TW202132829A - 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統 - Google Patents

包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統 Download PDF

Info

Publication number
TW202132829A
TW202132829A TW109146961A TW109146961A TW202132829A TW 202132829 A TW202132829 A TW 202132829A TW 109146961 A TW109146961 A TW 109146961A TW 109146961 A TW109146961 A TW 109146961A TW 202132829 A TW202132829 A TW 202132829A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
partially reflective
loe
reflective surfaces
image
optical
Prior art date
Application number
TW109146961A
Other languages
English (en)
Inventor
埃坦 羅寧
羅寧 切里基
齊翁 艾森菲爾德
Original Assignee
以色列商魯姆斯有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 以色列商魯姆斯有限公司 filed Critical 以色列商魯姆斯有限公司
Publication of TW202132829A publication Critical patent/TW202132829A/zh

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

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

Abstract

一種光學系統，為基於光導光學元件的顯示器提供輸入光學孔徑的兩級擴展。使用不同的兩組相互平行部分反射表面來實現第一擴展，每個組處理向眼睛呈現的整個視場的不同部分。在一些情況下，單個圖像投影儀向集成到LOE中的兩組小平面提供圖像照明。在其他情況下，兩個分開的投影儀將與視場的兩個不同部分對應的圖像照明傳送到它們相應的小平面組。

