具有用于分体式光瞳的空间光调制器照射的显示系统技术方案

将不同颜色分离为横向位移光束的照射系统可以用于将不同颜色图像内容导引到用于将图像显示在眼睛中的目镜中。例如，这样的目镜可以用于增强现实头戴式显示器。可以提供利用一个或多个波导将来自光源的光朝向空间光调制器导引的照射系统。来自所述空间光调制器的光可以朝向目镜导引。本发明专利技术的一些方面提供具有不同颜色的光以不同角度从所述一个或多个波导耦出并且沿着不同光束路径导引。

Display system with illumination of spatial light modulator for split pupil

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于分体式光瞳的空间光调制器照射的显示系统相关申请的交叉引用本申请要求于2017年3月21日提交的美国临时申请号62/474,568(代理人案号MLEAP.084PR)在35U.S.C.§119(e)下的优先权的权益，其以整体内容通过引用并入本文。
本公开涉及光学设备，包括虚拟现实和增强现实成像和可视化系统。
技术介绍
现代计算和显示技术已经有助于用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种类型的AR场景，一般涉及被集成到自然世界中并对该自然世界做出响应的虚拟对象。例如，在MR场景中，AR图像内容可以被真实世界中的对象阻挡，或者以其他方式，可以被感知为与真实世界中的对象交互。参考图1，描绘了增强现实场景10，其中，AR技术的用户看到了真实世界的公园状的设置20，该设置以人、树、背景中的建筑物以及混凝土平台30为特征。除了这些项之外，AR技术的用户还感知到他“看到”了“虚拟内容”，诸如站在真实世界平台30上的机器人雕像40，以及看起来是大黄蜂的化身的正在飞行的卡通式的化身角色50，即使这些元素40、50在真实世界中不存在。由于人类视觉感知系统是复杂的，因此要产生有助于在其他虚拟或真实图像元素当中舒适、感觉自然、丰富呈现的虚拟影像元素的AR技术具有挑战性。本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术有关的各种挑战。附图说明图1示出了用户通过AR设备观看的增强现实(AR)视图。图2示出了可佩戴显示系统的示例。图3示出了用于为用户模拟三维影像的传统显示系统。图4示出了使用多个深度平面模拟三维影像的方法的各方面。图5A至5C示出了曲率半径与焦半径之间的关系。图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。图7示出了由波导输出的出射光束的示例。图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。图9A示出了一组堆叠波导的示例的横截面侧视图，每个堆叠波导包括耦入光学元件。图9B示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。图9C示出了图9A和9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。图9D示出了向多个耦入光学元件提供多个输入光束的基于波导的图像源，该多个耦入光学元件与形成目镜的一部分的波导的堆叠集成。图10A和10B示出了包括单个波导的基于波导的图像源，该单个波导可以接收白光并且包括具有色散并且将不同颜色光(例如，红、绿、蓝)导引到不同方向中的耦出光学元件。图11A-11C示出了包括多个波导的基于波导的图像源，多个波导中的每一个光学耦合到具有将相应波导中的光导引到不同方向中的耦出光学元件的不同颜色LED(例如，红、绿、蓝)。图11D示出了包括三个颜色光发射器和两个波导的基于波导的图像源，其中，来自两个发射器的颜色中的两种颜色被组合到单个波导中。图12A示出了包括单个波导的基于波导的图像源，该单个波导可以耦合到白色LED并且将光耦出到具有对应的颜色滤波器的多个快门以在不同时间处选择性地通过光的不同颜色。图12B是示出用于如图12A中示出的包括快门和空间光调制器的基于波导的图像源的示例刷新过程的流程图。图13示出了包括单个波导的基于波导的图像源，该单个波导可以耦合到白色LED并且将光耦出到分离不同颜色的多个二向色分束器并且在不同横向位置处产生不同颜色束。图14A和14B分别示出了包括由点光源和线光源照射的波导的基于波导的图像源。图14C-14E示出了用于将光耦合到波导中的附加布置。图15A示出了包括波导和耦出光学元件的基于波导的图像源，该耦出光学元件包括体积相位衍射元件。图15B示出了包括用于不同颜色的体积相位光栅(VPG)衍射元件的堆叠的基于波导的光分布器件。图15C示出了包括用于不同角度的体积相位光栅(VPG)衍射元件的堆叠的基于波导的光分布器件。图16示出了包括波导和耦出光学元件的基于波导的图像源，该耦出光学元件包括胆甾型液晶光栅(CLCG)。图17A和17B示出了可以被配置为利用离轴照射的基于波导的光分布器件。图18示出了包括楔形波导的基于波导的图像源。
