用于显示图像的装置和方法制造方法及图纸

提供一种用于显示图像的装置，该装置包括：输入图像节点，该输入图像节点被配置成提供调制光线；以及多个波导，所述多个波导被配置成在传播方向上沿着所述多个波导传播所述调制光线，所述多个波导被堆叠排布，所述多个波导中的每个波导具有弯曲输出表面和光栅，其中所述多个波导中的每个波导被配置成经由所述光栅将所述调制光线偏转出各个所述弯曲输出表面。

Apparatus and method for displaying image

To provide a method for image display device, the device comprises an input node of the input image, the image node is configured to provide modulated light; and a plurality of waveguide, the plurality of waveguide is configured in the direction of propagation along the plurality of waveguide propagation of the modulated light, the plurality of waveguides are stacked the arrangement, each of the plurality of waveguide waveguide with curved surface and output grating, wherein each of the plurality of waveguide waveguide is configured via the modulation of the grating light is out of the curved surface of each output.

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2013年04月24日、申请号为201380001530.1、专利技术名称为“全息广角显示器”的中国专利申请的分案申请。相关申请本申请要求2012年4月25日提交的美国临时专利申请No.61/687,436以及2012年6月15日提交的美国临时专利申请No.61/689,907的优先权，每个临时申请通过引用整体结合于此。彩图专利或申请文件包含至少一个用彩色制作的图。根据请求并缴纳必要的费用，专利局可以提供具有彩图的本专利或专利申请公布的副本。
技术介绍
存在能够显示从符号和字母数字阵列到高分辨率像素化图像的图像内容简洁、能够看透(see through)的数据显示器的需求。显示器应当高度透明，并且在叠加在明亮背景场景时，显示的图像内容应当清晰可见。显示器应当提供用于最佳数据可见度和冲击力的具有增强色饱和度的全色彩。期望的特性是显示器易于穿戴、自然和不干扰，尽可能地具有与滑雪镜类似的形状因素，或更期望具有与太阳镜类似的形状因素。适眼距(eye relief)和眼瞳(eye pupil)应当足够大以避免在头移动(即使针对军事和体育活动需求)期间丢失图像。图像产生器应当是简洁、固态的，并具有低功率消耗。当前的技术没有达到上述的目标。当前可穿戴显示器仅仅通过以笨重的形状因素为代价的同时设法达到能够看透、足够的光瞳、适眼距以及视场和高亮度。在多种情况中，重量分布在眼睛前面可穿戴显示器不需要的地方。一个常用的提供能够看透的方式依赖于轴偏离照亮的反射或衍射(diffractive)罩。微显示器，其在微小平板中提供高分辨率图像产生器，通常不需要小型化可穿戴显示器的帮助，因为对于甚高放大倍数的一般需求必然导致大直径光学器件。提供像眼镜的形状因素的多个超低形状因素设计当前可用，但是通常总需求在视场(FOV)、适眼距和出射光瞳之间取舍。在HMD中研究和开发的长期目标是创造具有以下特征的贴近眼睛的彩色HMD：a)在整个视场上超过标准NVG角分辨率的高分辨率数据影像并在在无穷远处聚焦；b)在FOV中心具有40°立体重叠的120°×40°双眼FOV HMD，或80°×40°单眼视场(FOV)HMD；c)具有外界无障碍全景视野的高能够看透(≥90％)的显示器，大气的眼眶(eye box)，以及足够的适眼距；以及d)与可穿的罩和标准砂护目镜、风护目镜和尘土护目镜完美整合的重量轻、简约(low-profile)设计。尽管影像在某一视场上显示，全景的能够看透的性能可以比它更优，并且通常优于主罩或护目镜。这是针对现存NVG的改进，在NVG中，40°以外的周围环境被忽略(occlude)。一个期望的头戴显示器是一个：(1)通过提供具有高透明度全景的能够看透维持态势感知；(2)提供高分辨率、宽视场影像的显示器。此系统还应当不被察觉，即简洁、重量轻并且舒适，其中舒适来自于具有大的出射光瞳和眼运动框(motion box)/出射光瞳(>15mm)，足够的适眼距(≥25mm)、质量(mass)的人体工程学中心，聚焦在无穷远处，以及具有与保护性头饰(head gear)的兼容性。当前和未来的传统折射光学器件不能够满足这组需要。其他重要的区别包括：全色彩性能、视场、像素分辨率、能够看透、亮度、动态灰度级和低功率消耗。即使在高度竞争发展的若干年后，基于折射光学器件的HWD展示出有限的视场，并且不简洁、重量重或不舒服。基于波导技术衬底引导显示器的头盔式显示器已经证明满足这些基本要求中的许多的性能。特别相关的是1999颁发给罗克韦尔科林的子公司凯撒光学系统公司(KOSI)的专利(美国专利号5,856,842)，其教导了如何在输入处使用衍射元件将光耦合入波导，以及如何在输出处使用第二衍射元件将光耦合出同一波导。根据美国专利No.5,856,842，在波导上的入射光需要被准直以在其图像内容沿着波导传播时保持其图像内容。即，光在进入波导之前应当被准直。这可以通过适当的技术完成。使用这种设计方式，离开波导的光可以被自然地准直，这是使图像聚焦在无限远处出现需要的条件。光仅在内角的有限范围内沿着波导传播。平行于表面传播的光将(通过定义)沿着波导行进而不反弹(bounce)。不平行于表面传播的光将在表面之间前后反弹地沿着波导行进，只要相对于表面法线的入射角大于某临界角。对于BK-7玻璃，临界角大约是42°。通过使用反射涂层(但这可以降低衬底的能够看透性能)或通过使用更高指标的材料能够轻微地得以降低。无论如何，在其上能够沿波导传播的内角范围不显著变化。因此，对于玻璃，内角的最大范围≤50°。当考虑其他设计因素时，这转换成<40°的出射波导的角范围，通常更小。目前，SGO技术没有得到广泛地接受。这可能由于波导光学器件能够用来扩展出射光瞳但他们不能用来扩展视场或提升数字分辨率的事实。也即就是说，底层物理，其能够约束经历波导内全内反射(TIR)的内角范围，可以将具有波导光学器件的可用视场限制到最多40°，并将可达到的数字分辨率限制为相关联图像的数字分辨率。
技术实现思路
根据前述，专利技术人已经认识并理解到显示器的优点，并且更具体地，对于结合衬底引导光学器件(SGO)以及可开关布拉格光栅(SBG)的透明显示器。因此，在一些实施方式的一个方面提供的是用于显示图像的装置，包括：输入图像节点，该输入图像节点被配置成提供至少第一图像调制光线和第二图像调制光线；以及全息波导设备，该全息波导设备被配置成在至少第一方向上传播所述第一图像调制光线和所述第二图像调制光线中的至少一者。所述全息波导设备可以包括：布置在至少一层中的至少第一散置的多个光栅元件和第二散置的多个光栅元件，所述第一光栅元件和所述第二光栅元件分别具有第一规格(prescription)和第二规格。所述第一图像调制光线和所述第二图像调制光线可以分别使用第一视场(FOV)图像信息和第二FOV图像信息来被调制。第一多个光栅元件可以被配置成将所述第一图像调制光线偏转出所述至少一层成为形成第一FOV图块的第一多个输出射线，以及第二多个光栅元件可以被配置成将所述第二图像调制光线偏转出所述层成为形成第二FOV图块的第二多个输出射线。在一些实施方式的另一方面提供的是一种显示图像的方法，该方法包括：(i)提供一种装置，该装置包括输入图像节点和全息波导设备，所述全息波导设备包括(M×N)散置的多个光栅元件，其中M、N为整数；(ii)生成对应于视场(FOV)图块(I，J)的图像调制光线(I，J)输入图像节点，其中整数1≤I≤N以及1≤J≤M；(iii)将匹配FOV图块(I，J)的规格的光栅元件切换至其衍射状态；(iv)使用图像调制光线(I，J)对匹配FOV图块(I，J)的规格的光栅元件照明；以及(v)将所述图像调制光线I，J衍射成FOV图块I，J。可以通过考虑以下的详细说明并结合附图得以更完整地理解本专利技术，其中相似的索引指示相似的部分。为了简明的目的，没有详细地描述关于本专利技术的本领域已知的关于技术资料的细节。应当理解的是，前述概念和下面详细讨论的其他概念的所有组合(只要该概念不相互冲突)被认为是本专利技术在此公开的主题的一部分。特别地，在本公开结尾出现的要求保护的主题的所有组合被认为是在此公开的创造性的客体的一部分。应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于显示图像的装置，该装置包括：输入图像节点，该输入图像节点被配置成提供调制光线；以及多个波导，所述多个波导被配置成在传播方向上沿着所述多个波导传播所述调制光线，所述多个波导被堆叠排布，所述多个波导中的每个波导具有弯曲输出表面和光栅，其中所述多个波导中的每个波导被配置成经由所述光栅将所述调制光线偏转出各个所述弯曲输出表面。

