянутый световод. b) an image modulator (3215) reflecting diffused light (3204) produced by said light guide from said input illumination, said reflection producing reflected image light (3206) which intersects said light guide. 23. Способ производства оптического устройства, которое содержит световод (16), имеющий: 23. Method for the production of an optical device that contains a light guide (16) having: (i) по меньшей мере два набора граней (32, 36) между первой парой внешних поверхностей (22, 24), (i) at least two sets of faces (32, 36) between the first pair of outer surfaces (22, 24), (ii) упомянутые внешние поверхности (22, 24) параллельны одна другой, (ii) said outer surfaces (22, 24) are parallel to one another, (iii) каждый из упомянутых наборов граней (32, 36) содержит множество частично отражающих граней, параллельных одна другой, (iii) each of said sets of faces (32, 36) contains a plurality of partially reflecting faces parallel to one another, и при этом в каждом из упомянутых наборов граней (32, 36) упомянутые соответствующие грани располагаются под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей (22, 24), и непараллельно относительно другого из упомянутых наборов граней (32, 36), and at the same time, in each of the mentioned sets of faces (32, 36) the mentioned corresponding faces are located at an oblique angle with respect to the mentioned first pair of outer surfaces (22, 24), and non-parallel with respect to the other of the mentioned sets of faces (32, 36), при этом способ включает: wherein the method includes: (a) обеспечение наличия первого массива (52) частично отражающих граней, (a) providing a first array (52) of partially reflective faces, (b) обеспечение наличия второго массива (56) частично отражающих граней, и (b) providing a second array (56) of partially reflective faces, and (c) оптическое соединение упомянутого первого массива (52) и упомянутого второго массива (56) так, чтобы упомянутые грани упомянутого первого массива (32) и упомянутые грани упомянутого второго массива (36) были расположены под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей (22, 24), и непараллельно одна другой, (c) optical connection of said first array (52) and said second array (56) so that said faces of said first array (32) and said faces of said second array (36) are located at an oblique angle relative to said first pair of outer surfaces ( 22, 24), and not parallel to one another, при этом при наличии первого набора линий пересечения между плоскостями первого набора граней с плоскостью внешней поверхности световода и при наличии второго набора линий пересечения между плоскостями второго набора граней с той же плоскостью внешней поверхности световода первый и второй наборы линий являются непараллельными. in this case, if there is a first set of lines of intersection between the planes of the first set of faces with the plane of the outer surface of the fiber and if there is a second set of lines of intersection between the planes of the second set of faces with the same plane of the outer surface of the fiber, the first and second sets of lines are non-parallel. 24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что упомянутое оптическое соединение выполняют прижатием одного к другому упомянутых первого и второго массивов с мастикоподобным клеем между упомянутыми первым и вторым массивами. 24. The method according to claim 23, characterized in that said optical connection is made by pressing said first and second arrays with mastic glue between said first and second arrays. 25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что первый угол упомянутых частично отражающих граней в упомянутом первом массиве отличается от второго угла упомянутых частично отражающих граней в упомянутом втором массиве, при этом упомянутые углы заданы относительно соответствующих внешних поверхностей упомянутых массивов. 25. The method according to claim 23, characterized in that the first angle of said partially reflective faces in said first array differs from the second angle of said partially reflective faces in said second array, wherein said angles are set relative to the respective outer surfaces of said arrays. 26. Способ по п. 23, отличающийся тем, что первый угол упомянутых частично отражающих граней в упомянутом первом массиве по существу такой же, как и второй угол упомянутых частично отражающих граней в упомянутом втором массиве, при этом упомянутые углы заданы относительно соответствующих внешних поверхностей упомянутых массивов, и упомянутый первый массив повернут относительно упомянутого второго массива перед оптическим соединением упомянутых массивов. 26. The method according to claim 23, characterized in that the first angle of said partially reflective faces in said first array is essentially the same as the second angle of said partially reflective faces in said second array, wherein said angles are given relative to the respective outer surfaces of said arrays, and said first array is rotated with respect to said second array before the optical connection of said arrays. 