Description

包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統
本發明涉及光學系統，並且特別地，本發明涉及包括用於實現光學孔徑擴展的光導光學元件(light-guide optical element，LOE)的光學系統。
許多近眼顯示系統包括放置在使用者眼睛前面的透明光導光學元件(LOE)或“波導”，其通過內反射在LOE內傳送圖像，並且然後通過合適的輸出耦合機構朝向使用者的眼睛耦出圖像。輸出耦合機構可以基於嵌入式部分反射器或“小平面”，或者可以採用衍射元件。下文的描述將主要涉及基於小平面的耦出佈置。
本發明是用於將圖像照明引導至眼動框以供使用者的眼睛觀看的光學系統。
根據本發明的實施方式的教示，提供了一種光學系統，用於將注入至少一個耦入區域的圖像照明引導至眼動框以供用戶的眼睛觀看，該光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，該LOE包括：(a)第一區域，其包含具有第一取向的第一組平坦的相互平行部分反射表面；(b)第一區域還包含具有與第一取向不平行的第二取向的第二組平坦的相互平行部分反射表面；(c)第二區域，其包含具有第三取向的第三組平坦的相互平行部分反射表面，第三取向與第一取向和第二取向中的每個取向不平行；(d)一組相互平行的主外表面，主外表面跨第一區域和第二區域延伸，使得第一組部分反射表面、第二組部分反射表面以及第三組部分反射表面都位於主外表面之間，其中第三組部分反射表面與主外表面成斜角，使得通過主外表面處的內反射在LOE內從第一區域傳播到第二區域中的圖像照明的一部分從LOE朝向眼動框耦出，並且其中，第一組 部分反射表面和第二組部分反射表面中的每一個被定向成使得來自至少一個耦入區域的通過主外表面處的內反射在LOE內傳播的圖像照明的一部分被朝向第二區域偏轉。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面使圖像的視場的第一部分朝向第二區域偏轉，並且第二組部分反射表面使圖像的視場的第二部分朝向第二區域偏轉，視場的第一部分與第二部分組合以提供比第一部分和第二部分中的每一個更大的連續組合視場。
根據本發明實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面中的每一個包括偏轉表面，該偏轉表面被構造成反射入射在偏轉表面上的大部分圖像照明，偏轉表面被部署成第一組部分反射表面和第二組部分反射表面中的每一個的、注入到至少一個耦入區域的圖像照明所到達的第一部分反射表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面的偏轉表面和第二組部分反射表面的偏轉表面相交於線。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面中的每一個包括與偏轉表面相鄰的填料表面，該填料表面具有平行於主外表面測量的長度，該長度小於偏轉表面的長度並且小於與填料表面相鄰的另一個部分反射表面的長度。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面各自具有部分反射表面之間的不均勻的間隔。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面的部分反射表面中的每一個具有平行於主外表面測量的長度，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面中的每一個包括具有不同長度的部分反射表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入區域在LOE的尺寸的中間三分之一內。
根據本發明的實施方式的另一特徵，將LOE的與LOE的第一區 域相鄰的至少一個邊緣實現為與主外表面垂直的鏡表面，並且其中，圖像照明從耦入區域到LOE的第二區域的路徑包括來自LOE的至少一個邊緣的鏡表面的至少一個反射。
根據本發明實施方式的另一特徵，還提供了圖像投影儀，其被構造成投影與准直圖像對應的圖像照明，圖像投影儀在耦入區域處光學地耦合到LOE，以使圖像照明注入到LOE的第一區域內，從而通過主外表面處的內反射在LOE內傳播，圖像照明以有效光學孔徑和有效傳播方向被注入，以入射到第一組部分反射表面和第二組部分反射表面兩者的部分反射表面上。
根據本發明的實施方式的另一特徵，與有效傳播方向垂直的第一組部分反射表面的尺寸大於與有效傳播方向垂直的第二組部分反射表面的尺寸。
根據本發明的實施方式的另一特徵，在第一組部分反射表面的部分反射表面與有效傳播方向之間形成的角度小於在第二組部分反射表面的部分反射表面與有效傳播方向之間形成的角度。
根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了：第一圖像投影儀，其被構造成投影與准直圖像的第一部分對應的圖像照明，第一圖像投影儀在第一耦入區域處光學地耦合到LOE，以使圖像照明注入LOE的第一區域，從而通過主外表面處的內反射在LOE內傳播並且入射到第一組部分反射表面的部分反射表面上；以及第二圖像投影儀，其被構造成投影與准直圖像的第二部分對應的圖像照明，第二圖像投影儀在第二耦入區域處光學地耦合到LOE，以使圖像照明注入LOE的第一區域，從而通過主外表面處的內反射在LOE內傳播並且入射到第二組部分反射表面的部分反射表面上，准直圖像的第一部分和第二部分在眼動框處組合以提組合圖像。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面垂直於LOE的主外表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面傾斜於LOE的主外表面。
根據本發明的實施方式的教示，還提供了一種光學系統，用於將圖 像傳送到眼動框以供用戶的眼睛觀看，該光學系統包括：(a)光導光學元件(LOE)，其由透明材料形成，該LOE包括一組相互平行的主外表面和向外耦合的一組平坦的相互平行部分反射表面，向外耦合的一組部分反射表面位於主外表面之間；(b)第一圖像投影儀，其被構造成從光學孔徑投影與准直圖像的第一部分對應的圖像照明，該圖像照明遵循第一光路從光學孔徑進入LOE，以通過主外表面處的內反射在LOE內傳播，並且通過向外耦合的一組部分反射表面從LOE朝向眼動框逐漸地耦出；(c)第二圖像投影儀，其被構造成從光學孔徑投影與准直圖像的第二部分對應的圖像照明，該圖像照明遵循第二光路從光學孔徑進入LOE，以通過主外表面處的內反射在LOE內傳播並且通過向外耦合的一組部分反射表面從LOE朝向眼動框逐漸地耦出，准直圖像的第一部分和第二部分在眼動框處組合以提供組合圖像；(d)第一光學擴展部件，其包括具有第一取向的第一組平坦的相互平行部分反射表面，該第一光學擴展部件被部署在第一光路中，以擴展第一圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向向外耦合的一組部分反射表面進行引導；以及(e)第二光學擴展部件，其包括具有第二取向的第二組平坦的相互平行部分反射表面，該第二光學擴展部件被部署在第二光路中，以擴展第二圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向向外耦合的一組部分反射表面進行引導。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一光學擴展部件和第二光學擴展部件是光學地耦合到LOE的外部部件，並且其中，分別通過第一光學擴展部件和第二光學擴展部件發生來自第一圖像投影儀和第二圖像投影儀的圖像照明向LOE的注入。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一光學擴展部件和第二光學擴展部件各自在具有兩個主表面的厚板中實現，其中，主表面中的一個光學地耦合到與LOE相關聯的耦入表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入表面相對於LOE的主外表面成斜角。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一光學擴展部件的厚板光學地耦合到與LOE相關聯的第一耦入表面，並且第二光學擴展部件的厚板光學 地耦合到與LOE相關聯的第二耦入表面，第一耦入表面和第二耦入表面是非共面的。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入表面與LOE的主外表面中的一個共面或平行，並且其中，LOE包括至少一個至少部分反射耦入表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面位於LOE的主外表面之間的LOE內。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面與LOE的主外表面垂直。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面相對於LOE的主外表面傾斜。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一光學擴展部件還包括與第一組部分反射表面不平行的第三組相互平行的部分反射表面，第一組部分反射表面和第三組部分反射表面在相反方向上擴展第一圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向向外耦合的一組部分反射表面進行引導。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一圖像投影儀具有中心光軸，並且其中，第三組部分反射表面相對於中心光軸的傾斜度與第一組部分反射表面相對於中心軸的傾斜度不同。
12,403:光學系統包括光導光學元件(LOE)
16:第一區域
18:第二區域
14,210,220:圖像投影儀(POD)
10:近眼顯示器
20:側部
22:控制器
165,166:邊緣
203L:第一光學擴展部件
203R:第二光學擴展部件
40AL、40AR:第一小平面
40BL、40BR:最後小平面
410L:左第一邊緣
412L:左第二邊緣”
210:第一圖像投影儀
220:第二圖像投影儀
203:厚板(孔徑擴展器)
203L,203R:側部
800:楔形棱鏡
802L:第一耦入表面
802R:第二耦入表面
205,206,207,26,26A:表面
403:波導
404:小平面
203:厚板狀元件
201:系統
202:LED光源
200:示例性光源構造
204CL:左准直圖像
204CR:右准直圖像
204C:兩個准直圖像
238L:左耦出光線
238R:右耦出光線
206:偏振選擇性反射器
207L:左光管
207R:右光管
212:左顯示裝置
222:右顯示裝置
214,216:左PBS(多個偏振分束器)
224,226:右PBS(多個偏振分束器)
218:左准直器
228:右准直器
54L:左第一區域
54R:右第一區域
20L:左波導
20R:右波導
40AL:左第一小平面
40AR:右第一小平面
238L:左耦出光線
238R:右耦出光線
40AL,40AR:第一小平面
40BL,40BR:最後小平面
410L,410R:左第一邊緣
412L,412R:左第二邊緣
38RL:耦合光線
10:眼睛
414L:左第三束
414R:右第三束
800:楔形件
POD 1:第一圖像投影儀
POD 2:第二圖像投影儀
26,26A:表面
22L:左小平面
22R:右小平面
161,162,163,164,181,205,206,207,208,404,22L,22R:反射表面(小平面)
在本文中僅以示例的方式參照附圖描述本發明，在附圖中：
圖1A和圖1B是使用根據本發明的第一方面的教示構造和操作的光導光學元件(LOE)實現的光學系統的示意性等距視圖，其分別示出了自頂向下構造和側向注入構造；
圖1C和圖1D是使用根據本發明的另一方面的教示構造和操作的光導光學元件(LOE)實現的針對每個顯示器採用兩個圖像投影儀的光學系統的示意性等距視圖，其分別示出了自頂向下構造和側向注入構造；
圖2是用於實現圖1A和圖1B的光學系統的LOE構造的示意性平面圖；
圖3至圖7是圖2的LOE的第一區域的示意性放大圖，其示出用於確定LOE的第一區域中的部分反射表面的期望間隔和部署的各種幾何要素；
圖8是圖2的LOE的替選實現方式的示意性表示；
圖9是圖2的LOE的另一示意性表示，其示出了圖像投影儀經由楔形棱鏡耦合到LOE；
圖10A至圖10C是圖2的LOE內的部分反射表面的相對部署的示意性表示，其分別示出了表面的非對稱傾斜、對稱佈置、偏離中心的耦入區域；
圖11示出了結合圖3至圖7中所呈現的幾何要素並且採用可變長度小平面的圖2的LOE的第一區域的特別優選的實現方式；
圖12A和圖12B是圖2的LOE的其中第一組部分反射表面和第二組部分反射表面在LOE的兩段之間被細分的另一變型實現方式的示意性表示。
圖13是採用外周鏡表面的圖2的LOE的另一變型實現方式的示意性表示；
圖14A是用於實現圖1C和圖1D的光學系統的LOE構造的示意性等距視圖；
圖14B是在來自圖14A的光學系統的兩個圖像投影儀之間細分整個視場的示意性表示；
圖15A和圖15B是來自圖14A的光學系統的LOE的放大示意性等距視圖，其分別示出了對於第一光學孔徑擴展採用正交和成斜角部分反射表面的實現方式；
圖16A是根據本發明的方面的光學系統的替選實現方式的側視圖，其中，使用LOE外部的孔徑擴展部件來執行光學孔徑的第一擴展；
圖16B至圖16E是圖16A的光學系統分別沿著圖16A的標記為V1、V2、V3和V4的觀看方向的視圖；
圖17是與圖14A至圖16E的光學系統一起使用的雙圖像投影儀元件的示意性表示；
圖18是來自圖14A的光學系統的LOE的變型實現方式的放大示意性等距視圖，其中用於每個圖像投影儀的光學孔徑擴展部件採用兩組部分反射表面；
圖19A至圖19C是圖16A的光學系統的變型的等距視圖，其中用於每個圖像投影儀的光學孔徑擴展部件採用兩組部分反射表面，並且示出了用於將光學孔徑擴展部件光耦合至LOE的三種選項；
圖20A至圖20C分別是圖16A的光學系統的另一變型的前視圖、頂視圖和側視圖，其示出了光學孔徑擴展部件向LOE的主外表面的光學耦合；
圖21A至圖21C分別是根據圖20A至圖20C的光學系統的變型實現方式的光學孔徑擴展部件的頂視圖、前視圖和側視圖；以及
圖22A至圖22C分別是採用圖21A至圖21C的光學孔徑擴展部件的光學系統的側視圖、頂視圖和前視圖。
本發明是用於將圖像照明引導至眼動框以供使用者的眼睛觀看的光學系統。
參照附圖和所附描述可以更好地理解根據本發明的光學系統的原理和操作。
通過介紹，本發明的某些方面涉及用於經由光導光學元件(LOE)將圖像照明引導至眼動框(eye-motion box，EMB)以供使用者的眼睛觀看的光學系統。該光學系統提供光學孔徑擴展以用於平視顯示器並且最優選地是近眼顯示器的目的，其可以是虛擬實境顯示器，或者更優選地是增強現實顯示器。該光學系統優選地提供輸入光學孔徑的兩級擴展，並且其中第一擴展是使用不同的兩組相互平行的部分反射表面(“小平面”)來實現，每組部分反射表面處理呈現給眼睛的整個視場(field-of-view，FOV)的不同部分(不完全相同但優選地交疊)。在實施方式的第一子集(圖1A、圖1B和圖2至圖13)中，光學系統採用單個圖像投影儀(“POD”)，其將圖像照明提供至集成到LOE中的兩組小平面。在實施方式的第二子集中，兩個單獨的POD將與FOV的兩個不同部分(不完全相同但優選地交疊)對應的圖像照明傳送到其相應的小平面組。在後一種情 況下，第一擴展可以採用在LOE外部(圖16A至圖16D和圖19A至圖22C)或者集成為LOE的一部分(圖1C、圖1D、圖14A至圖15B和圖18)的相應擴展部件的一部分的小平面組。非限制性實施方式的這些各個子集將在下文分別說明。
現在總體參考採用與LOE集成的小平面(例如。圖1A至圖1D)的各個實施方式，所有這些實施方式都示出了用於將注入到至少一個耦入區域的圖像照明引導至眼動框以供使用者的眼睛觀看的光學系統。總體而言，光學系統包括光導光學元件(LOE)12，其由透明材料形成並且包括第一區域16，該第一區域16包含具有第一取向的第一組平坦的相互平行部分反射表面(小平面)和具有與第一取向不平行的第二取向的第二組平坦的相互平行部分反射表面(小平面)(這些小平面在圖1A至圖1D中不可見，但是將在下文附圖中示意性示出)。LOE還包括第二區域18，該第二區域18包含具有與第一取向和第二取向中的每個取向不平行的第三取向的第三組平坦的相互平行部分反射表面(或“小平面”，也稱為“耦出表面”)。LOE由跨第一區域和第二區域延伸的一組相互平行的主外表面定界，使得第一組部分反射表面、第二組部分反射表面和第三組部分反射表面都位於主外表面之間。
第三組部分反射表面與主外表面成斜角，使得在LOE內通過主外表面處的內反射從第一區域傳播進入第二區域的圖像照明的一部分從LOE朝向眼動框耦出以供用戶的眼睛觀看。第一組部分反射表面和第二組部分反射表面中的每一組被定向成使得在LOE內通過主外表面處的內反射從至少一個耦入區域傳播的圖像照明的一部分被朝向第二區域偏轉。