【技术特征摘要】
2012.04.25 US 61/687,436;2012.06.15 US 61/689,9071.一种用于显示图像的装置，该装置包括：输入图像节点，该输入图像节点被配置成提供调制光线；以及多个波导，所述多个波导被配置成在传播方向上沿着所述多个波导传播所述调制光线，所述多个波导被堆叠排布，所述多个波导中的每个波导具有弯曲输出表面和光栅，其中所述多个波导中的每个波导被配置成经由所述光栅将所述调制光线偏转出各个所述弯曲输出表面。2.根据权利要求1所述的装置，其中每个所述弯曲输出表面在相同的平面中被弯曲。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个波导中的每个波导被针对单个不同的光波长进行优化。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述多个波导包括彩色波导。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个波导中的每个波导被针对至少两个光波长而进行优化。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述光栅是布拉格光栅。7.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括被布置在所述多个波导的一端的光学电子模块，其中所述输入图像节点被布置在所述多个波导的另一端。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个波导中的邻近波导通过覆层隔开。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个波导中的邻近波导没有通过覆层隔开。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是头盔显示器。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个波导包括所述头盔显示器的罩。12.一种显示图像的方法，该方法包括：向多个波导提供调制光线，所述多个波导被堆叠排布，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·波波维奇，A·J·格兰特，J·D·瓦尔德恩，W·L·亨德里克，J·H·斯坦利，
申请(专利权)人：罗克韦尔柯林斯公司，SBG实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US