[发明专利]与扫描波束图像源一起使用的基板引导型中继器

说明书

背景技术

头戴型和其他小型显示系统，例如平视显示器(HUD)、膝上型电脑、监视器、和其他系统经常依靠将图像覆盖在透明光学元件上的光学装置。例如，系统可以通过透明透镜在使用者眼睛前方显示图像，以使得使用者在观看周围的物体的同时观看显示的图像。这些显示系统的一些可以利用具有输入耦合器、传输基板、和输出耦合器这三个主要部件的基板引导型中继器(substrate-guided relay)。光波束或其他电磁波经由输入耦合器进入中继器并且由于所施加的涂敷层或全内反射而保持限制在中继器内。波束在基板内被引导至输出耦合器，并且波束经由输出耦合器从中继器射出。

多种技术可以被用来将光插入到基板引导型中继器中。目前的一些系统使用衍射准直(其中LCD面板将光传输到将光插入到中继器中的全息元件)和/或折射准直(其中透镜将LCD产生的光插入到中继器中)。然而，这些系统需要增加大小以扩展视场或用于出射光瞳扩展。因此当期望宽视场时，依靠这些技术的显示系统大并且重。

多种技术可以被用来将光耦合到基板引导型中继器外。目前的一些中继器采用将镜嵌入在基板中的传输基板，来耦合来自基板的光。虽然依靠该构造的中继器可提供理想的形状因子(form factor)，但是中继器需要很多反射器，每个反射器都具有不同的精确反射特性，这在中继器内的图像和通过中继器看到的图像中产生了不连续。该中继器经常没有有效地将光耦合到基板外。

现有的基板引导型中继器的缺点在于，它们与光源技术中的最近的进步不是兼容的。例如，当与扫描波束光源一起被使用以创建图像时，诸如使用基于MEMS的扫描镜来跨过两个轴地扫描波束以创建图像的系统，目前的基板引导型中继器不是最佳的。扫描波束光源产生较窄的输入波束，并且目前的中继器具有不良的效率，不能生成足够的复制以产生均匀的图像或用于较小的基于扫描波束的图像的光瞳。当利用目前的中继器扩展视场或光瞳时，出现了其他问题，使中继器难以制造和生产。

当针对扫描波束光源调整目前的基板引导型中继器时，存在这些和其他问题。

附图说明

图1A是示出具有成角度的输入耦合器和单独的输出耦合器的基板引导型中继器的顶部横截面视图；

图1B是示出具有成角度的输入耦合器和单独的输出耦合器的基板引导型中继器的后视图；

图1C是示出具有成角度的输入耦合器和单独的输出耦合器的基板引导型中继器的立体视图；

图1D是示出在图1C的中继器内的光线存在的立体视图；

图1E是示出适合在眼睛佩戴物中使用的图1A的基板引导型中继器的顶部横截面视图；

图2A是组合输出耦合器/中间基板的顶部横截面视图；

图2B是组合输出耦合器/中间基板的顶部横截面视图，在组合的界面具有变化的反射层；

图2C和2D是组合输出耦合器和中间基板的顶部横截面视图和侧横截面视图，其中输出耦合器被安装在相对表面上；

图2E和2F是组合输入耦合器和中间基板的侧横截面视图和顶部横截面视图，其中输入耦合器相对于中间基板以45度的角度被安装；

图2G和2H是组合输入耦合器、中间基板、输出耦合器和交叉耦合器的侧横截面视图和顶部横截面视图；

图3A是组合输出耦合器/具有内均化层的中间基板的顶部横截面视图；

图3B是组合输出耦合器/具有外均化层的中间基板的顶部横截面视图；

图3C是组合输出耦合器/具有分离的均化部件的中间基板的顶部横截面视图；

图4A是组合输出耦合器/具有分离的均化部件和部分反射层的中间基板的顶部横截面视图；

图4B是包括两个均化层的中间基板的顶部横截面视图；

图5A是具有成角度的界面表面的输入耦合器的顶部横截面视图；

图5B是与中间基板接近的输入耦合器的顶部横截面视图；

图6A是具有成角度的界面表面和外均化层的输入耦合器的顶部横截面视图；

图6B是具有成角度的界面表面和内均化层的输入耦合器的顶部横截面视图；

图7A是在一些实施例中的中继器的分解图；

图7B是在一些实施例中的中继器的分解图；

图8是用于将光耦合到基板引导型中继器中的部件的顶部横截面视图；

图9描述了被用来将光耦合到基板引导型中继器中的反射器的横截面视图；

图10描述了并入基板引导型中继器的眼镜的立体视图。

具体实施方式