專利名稱：可佩戴的顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及個(gè)人顯示系統(tǒng)，特別是能夠通過(guò)眼鏡型或風(fēng)鏡型光學(xué)器件透射顯示信號(hào)以在用戶的眼附近的地方顯示的可佩戴的顯示系統(tǒng)。
圖2示出了一般HMD的結(jié)構(gòu)。在圖2中，HMD包括一個(gè)圖像驅(qū)動(dòng)單元200、一個(gè)顯示面板210和一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)220。圖像驅(qū)動(dòng)單元200存儲(chǔ)從諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)或視頻器件(未示出)的外部來(lái)源接收的信號(hào)并處理該接收的信號(hào)以在諸如液晶顯示器(LCD)面板的顯示面板210上顯示它。光學(xué)系統(tǒng)220使得顯示在顯示面板210上的該信號(hào)通過(guò)圖像放大光學(xué)系統(tǒng)對(duì)用戶的眼睛看起來(lái)是合適的虛像。HMD可以進(jìn)一步包括其他頭戴式器件或線纜用于從外部來(lái)源接收信號(hào)。
圖3示出了圖2的一般HMD的光學(xué)系統(tǒng)220的一般結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)220包括準(zhǔn)直透鏡300、X棱鏡310、聚焦透鏡320、折疊式反射鏡330和目鏡透鏡(或放大透鏡)340。準(zhǔn)直透鏡300對(duì)從顯示面板等發(fā)出的光(信號(hào))準(zhǔn)直。X棱鏡310將在左右方向從準(zhǔn)直透鏡300接收的光變向。聚焦透鏡320被單獨(dú)地放在X棱鏡310的左右以聚焦由X棱鏡310變向的準(zhǔn)直光。折疊式反射鏡330將由聚焦透鏡320聚焦的光反射到用戶眼睛。目鏡透鏡(或放大透鏡)340使得穿過(guò)上述光學(xué)元件的小信號(hào)出現(xiàn)到用戶的眼睛中。此時(shí)，如果傳播通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)220的光是多色的，則必須使用去除色差的透鏡作為目鏡透鏡340。
在一般的HMD可佩戴顯示系統(tǒng)中，光學(xué)系統(tǒng)使用幾個(gè)精確設(shè)計(jì)的光學(xué)元件，如準(zhǔn)直透鏡、X棱鏡、聚焦透鏡、折疊式透鏡、目鏡透鏡等，如上所述。因此，很難制造一般的HMD可佩戴顯示系統(tǒng)，即，這需要很多精力和時(shí)間。即使透鏡和元件被設(shè)計(jì)得很精密，也可能發(fā)生將透鏡和器件對(duì)準(zhǔn)的附加困難。而且，必須額外設(shè)計(jì)專用的目鏡透鏡來(lái)消除彩色信號(hào)的色差。因此，一般的HMD可佩戴顯示系統(tǒng)制造起來(lái)太昂貴。另外傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)由于使用多個(gè)光學(xué)器件而體積大、重量高，因此對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)佩戴HMD不方便。
因此，為了達(dá)到上述目的，提供了一種可佩戴的顯示系統(tǒng)，它具有至少一個(gè)顯示面板，用于輸出至少一種以預(yù)定方式處理的信號(hào)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)波導(dǎo)，用于引導(dǎo)從至少一個(gè)顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)的傳播；多個(gè)光柵，用于衍射通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)傳播的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)放大透鏡，用于放大由至少一個(gè)光柵衍射的至少一個(gè)信號(hào)。
最好有多個(gè)光柵，包括至少一個(gè)第一光柵，用于衍射從至少一個(gè)顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)，以便至少一個(gè)信號(hào)傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)；至少一個(gè)第二光柵，用于衍射在被至少一個(gè)第一光柵衍射后傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)的至少一個(gè)信號(hào)。
最好有多個(gè)光柵，包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定反射角反射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
最好有多個(gè)光柵，包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定透射角透射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)，以傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
最好有多個(gè)光柵，包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定反射角反射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
