一种虚拟图像投影仪，包括：激光器，其被配置成形成窄光束；第一扩张光学器件和第二扩张光学器件；第一重定向光学器件和第二重定向光学器件，第一重定向光学器件和第二重定向光学器件中的每一个具有衍射光栅；以及控制器。第一扩张光学器件被布置成接收窄光束且将一维扩张光束投射到第二扩张光学器件内。第二扩张光学器件被布置成接收一维扩张光束且投射二维扩张光束。第一重定向光学器件和第二重定向光学器件中的每一个在操作上耦接到换能器。第一重定向光学器件被布置成将窄光束以第一进入角导向至第一扩张光学器件内。第二重定向光学器件被配置成将一维扩张光束以第二进入角导向至第二扩张光学器件内。控制器被配置成偏置换能器以改变第一进入角和第二进入角。
【技术实现步骤摘要】
激光扫描虚拟图像显示器
技术介绍
一种紧凑型显示系统可耦接到护目镜、头盔或其它护眼部佩戴物。这些配置使得佩戴者能够有隐私地且移动地观看来自计算机、媒体播放器或其它电子装置的图像。当适于并行地显示两个不同图像(每只眼睛一个)时，该系统可用于立体显示(例如，虚拟-现实)应用。由于人眼不能在小于数厘米远处聚焦于图像上，一种紧凑型显示系统可被配置成提供显示图像为虚拟图像(例如，在位于距眼睛超过数厘米处的焦平面中形成的图像)。在这个领域中所面临的一个挑战是使用紧凑、牢靠的光学布置来形成这种图像，其也提供合适的图像分辨率和保真度。
技术实现思路
本公开的一实施例提供一种虚拟图像投影仪。该投影仪包括被配置成形成窄光束的激光器；第一扩张光学器件和第二扩张光学器件；第一重定向光学器件和第二重定向光学器件；以及控制器。第一扩张光学器件和第二扩张光学器件各具有衍射光栅。第一扩张光学器件被布置成接收窄光束且将一维扩张光束投射到第二扩张光学器件内。第二扩张光学器件被布置成接收一维扩张光束且投射二维扩张光束，二维扩张光束提供虚拟图像。 第一重定向光学器件和第二重定向光学器件中的每一个在操作上耦接到换能器。第一重定向光学器件被布置成将窄光束以第一进入角导向至第一扩张光学器件内。第二重定向光学器件被布置成将一维扩张光束以第二进入角导向至第二扩张光学器件内。控制器被配置成偏置换能器以改变第一进入角和第二进入角。上文所提供的
技术实现思路
以简化形式介绍了本公开的选定部分，其将在下文中进一步描述。其并不意味着指出所主张的主题的关键或至关重要的特征。而是，所主张的主题仅由权利要求限定且并不限于解决本文所提到的任何缺点的实施方式。附图说明图1和图2示出根据本公开的实施例的实例性头戴式显示装置。图3示出根据本公开的实施例的实例性投影仪的各个方面。图4示出根据本公开的实施例的实例性照射器的各个方面。图5、图6和图7示出根据本公开的实施例的实例性投影仪的各个方面。图8示出根据本公开的实施例的用于投射虚拟显示图像的实例性方法。具体实施例方式现将以举例说明的方式且参考上文所列出的实例性实施例来描述本公开的主题。 在一个或多个实施例中可基本上相同的构件、过程步骤和其它元件被等同地标识且以最少重复进行描述。但应了解，等同地标识的元件也可能会在某种程度上不同。应当指出的是， 包括于本公开中的附图是示意性的且通常未必按照比例绘制。而是，在附图所示的各种图比例尺、宽高比和构件数量可有意地变化以使得特定特征或关系易于观察。图1示出在一实施例中的实例性头戴式显示装置10。装置10为视频显示眼部佩戴物(eyewear)的实例。其非常类似一副普通的眼镜或太阳镜。但是，这种装置包括投影仪12A和12B，其投射虚拟显示图像供佩戴者观看。更特定而言，虚拟显示图像直接投射于佩戴者眼前。为此，装置10包括可佩戴的支架14，可佩戴的支架14被配置成将投影仪定位于佩戴者眼前较短距离处，这将在下文中进一步描述。在图示实施例中，可佩戴的支架呈常规眼睛框的形式。在一实施例中，每个投影仪可投射16:9宽高比的图像，该图像将呈现给佩戴者就如同其对角线为21英寸且在臂长度处观看一样。装置10还包括控制器16，其控制投影仪的内部构件以形成虚拟显示图像，这将在下文中进一步描述。在一实施例中，投影仪12A和12B可投射无限远物体的虚拟显示图像，其中人眼的晶状体调整至无限或接近无限焦距以聚焦于这些物体上。另外，投影仪可至少部分地为透明的，使得佩戴者可看到外部物体以及虚拟显示图像。在图1所示的实施例中，装置10包括布置于投影仪前方的透镜18A和18B。透镜可被配置成校正外部物体的焦点和/或亮度以符合佩戴者的舒适和视觉需要。这种布置可允许佩戴者在有限距离远的外部物体与无限距离远的虚拟显示图像之间转移他或她的焦点。在一实施例中，控制器16可使得投影仪12A和12B并行投射相同虚拟显示图像使得佩戴者的右眼和左眼同时接收相同图像。在另一实施例中，投影仪可并行投射略微不同的图像，使得佩戴者感知到立体(即三维)图像。