[发明专利]紧凑型平视显示器及其波导

说明书

公开了一种被布置作为用于显示系统的光瞳扩展器的波导。该波导包括一对相对表面，该对相对的表面被设置成通过内部反射在它们之间引导光场。输入端口被布置成接收来自显示系统的光。反射元件被布置成内部反射光场。输入端口和反射元件形成在该对相对表面的第二表面上。通过透射‑反射元件在该对相对表面的第一表面上形成输出端口，该透射‑反射元件被配置成在每次从其内部反射时分割光场，使得光场的多个复制品通过输出端口透射出波导。反射元件包括设置在波导的第二表面上的金属层和至少部分设置在金属层上以形成台阶的电介质堆叠。金属层与输入端口形成边缘，并且电介质堆叠在远离输入端口的方向上相对于边缘偏移。

技术领域

本公开涉及光瞳扩展或复制，特别是用于包括发散的光线束的衍射光场。更具体地，本公开涉及一种包括波导光瞳扩展器的显示系统以及一种使用波导进行光瞳扩展的方法。一些实施例涉及使用第一和第二波导光瞳扩展器的二维光瞳扩展。一些实施例涉及图片生成单元和平视显示器，例如汽车平视显示器(HUD)。

背景技术

从物体散射的光包含振幅和相位信息。这种振幅和相位信息可以通过公知的干涉技术在例如感光板上捕获，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的二维或三维全息重建或重放图像。

计算机生成全息术可以数值模拟干涉过程。计算机生成的全息图可以通过基于诸如菲涅耳或傅立叶变换的数学变换的技术来计算。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可以被认为是物体的傅立叶域/平面表示或者物体的频域/平面表示。例如，计算机生成的全息图也可以通过相干光线追踪或点云技术来计算。

计算机生成的全息图可以被编码在空间光调制器上，该空间光调制器被布置成调制入射光的振幅和/或相位。例如，可以使用电可寻址液晶、光可寻址液晶或微镜来实现光调制。

空间光调制器通常包括多个可单独寻址的像素，这些像素也可以称为单元或元件。光调制方案可以是二元的、多级的或连续的。或者，该装置可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制在该装置上可以是连续的。空间光调制器可以是反射性的，这意味着调制光以反射方式输出。空间光调制器同样可以是透射的，这意味着调制光以透射方式输出。

使用这里描述的系统可以提供全息投影仪。这种投影仪已经在平视显示器(HUD)中得到应用。

发明内容

在所附的独立权利要求中定义了本公开的各个方面。

概括地说，本公开涉及图像投影。它涉及图像投影的方法和包括显示设备的图像投影仪。本公开还涉及包括图像投影仪和观察系统的投影系统，其中图像投影仪将来自显示设备的光投影或中继到观察系统。本公开同样适用于单目和双目观察系统。观察系统可以包括观察者的一只或多只眼睛。观察系统包括具有光焦度的光学元件(例如，人眼的晶状体)和观察平面(例如，人眼的视网膜)。投影仪可以被称为“光引擎”。显示设备和使用显示设备形成(或感知)的图像在空间上彼此分离。图像形成在显示平面上或被观察者感知在显示平面上。在一些实施例中，图像是虚像，并且显示平面可以被称为虚像平面。在其他实施例中，图像是通过全息重建形成的真实图像，并且该图像被投影或中继到观察平面。通过照射显示在显示设备上的衍射图案(例如全息图)来形成图像。

显示设备包括像素。显示设备的像素可以显示对光进行衍射的衍射图案或结构。衍射光可以在与显示设备空间分离的平面上形成图像。根据众所周知的光学原理，最大衍射角的大小由像素的尺寸和如光的波长的其他因素决定。

在实施例中，显示设备是空间光调制器，例如硅基液晶(“LCOS”)空间光调制器(SLM)。光在一定衍射角范围内(例如，从零到最大衍射角)从LCOS向观察实体/系统(如照相机或眼睛)传播。在一些实施例中，可以使用放大技术来增加可用衍射角的范围，使其超过LCOS的传统最大衍射角。