技术实现思路
根据一些方面，可以提供一种显示设备，包括：一个或多个光发射器，其被配置为发射光；第一波导，其相对于所述一个或多个光发射器设置以接收来自所述一个或多个光发射器的光，所述第一波导被配置为(i)沿着第一路径将具有第一颜色的光射出所述波导之外，以及(ii)沿着第二路径将具有第二颜色的光射出到所述第一波导之外；以及空间光调制器，其相对于所述第一波导设置以接收从所述波导射出的所述光并且调制所述光，其中，所述一个或多个光发射器被配置为发射具有包括对应于所述第一和第二颜色的光谱分量的光谱分布的光，以及其中，所述显示设备被配置为使得来自所述第一波导的具有所述第一颜色和所述第二颜色的所述光在由所述空间光调制器调制之后以不同角度沿着所述相应第一和第二路径导引并且入射在距所述第一波导和空间光调制器一定距离的相应第一和第二空间位置。根据其他方面，提供了一种显示设备，包括：一个或多个光发射器，其被配置为发射光；第一波导，其相对于所述一个或多个光发射器设置以接收来自所述一个或多个光发射器的光，以使得所述光在所述第一波导中通过全内反射引导，所述第一波导被配置为将在所述第一波导内引导的光射出到所述波导之外；快门系统，其包括第一快门和第二快门以及分别被配置为选择性地透射第一和第二颜色光的对应的第一和第二颜色滤波器，所述快门系统相对于所述第一波导设置以接收从所述波导射出的所述光，以使得来自所述第一波导的具有所述第一和第二颜色的光沿着相应第一和第二光路分别穿过所述相应第一和第二颜色滤波器，以及穿过所述相应第一快门和第二快门到距所述第一波导一定距离处的相应第一和第二空间位置；空间光调制器，其相对于所述第一波导设置以接收从所述波导射出的所述光并调制所述光，所述快门系统相对于所述空间光调制器设置，以使得所述调制光沿着所述第一和第二光路导引到距所述空间光调制器一定距离处的所述相应第一和第二空间位置；以及电子器件，其与所述快门系统和所述空间光调制器通信以(i)当所述空间光调制器被配置为呈现对应于所述第一颜色的图像时在第一时间处打开与所述第一颜色相关联的所述快门并且关闭与所述第二颜色相关联的所述快门，以及(ii)当所述空间光调制器被配置为呈现对应于所述第二颜色的图像时在第二时间处打开与所述第二颜色相关联的所述快门并且关闭与所述第一颜色相关联的所述快门，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显示设备，包括：/n第一光发射器，其具有第一光谱分布；/n第一波导，其相对于所述第一光发射器设置以接收来自所述第一光发射器的光，所述第一波导被配置为沿着第一路径将光射出到所述波导之外；/n第二光发射器，其具有与所述第一光发射器的所述第一光谱分布不同的第二光谱分布；/n第二波导，其相对于所述第二光发射器设置以接收来自所述第二光发射器的光，所述第二波导被配置为沿着第二路径将光射出到所述波导之外；以及/n空间光调制器，其相对于所述第一和第二波导设置以接收从所述第一和第二波导射出的所述光并调制所述光，/n其中，所述显示设备被配置为使得来自所述第一和第二波导的所述光在由所述空间光调制器调制之后以不同角度沿着所述第一和第二路径导引，以使得来自所述第一波导的所述光和来自所述第二波导的所述光在由所述空间光调制器调制之后入射在距所述波导和空间光调制器一定距离的相应第一和第二空间位置上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170321 US 62/474,5681.一种显示设备，包括：
第一光发射器，其具有第一光谱分布；
第一波导，其相对于所述第一光发射器设置以接收来自所述第一光发射器的光，所述第一波导被配置为沿着第一路径将光射出到所述波导之外；
第二光发射器，其具有与所述第一光发射器的所述第一光谱分布不同的第二光谱分布；
第二波导，其相对于所述第二光发射器设置以接收来自所述第二光发射器的光，所述第二波导被配置为沿着第二路径将光射出到所述波导之外；以及
空间光调制器，其相对于所述第一和第二波导设置以接收从所述第一和第二波导射出的所述光并调制所述光，
其中，所述显示设备被配置为使得来自所述第一和第二波导的所述光在由所述空间光调制器调制之后以不同角度沿着所述第一和第二路径导引，以使得来自所述第一波导的所述光和来自所述第二波导的所述光在由所述空间光调制器调制之后入射在距所述波导和空间光调制器一定距离的相应第一和第二空间位置上。


2.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述第一和第二光发射器包括发光二极管(LED)。


3.根据权利要求2所述的显示设备，其中，所述第一和第二光发射器包括第一和第二颜色发光二极管(LED)，所述第一颜色LED具有与所述第二LED不同的颜色。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的显示设备，其中，所述第一和第二波导包括平面波导，并且所述第一和第二发射器分别相对于所述第一和第二波导的边缘设置以将光注入到所述第一和第二波导的边缘中。