最好有多個(gè)光柵，包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定透射角透射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
最好可佩戴顯示系統(tǒng)還包括至少一個(gè)快門(mén)，用于交替阻塞在波導(dǎo)中的至少一個(gè)信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)三維圖像。
最好至少一個(gè)放大透鏡是沿著至少一個(gè)波導(dǎo)的預(yù)定長(zhǎng)度可移動(dòng)的。
波導(dǎo)最好由玻璃或塑料或特別地，由丙烯基底((PMMA))構(gòu)成。
最好光柵和波導(dǎo)被并入一個(gè)單一殼體中。
最好放大透鏡和波導(dǎo)被并入一個(gè)單一殼體中。
最好光柵和放大透鏡被并入一個(gè)單一殼體中。
放大透鏡最好由全息光學(xué)元件(HOE)或衍射光學(xué)元件(DOE)形成。
圖8A至8H示出了按照光柵類型和波導(dǎo)上的光柵布置的本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的各種可能實(shí)施例；圖9示出了按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例；

圖10A和10B示出了按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的其他優(yōu)選實(shí)施例，其中顯示面板附在波導(dǎo)的兩邊；圖11示出了按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)，它采用了快門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維圖像；圖12A和12B圖解了按照本發(fā)明的在可佩戴顯示系統(tǒng)中控制瞳孔間的距離(IPD)的一個(gè)應(yīng)用；圖13示出了具有單筒結(jié)構(gòu)的、按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例；圖14A和14H示出了依賴于光柵類型和波導(dǎo)上的光柵布置的、具有單筒結(jié)構(gòu)的、按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的各種可能實(shí)施例；圖15A和15B示出了具有單筒結(jié)構(gòu)的、按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的其他實(shí)施例；圖16A和16B圖解了本發(fā)明中使用的通過(guò)光柵消除色差的方式；圖17A至17C示出了適用于現(xiàn)有發(fā)明的光柵；和圖18A至18E圖解了各種目鏡透鏡的示例。
圖4A和4B分別是按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的前視圖和頂視圖。在圖4A和4B中，可佩戴顯示系統(tǒng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其中透鏡400和顯示面板410結(jié)合到一起。按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)有一個(gè)薄輕小的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榕c傳統(tǒng)技術(shù)相比它使用了光柵和放大透鏡。因此，按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)可以容易和方便地象眼鏡一樣佩戴，而不象現(xiàn)有的體積大和重的頭盔型HMD那樣。另外本發(fā)明提供了一種具有模塊結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中模塊可以附在和脫離傳統(tǒng)的眼鏡。圖4A和4B中圖解的可佩戴顯示系統(tǒng)的外形僅僅是一個(gè)示例，還可以實(shí)現(xiàn)多種薄輕小的具有不同外觀的可佩戴顯示系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)可以被制造為雙筒型或單筒型。雙筒型設(shè)計(jì)使用戶利用他或她的雙眼來(lái)觀看顯示圖像，而單筒型使用戶可以利用他或她的僅僅一只眼來(lái)觀看顯示圖像。在雙筒型的情況下，可以獲得三維圖像(3D)顯示，后面將詳細(xì)說(shuō)明。
首先，說(shuō)明雙筒型可佩戴顯示系統(tǒng)。
圖5是按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖?？膳宕黠@示系統(tǒng)包括顯示面板500、波導(dǎo)510、第一、第二和第三光柵520、522和524、放大透鏡530和532。顯示面板500輸出從預(yù)定信號(hào)源(未示出)通過(guò)線路或無(wú)線波(未示出)接收的信號(hào)。波導(dǎo)510引導(dǎo)從顯示面板500發(fā)射的光的傳播。第一、第二和第三光柵520、522和524衍射穿過(guò)波導(dǎo)的光以便光可以最后傳播到用戶眼中。放大透鏡530和532可以通過(guò)放大來(lái)自波導(dǎo)510并傳播到用戶眼中的光使得用戶看見(jiàn)放大的圖像。