最優選地，第一組小平面和第二組小平面中的每一個負責整個視場的不同部分的孔徑擴展。具體地，優選地，第一組部分反射表面使圖像的視場的第一部分朝向第二區域偏轉，並且第二組部分反射表面使圖像的視場的第二部分朝向第二區域偏轉，視場的第一部分和第二部分組合以提供比FOV的第一部分和第二部分中的每個都要大的連續組合視場。優選地，FOV的兩個部分大致對應於全部FOV的兩側(左右或上下)，但是具有中心區域的充分交疊以確保跨眼動框的中心場的完全且連續的覆蓋，眼動框對應於觀察者的瞳孔的位置 的可接受範圍，顯示器是針對該可接受範圍來設計的。
本發明的示例性實施方式採取通常被標示為10的近眼顯示器的形式，該近眼顯示器採用LOE 12。緊湊型圖像投影儀(或“POD”)14被光學耦合以將圖像注入LOE 12(可互換地稱為“波導”、“基板”或“厚板”(“slab”))，在LOE 12內，通過平坦主外表面處的內反射在一個維度上捕獲圖像光。光衝擊到第一組部分反射表面和第二組部分反射表面(可互換地稱為“小平面”)上，其中，每組小平面相對於圖像光的傳播方向傾斜，每個相繼小平面將圖像光的一部分偏轉到偏轉方向，該偏轉方向也通過內反射在基板內被捕獲/引導。這些第一組小平面和第二組小平面未在圖1A至圖1D中單獨示出，而是位於LOE的被標示為16的第一區域中。在相繼小平面處的部分反射實現了第一維度的光學孔徑擴展。
位於區域16中的第一組部分反射表面和第二組部分反射表面將圖像照明從通過全內反射(total internal reflection，TIR)被捕獲在基板內的第一傳播方向偏轉到也通過TIR被捕獲在基板內的第二傳播方向。在相繼小平面處的部分反射實現了第一維度的光學孔徑擴展。在圖1C和圖1D的情況下，為每個顯示器提供兩個圖像投影儀14，每個投影儀的圖像照明被區域16中的對應的一組部分反射表面擴展。
然後，經偏轉的圖像照明進入第二基板區域18，第二基板區域18可以被實現為相鄰的不同基板或實現為單個基板的延續，在第二基板區域18中，耦出佈置(另一組部分反射小平面或衍射光學元件)逐漸地將一部分圖像照明朝向位於被限定為眼動框(EMB)的區域內的觀察者的眼睛耦出，從而實現第二維度的光學孔徑擴展。整個裝置可以針對每只眼睛分別來實現，並且優選地，整個裝置相對於使用者的頭部被支撐，其中每個LOE 12面對用戶的對應的眼睛。在此處所示的一個特別優選的選項中，將支撐佈置實現為眼鏡架，其具有用於相對於使用者的耳朵來支撐裝置的側部20。也可以使用其他形式的支撐佈置，包括但不限於頭帶、面罩(visor)或懸掛在頭盔上的裝置。
在附圖和權利要求中提及X軸和Y軸，X軸在LOE的第一區域的大體延伸方向上水準延伸(圖1A和圖1C)或豎直延伸(圖1B和圖1D)，Y 軸垂直於X軸延伸，即，在圖1A和圖1C中豎直延伸，在圖1B和圖1D中水準延伸。
以非常近似的術語，可以認為第一LOE或LOE 12的第一區域16在X方向上實現孔徑擴展，而第二LOE或LOE 12的第二區域18在Y方向上實現孔徑擴展。下文將更精確地說明視場的不同部分傳播的角方向的擴展的細節。應當注意，圖1A和圖1C中所示出的取向可以視為“自頂向下”的實現方式，其中，進入LOE的主要(第二區域)的圖像照明從頂部邊緣進入，而圖1B和圖1D中所示出的定取向可以視為“側向注入”的實現方式，其中，此處稱為Y軸的軸是水準部署的。在其餘附圖中，將在類似於圖1A和圖1C的“自頂向下”取向的上下文中說明本發明的某些實施方式的各種特徵。然而，應當理解，所有這些特徵同樣適用于側向注入實現方式，其也落入本發明的範圍內。在某些情況下，其他中間取向也可適用，並且除了明確排除的情況，否則包括在本發明的範圍內。
在本發明的第一組優選但非限制性示例中，前述小平面組與基板的主外表面正交。在這種情況下，注入圖像以及其在區域16內傳播時經歷內反射的其共軛都被偏轉並且成為沿偏轉方向傳播的共軛圖像。在替選的一組優選但非限制性示例中，第一組部分反射表面和第二組部分反射表面相對於LOE的主外表面成斜角。在後一種情況下，注入圖像或其共軛形成在LOE內傳播的期望偏轉圖像，同時可以例如通過在小平面上採用角度選擇性塗層使其他反射最少化，角度選擇性塗層使得小平面對於由不需要反射的圖像所呈現的入射角的範圍相對透明。
優選地，本發明的裝置所採用的POD被構造成生成准直圖像，即，在准直圖像中，每個圖像圖元的光是具有與圖元位置對應的角方向的准直到無窮遠的平行束。因此，圖像照明跨越與二維角視場對應的角度範圍。
圖像投影儀14包括至少一個光源，其通常被部署成照射諸如LCOS晶片的空間光調製器。空間光調製器調製圖像的每個圖元的投影強度，從而生成圖像。替選地，圖像投影儀可以包括掃描佈置，該掃描佈置通常使用快速掃描鏡實現，該掃描佈置在投影儀的圖像平面上掃描來自鐳射源的照明，同時在逐圖元的基礎上隨著運動同步地改變束的強度，從而為每個圖元投影期望的強 度。在這兩種情況下，提供准直光學器件以生成被准直到無窮遠的輸出投影圖像。如本領域所公知的，以上部件中的一些或全部通常佈置在一個或更多個偏振分束器(polarizing beam splitter，PBS)立方體或其他棱鏡佈置的表面上。
圖像投影儀14到LOE 12的光學耦合可以通過任何合適的光學耦合來實現，例如經由具有斜角輸入表面的耦合棱鏡，或者經由反射耦合佈置，經由LOE的側邊和/或主外表面中的一個。耦入構造的細節對於本發明不是關鍵的，並且在此示意性示出為應用於LOE的主外表面中的一個的楔形棱鏡15的非限制性示例。
應當理解，近眼顯示器10包括各種附加部件，通常包括用於致動圖像投影儀14的控制器22，該控制器22通常採用來自小型板載電池(未示出)或者一些其他合適的電源的電力。應當理解，控制器22包括所有必要的電子部件例如至少一個處理器或處理電路以驅動圖像投影儀，所有這些都是本領域公知的。
參考共同轉讓的PCT專利申請公佈第WO 2020/049542 A1號(下文稱為“'542公佈”)，該PCT專利申請截止本申請的優先權日尚未公開，並且不是現有技術，但是該PCT專利申請的全部內容通過引用併入本文，如在本文中完整闡述一樣。除非另外說明，否則本發明的所有特徵應當理解為如'542申請中所述。
本發明的第一方面與'542申請中所描述的構造的不同之處主要在於，此處LOE的第一區域16包括不同的兩組部分反射小平面，而不是如'542公佈中那樣僅一組，它們通常處於不同的(非平行)取向，兩組部分反射小平面中的每組獨立地將圖像視場的不同部分朝向第二LOE區域18進行引導，以朝向眼動框耦出。這樣的構造在圖1A至圖1B中以兩個相反方向的箭頭進行暗示，並且在圖2中示意性示出。
具體地，在圖2的非限制性但優選的示例中，POD 14在LOE尺寸的中間附近(通常在中間三分之一內)將圖像注入LOE 16的第一區域中。然後，注入圖像被兩組部分反射表面161和162部分地反射，以沿X軸在相反方 向上擴展圖像，並且使圖像逐漸地從相繼小平面朝向LOE的第二區域偏轉，在第二區域中，圖像通過另一組傾斜的部分反射小平面或者通過衍射光學元件逐漸地朝向眼動框耦出，以供觀察者觀看。
優選地，前兩組部分反射表面中的每個組的第一個小平面是具有相對高反射率的偏轉表面(替選地被稱為“耦入小平面”)，該偏轉表面將入射到小平面上的圖像照明的一半以上(並且通常為至少80%)進行反射。優選地，每個組中的後續小平面具有較低的反射率(通常除最後的小平面之外)，並且可以具有從小平面到小平面逐漸增加的反射率，例如25%、33%、50%和100%，從而傾向於對到達相繼小平面的逐漸減小的照明強度進行補償，從而提供相對均勻的強度輸出。
在某些實施方式中，使用從LOE尺寸的中間附近的耦入區域沿相反方向擴展光學孔徑的兩組小平面可以縮短從投影儀到眼動框的光學路徑長度，並且從而與前述'542申請的構造相比，減小為觀察者提供給定視場所需的裝置的整體尺寸。
根據本發明的特別優選的一組實現方式，將小平面實現為“部分小平面”，使得部分反射特性僅存在於第一區域的截面區域的子區域內，該子區域包括每個小平面的平面的“成像區域”，並且優選地，排除小平面中的一些或全部的“非成像區域”的至少大部分。這以圖2中小平面161和小平面162的變化長度示出。這些小平面的有效(部分反射)區域優選地略微延伸超過完成EMB圖像投影的幾何要求所需的最小值，以避免可能由塗層邊緣處的缺陷引起的異常，並且在一些情況下，由於與在偏轉圖像方向上的小平面之間的整數交疊有關的額外考慮，還可以進一步延伸小平面以實現改善的圖像均勻性。
在第一區域由塗覆板的堆疊(該堆疊然後以適當角度被切割)(如例如PCT專利公開第WO2007054928A1號中所描述並且在本領域中是已知的)的情況下，可以通過以下操作來有利地實現部分反射面的選擇性空間部署：形成板的堆疊，其中，部分反射塗層位於兩個板之間的交界平面的第一部分上，同時交界平面的第二部分結合(通常使用折射率匹配粘合劑並且沒有塗層)以在兩個板之間形成光學連續體。通常通過在塗覆過程之前施加合適的掩蔽層並且在塗 覆過程結束時移除掩蔽層來實現部分反射塗層的選擇性施加。
根據替選生產技術，可以形成全區域塗覆板的堆疊，並且然後將其切割成包含小平面的體積所需的形狀。然後，通過將包含部分反射小平面的該不規則塊與普通折射率匹配玻璃的互補塊光學地接合在一起來完成LOE的所需形態。
光軸實際上不平行於X軸，而是位於X-Z平面中，其中，選擇進入頁面的Z分量使得FOV的深度維度中的整個角度範圍在主基板表面處經歷全內反射。如'542申請中詳細描述的，光軸也可以從X軸偏移而在Y方向上以優化LOE設計。為了簡化呈現，本文中的圖形表示及其描述將僅涉及光線傳播方向的平面內(X-Y)分量，在本文中被稱為“平面內分量”或“與LOE的主外表面平行的分量”。
應當注意，視場的左側的一些反射從LOE的右側附近的小平面沿將不會到達EMB的方向被反射，並且因此將丟失。類似地，來自視場右側的一些光線從LOE左側附近的小平面反射，並且沿將不會到達EMB的方向被偏轉，並且因此將丟失。本發明的某些方面利用這些觀察來減小第一LOE(或LOE區域)的尺寸(並且因此減小體積和重量)。
161和162中相鄰小平面之間的距離取決於耦入區域的入口孔徑的尺寸和FOV，並且該距離必須被設計以適當地將入口孔徑均勻地且沒有任何空區域的複製到整個EMB。如圖3所示，對於給定的入口孔徑尺寸，小平面161或小平面162之間的恒定間隔將引起不均勻的照明，並且引起亮“條紋”或暗“條紋”的出現。為了避免該情況，如現在將詳細討論的，應該使用幾何考慮來設置相鄰小平面之間的距離以使這樣的條紋的出現最小化。
如圖4所示，相鄰小平面之間的距離應當被選擇為在沒有任何孔並且沒有任何交疊的情況下複製入口孔徑。如圖5至圖6所述，由於每個小平面反射完整FOV的某個子集，所以應當針對FOV的相關子集來優化該距離，並且期望該距離在相鄰小平面之間變化。然而，改變相鄰小平面之間的距離僅可以使在耦入區域之外開始的亮“條紋”或暗“條紋”的影響最小化。如圖7中示意性 示出，可以通過在前兩個小平面之間增加額外的小平面－這將使光重定向到暗區域－來使第一個暗“條紋”最小化。
在圖8中示出了有助於改善整個EMB中被照明的輸出圖像的均勻性的本發明的另一個實施方式，其包括許多緊密間隔的小平面。與上述小平面相比，通過以整數減小小平面間隔，可以更好地平均圖像的任何不均勻性，從而減輕圖像的不均勻性。此外，由於極難針對大的FOV以恒定均勻反射率設計消色差高反射塗層，因此有利的是將第一小平面的反射率劃分到若干小平面上，如通過圖8的灰色小平面所述。
光需要從POD耦入到波導中。實現此目的的一種方式是通過放置在POD的照明系統的光軸與波導的平面之間匹配的楔形物，如圖9所示。
到目前為止，討論並且呈現了對稱的構造，例如在圖10A中示出的那些。然而，兩部分小平面161和小平面162不需要是對稱的，並且由每組小平面處理的FOV可以是不同的。例如，通常優選的是將POD放置在相對於EMB不居中並且如圖10B所示的位置。此外，如圖10C中那樣，兩個區域中的小平面的角度取向可以是不同的，這要麼是因為由每個部分照明的FOV的大小是不同的(在該情況下，兩個區域的大小通常將不是相同的)，要麼是如果區域18中的小平面的方位角取向不平行于\垂直於FOV的主軸。
為了使重影最小化並且提高效率，如上所述，有利的是使用“部分小平面”。在圖11中示意性示出了本申請的該構思的實現方式。
在圖12A至圖12C中呈現了本發明的另一個實施方式，其中，小平面161和小平面162的兩個子部分被一個接著一個地放置，而不是如目前所有圖中以並排構造一個挨著另一個地放置。在這樣的實施方式中，小平面161和小平面162中的小平面的取向可以大致彼此相反，使得光將如圖12A中那樣傳播到相反的取向(在圖中，右和左)，或者小平面161和小平面162中的小平面的取向大致平行，使得如圖12B至圖12C中那樣兩個部分中的光沿著相同的大體方向傳播。在後一種構造中，耦入區域的位置將被放置在區域16的邊緣周圍，從而簡化耦入區域的結構，並且使中心FOV(主光線)處的非均勻性效果最小 化。如圖12C所示，圖12A至圖12B中的小平面的角度取向不需要相同。(儘管未明確示出，但是改變圖12A的佈置中的小平面角的選項也是可能的)。
圖13呈現了以下構造：在區域16處的波導的表面塗覆有高反射塗層的，例如銀塗層，並且小平面161(162)被定向成使得衝擊在該小平面上的光可以被反射至表面163(164)，並且然後被反射回第二區域18中，或者衝擊在小平面上的光可以透射穿過小平面161(162)、被反射離開邊緣165(166)、並且被小平面161反射並且被重定向進入第二區域18。表面163至166的角度取向必須非常精確，否則將存在很大程度上重影的圖像。
在本文的此處和其他地方，應當注意，術語“修整”和“截斷”用於指相對於實現方式的理論起點而減小的最終產品的幾何形狀或尺寸，並且通常引起不同的小平面具有平行於LOE的主外表面測量的不同長度的情況。該術語不帶有任何物理地切除材料或任何其他特定生產技術的實現方式。不必設想LOE將沿所指示區域的邊界被精確地截斷，而是這些區域提供設計靈活性，從而允許要被加工成具有任何任意外部輪廓的LOE被認為是美學上優選的和/或與期望應用的附加細節機械地相容。
應當注意，使用如上所述的部分小平面可以提供若干優點中的一個或更多個，包括提高的效率和亮度，其中，來自距離耦入區域較遠的小平面的圖像的傳輸在到達第二LOE區域之前不需要通過如此多的附加小平面。此外，在一些情況下，在對於圖像投影不需要的區域中省略小平面可以避免不希望的“重影”反射，否則該“重影”反射可能降低圖像品質。
現在轉向圖1C、圖1D和圖14A至圖22C，本發明的另一組實施方式採用兩個不同的圖像投影儀以向使用者的眼睛提供顯示圖像的整個視場的不同部分。因此，總體而言，根據本發明的該方面，用於將圖像傳送到眼動框以供使用者的眼睛觀看的光學系統10包括由透明材料形成的光導光學元件(LOE)12，在該光導光學元件中設置有位於一組相互平行的主外表面之間的向外耦合的一組平坦的相互平行部分反射表面。第一圖像投影儀POD 1被構造成從光學孔徑投影與准直圖像的第一部分對應的圖像照明，該圖像照明遵循第一光路從光學孔徑進入LOE以通過主外表面處的內反射在LOE內傳播並且通過向外耦 合的一組部分反射表面從LOE朝向眼動框被逐漸地耦出。第二圖像投影儀POD 2被構造成從光學孔徑投影與准直圖像的第二部分對應的圖像照明，該圖像照明遵循第二光路從光學孔徑進入LOE以通過主外表面處的內反射在LOE內傳播並且通過向外耦合的一組部分反射表面從LOE朝向眼動框被逐漸地耦出。替選地，如本領域中已知的，向外耦合的一組小平面可以由衍射光學元件代替，用於朝向EMB逐漸地耦出圖像照明。准直圖像的第一部分和第二部分在眼動框處組合以提供組合圖像。
本發明的該方面的特別優選的特徵在於光學系統還包括第一光學擴展部件，該第一光學擴展部件包括第一組平坦的相互平行部分反射表面，其具有第一取向，並且被部署在第一光路中以擴展第一圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向向外耦合的一組部分反射表面進行引導。類似地，光學系統包括第二光學擴展部件，該第二光學擴展部件包括第二組平坦的相互平行部分反射表面，其具有第二取向，並且被部署在第二光路中以擴展第二圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向向外耦合的一組部分反射表面進行引導。
圖14B示出了在本發明的一個非限制性實現方式中如何在兩個POD之間劃分FOV。每個POD照明FOV的一部分，並且它們一起組成投影到觀察者視網膜上的整個FOV。這裡，兩個POD中的每個負責相等大小的FOV，但是替選地，POD中的一個可以比另一個提供FOV中的更大部分。如圖所示，為了減少邊界偽影，通常優選在兩個POD之間在FOV中包括交疊區域。
根據這些實現方式的第一子集，如圖14A至圖15B和圖18中所示，第一組部分反射表面161和第二組部分反射表面162位於LOE 12內在LOE主外表面之間。如在較早的實施方式中，該實現方式可以採用與LOE的主外表面垂直的第一組部分反射表面161和第二組部分反射面162，如圖14A和圖15A中所示。在這種情況下，注入圖像以及其在第一區域16內傳播時經歷內反射的共軛都被偏轉並且成為在偏轉方向上傳播的共軛圖像。替選地，可以使用相對於LOE的主外表面成斜角的第一組部分反射表面161和第二組部分反射表面162，如圖15B所示。在後一種情況下，注入的圖像或其共軛形成在LOE內傳播的期望偏轉圖像，同時可以例如通過在小平面上採用角度選擇性塗層使其他反射被 最小化，其中角度選擇性塗層使得小平面對於由不需要其反射的圖像所呈現的入射角的範圍相對透明。在這些實現方式中，針對LOE 12的第一部分16的每個部分(例如，一半)的結構和設計要素大體上類似於前述'542公佈中所描述的結構。
