[发明专利]具有光束复制的投影仪-组合器显示器

说明书

一种近眼显示器(NED)包括图像复制器和图像组合器。图像复制器被配置为从诸如图像投影仪的源接收图像光的光束，并将该光束分离成图像光的多个第二光束。组合器被配置成将多个第二光束中继到NED的视窗，使得在视窗处的第二光束从彼此横向地偏移。可以通过复制和中继图像光束来增加NED的光学扩展量。

技术领域

本公开涉及视觉显示器和显示系统，且尤其是涉及可穿戴显示器。

背景

头戴式显示器(HMD)用于向用户提供虚拟影像，或者用附加信息或虚拟对象来增强真实场景。虚拟或增强影像可以是三维(3D)的，以增强体验并将虚拟对象匹配到由用户观察到的真实3D场景。在一些HMD系统中，用户的头部和/或眼睛位置和定向被跟踪，并且所显示的场景根据用户的头部定向和凝视方向被动态地调整以提供在所模拟或增强的3D场景内的沉浸体验。

头戴式显示器(且尤其是近眼显示器(NED))的一个问题是光学系统的有限的光学扩展量(etendue)。光学扩展量可以被定义为显示器的视窗(eyebox)(即显示器的出射光瞳)的面积和显示器的视场立体角(solid angel)的乘积。具有大视场的现有的显示器(尤其是具有紧凑形状因子的那些显示器)倾向于具有小的视窗，并且具有小视场的现有的显示器倾向于具有大的视窗。为了更大程度地沉浸到虚拟或增强现实中，大视场是合乎需要的，而大视窗为用户提供将显示器放置在眼睛前方和眼睛旋转的自由和便利。较大的视窗对具有各自的头部大小和形状以及在眼睛之间的不同距离的不同用户提供较大程度的适应性。

虽然视窗的大小可能取决于光学成像系统的放大倍数，但光学扩展量是放大倍数的不变量。由于光学扩展量不变性，提供较大的视窗导致较窄的视场，且扩宽视场导致较小的视窗。

附图简述

现在将结合附图描述示例性实施例，其中：

图1是包括基于波导的图像复制器(image replicator)的本公开的近眼显示器(NED)示例的示意性侧视图；

图2A是基于波导的一维(1D)图像复制器的示意性侧视图，该波导具有相对的盲(blind)镜面和半透明镜面；

图2B是具有用于接收图像光的光束的侧表面的基于波导的图像复制器的示意性侧视图；

图2C是包括由在两个反射器之间的气隙形成的波导的图像复制器的示意性侧视图；

图2D是包括偏振选择性反射镜和波片的基于波导的图像复制器的示意性侧视图；

图2E是包括输入耦合(in-coupling)和输出耦合(out-coupling)衍射光栅的基于波导的图像复制器的示意性侧视图；

图2F是包括彼此成角度布置的一对波导的基于波导的二维(2D)图像复制器的示意性侧视图；

图2G是包括一对光束扩展衍射光栅的基于波导的二维(2D)图像复制器的示意性平面图；

图3是包括基于反射镜叠层的图像复制器的本公开的NED示例的示意性侧视图；

图4A和图4B分别是包括反射镜的叠层的1D图像复制器的侧视图和俯视图；

图4C是包括彼此成角度布置的反射镜的两个叠层的2D图像复制器的示意性侧视图；

图5是配备有眼睛跟踪系统的近眼显示器的示意性侧视图；

图6是包括多重体全息图(multiplexed volume hologram)的本公开的用于近眼显示器的组合器的示意性侧视图；

图7A是用于记录图6的多重体全息图的装置的示意性侧视图；

图7B是图7A的所记录的全息图的回放的示意性侧视图；