[发明专利]透明波导显示装置

说明书

一个实施例提供一种用来显示图像的设备，所述设备包括：第一光学基片，所述第一光学基片包括至少一个波导层，所述至少一个波导层被构造用来沿第一方向传播光，其中所述第一光学基片的至少一个波导层包括至少一个光栅薄层，所述至少一个光栅薄层被构造用来沿所述第一方向从所述第一基片提取所述光；和第二光学基片，所述第二光学基片包括至少一个波导层，所述至少一个波导层被构造用来沿第二方向传播所述光，其中所述第二光学基片的至少一个波导层包括至少一个光栅薄层，所述至少一个光栅薄层被构造用来沿所述第二方向从所述第二基片提取光。其中所述第一和第二光学基片的至少一个的至少一个光栅薄层包括处于被动模式的SBG。

相关申请

本申请是2013年3月15日提交的美国申请No.13/844456的部分延续申请，No.13/844456要求2012年11月16日提交的美国临时申请No.61/796,632和2013年2月4日提交的美国临时申请No.61/849,853的优先权，这些文献的每一个特此通过引用整体并入。

技术领域

本申请涉及透明波导显示装置。

背景技术

需要一种紧凑的透明的数据显示装置，该数据显示装置能够显示从符号和字母数字阵列到高分辨率像素化图像的图像内容。透明显示装置的例子包括HMD，HUD，HDD和其它。在每一种情况下，一个重要要素是，该显示装置应当是高度透明的，并且显示的图像内容当置于明亮的背景上时应当清楚可见。该显示装置应当提供具有增强的色域(gamut)的全色以便最佳数据可见性和效果，虽然单色将满足许多应用。头盔式显示装置的一个重要要素是，该显示装置应当容易连接到被设计用于训练的标准头盔或其复制品。眼睛间隙和光瞳(pupil)应当足够大以在头运动期间避免图像损失，即使对于苛求的军事或体育活动也应如此。图像生成器应当是紧凑的固体状态并且具有低的功率消耗。在汽车应用中，人类工程学(ergonomic)要求是同样挑战性的，并且美学考虑对显示装置的形状因子提出另外要求，该显示装置理想地应当能够在不使用时隐藏在仪表板内。在许多其它应用领域中，日益需要更紧凑的、更廉价的且更高效的设计。本发明人注意到在客机和小的航空器中对HUD的渐增的需要。汽车制造商也指望在它们的将来的模型中提供HUD和HDD。这里描述的系统可以应用于用于增强沉浸式团队训练(AITT)的头盔式头戴显示装置，基本上是用于观察员训练的现场模拟训练系统，该现场模拟训练系统提高或替代证明或维持观察者技能所需的间接火力和航空器出击。

上述目标没有被目前的技术实现。目前的设计仅试图以笨重的形状因子为代价同时提供透视，适当的光瞳，眼睛间隙和视场和高亮度。在许多头盔式显示装置设计中，重量分布在最差可能位置中，在眼的前方。用于提供透视显示装置的最常用的方法依靠由离轴(off axis)光照亮的反射或衍射遮光板(visor)。在微小的平板中提供高分辨率图像生成器的微显示装置不一定有助于小型化，因为对很高的放大率的需要不可避免地导致大直径光学器件。理想的透明显示装置是如下的一个：首先，通过提供具有高透明度的全景透视图保持情景意识；并且第二，提供高分辨率宽视场图像(imagery)。这种系统应当也是不引入注目的；即，紧凑的，轻重量的，并且舒适的，其中舒适来自于具有大方的出射光瞳和眼运动盒/出射光瞳(>15mm)，适当的眼睛间隙(≥25mm)，人机工程学质心，无穷远处的焦点，和与保护头罩的相容性。目前和将来的常规折射光学器件不能满足这些要求。其它重要的鉴别器包括：全色能力，视场，像素分辨率，透视性(透明性)，亮度，动态灰度和功率消耗水平。即使数年富有竞争力的发展之后，基于折射光学器件的头戴式显示装置表现有限的视场，并且不是充分地紧凑，轻重量，或舒适。