可選地，POD中的一個或兩個可以設置有不同取向的兩組部分反射表面，使得LOE 12的第一部分16的一個部分或兩個部分可以根據上述圖2至圖13的教示來實現。在圖18中示意性示出了這樣的實現方式的示例，其中，第一圖像投影儀POD 1經由第一光學擴展部件注入圖像照明，該第一光學擴展部件包括第一組部分反射表面161和不平行於表面161的第三組相互平行部分反射表面163。第一組小平面161和第三組小平面163以類似於上述方式的方式沿X軸在相反方向上擴展第一圖像投影儀POD 1的光學孔徑，並且將圖像照明朝向LOE 12的第二部分18中的向外耦合的一組部分反射表面181進行引導。
優選地，第二圖像投影儀POD 2還經由第二光學擴展部件注入圖像照明，該第二光學擴展部件包括第二組部分反射表面162和不平行於表面162的第四組相互平行部分反射表面164。第二組小平面162和第四組小平面164以類似於上述方式的方式沿X軸在相反方向上擴展第二圖像投影儀POD 2的光學孔徑，並且將圖像照明朝向LOE 12的第二區域18中的向外耦合的一組部分反射表面181進行引導。如上文參照圖14B所描述，由第一圖像投影儀和第二圖像投影儀提供的圖像照明的兩個部分在EMB處優選地以略微交疊的方式組合，以向使用者提供完全組合的FOV。
在將兩組小平面用於針對單個圖像投影儀的孔徑擴展的情況下，該佈置可以相對於輸入孔徑的定位、小平面的傾斜度和任何其他設計要素是對稱的或不對稱的，並且小平面的長度和它們的反射率可以沿小平面序列變化，所有都如上文在單個圖像投影儀實現方式的上下文中所討論的那樣。
本發明的該方面的實現方式的替選組採用第一光學擴展部件和第二光學擴展部件，其在LOE外部並且光學地耦合到LOE。現在將參照圖16A至圖16D和圖19A至圖22C描述的這樣的實現方式的示例。在這些非限制性但優選的示例中，分別通過第一光學擴展部件203L和第二光學擴展部件203R將圖 像照明從第一圖像投影儀210和第二圖像投影儀220注入LOE 403。
如圖16A至圖16D中可見，第一光學擴展部件203L和第二光學擴展部件203R可以各自有利地以具有兩個主表面的厚板來實現，其中主表面中的一個被光學地耦合到與LOE 403相關聯的耦入表面。在這裡所示的情況下，將兩個部件集成成單個厚板203，從而有助於部件的製造和組裝。從厚板203到LOE 403的光學耦合可以經由楔形棱鏡800或其他適當成形的耦合棱鏡來實現，從而提供相對於LOE 403的主外表面成傾斜角的耦入表面。選擇耦入表面的傾斜角，以允許圖像照明以將經由主外表面處的內反射在LOE 403內傳播的一定角度範圍來直接耦入。厚板203到LOE 403的傾斜邊緣的直接光學耦合也是可能的，如下文圖19A中所例示。
儘管圖16A至圖16D的圖示將第一光學擴展部件203L和第二光學擴展部件203R示出為附接至公共平坦耦入表面的平坦厚板203的部分，但是在某些特別優選但非限制性的示例中，可以使用處於不同角度的分開的耦入表面。在這樣的情況下，如圖19C中所例示，第一光學擴展部件203L的厚板被光學地耦合到與LOE 403相關聯的第一耦入表面802L，並且第二光學擴展部件203R的厚板被光學地耦合到與LOE 403相關聯的第二耦入表面802R，其中第一耦入表面802L和第二耦入表面802R不共面。使用非共面耦入表面可以使某些設計要素變得容易，特別是當試圖實現寬視場時。
作為上述邊緣耦合的替選方案，本發明的該方面的某些其他實現方式採用經由與LOE 403的主外表面中的一個共面或平行的耦入表面從第一光學擴展部件203L和第二光學擴展部件203R到LOE 403的圖像照明的耦入。在該情況下，優選地，LOE 403包括至少一個至少部分反射耦入表面。根據該方法的實現方式在本文中參照圖20A至圖22C來討論。
正如集成實施方式，第一光學擴展部件203L和/或第二光學擴展部件203R在這裡也可以使用不同的兩組部分反射表面來實現以進行針對每個圖像投影儀的光學孔徑擴展，如圖19A至圖22C的例子中所例示的。圖19A示意性示出了這樣的實現方式的示例，其中第一圖像投影儀POD 1經由第一光學擴展部件203L注入圖像照明，該第一光學擴展部件203L包括第一組部分反射 表面205和不平行於表面205的第三組相互平行部分反射表面207。第一組小平面205和第三組小平面207沿X軸在相反方向上擴展第一圖像投影儀POD 1的光學孔徑，並且將圖像照明朝向與波導403的耦入介面進行引導，以通過內反射在LOE 403內傳播直到通過向外耦合小平面404朝向EMB被耦出。
優選地，第二圖像投影儀POD 2還經由第二光學擴展部件203R注入圖像照明，第二光學擴展部件203R包括第二組部分反射表面206和不平行於表面206的第四組相互平行部分反射表面208。第二組小平面206和第四組小平面208沿X軸在相反方向上擴展第二圖像投影儀POD 2的光學孔徑，並且將圖像照明朝向與波導403的耦入介面進行引導，以通過內反射在LOE 403內傳播直到通過耦出小平面404朝向EMB被耦出。通過第一圖像投影儀和第二圖像投影儀提供的圖像照明的兩個部分在EMB處優選地以略微交疊的方式組合，以向使用者提供完全組合的FOV，如上文參照圖14B所述。
在將兩組小平面用於針對單個圖像投影儀的孔徑擴展的情況下，該佈置可以相對於輸入孔徑的位置、小平面的傾斜度和任何其他設計要素是對稱的或不對稱的，並且小平面的長度和它們的反射率可以沿小平面序列變化，所有都如上文在單個圖像投影儀實現方式的上下文中所討論的。圖21A和圖21B中示出了相對於第一圖像投影儀和在該情況下也相對於第二圖像投影儀的中心光軸的非對稱小平面傾斜的示例。這允許優化與照明EMB相關的視場的對應部分的小平面角。
參照圖17，示出了用於光擴展的系統201的示例性實現方式，該系統201包括兩個光學孔徑擴展部件203L和203R，它們集成到單個厚板狀元件203中，用於擴展兩個圖像投影儀210、220的光學孔徑，以注入LOE(在該視圖中未示出)中。光學孔徑擴展部件擴展兩個圖像投影儀的有效孔徑，以隨後注入LOE中以向使用者顯示。在當前圖中，視圖是來自光學孔徑擴展部件的邊緣。孔徑擴展結構可以是對稱的並且可以包括在側部或者更一般地在視場之外的鏡子。
圖17示出了適合用於在本文中描述的雙POD實現方式中的任何一個和全部中的圖像投影儀的可能實現方式的非限制性細節。在此處示出的非 限制性示例中，提供公共光源(例如LED光源202)來照射兩個圖像投影儀，作為示例性光源構造200的部分，照射兩個“POD”(微顯示投影儀)，左POD 210和右POD 220。注意，在整個本說明書中使用“左”和“右”是為了參考的方便和清楚，並且不是限制於例如方向或位置。每個POD通常提供大致一半原始圖像(原始圖像未示出)，並且向相應的孔徑擴展部件203L和203R提供左准直圖像204CL和右准直圖像204CR。兩個准直圖像204C沿x軸傳播、在孔徑擴展部件中擴展並且從孔徑擴展部件被投射到LOE 403中，被示為主光線左耦出光線238L和右耦出光線238R。如其他圖中所示，左耦出光線(238L)和右耦出光線(238R)橫穿LOE 403，並且在向外耦合部分反射表面404處被從單個LOE 403沿z軸耦出為沿用戶(用戶的眼睛)的方向的向外耦合光線(左向外耦合光線38L和右向外耦合光線38R)。
示例性光源200通常包括由一個或更多個LED或本領域已知的其他源提供的光202，並且通常可以在紅色、綠色和藍色照明之間快速切換以照射一起構成要投影的圖像的單個“幀”的相繼彩色圖像分離。光202通常由擴展器205擴展，然後可以由例如偏振選擇性反射器(polarization-selective reflector，PBS)206分成兩束(示為左虛線和右虛線)，以經由對應的光管(左光管207L和右光管207R)傳播到相應的左POD 210和右POD 220。
示例性POD(左POD 210和右POD 220)中的每一個輸入相應光束(左束和右束)，該相應光束經由PBS(左PBS 214，右PBS 224)橫穿POD的以衝擊在顯示裝置(左顯示裝置212和右顯示裝置222)上。可以直接從空間光調製器(spatial light modulator，SLM)，或者間接地借助於中繼透鏡或光纖束從每個顯示裝置(212、222)獲得圖像，其中SLM例如為陰極射線管(cathode ray tube，CRT)、液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)、矽上液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)、數位微鏡裝置(digital micro-mirror device，DMD)、OLED顯示器、掃描源或類似裝置。如下文參照圖14B所描述的，來自每個顯示裝置(212、222)的圖像通常大致是要顯示的整個圖像的一半。每一半圖像分別在POD(210、220)中經由PBS(左PBS 214、左PBS 216和右PBS 224以及右PBS 226)傳播，並且被准直器(左准直器218和右准直器228)准直，並且從POD(210、 220)輸出作為准直圖像(左准直圖像204CL和右准直圖像204CR)進入相應的孔徑擴展部件203L和203R。
光源200和POD(210、220)的示例性描述是非限制性的。基於該描述，本領域技術人員將能夠實現其他光源和圖像源。例如，每個POD可以使用單個LCOS的不同部分，並且每個POD可以具有單獨的各自的LED。
各個孔徑擴展部件203L和203R中的每一個包括第一區域(左第一區域54L和右第一區域54R)，在該第一區域處，相應准直圖像(左准直圖像204CL和右准直圖像204CR)被耦入到基板中。各個孔徑擴展部件中的每一個包括相應的波導(左波導20L和右波導20R)，其也倍稱為“平面基板”和“透光基板”。波導(20L、20R)中的每一個包括至少兩個彼此平行的(主)表面，在當前圖中顯示為下(主)表面26和上(主)表面26A。波導(20L、20R)中的每一個包括在前兩個表面(26、26A)之間的相應一組小平面(左小平面22L、右小平面22R)，其被示出為雙線。每組小平面(22L、22R)包括在最靠近第一區域(54L、54R)的小平面的一側上的第一小平面(左第一小平面40AL、右第一小平面40AR)，在第一小平面處准直圖像(204CL、204CR)耦入到基板(20L、20R)中。類似地，每組小平面(22L、22R)包括在距離第一區域(54L、54R)的小平面的遠側上的最後小平面(左最後小平面40BL、右最後小平面40BR)。隨著准直光(204CL、204CR)在相應孔徑擴展部件的側部(203L、203R)中傳播，捕獲的傳播光通過小平面(22R和22L)的部分反射表面被從孔徑擴展器203逐漸耦出作為左耦出光線238L和右耦出光線238R。光線從孔徑擴展部件(203L、203R)的側部耦出進入單個LOE 403的區域被示出為相應的視場(field of view，FOV)(左視場FOV-L和右視場FOV-R)。孔徑擴展部件的上述構造允許在某些位置使用高反射率表面或鏡子，因為這些表面不在用戶的FOV中。例如，第一小平面(40AL、40AR)和最後小平面(40BL、40BR)可以是100%反射的。
使用兩個分開的POD來注入整個視場的不同部分可以提供若干優點中的任何優點，包括但不限於實現增強的視場，並且與提供整個圖像的單個POD所需的大小和重量相比，使得POD的大小和重量能夠減小。
每個POD將投影圖像的束的大致一半。例如，對於長寬比為16/9 的55.5°(度)FOV系統，通常單個POD將水準地投影48.44°的束，並且垂直地投影27.22°的束。
通過使用如上所述的孔徑擴展部件在水準方向上分割FOV將引起兩個POD各自處理24.22°×27.22° FOV。如上所述，在兩個POD之間優選有一些交疊。如果每個POD交疊3°，則每個POD將投影27.22°×27.22°度，其中3度交疊。可以將圖像(圖片)劃分到在相應的兩個POD(210，220)的每個中的兩個顯示裝置(212、222)，部分資訊是兩個POD所共有的。通過參照圖16A至圖16D可以更全面地理解劃分到兩個POD的構思，圖16A至圖16D包括模擬光線軌跡。假定每個POD具有其自己的SLM(在本示例中是LCOS)，並且可以具有其自己的或共用的照明系統。
圖16B、圖16C、圖16D和圖16E分別對應於如圖16A所示的沿觀看方向V1、VI2、V3和V4的視圖。
參照圖16C，示出了來自頂端角度的系統201的略圖，其中單個LOE 403在孔徑擴展器203下方(以一定角度)部分可見。左POD 210被示出為向孔徑擴展部件203L提供左准直圖像204CL，其中左准直圖像204CL的光線被示出為圖像的左第一邊緣410L和左第二邊緣412L。左第一邊緣(410L)和左第二邊緣(412L)的光線被示出為經由孔徑擴展部件203L傳播，作為左耦出光線238L被耦出到單個LOE 403中，然後該單個LOE 403將左向外耦合光線38L朝向EMB耦出。
類似地，右POD 220被示出為向孔徑擴展部件203R提供右准直圖像204CR，其中右准直圖像204CR的光線被示出為圖像的右第一邊緣410R和右第二邊緣412R。右第一邊緣(410R)和右第二邊緣(412R)的光線被示出為經由孔徑擴展部件203R傳播，作為右向外耦合光線238R被耦出到單個LOE 403中，然後該單個LOE 403將右向外耦合光線38RL朝向EMB耦出。
傳播光線在單個LOE 403中被整合到由方形檢測器表示的人眼位置(EMB)。
參照圖16E，示出了來自前視圖的系統201的略圖，其中單個LOE 403在孔徑擴展器203下方可見。z軸“從頁面出”來，因此向外耦合光線(左向外耦合光線38L和右向外耦合光線38R)“從頁面出”來，朝向用戶的眼睛10，並且在該圖中未示出。
參照圖16D，示出了來自頂視圖的系統201的略圖，其中單個LOE 403不可見(在孔徑擴展器203下方)。向外耦合光線(左向外耦合光線38L和右向外耦合光線38R)沿z軸(如圖所示朝向底部)朝向EMB和用戶的眼睛10。在該視圖中，示出了附加束，左第三束414L和右第三束414R，從而示出了圖像高度的中心線附近的視場的左極端和右極端。
參照圖16A，示出了來自左側側視圖的系統201的略圖，其中傳播沿y軸和z軸。從該圖可以看出，示出的束410L和束4120L對應於圖像視場的最下極端和最上極端，但是水準方向上在場的中心(如從圖16B和圖16C清楚可見)。楔形件800用於將孔徑擴展器203連接到單個LOE 403。楔形件800是可以在孔徑擴展器203與單個LOE 403之間使用的一種類型的連接的非限制性示例。取決於實現方式的具體要求，可以使用其他裝置和構造來提供所期望的角度和連接。
參照圖16B，示出了從上方與單個LOE的平面(y軸)成45度角的系統201的略圖。單個LOE 403在孔徑擴展器203下方可見。z軸“從頁面出”來，因此向外耦合光線(左向外耦合光線38L和右向外耦合光線38R)“從頁面出”來，朝向用戶的眼睛10，並且在圖中指出了位置。
現在參照圖20A至圖22C，這些圖示出了替選耦入構造，根據該耦入構造，孔徑擴展部件與以下耦入表面光學地關聯，該耦入表面與LOE 403的主外表面中的一個共面或平行。在該情況下，LOE 403內的至少一個內反射表面用於耦入圖像照明，以通過內反射在LOE 403內傳播。根據某些特別優選的實現方式，使用一組相互平行的部分反射耦入表面來實現耦入。圖20A至圖20C示出了根據該方法的針對每個孔徑擴展部件採用單組部分反射表面的實現方式，而圖21A至圖21C示出了針對每個圖像投影儀採用兩組部分反射表面的孔徑擴展部件，其中小平面相對於裝置的主平面具有不對稱的傾斜度。圖22A至圖22C示出了採用圖21A至圖21C的孔徑擴展部件的光學系統。使用小平面的不對稱 傾斜度可以提高系統的性能和緊湊性。如在該系統中所見，儘管所顯示的光的FOV非常大，但是填充整個EMB所需的POD相對小。
在該示例中以及在整個本文中，應當注意，每組部分反射內表面(“小平面”)可以具有均勻或不均勻的間隔，並且可以跨孔徑擴展部件的整個厚度尺寸(在兩個主平行外表面之間)延伸或者僅跨該厚度尺寸的一部分延伸。
所有上述原理也可以應用于“側向”構造，在“側向”構造中，圖像從橫向地位於觀看區域外的POD注入並且由第一組小平面豎直地擴展，並且然後由第二組小平面水準地擴展，以耦入到用戶的眼睛。應當理解，所有上述構造和變型也適用于側向注入構造。
貫穿上文描述，已經提及如圖所示的X軸和Y軸，其中，X軸是水準的或豎直的並且對應於光學孔徑擴展的第一維度，並且Y軸是與擴展的第二維度對應的另一主軸。在該上下文中，可以相對於裝置以通常由支承佈置(例如，上述圖1A和圖1B的眼鏡架)限定的取向安裝在用戶的頭部上時的取向來限定X和Y。通常與X軸的定義一致的其他術語包括：(a)對眼動框進行定界的至少一個直線，其可以用於限定與X軸平行的方向；(b)矩形投影圖像的邊緣通常平行於X軸和Y軸；以及(c)第一區域16與第二區域18之間的邊界通常平行於X軸延伸。
應當理解，上文描述僅旨在用作示例，並且在所附權利要求所限定的本發明的範圍內，許多其他實施方式是可能的。
12:光學系統包括光導光學元件(LOE)
16:第一區域
18:第二區域
14,210,220:圖像投影儀(POD)
10:近眼顯示器
20:側部
22:控制器

