[发明专利]具有在空间上可切换的光栅的波导显示器

说明书

近眼显示器(NED)包括眼睛跟踪系统和波导显示器。眼睛跟踪系统基于用户的眼睛的位置来跟踪位置。波导显示器包括光源、输出波导和控制器。输出波导包括将扩展的图像光输出到被跟踪的视窗位置的动态输出光栅。解耦光栅是在空间上可切换的液晶(LC)像素的2D阵列，其包括将光只发射到在被跟踪的视窗位置内的区域的LC像素的活动子集。解耦光栅基于由控制器生成并提供的切换指令来将扩展的图像光动态地输出耦合到被跟踪位置。

背景

本公开总体上涉及波导显示器，且特别地涉及根据眼睛运动在空间上切换从波导显示器出射的图像光。

近眼光场显示器(包括近眼显示器(NED)和电子取景器)将图像直接投射到用户的眼睛中。传统的近眼显示器(NED)通常具有产生图像光的显示元件，该图像光在到达用户的眼睛之前穿过一个或更多个透镜。此外，在增强现实系统中的NED通常需要是紧凑的和重量轻的，并提供具有宽视场角的大出射光瞳(exit pupil)以便于使用。然而，设计具有提供高亮度和均匀照明强度的扫描仪的传统NED可以导致被用户的眼睛接收到的图像光的低输出耦合率(out-coupling efficiency)。

概述

近眼显示器(NED)包括眼睛跟踪系统和波导显示器。眼睛跟踪系统基于用户的眼睛的运动来跟踪并移动视窗(eyebox)位置。波导显示器包括光源、输出波导和控制器。输出波导包括输入光栅，该输入光栅接收来自光源的图像光，并且在至少一个维度上扩展所接收的图像光以透射扩展的图像光。输出波导包括由布置在二维阵列中的液晶(LC)像素组成的动态输出光栅。在一些配置中，LC像素的二维阵列是具有周期性地变化的LC指向矢(director)的线性波片。LC像素包括基于由控制器生成并提供的切换指令来将扩展的图像光从输出波导输出耦合(out-couple)到被跟踪位置的LC像素的活动子集(activesubset)。动态输出光栅将扩展的图像光输出到由眼睛跟踪系统跟踪的一个或更多个视窗位置。

在一些配置中，控制器基于来自眼睛跟踪系统的眼睛的被跟踪位置来确定视窗位置。控制器确定将光发射在落在视窗位置内的区域中的LC像素的子集。例如在一些实施例中，在空间上可移动的视窗具有至多5mm的直径，并且对应于用户的眼睛的瞳孔的位置。控制器生成切换指令，该切换指令使动态输出光栅激活LC像素的子集以形成LC像素的活动子集。因此，不在活动子集中的LC像素在不将光从动态输出光栅输出耦合的LC像素的不活动子集中，因此没有光丢失且更多的光被引导到用户的眼睛。每个LC像素耦合到控制电极，该控制电极基于由控制器生成并提供的切换指令来设置LC像素的激活状态。

在不同的实施例中，波导组件包括输出波导和控制器。输出波导包括输入光栅和动态输出光栅。控制器生成切换指令并向动态输出光栅提供切换指令。

根据本发明的实施例在针对近眼显示器和波导组件的所附权利要求中被具体公开，其中在一个权利要求类别(例如近眼显示器)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如波导组件、系统、存储介质、计算机程序产品和方法)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面的权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。

在根据本发明的实施例中，近眼显示器(NED)系统可以包括：

眼睛跟踪系统，其被配置为跟踪NED的用户的眼睛的位置；

光源，其被配置为发射图像光；

输出波导，其包括：