27. Способ производства оптического устройства, которое содержит световод (16), имеющий: 27. Method for the production of an optical device that contains a light guide (16) having: (i) по меньшей мере два набора граней (32, 36) между первой парой внешних поверхностей (22, 24), (i) at least two sets of faces (32, 36) between the first pair of outer surfaces (22, 24), (ii) упомянутые внешние поверхности (22, 24) параллельны одна другой, (ii) said outer surfaces (22, 24) are parallel to one another, (iii) каждый из упомянутых наборов граней (32, 36) содержит множество частично отражающих граней, параллельных одна другой, и (iii) each of said sets of faces (32, 36) contains a plurality of partially reflective faces parallel to one another, and при этом в каждом из упомянутых наборов граней (32, 36) упомянутые соответствующие грани расположены под косым углом относительно упомянутой первой пары внешних поверхностей (22, 24), и непараллельно относительно упомянутого другого из упомянутых наборов граней (32, 36), wherein in each of the said sets of faces (32, 36) the said respective faces are located at an oblique angle relative to the first pair of outer surfaces (22, 24), and not parallel to the other mentioned set of faces (32, 36), при этом способ включает: wherein the method includes: (a) обеспечение наличия множества прозрачных плоских окон (50), имеющих частично отражающие поверхности; (a) providing a plurality of transparent flat windows (50) having partially reflective surfaces; (b) оптическое соединение между собой упомянутых окон (50) так, чтобы образовывать первый пакет (51), (b) optical connection between said windows (50) so as to form the first package (51), (c) разрезание упомянутого первого пакета (51) для образования множества первых плоских массивов (52), при этом упомянутое разрезание выполняется через множество окон (50) и под косым углом относительно по меньшей мере двух пар противолежащих сторон упомянутого первого пакета (70), (c) cutting said first package (51) to form a plurality of first flat arrays (52), wherein said cutting is performed through a plurality of windows (50) and at an oblique angle relative to at least two pairs of opposite sides of said first package (70), (d) оптическое соединение между собой множества упомянутых первых плоских массивов (52) так, чтобы образовывался пакет (70) массивов, и (d) optically interconnecting a plurality of said first planar arrays (52) so as to form a stack (70) of arrays, and (e) разрезание упомянутого пакета (70) массивов для образования по меньшей мере одного упомянутого световода (71, 16), при этом упомянутое разрезание выполняется через множество упомянутых первых плоских массивов (52) и под косым углом относительно по меньшей мере двух пар противолежащих сторон упомянутого пакета (70) массивов, (e) cutting said stack (70) of arrays to form at least one said light guide (71, 16), wherein said cutting is performed through a plurality of said first flat arrays (52) and at an oblique angle with respect to at least two pairs of opposite sides mentioned package (70) of arrays, при этом при наличии первого набора линий пересечения между плоскостями первого набора граней с плоскостью внешней поверхности световода и при наличии второго набора линий пересечения между плоскостями второго набора граней с той же плоскостью внешней поверхности световода первый и второй наборы линий являются непараллельными. in this case, if there is a first set of lines of intersection between the planes of the first set of faces with the plane of the outer surface of the fiber and if there is a second set of lines of intersection between the planes of the second set of faces with the same plane of the outer surface of the fiber, the first and second sets of lines are non-parallel. 28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что упомянутые первые плоские массивы отполированы с нанесением покрытия перед оптическим соединением для образования упомянутого пакета массивов. 28. The method according to claim 27, characterized in that said first planar arrays are polished and coated before the optical connection to form said array package. 29. Способ расширения оптической апертуры в двух измерениях путем получения изображения введением света в упомянутое оптическое устройство по п. 1.29. A method for expanding an optical aperture in two dimensions by obtaining an image by introducing light into the said optical device according to claim 1.
RU2020100274A 2018-01-21 2018-06-26 Light guide optical element with multi-axis expansion of internal aperture RU2772076C2 (en)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862619830P 2018-01-21 2018-01-21
US62/619,830 2018-01-21
US201862633095P 2018-02-21 2018-02-21
US62/633,095 2018-02-21
US201862645222P 2018-03-20 2018-03-20
US62/645,222 2018-03-20
US15/978,139 US10551544B2 (en) 2018-01-21 2018-05-13 Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion
US15/978,139 2018-05-13
PCT/IL2018/050701 WO2019142177A1 (en) 2018-01-21 2018-06-26 Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020100274A3 RU2020100274A3 (en) 2022-02-21
RU2020100274A RU2020100274A (en) 2022-02-21
RU2772076C2 true RU2772076C2 (en) 2022-05-16

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206649211U (en) * 2017-02-24 2017-11-17 北京耐德佳显示技术有限公司 A kind of nearly eye display device using Waveguide mode optical element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206649211U (en) * 2017-02-24 2017-11-17 北京耐德佳显示技术有限公司 A kind of nearly eye display device using Waveguide mode optical element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3068946C (en) Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion
KR102699716B1 (en) Optical Systems including Light-Guide Optical Elements with Two-Dimensional Expansion
JP7187022B2 (en) Aperture multiplier using rectangular waveguide
KR20230054841A (en) Optical system for 2D expansion of images reducing glint and ghosting from waveguides
KR20240006707A (en) Optical aperture multipliers having a rectangular waveguide
RU2772076C2 (en) Light guide optical element with multi-axis expansion of internal aperture
US20230359034A1 (en) Compound light-guide optical elements
EP4232868A1 (en) Active optical engine