Claims (26)

  1. 一種光學系統，用於將注入至少一個耦入區域的圖像照明引導至眼動框以供用戶的眼睛觀看，所述光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，所述LOE包括：
    (a)第一區域，其包含具有第一取向的第一組平坦的相互平行部分反射表面；
    (b)所述第一區域還包含具有與所述第一取向不平行的第二取向的第二組平坦的相互平行部分反射表面；
    (c)第二區域，其包含具有第三取向的第三組平坦的相互平行部分反射表面，所述第三取向與所述第一取向和所述第二取向中的每一個均不平行；
    (d)一組相互平行的主外表面，所述主外表面跨所述第一區域和所述第二區域延伸，使得所述第一組部分反射表面、所述第二組部分反射表面以及所述第三組部分反射表面都位於所述主外表面之間，
    其中，所述第三組部分反射表面與所述主外表面成斜角，使得通過所述主外表面處的內反射從所述第一區域傳播到所述第二區域中的圖像照明的一部分從所述LOE朝向眼動框耦出，並且其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面中的每一個被定向成使得來自所述至少一個耦入區域的通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播的圖像照明的一部分被朝向所述第二區域偏轉。
  2. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面使圖像的視場的第一部分朝向所述第二區域偏轉，並且所述第二組部分反射表面使圖像的視場的第二部分朝向所述第二區域偏轉，視場的所述第一部分與第二部分組合以提供比所述第一部分和所述第二部分中的每一個更大的連續組合視場。
  3. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面中的每一個包括偏轉表面，所述偏轉表面被構造成反射入射在所述偏轉表面上的大部分圖像照明，所述偏轉表面被部署成所述第一組部分 反射表面和所述第二組部分反射表面中的每一個的、注入到所述至少一個耦入區域的圖像照明所到達的第一部分反射表面。
  4. 如請求項3所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面的所述偏轉表面和所述第二組部分反射表面的所述偏轉表面相交於線。
  5. 如請求項3所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面中的每一個包括與所述偏轉表面相鄰的填料表面，所述填料表面具有平行於所述主外表面測量的長度，所述長度小於所述偏轉表面的長度並且小於與所述填料表面相鄰的另一部分反射表面的長度。
  6. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面各自具有在所述部分反射表面之間的不均勻的間隔。
  7. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面的所述部分反射表面中的每一個具有平行於所述主外表面測量的長度，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面中的每一個包括具有不同長度的部分反射表面。
  8. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述耦入區域在所述LOE的尺寸的中間三分之一內。
  9. 如請求項1所述的光學系統，其中，將所述LOE的與所述LOE的第一區域相鄰的至少一個邊緣實現為與所述主外表面垂直的鏡表面，並且其中，所述圖像照明從耦入區域到所述LOE的所述第二區域的路徑包括來自所述LOE的所述至少一個邊緣的所述鏡表面的至少一個反射。
  10. 如請求項1所述的光學系統，還包括圖像投影儀，其被構造成投影與准直圖像對應的圖像照明，所述圖像投影儀在所述耦入區域處光學地耦合到所述LOE，以使所述圖像照明注入到所述LOE的第一區域中，從而通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播，所述圖像照明以有效光學孔徑和有效傳播方向被注入，以入射到所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面兩者的部分反射表面上。
  11. 如請求項10所述的光學系統，其中，與所述有效傳播方向垂直的所述 第一組部分反射表面的尺寸大於與所述有效傳播方向垂直的所述第二組部分反射表面的尺寸。
  12. 如請求項10所述的光學系統，其中，在所述第一組部分反射表面的所述部分反射表面與所述有效傳播方向之間形成的角度小於在所述第二組部分反射表面的所述部分反射表面與所述有效傳播方向之間形成的角度。
  13. 如請求項1所述的光學系統，還包括：第一圖像投影儀，其被構造成投影與准直圖像的第一部分對應的圖像照明，所述第一圖像投影儀在第一耦入區域處光學地耦合到所述LOE，以使圖像照明注入所述LOE的第一區域，從而通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播並且入射到所述第一組部分反射表面的部分反射表面上；以及第二圖像投影儀，其被構造成投影與准直圖像的第二部分對應的圖像照明，所述第二圖像投影儀在第二耦入區域處光學地耦合到所述LOE，以使圖像照明注入所述LOE的第一區域，從而通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播並且入射到所述第二組部分反射表面的部分反射表面上，所述准直圖像的所述第一部分和所述第二部分在所述眼動框處組合以提供組合圖像。
  14. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面垂直於所述LOE的所述主外表面。
  15. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面傾斜於所述LOE的所述主外表面。
  16. 一種光學系統，用於將圖像傳送到眼動框以供用戶的眼睛觀看，所述光學系統包括：
    (a)光導光學元件(LOE)，其由透明材料形成，所述LOE包括一組相互平行的主外表面和向外耦合的一組平坦的相互平行部分反射表面，所述向外耦合的一組部分反射表面位於所述主外表面之間；
    (b)第一圖像投影儀，其被構造成從光學孔徑投影與准直圖像的第一部分對應的圖像照明，所述圖像照明遵循第一光路從所述光學孔徑進入所述LOE，以通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播，並且通過所述向外耦合的 一組部分反射表面從所述LOE朝向所述眼動框逐漸地耦出；
    (c)第二圖像投影儀，其被構造成從光學孔徑投影與准直圖像的第二部分對應的圖像照明，所述圖像照明遵循第二光路從所述光學孔徑進入所述LOE，以通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播，並且通過所述向外耦合的一組部分反射表面從所述LOE朝向眼動框逐漸地耦出，所述准直圖像的第一部分和第二部分在所述眼動框處組合以提供組合圖像；
    (d)第一光學擴展部件，其包括具有第一取向的第一組平坦的相互平行部分反射表面，所述第一光學擴展部件被部署在所述第一光路中，以擴展所述第一圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向所述向外耦合的一組部分反射表面進行引導；以及
    (e)第二光學擴展部件，其包括具有第二取向的第二組平坦的相互平行部分反射表面，所述第二光學擴展部件被部署在所述第二光路中，以擴展所述第二圖像投影儀的光學孔徑並且將圖像光朝向所述向外耦合的一組部分反射表面進行引導。
  17. 如請求項16所述的光學系統，其中，所述第一光學擴展部件和所述第二光學擴展部件是光學耦合到所述LOE的外部部件，並且其中，分別通過所述第一光學擴展部件和所述第二光學擴展部件發生來自所述第一圖像投影儀和所述第二圖像投影儀的所述圖像照明向所述LOE的注入。
  18. 如請求項17所述的光學系統，其中，所述第一光學擴展部件和所述第二光學擴展部件各自在具有兩個主表面的厚板中實現，其中，所述主表面中的一個光學地耦合到與所述LOE相關聯的耦入表面。
  19. 如請求項18所述的光學系統，其中，所述耦入表面相對於所述LOE的所述主外表面成斜角。
  20. 如請求項18所述的光學系統，其中，所述第一光學擴展部件的所述厚板光學地耦合到與所述LOE相關聯的第一耦入表面，並且所述第二光學擴展部件的所述厚板光學地耦合到與所述LOE相關聯的第二耦入表面，所述第一耦入表面和所述第二耦入表面是非共面的。
  21. 18所述的光學系統，其中，所述耦入表面與所述LOE的所述主外表面中的一個共面或平行，並且其中，所述LOE包括至少一個至少部分反射耦入表面。
  22. 如請求項16所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面位於所述LOE的所述主外表面之間的所述LOE內。
  23. 如請求項22所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面垂直於所述LOE的所述主外表面。
  24. 如請求項22所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面相對於所述LOE的所述主外表面傾斜。
  25. 如請求項16所述的光學系統，其中，所述第一光學擴展部件還包括與所述第一組部分反射表面不平行的第三組相互平行的部分反射表面，所述第一組部分反射表面和所述第三組部分反射表面在相反方向上擴展所述第一圖像投影儀的光學孔徑並且將所述圖像光朝向所述向外耦合的一組部分反射表面進行引導。
  26. 如請求項25所述的光學系統，其中，所述第一圖像投影儀具有中心光軸，並且其中，所述第三組部分反射表面相對於所述中心光軸的傾斜度與所述第一組部分反射表面相對於所述中心軸的傾斜度不同。
TW109146961A 2019-12-30 2020-12-30 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統 TW202132829A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962954744P 2019-12-30 2019-12-30
US62/954,744 2019-12-30
US202063005367P 2020-04-05 2020-04-05
US63/005,367 2020-04-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202132829A true TW202132829A (zh) 2021-09-01

