[发明专利]具有出射光瞳扩展器的基于波导的显示器

说明书

近眼或平视显示系统包括扫描光线投影仪引擎、光波导和被光学地耦合在扫描光线投影仪引擎和光波导之间的出射光瞳扩展器(EPE)。EPE改善显示系统的光学性能。EPE可以包括漫射光学元件、衍射光学元件、微透镜阵列(MLA)或非球面透镜的中继器。双MLA EPE可以具有防止相邻像素之间的串扰的单元。双MLA EPE可以具有非周期性透镜阵列。一个MLA的光功率可能与另一个MLA不同。

背景技术

各种类型的计算、娱乐和/或移动设备可以利用透明或半透明显示器来实现，设备的用户可以通过该显示器查看周围环境。这样的设备可以被称为透视、混合现实显示设备系统，或者作为增强现实(AR)系统，使用户能够透过设备的透明或半透明显示器来查看周围环境，并且还能够看到虚拟对象(例如，文本、图形、视频等)的图像，其被生成用于显示以显现为周围环境的一部分和/或覆盖在周围环境上。

这些设备，其可以被实现为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可佩戴的近眼显示设备、或者作为平视显示器(heads up display)，但不限于此，这些设备通常利用光波导将例如由显示引擎产生的图像复制到设备的用户可以在增强现实环境中将图像视为虚拟图像的位置。由于这仍然是一种新兴技术，因此存在与利用波导和/或其他光学结构向用户显示虚拟对象的图像相关联的某些挑战。

发明内容

本文所描述的某些实施例涉及近眼或平视显示系统，其包括扫描光线投影仪(scan beam projector)、光波导和出射光瞳扩展器(EPE)。EPE可以被配置为在将光束从扫描光线投影仪递送到光波导之前扩展与扫描光线投影仪相关联的出射光瞳。出射光瞳扩展器改善显示系统的光学性能。

在一个实施例中，一种装置，包括：扫描光线投影仪，被配置为投射光束；光波导；以及出射光瞳扩展器，被光学地耦合在扫描光线投影仪和光波导之间。光波导包括块状衬底(bulk-substrate)，输入耦合器和输出耦合器，以及输入耦合器和输出耦合器之间的衍射光学元件。出射光瞳扩展器被配置为将来自扫描光线投影仪的光束耦合到输入耦合器中。

本发明内容被提供是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，也并不旨在被用于帮助确定所要求保护的主题内容的范围。

附图说明

图1A、图1B和图1C分别是示例性波导的正视图、俯视图和侧视图。

图2A是示例性显示系统的侧视图。

图2B示出了图2A的波导的正视图。

图3A示出了显示系统的一个实施例，该显示系统具有被光学地耦合在扫描光线投影仪和波导之间的出射光瞳扩展器。

图3B描绘了图3A的波导中的示例光瞳分布。

图4是根据本技术的实施例的显示系统的侧视图。

图5是来自EPE和成像透镜的一个实施例的光图案的示图，其中EPE包括漫射器。

图6A是EPE和成像透镜的一个实施例的示图，其中EPE包括衍射光学元件(DOE)。

图6B是图6A的DOE EPE的远场图案的一个实施例的示图。

图7A是EPE的一小部分的一个实施例的示图，其中EPE包括微透镜阵列(MLA)。

图7B描绘了双MLA EPE的另一实施例。

图8是在中间图像平面处具有EPE的非球面透镜中继器(relay)的一个实施例的示图。

图9是EPE的一个实施例的示图，该EPE包括折射光学元件的中继器。

图10是在具有EPE的显示系统中提供图像的过程的一个实施例的流程图。