在圖5中，當(dāng)從顯示面板500發(fā)射的光以預(yù)定角度入射在波導(dǎo)510上時(shí)，被安裝在顯示面板500對(duì)面、波導(dǎo)上的光首先入射的區(qū)域的第一光柵520將從波導(dǎo)510向下的入射光在兩個(gè)方向上衍射，以便入射光在波導(dǎo)510中有一個(gè)全內(nèi)反射角θ。全內(nèi)反射角由方程(1)計(jì)算θ=sin-1(1n)…(1)]]>其中數(shù)字1是空氣折射率，n是波導(dǎo)510的材料的折射率。
在波導(dǎo)中傳播的光的路徑必須小于安裝在用戶眼前的放大透鏡530和532的焦距f。例如，如果t是波導(dǎo)510的厚度，則n×t必須短于焦距f。然而，必須在考慮到可佩戴顯示系統(tǒng)的目的(NED)的情況下按照放大的圖像的期望尺寸而選擇顯示面板500的尺寸和放大透鏡530和532的焦距和尺寸。隨后，設(shè)計(jì)波導(dǎo)的整體結(jié)構(gòu)并基于上述考慮而確定其類型和厚度和反射發(fā)生的次數(shù)。第一光柵520和第二光柵522、第一光柵520和第三光柵524分別具有共軛關(guān)系。即，如果光入射到第二和第三光柵522和524的每個(gè)的角度與光被第一光柵520衍射的角度相同，則第二和第三光柵522和524以相同的預(yù)定角度衍射入射光——光以此角度入射到第一光柵520。此時(shí)第二光柵522與第三光柵524相同。在與圖5相關(guān)的實(shí)施例中，說(shuō)明了具有一個(gè)顯示面板和三個(gè)光柵的可佩戴顯示系統(tǒng)，但是光柵和顯示面板的數(shù)量在本發(fā)明中不限于此。
圖6示意了在上述的光柵之間的共軛關(guān)系的示例。第一和第二光柵600和610必須有相同的柵線間距并且必須與波導(dǎo)平行放置。
圖7A圖解了光柵的衍射原理的示例。如果入射角為θi，衍射角為θd，而且光柵柵距為d，則獲得下列方程(sinθd-sinθi)=mλd…(2)]]>其中m是衍射級(jí)，λ是入射光的波長(zhǎng)。衍射角可以通過(guò)改變光柵的形狀和特性來(lái)控制。此時(shí)，如果從光柵衍射的光傳播到波導(dǎo)中，光的衍射角必須滿足內(nèi)部全反射角的條件。
圖7B和7C分別圖解了透射型和反射型光柵。圖7B中的透射型光柵將入射光改變?chǔ)冉遣⒃趦蓚€(gè)方向?qū)⑵渫干洹＠?，左方向上衍射的光?1，右方向上衍射的光為-1。標(biāo)記表示左/右方向，‘1’表示衍射級(jí)為‘1’。圖7C中的反射型光柵在兩個(gè)方向上以θ角反射入射光。
圖8A示出了帶有波導(dǎo)的可佩戴顯示系統(tǒng)，在其上，顯示面板802和第一、第二和第三光柵804被放置在用戶眼方向的對(duì)面。以預(yù)定角度從顯示面板802發(fā)出的光被變向并通過(guò)第一光柵804在波導(dǎo)的兩個(gè)方向上透射，而且以與第一光柵804的衍射角相同的入射角分別入射在第二光柵806和第三光柵808上，此二光柵與第一光柵804有共軛關(guān)系。入射在第二光柵806和第三光柵808上的光被以與在第一光柵804上的入射角相同的角度反射并射向用戶的眼睛。放大透鏡被安裝在反射光到達(dá)的波導(dǎo)800的左右面，用戶可以通過(guò)放大透鏡觀看放大的信號(hào)。從此實(shí)施例中應(yīng)注意到，第一光柵804是透射型，第二和第三光柵806和808是反射型。
圖8B示出了可佩戴顯示系統(tǒng)，其中顯示面板812被安裝在用戶眼的對(duì)面方向，第一、第二和第三光柵814、816和818被放置在波導(dǎo)的邊上——信號(hào)通過(guò)此邊被透射到用戶的眼睛。在波導(dǎo)中穿過(guò)波導(dǎo)810入射到第一光柵的814的光被以預(yù)定角度在兩個(gè)方向上反射。反射光在波導(dǎo)810中傳播，并以與光被第一光柵814衍射的預(yù)定角度相同的角度入射到第二和第三光柵816和818上，第二和第三光柵816和818與第一光柵814具有共軛關(guān)系。入射光被第二和第三光柵816和818以與第一光柵814的預(yù)定入射角度相同的角度透射并向用戶的眼睛傳播。預(yù)定放大透鏡被安裝在第二和第三光柵816和818上，并放大透射的信號(hào)。從此實(shí)施例應(yīng)當(dāng)注意到，第一光柵814是反射型，第二和第三光柵816和818是透射型。
圖8C示出了可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板822被安裝在用戶的眼的方向，第一、第二和第三光柵824、826和828被安裝在波導(dǎo)的邊上，與信號(hào)經(jīng)其透射到用戶眼睛的邊相對(duì)。從顯示面板822通過(guò)波導(dǎo)820以預(yù)定入射角入射到第一光柵824的光被以預(yù)定反射角在第一光柵824在兩個(gè)方向上反射。反射光在波導(dǎo)820的兩個(gè)方向上傳播并以與第一光柵824的反射角相同的角度入射到第二和第三光柵826和828上——第二和第三光柵826和828與第一光柵824具有共軛關(guān)系。入射到第二和第三光柵826和828的光被以與第一光柵824的入射角相同的角度反射，并傳播向用戶的眼睛。在反射光到達(dá)的波導(dǎo)820的兩面安裝了放大透鏡，以便用戶可以觀看到放大信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一、第二和第三光柵全是反射型。