Family

ID=76685978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109146961A TW202132829A (zh) 2019-12-30 2020-12-30 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統

Country Status (10)

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

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112639574B (zh) 2018-09-09 2023-01-13 鲁姆斯有限公司 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统
EP3939246A4 (en) 2019-03-12 2022-10-26 Lumus Ltd. IMAGE PROJECTOR
MX2022000009A (es) 2019-07-04 2022-02-23 Lumus Ltd Guia de ondas de imagenes con multiplicacion de haz simetrico.
IL270991B (en) 2019-11-27 2020-07-30 Lumus Ltd A light guide with an optical element to perform polarization mixing
KR20220110771A (ko) 2019-12-05 2022-08-09 루머스 리미티드 상보 코팅된 부분적 반사체를 채용하는 도광 광학 소자, 및 광산란을 감소시킨 도광 광학 소자
KR20230077721A (ko) * 2020-10-01 2023-06-01 루머스 리미티드 복합 광 가이드 광학 요소들
WO2023026266A1 (en) 2021-08-23 2023-03-02 Lumus Ltd. Methods of fabrication of compound light-guide optical elements having embedded coupling-in reflectors
CN113848606A (zh) * 2021-11-04 2021-12-28 浙江水晶光电科技股份有限公司 一种光学元件及近眼显示系统
CN113885212B (zh) * 2021-11-10 2022-07-22 北京灵犀微光科技有限公司 一种扩瞳装置
WO2023220037A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Google Llc Combining light from multiple image sources within a reflective facet waveguide
WO2023248108A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 Lumus Ltd. Asymmetric binocular near-eye display

