[发明专利]具有分离的相位和幅度调制器的近眼3D显示器

说明书

增强现实眼镜包括近眼显示器，其包括与空间相位调制器或有源区板调制器耦合并与眼睛耦合光学部件光学耦合的图像幅度调制光光学源。该图像幅度调制光源可包括发光2D显示面板或耦合到图像调幅器的光源。该眼睛耦合光学可包括体全息衍射光栅。

技术领域

本发明涉及近眼显示器。更具体地，本发明涉及近眼三维(3D)显示器。

背景技术

自从智能手机问世，公众已经广泛实现了具有能够进行通用计算和多媒体通信的多用且始终可用的设备的巨大效用。尽管如此，智能手机的显著缺点是相对小的屏幕尺寸。智能手机显示屏仅是小型笔记本电脑屏幕的尺寸的小部分。

现在预期，智能手机最终将被增强现实眼镜代替或必不可少地增强，除其他事项外，增强现实眼镜将有效地为用户提供用户可随意访问的相对大视场3D影像输出系统，无论是用于商务还是娱乐目的。

不仅超过笔记本电脑能承担的屏幕尺寸且不具有携带笔记本电脑的麻烦，增强现实眼镜还将提供无缝集成真实世界和虚拟内容的新型混合真实应用。这不仅保持了用户与真实世界的联系，从而阻止了有时与过度使用智能手机相关的退出真实世界互动的社交现象，而且还实现了对物理世界的新型扩充，例如：自动生成与上下文相关的信息叠加在自动识别的真实世界对象上；通过显示给对方的各方的3D化身的远程人员之间的通信；以及混合真实游戏，其包括表现逼真的虚拟内容，例如尊从真实世界中物理对象的边界。

发明内容

增强现实眼镜的一方面是通过透明目镜显示虚拟内容。一种类型的透明目镜基于波导，该波导包括用于控制承载虚像的光的传播的透明衍射光学元件。这样的波导目镜的一个问题是它们将承载虚拟图像的光传输到用户眼睛的低效率。该低效率导致较高功耗，以及由此的较短电池寿命和相关的热管理要求。

另外，为了增强虚拟内容的真实性，希望在不同深度处显示内容。适当地在距用户一定距离处显示内容需要弯曲用于产生内容的虚拟图像的光的波前。曲率与虚像距离反相关。为了在使用基于波导的目镜时实现多个虚像距离，使用了波导的叠层，每个波导具有不同的耦出光学部件。后一种方法实际上将可提供的虚拟距离限制为较小的有限数量，例如，2个选择的距离。

此处描述的实施例改善了通过光学部件队列和到用户眼睛耦合3D图像的效率，并且在能够控制虚拟图像的深度方面更加全面。

本发明的实施例提供了包括近眼显示器的增强现实眼镜，该近视显示器包括耦合到空间相位调制器的图像强度调制光源，该空间相位调制器可跨图像强度调制光源接收的光束施加空间变化的相位调制。该空间相位调制器还耦合到眼睛耦合光学部件。该图像幅度调制光源可采用例如耦合到2D像素化幅度调制器(例如，硅上液晶(LCoS)调制器或数字微镜器件(DMD)调制器)的光源、或发光2D显示面板(例如，有机发光二极管(OLED)显示面板)的形式。空间相位调制器也可采用LCoS调制器的形式。眼睛耦合光学部件可采取离轴体全息衍射光栅的形式，该光栅以与将光重定向到用户的眼睛的角度相比的相对高的入射角接收光，从而允许近眼显示器的一部分被定位在用户眼睛的一侧。在一些实施例中，光源和眼睛耦合光学部件之间的光路径可在到达空间相位调制器之前到达幅度调制器。该近眼显示器可进一步包括设置在幅度调制器和空间相位调制器之间的分束器。

附图说明

附图说明了本发明的优选实施例的设计和效用，其中类似的元件被公共标号引用。为了更好地理解如何获得本发明的上述和其他优点和目的，将通过参考附图中所示的本发明的具体实施例来呈现对上述本发明的更具体的描述。

了解到这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，因此不应被视为对其范围的限制，将通过使用附图以附加的具体性和细节来描述和解释本发明，其中：

图1是根据本发明的一些实施例的近眼显示器的框图；

图2是根据本发明的一些实施例的近眼显示器的框图；