[发明专利]使用波导反射器阵列投射器的多深度平面三维显示器

说明书

背景技术

光场包括在相应方向行进的空间的每个点上的所有光线。光场被认为是四维的，因为三维空间中的每个点还具有相关的方向，这是第四维度。

可穿戴三维显示器包括基底导向的光学装置，也被称为光导光学元件(LOE)系统。这样的装置例如由Lumus Ltd.制造。如图1B-1、1B-2和1B-3所示，LOE系统10使用由两个平行的平面表面14a、14b构成的单层波导12。使用微型投射器(未示出)和反射器带18将光16耦合到LOE波导12中。图1B-1、1B-2和1B-3示出了LOE系统10的波导12，显示了光16以三个相应的角度进入。LOE系统10使用平面微反射器20a-20n(为了绘图清楚仅显示了两个)，其仅沿着一个角度方向被定向，并被定置为互相平行。但是，LOE系统10仅投射到无穷远聚焦的单个深度平面，其球面波前曲率为零。

附图说明

在附图中，相同的参考标号表示相同的元件或动作。图中元件的大小和相对位置不是必须按比例绘制的。例如，相应元件的形状以及角度不是按比例绘制的，并且这些元件中的某一些被任意放大和定位以增强绘图可辨识性。此外，所绘制的元件的特定形状，不是要传达与特定元件的实际形状相关的任何信息，并且仅被选择用于便于在图中识别。

图中示出了波导反射器阵列投射器(WRAP)系统的实例。实例和图是说明性的而不是限制性的。

图1A示出示例性凸球面镜，其将在无穷远聚焦的光重新聚焦在特定的径向距离。

图1B-1、1B-2和1B-3示出了传统的系统，其使用光导光学元件(LOE)技术来投射单个深度平面，其输入光以三个相应的角度进入。

图2A是示例性弯曲微反射器的示意图，其被用于产生看起来从虚拟点源辐射的球面波前。

图2B示出波导中的微反射器的示例性相对定向角。

图3A示出波导反射器阵列投射器中的示例层。

图3B示出波导中的微反射器的示例性定向角。

图3C示出示例性弯曲微反射器。

图4示出示例性平面和球面波前。

图5A是以示例性多深度平面3D显示系统或者波导反射器阵列投射器(WRAP)设备的形式的光学设备的等距视图。

图5B是图5中的光学设备的一部分的示意图，根据一个所示实施例，示出了多个波导层，其投射光以产生具有相应径向距离的相应虚拟深度平面，该径向距离表示多个虚拟点源，以模拟4D光场。

图5C是图5A中的光学设备的一部分的示意图，根据一个所示实施例，示出了多个波导层，其投射光以产生相应虚拟深度平面，该虚拟深度平面在相应径向距离上具有球面波前，以模拟4D光场。

图6示出WRAP系统的示例性投射和传播光锥。

图7示出由弯曲微反射器产生的减小的投射锥的实例。

图8示出多层复用系统的实例，其z轴耦合管配备有光闸。

图9示出通过WRAP系统的光传播的示例性图示。

图10示出使用可变形反射表面用于产生示例性波前。

图11示出使用透明显示器屏幕的示例性系统，该显示器屏幕具有在指定方向上投射光的像素。

图12是如何从二维投射的堆叠产生三维体积的示例性图示。

图13示出虚拟物点的坐标系统。

图14示出显示器表面上的4D光场的坐标系统。

图15示出二维微反射器定向的坐标系统。

图16示出二维光场的深度标引的实例。

图17示出用作微反射器的可变形微流体的实例。

图18示出与侧注入菲涅尔镜功能类似的微反射器的阵列的实例。

图19示出示例性波导管，其从单个窄光束来产生光束的宽二维阵列。

图20示出光束的实例，该光束必须足够宽以最小化光束阵列中的间隙。

图21是示出通过并行地驱动多层波导在显示器上重新产生三维体积的示例性过程的流程图。

具体实施方式

现在将描述本发明的相应方面和实例。下列描述提供了特定的细节以全面理解且能够描述这些实例。但是，本领域技术人员将理解，在没有许多这些细节的情况下，本发明可被实现。此外，某些众所周知的结构或功能不被详细示出或描述，以避免不必要地干扰相关描述。