Family Cites Families (198)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2748659A (en) 1951-02-26 1956-06-05 Jenaer Glaswerk Schott & Gen Light source, searchlight or the like for polarized light
US2886911A (en) 1953-07-23 1959-05-19 George K C Hardesty Duo-panel edge illumination system
US2795069A (en) 1956-02-07 1957-06-11 George K C Hardesty Laminated metal-plastic illuminable panel
DE1422172B1 (de) 1961-12-07 1970-11-12 Kopperschmidt & Co Carl W Periskop
US3491245A (en) 1967-04-10 1970-01-20 George K C Hardesty Guided light display panel
US3677621A (en) 1969-11-24 1972-07-18 Vickers Ltd Optical field flattening devices
US3626394A (en) 1970-04-09 1971-12-07 Magnavox Co Magneto-optical system
US3667621A (en) 1970-10-20 1972-06-06 Wisconsin Foundry And Machine Fluid power system for a self-contained unloading unit
US3737212A (en) 1970-12-14 1973-06-05 Gen Electric Diffraction optics head up display
GB1377627A (en) 1971-09-01 1974-12-18 Rank Organisation Ltd Beam splitting prisms
US3857109A (en) 1973-11-21 1974-12-24 Us Navy Longitudinally-pumped two-wavelength lasers
US3873209A (en) 1973-12-10 1975-03-25 Bell Telephone Labor Inc Measurement of thin films by optical waveguiding technique
FR2295436A1 (fr) 1974-12-16 1976-07-16 Radiotechnique Compelec Dispositif coupleur directif pour fibres optiques multimodes
US3940204A (en) 1975-01-23 1976-02-24 Hughes Aircraft Company Optical display systems utilizing holographic lenses
US4084883A (en) 1977-02-28 1978-04-18 The University Of Rochester Reflective polarization retarder and laser apparatus utilizing same
DE3000402A1 (de) 1979-01-19 1980-07-31 Smiths Industries Ltd Anzeigevorrichtung
US4331387A (en) 1980-07-03 1982-05-25 Westinghouse Electric Corp. Electro-optical modulator for randomly polarized light
FR2496905A1 (fr) 1980-12-24 1982-06-25 France Etat Episcope a reflexions multimodes
GB2108702B (en) 1981-10-14 1985-06-19 Marconi Avionics Optical arrangements
US4516828A (en) 1982-05-03 1985-05-14 General Motors Corporation Duplex communication on a single optical fiber
FR2562273B1 (fr) 1984-03-27 1986-08-08 France Etat Armement Dispositif d'observation a travers une paroi dans deux directions opposees
US4715684A (en) 1984-06-20 1987-12-29 Hughes Aircraft Company Optical system for three color liquid crystal light valve image projection system
US4711512A (en) 1985-07-12 1987-12-08 Environmental Research Institute Of Michigan Compact head-up display
US4805988A (en) 1987-07-24 1989-02-21 Nelson Dones Personal video viewing device
US4798448A (en) 1988-02-16 1989-01-17 General Electric Company High efficiency illumination system for display devices
US4932743A (en) 1988-04-18 1990-06-12 Ricoh Company, Ltd. Optical waveguide device
GB2220081A (en) 1988-06-21 1989-12-28 Hall & Watts Defence Optics Lt Periscope apparatus
FR2638242B1 (fr) 1988-10-21 1991-09-20 Thomson Csf Systeme optique de collimation, notamment pour visuel de casque
DE68909553T2 (de) 1988-10-21 1994-01-27 Thomson Csf Optisches Kollimationssystem für eine Helmsichtanzeige.
CN1043203A (zh) 1988-12-02 1990-06-20 三井石油化学工业株式会社 光输出控制方法及其装置
US5880888A (en) 1989-01-23 1999-03-09 Hughes Aircraft Company Helmet mounted display system
US4978952A (en) 1989-02-24 1990-12-18 Collimated Displays Incorporated Flat screen color video display
FR2647556B1 (fr) 1989-05-23 1993-10-29 Thomson Csf Dispositif optique pour l'introduction d'une image collimatee dans le champ visuel d'un observateur et casque comportant au moins un tel dispositif
US5157526A (en) 1990-07-06 1992-10-20 Hitachi, Ltd. Unabsorbing type polarizer, method for manufacturing the same, polarized light source using the same, and apparatus for liquid crystal display using the same
US5096520A (en) 1990-08-01 1992-03-17 Faris Sades M Method for producing high efficiency polarizing filters
US5751480A (en) 1991-04-09 1998-05-12 Canon Kabushiki Kaisha Plate-like polarizing element, a polarizing conversion unit provided with the element, and a projector provided with the unit
FR2683918B1 (fr) 1991-11-19 1994-09-09 Thomson Csf Materiau constitutif d'une lunette de visee et arme utilisant cette lunette.
US5367399A (en) 1992-02-13 1994-11-22 Holotek Ltd. Rotationally symmetric dual reflection optical beam scanner and system using same
US5383053A (en) 1992-04-07 1995-01-17 Hughes Aircraft Company Virtual image display having a high efficiency grid beamsplitter
US5301067A (en) 1992-05-06 1994-04-05 Plx Inc. High accuracy periscope assembly
US5231642A (en) 1992-05-08 1993-07-27 Spectra Diode Laboratories, Inc. Semiconductor ring and folded cavity lasers
US5369415A (en) 1992-06-29 1994-11-29 Motorola, Inc. Direct retinal scan display with planar imager
AU4709793A (en) 1992-08-13 1994-03-15 Meinrad Machler Spectroscopic systems for the analysis of small and very small quantities of substances
US6144347A (en) 1992-10-09 2000-11-07 Sony Corporation Head-mounted image display apparatus
US5537173A (en) 1992-10-23 1996-07-16 Olympus Optical Co., Ltd. Film winding detecting means for a camera including control means for controlling proper and accurate winding and rewinding of a film
IL103900A (en) 1992-11-26 1998-06-15 Electro Optics Ind Ltd Optical system
DE69432526T2 (de) 1993-02-26 2004-04-01 Yeda Research And Development Co., Ltd. Optische holographische vorrichtungen
GB2278222A (en) 1993-05-20 1994-11-23 Sharp Kk Spatial light modulator
US5284417A (en) 1993-06-07 1994-02-08 Ford Motor Company Automotive fuel pump with regenerative turbine and long curved vapor channel
AU686245B2 (en) 1993-10-07 1998-02-05 Virtual Vision, Inc. Binocular head mounted display system
US5555329A (en) 1993-11-05 1996-09-10 Alliesignal Inc. Light directing optical structure
JPH07199236A (ja) 1993-12-28 1995-08-04 Fujitsu Ltd 光スイッチ及び光分配器
US7262919B1 (en) 1994-06-13 2007-08-28 Canon Kabushiki Kaisha Head-up display device with curved optical surface having total reflection
FR2721872B1 (fr) 1994-07-01 1996-08-02 Renault Dispositif d'amelioration de la vision d'une scene routiere
JPH08114765A (ja) 1994-10-15 1996-05-07 Fujitsu Ltd 偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置及び投射型表示装置
US5650873A (en) 1995-01-30 1997-07-22 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Micropolarization apparatus
GB9521210D0 (en) 1995-10-17 1996-08-28 Barr & Stroud Ltd Display system
GB2306741A (en) 1995-10-24 1997-05-07 Sharp Kk Illuminator
US6404550B1 (en) 1996-07-25 2002-06-11 Seiko Epson Corporation Optical element suitable for projection display apparatus
US5829854A (en) 1996-09-26 1998-11-03 Raychem Corporation Angled color dispersement and recombination prism
US6204974B1 (en) 1996-10-08 2001-03-20 The Microoptical Corporation Compact image display system for eyeglasses or other head-borne frames
US6023372A (en) 1997-10-30 2000-02-08 The Microoptical Corporation Light weight, compact remountable electronic display device for eyeglasses or other head-borne eyewear frames
JPH10133055A (ja) 1996-10-31 1998-05-22 Sharp Corp 光結合器及びその製造方法
JP4155343B2 (ja) 1996-11-12 2008-09-24 ミラージュ イノベーションズ リミテッド 二つの光景からの光を観察者の眼へ代替的に、あるいは同時に導くための光学系
US5919601A (en) 1996-11-12 1999-07-06 Kodak Polychrome Graphics, Llc Radiation-sensitive compositions and printing plates
US5724163A (en) 1996-11-12 1998-03-03 Yariv Ben-Yehuda Optical system for alternative or simultaneous direction of light originating from two scenes to the eye of a viewer
JPH10160961A (ja) 1996-12-03 1998-06-19 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 光学素子
US6292296B1 (en) 1997-05-28 2001-09-18 Lg. Philips Lcd Co., Ltd. Large scale polarizer and polarizer system employing it
DE19725262C2 (de) 1997-06-13 1999-08-05 Vitaly Dr Lissotschenko Optische Strahltransformationsvorrichtung
US5883684A (en) 1997-06-19 1999-03-16 Three-Five Systems, Inc. Diffusively reflecting shield optically, coupled to backlit lightguide, containing LED's completely surrounded by the shield
US5896232A (en) 1997-08-07 1999-04-20 International Business Machines Corporation Highly efficient and compact frontlighting for polarization-based reflection light valves
RU2124746C1 (ru) 1997-08-11 1999-01-10 Закрытое акционерное общество "Кванта Инвест" Дихроичный поляризатор
US6091548A (en) 1997-10-01 2000-07-18 Raytheon Company Optical system with two-stage aberration correction
CA2307877C (en) 1997-10-30 2005-08-30 The Microoptical Corporation Eyeglass interface system
CA2326767C (en) 1998-04-02 2009-06-23 Yeda Research And Development Co., Ltd. Holographic optical devices
US6222971B1 (en) 1998-07-17 2001-04-24 David Slobodin Small inlet optical panel and a method of making a small inlet optical panel
US6301417B1 (en) 1998-08-31 2001-10-09 Brookhaven Science Associates Ultrathin optical panel and a method of making an ultrathin optical panel
JP2000155234A (ja) 1998-11-24 2000-06-06 Nippon Electric Glass Co Ltd 光ファイバ用毛細管
JP2000187177A (ja) 1998-12-22 2000-07-04 Olympus Optical Co Ltd 画像表示装置
CN1162733C (zh) 1999-04-21 2004-08-18 3M创新有限公司 偏振光分束器及其光学系统以及用于操作投影系统的方法
US6798579B2 (en) 1999-04-27 2004-09-28 Optical Products Development Corp. Real imaging system with reduced ghost imaging
US6728034B1 (en) 1999-06-16 2004-04-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffractive optical element that polarizes light and an optical pickup using the same
US20030063042A1 (en) 1999-07-29 2003-04-03 Asher A. Friesem Electronic utility devices incorporating a compact virtual image display
CA2386856A1 (en) 1999-10-14 2001-04-19 Stratos Product Development Llc Virtual imaging system
JP2001141924A (ja) 1999-11-16 2001-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分波素子及び分波受光素子
JP3828328B2 (ja) 1999-12-28 2006-10-04 ローム株式会社 ヘッドマウントディスプレー
US6421148B2 (en) 2000-01-07 2002-07-16 Honeywell International Inc. Volume holographic diffusers
EP1180711A4 (en) 2000-01-28 2005-10-12 Seiko Epson Corp OPTICAL REFLECTION POLARIZER AND PROJECTOR COMPRISING THIS POLARIZER
US6362861B1 (en) 2000-05-02 2002-03-26 Agilent Technologies, Inc. Microdisplay system
IL136248A (en) 2000-05-21 2004-08-31 Elop Electrooptics Ind Ltd System and method for changing light transmission through a substrate
DE60142516D1 (de) 2000-06-05 2010-08-19 Lumus Ltd Optischer strahlaufweiter mit substratlichtwellenleitung
US6307612B1 (en) 2000-06-08 2001-10-23 Three-Five Systems, Inc. Liquid crystal display element having a precisely controlled cell gap and method of making same
US6324330B1 (en) 2000-07-10 2001-11-27 Ultratech Stepper, Inc. Folded light tunnel apparatus and method
WO2002008662A1 (fr) 2000-07-24 2002-01-31 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Dispositif d'eclairage de surface comprenant une feuille a prisme
KR100388819B1 (ko) 2000-07-31 2003-06-25 주식회사 대양이앤씨 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
US6490104B1 (en) 2000-09-15 2002-12-03 Three-Five Systems, Inc. Illumination system for a micro display
US6542307B2 (en) 2000-10-20 2003-04-01 Three-Five Systems, Inc. Compact near-eye illumination system
GB0108838D0 (en) 2001-04-07 2001-05-30 Cambridge 3D Display Ltd Far field display
JP4772204B2 (ja) 2001-04-13 2011-09-14 オリンパス株式会社 観察光学系
KR100813943B1 (ko) 2001-04-30 2008-03-14 삼성전자주식회사 복합 반사프리즘 및 이를 채용한 광픽업장치
GB0112871D0 (en) 2001-05-26 2001-07-18 Thales Optics Ltd Improved optical device
US6690513B2 (en) 2001-07-03 2004-02-10 Jds Uniphase Corporation Rhomb interleaver
US6791760B2 (en) 2001-07-24 2004-09-14 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Planar diffractive relay
US6556282B2 (en) 2001-09-04 2003-04-29 Rosemount Aerospace, Inc. Combined LOAS and LIDAR system
EP1433160A1 (en) 2001-09-07 2004-06-30 The Microoptical Corporation Light weight, compact, remountable face-supported electronic display
US6775432B2 (en) 2001-10-19 2004-08-10 Santanu Basu Method and apparatus for optical wavelength demultiplexing, multiplexing and routing
JP2003140081A (ja) 2001-11-06 2003-05-14 Nikon Corp ホログラムコンバイナ光学系
FR2834799B1 (fr) 2002-01-11 2004-04-16 Essilor Int Lentille ophtalmique presentant un insert de projection
HRP20020044B1 (en) 2002-01-16 2008-11-30 Mara-Institut D.O.O. Indirectly prestressed, concrete, roof-ceiling construction with flat soffit
DE10216169A1 (de) 2002-04-12 2003-10-30 Zeiss Carl Jena Gmbh Anordnung zur Polarisation von Licht
ITTO20020625A1 (it) * 2002-07-17 2004-01-19 Fiat Ricerche Guida di luce per dispositivi di visualizzazione di tipo "head-mounted" o "head-up"
EP1418459A1 (en) 2002-11-08 2004-05-12 3M Innovative Properties Company Optical device comprising cubo-octahedral polyhedron as light flux splitter or light diffusing element
US20050174641A1 (en) 2002-11-26 2005-08-11 Jds Uniphase Corporation Polarization conversion light integrator
US20090190890A1 (en) 2002-12-19 2009-07-30 Freeland Riley S Fiber optic cable having a dry insert and methods of making the same
US7175304B2 (en) 2003-01-30 2007-02-13 Touchsensor Technologies, Llc Integrated low profile display
US7205960B2 (en) 2003-02-19 2007-04-17 Mirage Innovations Ltd. Chromatic planar optic display system
US7196849B2 (en) 2003-05-22 2007-03-27 Optical Research Associates Apparatus and methods for illuminating optical systems
WO2004109349A2 (en) 2003-06-10 2004-12-16 Elop Electro-Optics Industries Ltd. Method and system for displaying an informative image against a background image
IL157837A (en) 2003-09-10 2012-12-31 Yaakov Amitai Substrate-guided optical device particularly for three-dimensional displays
JP2005084522A (ja) 2003-09-10 2005-03-31 Nikon Corp コンバイナ光学系
IL157836A (en) 2003-09-10 2009-08-03 Yaakov Amitai Optical devices particularly for remote viewing applications
KR20050037085A (ko) 2003-10-17 2005-04-21 삼성전자주식회사 광터널, 균일광 조명장치 및 이를 채용한 프로젝터
US7430355B2 (en) 2003-12-08 2008-09-30 University Of Cincinnati Light emissive signage devices based on lightwave coupling
US7101063B2 (en) 2004-02-05 2006-09-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for integrating light
KR101128635B1 (ko) 2004-03-29 2012-03-26 소니 주식회사 광학 장치 및 허상 표시 장치
EP1748305A4 (en) 2004-05-17 2009-01-14 Nikon Corp OPTICAL ELEMENT, COMBINER OPTICAL SYSTEM, AND IMAGE DISPLAY UNIT
TWI282017B (en) 2004-05-28 2007-06-01 Epistar Corp Planar light device
IL162573A (en) * 2004-06-17 2013-05-30 Lumus Ltd Optical component in a large key conductive substrate
US8035872B2 (en) 2004-06-29 2011-10-11 Nikon Corporation Image combiner and image display device
US7778508B2 (en) 2004-12-06 2010-08-17 Nikon Corporation Image display optical system, image display unit, illuminating optical system, and liquid crystal display unit
US20060126181A1 (en) 2004-12-13 2006-06-15 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device
US7751122B2 (en) 2005-02-10 2010-07-06 Lumus Ltd. Substrate-guided optical device particularly for vision enhanced optical systems
EP1849033B1 (en) 2005-02-10 2019-06-19 Lumus Ltd Substrate-guided optical device utilizing thin transparent layer
WO2006098097A1 (ja) 2005-03-14 2006-09-21 Nikon Corporation 画像表示光学系及び画像表示装置
US7405881B2 (en) 2005-05-30 2008-07-29 Konica Minolta Holdings, Inc. Image display apparatus and head mount display
JP5030134B2 (ja) 2005-08-18 2012-09-19 株式会社リコー 偏光変換素子、偏光変換光学系および画像投影装置
WO2007029032A1 (en) 2005-09-07 2007-03-15 Bae Systems Plc A projection display with two plate-like, co-planar waveguides including gratings
IL171820A (en) 2005-11-08 2014-04-30 Lumus Ltd A polarizing optical component for light coupling within a conductive substrate
IL177618A (en) 2006-08-22 2015-02-26 Lumus Ltd Optical component in conductive substrate
US8139944B2 (en) 2007-05-08 2012-03-20 The Boeing Company Method and apparatus for clearing an optical channel
EP3667399A1 (en) * 2007-06-04 2020-06-17 Magic Leap, Inc. A diffractive beam expander
US7589901B2 (en) 2007-07-10 2009-09-15 Microvision, Inc. Substrate-guided relays for use with scanned beam light sources
FR2925171B1 (fr) 2007-12-13 2010-04-16 Optinvent Guide optique et systeme optique de vision oculaire
EP2332195A2 (en) 2008-08-19 2011-06-15 Plextronics, Inc. Organic light emitting diode lighting devices
US7949214B2 (en) * 2008-11-06 2011-05-24 Microvision, Inc. Substrate guided relay with pupil expanding input coupler
US8317352B2 (en) 2008-12-11 2012-11-27 Robert Saccomanno Non-invasive injection of light into a transparent substrate, such as a window pane through its face
US8873912B2 (en) 2009-04-08 2014-10-28 International Business Machines Corporation Optical waveguide with embedded light-reflecting feature and method for fabricating the same
WO2010124028A2 (en) 2009-04-21 2010-10-28 Vasylyev Sergiy V Light collection and illumination systems employing planar waveguide
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US20100291489A1 (en) 2009-05-15 2010-11-18 Api Nanofabrication And Research Corp. Exposure methods for forming patterned layers and apparatus for performing the same
US8233204B1 (en) * 2009-09-30 2012-07-31 Rockwell Collins, Inc. Optical displays
KR102165542B1 (ko) 2010-04-16 2020-10-14 플렉스 라이팅 투 엘엘씨 필름 기반 라이트가이드를 포함하는 프론트 조명 디바이스
US9028123B2 (en) 2010-04-16 2015-05-12 Flex Lighting Ii, Llc Display illumination device with a film-based lightguide having stacked incident surfaces
US8743464B1 (en) 2010-11-03 2014-06-03 Google Inc. Waveguide with embedded mirrors
US8666208B1 (en) 2010-11-05 2014-03-04 Google Inc. Moldable waveguide with embedded micro structures
JP5645631B2 (ja) 2010-12-13 2014-12-24 三菱電機株式会社 波長モニタ、光モジュールおよび波長モニタ方法
JP2012252091A (ja) 2011-06-01 2012-12-20 Sony Corp 表示装置
US8548290B2 (en) 2011-08-23 2013-10-01 Vuzix Corporation Dynamic apertured waveguide for near-eye display
JP5826597B2 (ja) 2011-10-31 2015-12-02 シャープ株式会社 擬似太陽光照射装置
US8736963B2 (en) 2012-03-21 2014-05-27 Microsoft Corporation Two-dimensional exit-pupil expansion
US20130321432A1 (en) 2012-06-01 2013-12-05 QUALCOMM MEMES Technologies, Inc. Light guide with embedded fresnel reflectors
CN107817555A (zh) 2012-06-11 2018-03-20 奇跃公司 使用波导反射器阵列投射器的多深度平面三维显示器
US9671566B2 (en) * 2012-06-11 2017-06-06 Magic Leap, Inc. Planar waveguide apparatus with diffraction element(s) and system employing same
US8913324B2 (en) 2012-08-07 2014-12-16 Nokia Corporation Display illumination light guide
US9933684B2 (en) 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
US8947783B2 (en) 2013-01-02 2015-02-03 Google Inc. Optical combiner for near-eye display
JP6065630B2 (ja) 2013-02-13 2017-01-25 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
DE102013106392B4 (de) 2013-06-19 2017-06-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer Entspiegelungsschicht
US8913865B1 (en) 2013-06-27 2014-12-16 Microsoft Corporation Waveguide including light turning gaps
US20150081313A1 (en) 2013-09-16 2015-03-19 Sunedison Llc Methods and systems for photovoltaic site installation, commissioining, and provisioning
JP6225657B2 (ja) 2013-11-15 2017-11-08 セイコーエプソン株式会社 光学素子および画像表示装置並びにこれらの製造方法
NZ720610A (en) 2013-11-27 2020-04-24 Magic Leap Inc Virtual and augmented reality systems and methods
CN108572449B (zh) 2014-03-31 2021-09-14 联想(北京)有限公司 显示装置和电子设备
US10151928B2 (en) 2014-04-09 2018-12-11 Alexey Leonidovich Ushakov Smart glasses with a fixed frame and a rotatable frame
DE102014207490B3 (de) 2014-04-17 2015-07-02 Carl Zeiss Ag Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung und Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas
JP6096713B2 (ja) 2014-05-21 2017-03-15 株式会社東芝 表示装置
US10359632B2 (en) 2015-01-06 2019-07-23 Vuzix Corporation Head mounted imaging apparatus with optical coupling
US20160234485A1 (en) 2015-02-09 2016-08-11 Steven John Robbins Display System
IL237337B (en) * 2015-02-19 2020-03-31 Amitai Yaakov A compact head-up display system with a uniform image
US10007117B2 (en) 2015-09-10 2018-06-26 Vuzix Corporation Imaging light guide with reflective turning array
US10345594B2 (en) 2015-12-18 2019-07-09 Ostendo Technologies, Inc. Systems and methods for augmented near-eye wearable displays
WO2017120346A1 (en) 2016-01-06 2017-07-13 Vuzix Corporation Head-mounted display with pivoting imaging light guide
US10473933B2 (en) 2016-02-19 2019-11-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide pupil relay
US20170343810A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Osterhout Group, Inc. Pre-assembled solid optical assembly for head worn computers
US9791703B1 (en) 2016-04-13 2017-10-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguides with extended field of view
US10739598B2 (en) * 2016-05-18 2020-08-11 Lumus Ltd. Head-mounted imaging device
CN113156647B (zh) 2016-10-09 2023-05-23 鲁姆斯有限公司 光学装置
US20190056600A1 (en) * 2016-12-31 2019-02-21 Lumus Ltd Eye tracker based on retinal imaging via light-guide optical element
JP6956414B2 (ja) * 2017-03-22 2021-11-02 ルムス エルティーディー． 重複ファセット
US10852543B2 (en) * 2017-03-28 2020-12-01 Seiko Epson Corporation Light guide device and display device
CN107238928B (zh) 2017-06-09 2020-03-06 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列波导
US11092810B2 (en) * 2017-11-21 2021-08-17 Lumus Ltd. Optical aperture expansion arrangement for near-eye displays
US10551544B2 (en) 2018-01-21 2020-02-04 Lumus Ltd. Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion
US11256004B2 (en) 2018-03-20 2022-02-22 Invensas Bonding Technologies, Inc. Direct-bonded lamination for improved image clarity in optical devices
CN112119344B (zh) * 2018-05-17 2023-01-20 鲁姆斯有限公司 具有交叠投射仪组件的近眼显示器
CN112639574B (zh) 2018-09-09 2023-01-13 鲁姆斯有限公司 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统
AU2020211092B2 (en) 2019-01-24 2023-05-11 Lumus Ltd. Optical systems including LOE with three stage expansion
US10962787B1 (en) 2019-11-25 2021-03-30 Shanghai North Ocean Photonics Co., Ltd. Waveguide display device