圖8D示出了可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中在波導(dǎo)830上在用戶的眼的方向具有顯示面板832和第一、第二和第三光柵834、836和838。從顯示面板832以預(yù)定入射角入射到第一光柵834的信號(hào)光被以預(yù)定透射角在波導(dǎo)830中在兩個(gè)方向上透射。透射光在波導(dǎo)830中傳播并隨后以與第一光柵834的透射角相同的角度入射到第二和第三光柵836和838上——第二和第三光柵836和838與第一光柵834具有共軛關(guān)系。入射光以與第一光柵834的預(yù)定入射角相同的角度而透射通過(guò)第二和第三光柵836和838的面，并傳播向用戶的眼睛。附在第二和第三光柵836和828上的放大透鏡將待透射的信號(hào)放大。在此實(shí)施例中，第一、第二和第三光柵834、836和838全是透射型。
圖8E圖解了可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中在用戶的眼的相對(duì)方向放置有顯示面板842與第二和第三光柵846和848，第一光柵844放置于波導(dǎo)的邊上，信號(hào)通過(guò)它被透射到用戶的眼睛。從顯示面板842產(chǎn)生并以預(yù)定入射角通過(guò)波導(dǎo)840入射到第一光柵844的光被以預(yù)定反射角從第一光柵844在兩個(gè)方向上反射。反射光在波導(dǎo)840中的左右方向傳播，并隨后以與第一光柵844的反射角相同的角度入射到第二和第三光柵846和848上——第二和第三光柵846和848與第一光柵844具有共軛關(guān)系。入射光以與第一光柵844的預(yù)定入射角相同的角度而從第二和第三光柵846和848反射，并隨后傳播向用戶的眼睛。附在反射光到達(dá)的波導(dǎo)840的兩個(gè)面的放大透鏡使得用戶可以觀看放大的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一、第二和第三光柵全是反射型。
圖8F示出了可佩戴顯示系統(tǒng)，其中在用戶的眼的對(duì)面方向放置有顯示面板852與第一光柵854，第二和第三光柵856和858被安裝在波導(dǎo)的邊上——信號(hào)通過(guò)此邊被透射到用戶的眼睛。從顯示面板852入射到第一光柵854的光被以預(yù)定透射角在波導(dǎo)850的兩個(gè)方向上透射。透射光在波導(dǎo)850中傳播，并隨后以與第一光柵854的透射角相同的角度入射到第二和第三光柵856和858上——第二和第三光柵856和858與第一光柵854具有共軛關(guān)系。入射光以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射通過(guò)第二和第三光柵856和858的面，并隨后傳播向用戶的眼睛。預(yù)定的放大透鏡附在第二和第三光柵856和858上并放大透射信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一、第二和第三光柵854、856和858全是透射型。
圖8G示出了可佩戴顯示系統(tǒng)，其中在用戶的眼的方向放置有顯示面板862與第二和第三光柵866和868，第一光柵864被安裝在波導(dǎo)的與信號(hào)透射到用戶的眼睛通過(guò)的邊相對(duì)的邊上。從顯示面板862發(fā)出的光通過(guò)波導(dǎo)860入射到波導(dǎo)860中的第一光柵864上，并在波導(dǎo)的兩個(gè)方向上以預(yù)定角被反射。反射光在波導(dǎo)860中傳播，并以與第一光柵864的反射角相同的角度入射到第二和第三光柵866和868上——第二和第三光柵866和868與第一光柵864具有共軛關(guān)系。入射光以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射通過(guò)第二和第三光柵866和868，并隨后傳播向用戶的眼睛。附在第二和第三光柵866和868上的預(yù)定的放大透鏡放大透過(guò)的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵864是反射型，第二和第三光柵866和868是透射型。
圖8H示出了可佩戴顯示系統(tǒng)，其中在用戶的眼的方向放置有顯示面板872與第一光柵874，第二和第三光柵876和878被安裝在波導(dǎo)的與信號(hào)透射到用戶的眼睛通過(guò)的邊相對(duì)的邊上。從顯示面板872發(fā)出的光以預(yù)定入射角度入射到第一光柵874上，并通過(guò)第一光柵874在波導(dǎo)870的兩個(gè)方向上以預(yù)定透射角透射。在波導(dǎo)870中透射的光在波導(dǎo)的左右方向上傳播，并隨后以與第一光柵874的透射角相同的角度入射到第二和第三光柵876和878上——第二和第三光柵876和878與第一光柵874具有共軛關(guān)系。入射到第二和第三光柵876和878上的光以與第一光柵874的入射角相同的角度反射并隨后傳播向用戶的眼睛。放大透鏡附在反射光到達(dá)并使用戶可以觀看放大的信號(hào)的波導(dǎo)的左右邊上。在此實(shí)施例中，第一光柵874是透射型，第二和第三光柵876和878是反射型。
如上所述，可以注意到，可以依賴于顯示面板和光柵在波導(dǎo)上如何放置而實(shí)現(xiàn)各種可佩戴顯示系統(tǒng)。在實(shí)施例中，如圖8A、8B、8E和8F所示，最好顯示面板被放置在波導(dǎo)的與信號(hào)經(jīng)其透射到用戶眼睛的邊相對(duì)的邊上。