5.根据权利要求1-4中的任一项所述的显示设备，其中，所述第一和第二波导包括分别沿着第一和第二路径将光射出到所述第一和第二波导之外的转向特征。


6.根据权利要求5所述的显示设备，其中，所述转向特征形成衍射光学元件、衍射光栅、全息光学元件、或超表面的一部分。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的显示设备，其中，所述空间光调制器包括透射空间光调制器，其被配置为调制透射通过所述空间光调制器的光。


8.根据权利要求1-6中的任一项所述的显示设备，其中，所述空间光调制器包括反射空间光调制器，其被配置为反射并调制入射在其上的光。


9.根据权利要求1所述的显示设备，还包括：
第三光发射器，其具有与所述第一和第二光谱分布不同的第三光谱分布；以及
第三波导，其相对于所述第三光发射器设置以接收来自所述第三光发射器的光，所述第三波导被配置为沿着第三路径将光射出到所述波导之外，所述空间光调制器相对于所述第三波导设置以接收从所述第三波导射出的所述光并调制所述光，
其中，所述显示设备被配置为使得来自所述第三波导的所述光在由所述空间光调制器调制之后以与所述第一和第二路径不同的角度沿着所述第三路径导引，以使得来自所述第一、第二和第三波导的所述光在由所述空间光调制器调制之后入射在距所述波导和空间光调制器一定距离的相应第一、第二和第三空间位置上。


10.根据权利要求9所述的显示设备，其中，所述第一、第二和第三光发射器包括发光二极管(LED)。


11.根据权利要求10所述的显示设备，其中，所述第一、第二和第三光发射器包括第一、第二和第三颜色发光二极管(LED)，所述第一颜色LED具有与所述第二颜色LED和第三颜色LED不同的颜色，并且所述第二颜色LED具有与所述第三颜色LED不同的颜色。


12.根据权利要求11所述的显示设备，其中，所述第一、第二和第三光发射器分别包括红色、绿色和蓝色发光二极管(LED)。


13.根据权利要求9-12中的任一项所述的显示设备，其中，所述第一、第二和第三波导包括平面波导，并且所述第一、第二和第三光发射器分别相对于所述第一、第二和第三波导的边缘设置以将光注入到所述第一、第二和第三波导的边缘中。


14.根据权利要求9-13中的任一项所述的显示设备，其中，所述第一、第二和第三波导包括将光分别沿着第一、第二和第三路径射出到所述第一、第二和第三波导之外的转向特征。


15.根据权利要求14所述的显示设备，其中，所述转向特征形成衍射光学元件、衍射光栅、全息光学元件、或超表面的一部分。


16.根据权利要求9-15中的任一项所述的显示设备，其中，所述空间光调制器包括透射空间光调制器，其被配置为调制透射通过所述空间光调制器的光。


17.根据权利要求9-15中的任一项所述的显示设备，其中，所述空间光调制器包括反射空间光调制器，其被配置为反射并调制入射在其上的光。


18.根据权利要求1-17中的任一项所述的显示设备，还包括：
第四波导，其具有与其相关联的耦入光学元件，与所述第四波导相关联的所述耦入光学元件相对于所述第一波导和所述第一路径设置以在由所述空间光调制器调制之后接收来自第一波导的光；以及
第五波导，其具有与其相关联的耦入光学元件，与所述第五波导相关联的所述耦入光学元件相对于所述第二波导和所述第二路径设置以在由所述空间光调制器调制之后接收来自第二波导的光，
其中，分别与所述第四和第五波导相关联的所述耦入光学元件分别位于沿着所述第一和第二路径的所述第一和第二空间位置以分别接收来自所述第一和第二光发射器的所述光。


19.根据权利要求18所述的显示设备，其中，与所述第四和第五波导相关联的所述耦入光学元件被配置为分别将光转向到所述第四和第五波导中，以使得所述光通过全内反射在所述波导内引导。


20.根据权利要求18或19所述的显示设备，其中，用于所述第四和第五波导的所述耦入光学元件包括转向特征，所述转向特征被配置为将光分别重导引到所述第四和第五波导中，以通过全内反射在其中引导。


21.根据权利要求20所述的显示设备，其中，所述耦入光学元件包括一个或多个衍射光学元件、衍射光栅、全息光学元件、或超表面。


22.根据权利要求18-21中的任一项所述的显示设备，其中，所述耦入光学元件中的一个或多个包括波长选择性光学元件。


23.根据权利要求18-20中的任一项所述的显示设备，还包括第六波导。


24.根据权利要求23所述的显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑惠全，吴哲宇，C·卡尔里斯勒，M·A·克鲁格，W·莫尔泰尼，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国;US