图2示出一实施例中的另一实例性头戴式显示装置20。该装置20为具有显示遮护件22的头盔，在显示遮护件22后方布置投影仪12A和12B。装置20可用于从视频游戏到航空应用的应用范围中。图3示出在一实施例中的实例性投影仪12的各个方面。该投影仪包括照射器24， 在图4中示意性地示出。红光激光器沈、绿光激光器28和蓝光激光器30耦接于照射器中。 红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器可例如为半导体激光器-低功率二极管激光器，或者任何其它合适激光器。在图3所示的实施例中，红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器经由控制器16被独立地偏置和调制。照射器M包括合并光学器件32A和32B (例如波导或部分涂银的镜子)。合并光学器件可被布置成将自激光器中每一个的单色发射合并以形成窄光束34。在本公开中，“光束”为准直辐射的任何形式(在实际限度内既不会聚也不发散)。 同样在实际限度内，‘窄光束’为具有点状截面的光束。在一实施例中，照射器M可被配置成形成1.0毫米(mm)或更小截面的窄光束。该光束的发散可为大约一个波长除以光束直径，例如，对于光束直径为1. Omm的绿光而言，发散可为0. 5/1000弧度或者0. 03度。显示图像可通过使激光束扫掠二维区域同时调制该光束以照射该区域中的选定点而形成。当该区域在适于聚焦的深度处包括反射或散射表面时，直接显示图像可形成于该表面上。或者，甚至在没有这种表面可用时，也可形成虚拟显示图像。虚拟显示图像可例如被构造成使得自图像的给定位点的光以平行射线行进穿过观察者的瞳孔。当到焦点时， 此图像向观察者表现为远物体的图像。在原则上，窄光束34可直接用于形成这种图像。但是，这将需要在观察者眼睛中相对较少的接受体上聚焦相对较强的激光发射。相比而言，本文所述的系统和装置使用扩张光学器件来扩展窄光束使得其填充或过度填充观察者的瞳孔，同时保持光束的准直方位。在一实施例中，现参看图3，投影仪12包括第一扩张光学器件36和第二扩张光学器件38。第一扩张光学器件被布置成接收窄光束34且将一维扩张光束40投射到第二扩张光学器件内。第二扩张光学器件被布置成接收一维扩张光束且投射二维扩张光束42，从二维扩张光束42形成虚拟显示图像。在图示实施例中，第一扩张光学器件和第二扩张光学器件为多面体波导，多面体波导通过全内反射(TIR)来传输光。在一实施例中，第一扩张光学器件可具有40mm的长度，1. 4mm的高度和1. 7mm的深度；第二扩张光学器件可具有40mm的长度，40mm的高度和1. 2mm的深度。自然，本公开涵盖除了这些明确陈述的尺寸之外的其它尺寸和尺寸范围。第一扩张光学器件和第二扩张光学器件包括例如玻璃、丙烯酸酯或聚碳酸酯的整体件，同时也可设想到其它合适的透明结构。在一实施例中，第一扩张光学器件和第二扩张光学器件可机械地耦接到可佩戴的支架14上。可佩戴的支架可被配置成将第二扩张光学器件定位于佩戴者的一只眼睛前较短距离处。图5更详细地示出第一扩张光学器件36。在图示实施例中，第一扩张光学器件的端面44定位成邻近照射器M且被布置成从照射器接收窄光束34。窄光束直接穿过第一扩张光学器件到相对端面46 ；在相对端面46处，窄光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种虚拟图像投影仪（１２），包括：激光器（２６， ２８， ３０），其被配置成形成窄光束（３４）；第一扩张光学器件和第二扩张光学器件，每个扩张器件具有衍射光栅（５０），第一扩张光学器件（３６）被布置成接收窄光束且将一维扩张光束（４０）投射到第二扩张光学器件（３８）内，第二扩张光学器件被布置成接收一维扩张光束且投射二维扩张光束（４２）；第一重定向光学器件和第二重定向光学器件，所述第一重定向光学器件和第二重定向光学器件中的每一个在操作上耦接到换能器（５４，５８），所述第一重定向光学器件（４８）被布置成将所述窄光束以第一进入角导向至所述第一扩张光学器件内，所述第二重定向光学器件（５６）被布置成将所述一维扩张光束以第二进入角导向至所述第二扩张光学器件内；和控制器（１６），其被配置成偏置所述换能器以改变所述第一进入角和第二进入角。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A特拉维斯，
申请(专利权)人：A特拉维斯，
类型：发明
国别省市：US
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