[發明專利]與掃描波束圖像源一起使用的基板引導型中繼器

有效

• 申請號: 200880023673.1
• 申請日: 2008-06-19
• 公開（公告）號: CN101730859A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·迪安·德容;馬克·O·弗里曼;喬舒亞·O·米勒;卡爾通·D·鮑威爾
• 申請（專利權）人: 微視公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 孫志湧;安翔

背景技術

頭戴型和其他小型顯示系統，例如平視顯示器(HUD)、膝上型電腦、監視器、和其他系統經常依靠將圖像覆蓋在透明光學元件上的光學裝置。例如，系統可以通過透明透鏡在使用者眼睛前方顯示圖像，以使得使用者在觀看周圍的物體的同時觀看顯示的圖像。這些顯示系統的一些可以利用具有輸入耦合器、傳輸基板、和輸出耦合器這三個主要部件的基板引導型中繼器(substrate-guided?relay)。光波束或其他電磁波經由輸入耦合器進入中繼器并且由于所施加的涂敷層或全內反射而保持限制在中繼器內。波束在基板內被引導至輸出耦合器，并且波束經由輸出耦合器從中繼器射出。

多種技術可以被用來將光插入到基板引導型中繼器中。目前的一些系統使用衍射準直(其中LCD面板將光傳輸到將光插入到中繼器中的全息元件)和/或折射準直(其中透鏡將LCD產生的光插入到中繼器中)。然而，這些系統需要增加大小以擴展視場或用于出射光瞳擴展。因此當期望寬視場時，依靠這些技術的顯示系統大并且重。

多種技術可以被用來將光耦合到基板引導型中繼器外。目前的一些中繼器采用將鏡嵌入在基板中的傳輸基板，來耦合來自基板的光。雖然依靠該構造的中繼器可提供理想的形狀因子(form?factor)，但是中繼器需要很多反射器，每個反射器都具有不同的精確反射特性，這在中繼器內的圖像和通過中繼器看到的圖像中產生了不連續。該中繼器經常沒有有效地將光耦合到基板外。

現有的基板引導型中繼器的缺點在于，它們與光源技術中的最近的進步不是兼容的。例如，當與掃描波束光源一起被使用以創建圖像時，諸如使用基于MEMS的掃描鏡來跨過兩個軸地掃描波束以創建圖像的系統，目前的基板引導型中繼器不是最佳的。掃描波束光源產生較窄的輸入波束，并且目前的中繼器具有不良的效率，不能生成足夠的復制以產生均勻的圖像或用于較小的基于掃描波束的圖像的光瞳。當利用目前的中繼器擴展視場或光瞳時，出現了其他問題，使中繼器難以制造和生產。

當針對掃描波束光源調整目前的基板引導型中繼器時，存在這些和其他問題。

附圖說明

圖1A是示出具有成角度的輸入耦合器和單獨的輸出耦合器的基板引導型中繼器的頂部橫截面視圖；

圖1B是示出具有成角度的輸入耦合器和單獨的輸出耦合器的基板引導型中繼器的后視圖；

圖1C是示出具有成角度的輸入耦合器和單獨的輸出耦合器的基板引導型中繼器的立體視圖；

圖1D是示出在圖1C的中繼器內的光線存在的立體視圖；

圖1E是示出適合在眼睛佩戴物中使用的圖1A的基板引導型中繼器的頂部橫截面視圖；

圖2A是組合輸出耦合器/中間基板的頂部橫截面視圖；

圖2B是組合輸出耦合器/中間基板的頂部橫截面視圖，在組合的界面具有變化的反射層；

圖2C和2D是組合輸出耦合器和中間基板的頂部橫截面視圖和側橫截面視圖，其中輸出耦合器被安裝在相對表面上；

圖2E和2F是組合輸入耦合器和中間基板的側橫截面視圖和頂部橫截面視圖，其中輸入耦合器相對于中間基板以45度的角度被安裝；

圖2G和2H是組合輸入耦合器、中間基板、輸出耦合器和交叉耦合器的側橫截面視圖和頂部橫截面視圖；

圖3A是組合輸出耦合器/具有內均化層的中間基板的頂部橫截面視圖；

圖3B是組合輸出耦合器/具有外均化層的中間基板的頂部橫截面視圖；

圖3C是組合輸出耦合器/具有分離的均化部件的中間基板的頂部橫截面視圖；

圖4A是組合輸出耦合器/具有分離的均化部件和部分反射層的中間基板的頂部橫截面視圖；

圖4B是包括兩個均化層的中間基板的頂部橫截面視圖；

圖5A是具有成角度的界面表面的輸入耦合器的頂部橫截面視圖；

圖5B是與中間基板接近的輸入耦合器的頂部橫截面視圖；

圖6A是具有成角度的界面表面和外均化層的輸入耦合器的頂部橫截面視圖；

圖6B是具有成角度的界面表面和內均化層的輸入耦合器的頂部橫截面視圖；

圖7A是在一些實施例中的中繼器的分解圖；

圖7B是在一些實施例中的中繼器的分解圖；

圖8是用于將光耦合到基板引導型中繼器中的部件的頂部橫截面視圖；

圖9描述了被用來將光耦合到基板引導型中繼器中的反射器的橫截面視圖；

圖10描述了并入基板引導型中繼器的眼鏡的立體視圖。

具體實施方式