[发明专利]用于高分辨率数字显示的方法和系统

说明书

用于提高动态数字化波前分辨率(即，输出子束的密度)的方法和系统，可以包括接收单个准直源光束并且当从波导外耦合时产生在空间上偏移的多个输出子束。可以通过偏移和复制准直源光束来获得多个输出子束。可替换地，可以通过使用具有在特定颜色的标称波长附近具有不同波长的多个输入光束的准直输入源光束来获得多个输出子束。准直的入射源光束可以内耦合到针对标称波长设计的目镜中。具有多个波长的输入光束在波导中经历全内反射时采用不同的路径，这产生多个输出子束。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月30日提交的美国临时专利申请No.62/428,510的优先权，其内容为了所有目的通过引用整体并入。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字生成的图像或其部分以其中它们看起来是或者感觉上为真实的方式在可穿戴设备中呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息而不透明其他实际的现实世界视觉输入；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息，作为对用户周围的现实世界的可视化的增强。

可穿戴设备可包括增强和/或虚拟现实眼镜。可以使用图像帧或光栅扫描图像来显示图像。在扫描图像显示系统中，每个光束限定图像的像素。通过在两个正交轴上扫描反射镜，可以创建二维视场。图像可以投影到眼镜镜片上，眼镜镜片可以包括基于波导的目镜和其他光学元件，例如光纤。图像显示系统可以安装在眼镜框架的左侧和右侧中的每一侧上。

发明内容

在采用扫描投影仪和波导目镜的扫描图像显示系统中，图像光束在波导目镜内部经历全内反射(TIR)。在图像光束到达输出耦合元件的每个反射点处，子束(beamlet)从波导外耦合。如果这些输出光子束的密度低，即输出波前的分辨率低，则图像质量差。例如，当通过观察盒观看时，深度平面处的图像遭受“屏蔽门(screen door)”伪像或波前稀疏伪像。对于用户来说，这看起来像是通过屏蔽门观看图像。

本发明的一些实施例提供了一种方法和系统，用于通过偏移(offset)和重复准直源光束来增加动态数字化波前分辨率，即输出子束的密度。可以复制、重复或克隆源以形成多个子束，并且子束横向偏移或位移，使得有效地存在多个准直束源。该方法提供了一种不依赖于基板厚度来增加子束密度的方法。它还突出了目镜传递给眼睛的焦点/调节提示。

可替换地，本发明的特定实施例提供了一种通过波长分集(diversity)来增加输出子束密度的方法和系统。准直的入射源光束可以包括在特定颜色的标称波长附近具有不同波长的多个输入光束。入射源光束可以内耦合到针对标称波长设计的目镜中。具有多个波长的输入子束在内耦合到波导中时稍微不同地衍射，因此当它们在波导中经历全内反射时采用不同的路径，并且在不同的位置处耦合出以产生多个偏移输出子束。

根据本发明的一些实施例，一种图像显示系统包括波导和光学设备，该光学设备被配置用于接收入射光束并向波导提供多个输入子束。每个输入子束源自入射光束的一部分，并且输入子束在空间上彼此偏移。波导被配置为使用输入耦合元件接收多个输入子束，通过全内反射(TIR)传播多个输入子束，并使用输出耦合元件输出多组输出子束。每组输出子束包括通过全内反射在波导中传播的多个输入子束中的每个输入子束的一部分。

在上述图像显示系统的一些实施例中，光学设备包括平行且彼此相邻设置的第一表面和第二表面。第一表面是部分反射的，第二表面基本上是全反射的。在一些实施例中，部分反射的第一表面被配置为接收光束，并反射接收到的光束的第一部分并允许接收到的光束的第二部分通过。第二表面被配置为将从第一表面接收到的每个光束反射回第一表面。对于从第二表面引导到第一表面的每个光束，部分反射的第一表面被配置为允许一部分朝向波导穿过以形成新的子束，并将剩余部分反射到第二表面。