圖9圖解了采用兩個(gè)顯示面板的按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。從此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以注意到，顯示面板920和922被放置在波導(dǎo)的左右方向的較低的部分而不是其中心。第一光柵926和928被分別與顯示面板920和922平行安裝。與第一光柵926和928有共軛關(guān)系的第二光柵930和932被放置在波導(dǎo)924中心附近的用戶眼睛的相對(duì)方向上。從顯示面板920和922發(fā)出的信號(hào)的光在波導(dǎo)中以預(yù)定的透射角通過(guò)第一光柵926和928而透射，并且透射的光以與透射角相同的角度入射在第二光柵930和932上。入射在第二光柵930和932上的光在波導(dǎo)924上被以與第一光柵的入射角相同的角度反射并使得反射光傳播向用戶的眼睛。放大透鏡(未示出)被放置在波導(dǎo)的反射光到達(dá)的面上并放大圖象。在此實(shí)施例中，第一光柵926和928是透射型的而第二光柵930和932是反射型的。各種可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)圖9中包括的組件的不同組合而產(chǎn)生，就象各種結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)是通過(guò)如圖8A-8H所示顯示面板的位置和光柵的類型和位置的不同組合而產(chǎn)生的。圖8和9示出了一個(gè)或兩個(gè)顯示面板與預(yù)定數(shù)量的對(duì)于顯示面板足夠的光柵的組合，但是顯示面板和光柵的數(shù)量可以依賴于設(shè)計(jì)而增加。在此情況下，可佩戴顯示系統(tǒng)的多個(gè)不同結(jié)構(gòu)可以通過(guò)如圖8A-8H所示顯示面板的位置和光柵的類型和位置的各種組合而產(chǎn)生。
圖10A示出了帶有安裝在波導(dǎo)的兩端的顯示面板的可佩戴顯示系統(tǒng)的實(shí)施例。在此結(jié)構(gòu)中，顯示面板1000和1002被放置在波導(dǎo)1004的相對(duì)的端而不是在邊上。第一光柵1006和1008與顯示面板1000和1002平行安裝。第二光柵1010和1012——與第一光柵有共軛關(guān)系——被放置在波導(dǎo)1004的中心附近用戶眼睛的相對(duì)的方向。從顯示面板1006和1008發(fā)出的信號(hào)的光通過(guò)第一光柵1006和1008透射到波導(dǎo)1004中，而且透射光以與透射角相同的角度入射到第二光柵1010和1012。入射到第二光柵1010和1012的光被以與第一光柵的入射角相同的角度反射并使得反射光照向用戶的眼睛。在反射光到達(dá)的波導(dǎo)的表面，放置放大透鏡(未示出)來(lái)放大圖象。在此實(shí)施例中，第一光柵1006和1008是透射型的，第二光柵1010和1012是反射型的。
圖10B是在圖10A中圖解的可佩戴顯示系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，即結(jié)構(gòu)相同但是光柵類型不同。如圖10A所示，顯示面板1020和1022被放置在波導(dǎo)的兩邊而不是在邊上，第一光柵1026和1028被與顯示面板1020和1022平行安裝。第二光柵1030和1032——與第一光柵1026和1028有共軛關(guān)系——被放置在波導(dǎo)1024中心附近的用戶眼睛的方向。從顯示面板1020和1022發(fā)出的光以預(yù)定角度由第一光柵1026和1028透射進(jìn)波導(dǎo)1024中，透射光以與第一光柵1026和1028相同的透射角入射到第二光柵1030和1032上。入射到第二光柵1030和1032的光以與第一光柵的入射角相同的角度透射并傳播向用戶的眼睛。透射光通過(guò)附在第二光柵1030和1032靠外的邊的放大透鏡(未示出)而放大。在此實(shí)施例中，第一光柵1026和1028以及第二光柵1030和1032全是透射型。
圖11圖解了采用快門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維圖象的按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)。圖11的例子是實(shí)現(xiàn)了的與圖8E相關(guān)的三維圖象的例子?？梢栽谒械木哂猩鲜鼋Y(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)中使用快門(mén)。用于阻塞在波導(dǎo)的兩個(gè)方向上傳播的光的快門(mén)1100和1110在不同時(shí)間交替開(kāi)啟和閉合，以便相同的圖象在不同時(shí)間到達(dá)用戶的眼睛，因此產(chǎn)生圖象看起來(lái)象三維圖象的效果。雖然在圖11中未示出，僅在左或右邊中一邊帶有快門(mén)的可佩戴顯示系統(tǒng)可以產(chǎn)生相同的三維效果。
如上所述，當(dāng)同一圖象以時(shí)間差到達(dá)用戶的眼睛時(shí)實(shí)現(xiàn)三維圖象。在帶有不同折射率的媒體被用作光在其中傳播的左右波導(dǎo)的情況下，左和右光柵的柵格間隔不同，或左和右光柵的數(shù)量不同，左和右衍射角變得相互不同，因此光傳播的距離改變了。作為結(jié)果，時(shí)間差在進(jìn)入用戶眼睛的最后信號(hào)中產(chǎn)生，因此可以獲得三維圖象效果。當(dāng)使用在左右兩邊具有不同媒體的波導(dǎo)時(shí)，必須考慮到入射到第一光柵的衍射角依賴于波導(dǎo)的媒體類型的不同而在左和右邊不同來(lái)柵距第二和第三光柵。而且，必須當(dāng)左和右光柵的數(shù)量不同地設(shè)置時(shí)在設(shè)計(jì)光柵過(guò)程中考慮衍射角。此時(shí)，必須選擇波導(dǎo)媒體和必須在假設(shè)當(dāng)全內(nèi)反射發(fā)生時(shí)形成衍射角的情況下設(shè)計(jì)光柵。另一種獲得三維圖象的方法是使得相同的信號(hào)以預(yù)定時(shí)間差利用兩個(gè)顯示面板而到達(dá)用戶眼睛。
