[发明专利]光导装置和用于表示场景的显示装置

说明书

本发明涉及一种用于引导光的光导装置。光导装置具有光纤、光耦合装置和光解耦装置。光通过光导的边界表面处的反射在光导内传播。在光导的边界表面处经过预定数量的光反射之后，利用光解耦装置使光从光导解耦。还提供了一种显示装置，尤其是近眼显示装置，其具有包括至少一个光源的照射装置、至少一个三维光调制装置、光学系统和光导装置。

本申请是申请号为201880011482.7，国际申请号为PCT/EP2018/053496，国际申请日为2018年2月13日，申请人为视瑞尔技术公司，发明名称为“光导装置和用于表示场景的显示装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于引导光的光导装置和一种用于表示场景(尤其是三维场景)的显示装置，显示装置包括这种光导装置。此外，本发明还涉及一种通过空间光调制装置和光导装置生成重建场景的方法。

背景技术

光导装置尤其在光学领域中具有广泛的应用。尤其地，它们用于激光领域。光导总体具有位于内部的芯，芯由包覆件或包层包围。进入光导的光通常通过全反射在光导内传播。由于全反射导致的这种光导效应是由于芯材料的折射率高于包层材料的折射率而产生的，或者在没有设置包层的情况下，则由于光导材料的折射率高于例如空气的周围环境的折射率而产生。

然而，光导装置或光导也可用于其他领域，例如，用于表示重建场景的装置中，尤其是用于表示优选地是三维场景或物点的重建装置中。这样的装置可以是例如位于场景观察者眼睛附近的显示器或显示装置，即所谓的近眼显示器。一种近眼显示器是例如头戴式显示器(HMD)。

对于头戴式显示器(HMD)或类似的近眼显示器或显示装置，期望使用紧凑且轻的光学构造。由于这种显示装置总体固定在使用者的头上，因此体积庞大且沉重的布置会不利地损害使用者的舒适性。

在AR(增强现实)HMD的情况下，另外希望用户能够尽可能地感知他的自然环境而没有由于HMD引起的干扰，并且另一方面，能够很好地感知HMD本身显示的内容。

如果使用空间光调制装置和用于对空间光调制装置成像的光学装置，则在这种情况下，要设想该光学装置使得来自空间光调制装置的光和来自观察者的自然环境的光都可以到达眼睛。

可视范围或视场对于HMD中的用户舒适度也是重要的。在这种情况下，最大可行的可视范围是有利的。然而，总体而言，大的可视范围的表示与高分辨率的结合需要具有数量非常高的像素的空间光调制装置。

在专利文献US2013/0222384A1中公开了一种具有观察者窗口的全息头戴式显示器(HMD)。在图1中示意性地示出了这种头戴式显示器，并且通过将可视范围分段可以实现大的可视范围。在这种情况下，使用空间光调制器200和合适的光学系统400、500，按时间顺序生成可视范围的各个部分，这些部分是从观察者窗口可见的。这种布置的优点在于，由于顺序表示，在不需要空间光调制器的大量像素的情况下实现了大的可视范围。

在专利文献US2013/0222384A1中描述了用于产生由片段组成或以这种方式拼接组成的空间光调制器的多个图像的多种实施例。然而，几个描述的实施例使用尺寸较大的光学部件，并且其与AR-HMD中的紧凑和/或轻型或可用性的设计要求仅在有限程度上一致。

例如，在图2中示出了专利文献US2013/0222384A1的布置，其具有紧邻观察者眼睛前方的多个透镜800。这种布置尤其适用于VR(虚拟现实)HMD。然而，在AR-HMD中，这些透镜800将具有如下效果：由于观察者也可以通过透镜感知自然环境，因此自然环境将以扭曲的形式显示。

图3也是从专利文献US2013/0222384A1中获得的，公开了一种具有多个反射镜950、960、970的HMD装置。通过将反射镜作为部分透射元件的适当设计，这种布置原则上也适用于感知周围环境的观察者。这意味着该布置可适用于增强现实(AR)应用。然而，为了产生大的可视范围，将需要较大的反射镜。这意味着可能难以获得这种布置的紧凑、节省空间的版本。