[发明专利]用于传输源图像的光学系统

说明书

一种用于传输源图像的光学系统，包括光导装置(14)、光学耦合装置(18)和光学解耦装置(26)，光导装置限定光传输通道(15)，耦合装置(18)被设计为将从源图像发出的光耦合到光导装置(14)中，使得光能够以全内反射在光导装置(14)中传播，并且解耦装置(26)被设计为将已在光导装置(14)中传播的光与光导装置(14)解耦。光导装置(14)包括光学偏转装置(30)，在沿所述光在光导装置(14)中的传播方向观察时，光学偏转装置布置在耦合装置(18)和解耦装置(26)之间，并且光学偏转装置被设计为使从耦合装置(18)以不同的光束角度出射并且发散地入射到偏转装置(30)上的光束以成束的方式偏转到解耦装置(26)。

技术领域

本发明涉及一种用于传输源图像的光学系统，该光学系统包括限定光传输通道的光导装置，该光学系统包括光学输入耦合装置并且包括光学输出耦合装置，输入耦合装置被实施为将从源图像发出的光耦合到光导装置中，使得耦合到光导装置中的光可以通过全内反射的方式在光导装置中传播，并且输出耦合装置被实施为将已在光导装置中传播的光从所述光导装置中耦合出。

背景技术

从WO 2017/102795 A1中已知最初所述类型的光学系统。

这种光学系统用于显示系统中，例如HUD(平视显示器)或HMD(头戴式显示器)。HUD和HMD是将源图像投射到用户的视场中的显示系统。此处，源图像可以例如是显示器、车辆仪器、移动电话、游戏机、计算机、照相机等的图像。HUD如今例如用在飞机和机动车辆中，以将例如导航信息等之类的信息投射到飞行员或驾驶员的视场中，使得飞行员或驾驶员无需从直视的观察方向转移他/她的观察方向。与HUD相比，HM佩戴在用户的头部上。HM或者将图像呈现在靠近眼睛的屏幕上，或者将所述图像直接投射到视网膜上。HM的其他指代包括视频眼镜或智能眼镜、头盔式显示器或虚拟现实头盔。

这种显示系统的主要部件是显示单元和光学系统，该显示单元提供来自连接的数据源的源图像，并且该光学系统用于传输该源图像使得观察者可以用眼睛感知到该图像。

如本文最初所述的，这种显示系统的光学系统可以具有：作为组成部件的通常平面的光导装置，该平面的光导装置具有一个或多个光导，光可以在该一个或多个光导中通过光学界面处的全内反射传播；光学输入耦合装置，从源图像发出的光可以通过该光学输入耦合装置耦合到光导装置中；以及光学输出耦合装置，该光学输出耦合装置将在光导装置中通过全内反射被引导的源图像的图像信息从所述光导装置中耦合出。在头戴式系统的情况下，输出耦合装置在图像信息被输出耦合之后将图像信息引导至观察者的眼睛，使得源图像的光可以进入用户的一只眼睛或两只眼睛中。因此，在这种情况下，输出耦合装置位于主视轴线和光导装置之间的交点附近。在此，输出耦合装置可以具有分束器的功能，该分束器使来自真实环境的信息与来自智能眼镜(所谓的增强现实系统)的虚拟图像信息相叠加。

在最初所述类型的光学系统中，通过输入耦合装置耦合到光导装置中的光的可通过光导装置传输的角度范围受到限制；具体地，首先受到全内反射的基于折射率的临界角的限制，并且其次受到光的平行于光导装置的界面传播(掠入射)的限制。如果超出了全内反射的临界角，则一些光会在错误的位置处从光导装置出射。在平行于界面的传播的情况下，一些光同样无法到达正确的输出耦合位置。穿过光导装置的光传输的可用角度带宽进一步受到其他边界条件(例如制造公差和调整公差)的限制。一直期望有效地使用可用角度带宽以传输最大量的图像信息，即较大视场(FOV) 或最大可能的虚拟图像。