圖12A示出了按照本發(fā)明的可佩戴顯示系統(tǒng)的一個(gè)示例，它可以控制瞳孔間的距離(IPD)。大多數(shù)成年男人和女人的IPD的范圍從50毫米到74毫米。如果用戶佩戴的可佩戴顯示系統(tǒng)的被設(shè)計(jì)成針對(duì)不同IPD而不同，則左和右圖象看起來(lái)會(huì)不同而且相互重疊，結(jié)果是與佩戴適合用戶的IPD的可佩戴顯示系統(tǒng)的時(shí)候相比產(chǎn)生眼睛疲勞。因此。為了調(diào)節(jié)IPD以使得圖象顯示更清楚，可佩戴顯示系統(tǒng)的放大透鏡1200和1210可以移動(dòng)到與眼瞳孔相對(duì)應(yīng)的位置。
圖12B圖解了可佩戴顯示系統(tǒng)的示例，其中包括帶有鋸齒部件和鋸齒放大透鏡1200和1210——它們可以與波導(dǎo)1230相結(jié)合或相分離——的波導(dǎo)1230，使得用戶可以沿著波導(dǎo)1230將放大透鏡1200和1210移動(dòng)預(yù)定的距離。這里，放大透鏡1200和1210的寬度必須比用于衍射信號(hào)的光柵的寬度要窄，而且，放大透鏡1200和1210必須僅可在與光柵寬度相同的距離內(nèi)移動(dòng)。
圖13是帶有單筒結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)的實(shí)施例。單筒可佩戴顯示系統(tǒng)使用了與圖5的雙眼顯示系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)和原理，除了它使得用戶可以僅以一只眼睛觀看圖象。單筒顯示系統(tǒng)包括顯示面板1300、波導(dǎo)1310、第一光柵1320、第二光柵1330和目鏡1340。顯示面板1300輸出通過(guò)線路或無(wú)線電波從預(yù)定信號(hào)源(未示出)收到的信號(hào)。波導(dǎo)1310使得從顯示面板1300發(fā)出的信號(hào)在一個(gè)方向上傳播。第一和第二光柵1320和1330衍射穿過(guò)波導(dǎo)1310的信號(hào)并最終使得信號(hào)照向用戶的眼睛。這里，第一光柵1320和第二光柵1330具有如上所述的共軛關(guān)系，這意味著當(dāng)以預(yù)定入射角入射到第一光柵1320的光被以預(yù)定角衍射時(shí)，傳播通過(guò)波導(dǎo)1310的光以與第一光柵1320的衍射角相同的角度入射到第二光柵1322，并且以與第一光柵1320的預(yù)定入射角相同的角度被衍射。放大透鏡1340將從波導(dǎo)1310發(fā)出的信號(hào)放大以便對(duì)用戶來(lái)說(shuō)圖象出現(xiàn)得更大。
圖14A-H圖解了各種可能的依賴于光柵類型和在波導(dǎo)上的布置的單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的實(shí)施例。
圖14A示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板1402與一和第二光柵1404和1406被放置在波導(dǎo)1400上用戶眼睛的相對(duì)方向上。從顯示面板發(fā)出的光以預(yù)定角度入射到第一光柵1402上，并隨后在波導(dǎo)中的左方向通過(guò)第一光柵1404透射，然后以與第一光柵1404的入射角相同的角度入射到第二光柵1406上，第二光柵與第一光柵1404成共軛關(guān)系。入射到第二光柵1406的光被以與第一光柵1404的入射角相同的角度反射，并照向用戶的眼睛。在光到達(dá)的波導(dǎo)1400的表面，安裝了一個(gè)放大透鏡，使得用戶可以看到放大的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵1404是投射型。第二光柵1406是反射型。
圖14B示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)，其中顯示面板1412被放置在用戶眼睛的對(duì)面方向，第一和第二光柵1414和1416被安裝在經(jīng)其波導(dǎo)1410的信號(hào)透射到用戶眼睛所通過(guò)的邊。以預(yù)定入射角入射到波導(dǎo)1410中第一光柵1414的光被以預(yù)定反射角向波導(dǎo)的左方向反射。反射光在波導(dǎo)中傳播并以與第一光柵1414的反射角相同的角度入射到第二光柵1416上，第二光柵1416與第一光柵1414具有共軛關(guān)系。入射光以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射出第二光柵1416并照向用戶的眼睛。預(yù)定的放大透鏡被附在第二光柵1416上并放大要透射的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵1414是反射型的，第二光柵1416為透射型的。
圖14C示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)，其中顯示面板1422被放置在用戶眼睛的方向，第一和第二光柵1424和1426被安裝在波導(dǎo)1420上信號(hào)透射到用戶眼睛所通過(guò)的邊的相對(duì)的邊上。從顯示面板1422發(fā)出并以預(yù)定入射角通過(guò)波導(dǎo)1420入射到第一光柵1424的光被以預(yù)定反射角在波導(dǎo)1420的左方向反射。反射光在波導(dǎo)1420的左方向傳播，并隨后以與第一光柵1424的反射角相同的角度入射到第二光柵1426上，第二光柵1426與第一光柵1424具有共軛關(guān)系。入射在第二光柵1426的光被反射，并以與第一光柵的入射角相同的角度傳播到用戶的眼睛。放大透鏡被附在波導(dǎo)1420的表面上，并使得用戶可以觀看放大的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一和第二光柵1424和1426全是反射型的。