Also Published As

Publication number Publication date
EP4042228A1 (en) 2022-08-17
JP2023507948A (ja) 2023-02-28
KR20220118470A (ko) 2022-08-25
CN114846384A (zh) 2022-08-02
IL294151A (en) 2022-08-01
US11885966B2 (en) 2024-01-30
EP4042228A4 (en) 2022-12-07
WO2021137228A1 (en) 2021-07-08
AU2020418462A1 (en) 2022-08-04
CA3164587A1 (en) 2021-07-08
US20220075194A1 (en) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW202132829A (zh) 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統
JP7424635B2 (ja) 二次元の拡大を伴う導光光学素子を含む光学システム
US10048500B2 (en) Directionally illuminated waveguide arrangement
US7710655B2 (en) Display with image-guiding substrate
JP2021535444A (ja) 二次元の拡張を有する導光光学素子を含む光学システム
US20240134202A1 (en) Optical Systems including Light-Guide Optical Elements with Two-Dimensional Expansion
TW202144827A (zh) 包括具有二維擴展的光導光學元件的光學系統
KR20240051132A (ko) 독립적인 공액 이미지 생성
TW202323933A (zh) 用於近眼顯示器的光學系統
CN117897646A (zh) 独立共轭图像生成
TW202319811A (zh) 獨立共軛圖像生成
TW202346963A (zh) 用於引導圖像以供觀看的光學系統
CN117178214A (zh) 包括具有二维扩展的光导光学元件的显示器
TW202346937A (zh) 採用與光導集成的二向色組合器的顯示器
TW202307518A (zh) 具有提供視場的不同部分的堆疊光導元件的顯示器
TW202248717A (zh) 包括具有二維擴展的光導光學元件的顯示器