圖14D示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板1432、第一和第二光柵1434和1436被安裝在波導(dǎo)1430上信號(hào)透射到用戶眼睛所通過(guò)的邊。從顯示面板1432發(fā)出并以預(yù)定入射角入射到第一光柵1434的信號(hào)的光被以預(yù)定透射角透射到波導(dǎo)1430中的左方向。透射光在波導(dǎo)1430中傳播，并以與第一光柵1434的透射角相同的角度入射到第二光柵1436上，第二光柵1436與第一光柵1434具有共軛關(guān)系。入射光被以與第一光柵1434的預(yù)定入射角相同的角度透射通過(guò)第二光柵1436并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡被附在第二光柵1436上并放大要透射的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一和第二光柵1434和1436全是透射型的。
圖14E示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板1442和第二光柵1446被放置在用戶眼睛的相對(duì)方向上，第一光柵1444被安裝在波導(dǎo)1440上信號(hào)透射到用戶眼睛所通過(guò)的邊。從顯示面板1442發(fā)出并以預(yù)定入射角通過(guò)波導(dǎo)1440入射到第一光柵1444的光被由第一光柵1444以預(yù)定反射角向左方向反射。反射光在波導(dǎo)1440的左方向傳播，并以與第一光柵1444的反射角相同的角度入射到第二光柵1446上，第二光柵1446與第一光柵1444具有共軛關(guān)系。入射光被以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度由第二光柵1446反射并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡被附在波導(dǎo)1440的表面上并使得用戶可以觀看放大的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一和第二光柵1444和1446全是反射型的。
圖14F示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板1452和第一光柵1454被放置在用戶眼睛相對(duì)的方向上，第二光柵1456安裝在波導(dǎo)1450上信號(hào)透射到用戶眼睛所通過(guò)的邊。從顯示面板1452以預(yù)定入射角入射到第一光柵1454的信號(hào)的光被以預(yù)定透射角透射到波導(dǎo)1450中的左方向。透射光在波導(dǎo)1450中傳播，并以與第一光柵1454的透射角相同的角度入射到第二光柵1456上，第二光柵1456與第一光柵1454具有共軛關(guān)系。入射光被以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射通過(guò)第二光柵1456，并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡被附在第二光柵1456上并放大要透射的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一和第二光柵1454和1456全是透射型的。
圖14G示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板1462和第二光柵1466被放置在波導(dǎo)1460上信號(hào)透射到用戶眼睛和第一光柵1464所通過(guò)的邊的相對(duì)的邊。以預(yù)定入射角通過(guò)波導(dǎo)1460入射到第一光柵1464的光被以預(yù)定反射角向左方向反射。反射光在波導(dǎo)1460中傳播并隨后以與第一光柵1464的反射角相同的角度入射到第二光柵1466上，第二光柵1466與第一光柵1464具有共軛關(guān)系。入射光被以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射通過(guò)第二光柵1466并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡被附在第二光柵1466上并放大要透射的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵1464是反射型的，第二光柵1466是透射型的。
圖14H示出了單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中顯示面板1472和第一光柵1474被放置在用戶眼睛的方向上，第二光柵1476被安裝在波導(dǎo)1470的信號(hào)透射到用戶眼睛所通過(guò)的邊。以預(yù)定入射角從顯示面板1472發(fā)出的光被以預(yù)定透射角通過(guò)第一光柵1474透射到波導(dǎo)1470中的左右方向上。透射到波導(dǎo)1470中的光在波導(dǎo)1460中的左方向傳播，并隨后以與第一光柵1474的透射角相同的角度入射到第二光柵1476上，第二光柵1476與第一光柵1474具有共軛關(guān)系。入射到第二光柵1476的光被以與第一光柵1474的入射角相同的角度反射并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡被附在波導(dǎo)1470的表面上并使得用戶可以觀看放大的信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵1474是透射型的，第二光柵1476是反射型的。
如上所述，可以注意到多種單筒可佩戴顯示系統(tǒng)可依賴于顯示面板和波導(dǎo)上光柵的布置而實(shí)現(xiàn)。因此，有可能產(chǎn)生具有與以上說(shuō)明的實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)的其他的實(shí)施例，但是光的傳播方向不同，即光在右方向傳播。
圖15A是單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中顯示面板1500被放置在波導(dǎo)1504的端上，第一光柵1506被與顯示面板1500平行放置。第二光柵1508位于波導(dǎo)1504的中心的用戶眼睛的相對(duì)方向上，第二光柵與第一光柵1506具有共軛關(guān)系。從顯示面板1500發(fā)出的信號(hào)的光以預(yù)定入射角入射到第一光柵1506，并隨后以預(yù)定透射角通過(guò)第一光柵1506透射到波導(dǎo)1504。透射光隨后以與透射角相同的角度入射到第二光柵1510上。入射到第二光柵1510的光被以與第一光柵1506的預(yù)定入射角相同的相對(duì)于第二光柵1510的角度反射并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡(未示出)被附在反射光到達(dá)的波導(dǎo)1504的表面上并放大信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵1506是透射型的，第二光柵1508是反射型的。
圖15B是與圖15A具有相同結(jié)構(gòu)但采用了不同類型的光柵的單筒可佩戴顯示系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例。同樣在此實(shí)施例中，顯示面板1520被放置在波導(dǎo)1524的端上，第一光柵1526被與顯示面板1520平行放置。第二光柵1530被放置在波導(dǎo)1524的中心的用戶眼睛的方向上，第二光柵1530與第一光柵1526具有共軛關(guān)系。從顯示面板1520發(fā)出的信號(hào)的光以預(yù)定入射角入射到第一光柵1526，并隨后以預(yù)定透射角通過(guò)第一光柵1526透射到波導(dǎo)1524，透射光以與透射角相同的角度入射到第二光柵1530上。入射到第二光柵1530的光被以與第一光柵1526的入射角相同的相對(duì)于第二光柵1530的角度反射并傳播到用戶的眼睛。放大透鏡(未示出)被附在反射光到達(dá)的波導(dǎo)1524的表面上并放大信號(hào)。在此實(shí)施例中，第一光柵1526和第二光柵1530全是透射型的。
在圖15A和15B中，顯示面板位于波導(dǎo)的左端。然而顯示面板的位置可以根據(jù)設(shè)計(jì)而不同。在此情況下，第一光柵不必放置在放置顯示面板的波導(dǎo)的相同的端。
三維圖象可以通過(guò)同時(shí)佩戴上述的兩個(gè)單筒可佩戴顯示系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，每只眼帶一個(gè)，因此相同的信號(hào)被以時(shí)間差顯示在兩個(gè)單筒可佩戴顯示系統(tǒng)上因此可以獲得一個(gè)三維圖象。
圖16A和16B圖解了本發(fā)明中使用的通過(guò)光柵消除色差。色差當(dāng)入射彩色信號(hào)的R、G和B分量的焦點(diǎn)未聚合在一點(diǎn)時(shí)發(fā)生，即，在不同的地方形成不同的彩色圖象。在彩色圖象通過(guò)本發(fā)明使用的光柵傳播時(shí)，不同的信號(hào)可以通過(guò)將具有共軛關(guān)系的光柵相結(jié)合而被聚焦在一處。
參見(jiàn)圖16A，第一光柵1600和第二光柵1610都是透射型的，入射彩色信號(hào)的R、G和B彩色分量以不同的透射角透射通過(guò)第一光柵1600。每個(gè)透射的彩色分量以與第一光柵1600的透射角相同的角度入射在第二光柵1610上，以與第一光柵的入射角相同的入射角透射通過(guò)第二光柵1610，并隨后與其他平行而入射在諸如目鏡透鏡的放大透鏡1620上。每個(gè)平行到達(dá)放大透鏡1620的彩色分量被通過(guò)放大透鏡1620以相同的焦距聚焦，因此消除了色差。
圖16B示出了以預(yù)定角角度入射在第一光柵1630的入射信號(hào)的R、G和B分量，此時(shí)第一和第二光柵1630和1640為透射型光柵。以預(yù)定角度入射在第一光柵1630的R、G和B分量以不同的透射角傳播，并以與透射角相同的角度入射在第二光柵1640上。每個(gè)入射彩色分量以與第一光柵1630的預(yù)定入射角相同的角度通過(guò)第二光柵1640，并隨后平行入射在諸如目鏡透鏡的放大透鏡1650上。放大透鏡1650使得平行入射的彩色分量以相同的焦距聚焦，因此消除了色差。色差的消除通過(guò)上述的具有共軛關(guān)系的光柵獲得。
上述可佩戴顯示系統(tǒng)可以通過(guò)將波導(dǎo)和光柵或波導(dǎo)和目鏡透鏡或波導(dǎo)和光柵及目鏡透鏡合并到一體中而實(shí)現(xiàn)。
上述的波導(dǎo)由玻璃或塑料或特別地，由丙烯基底(PMMA)構(gòu)成。
放大透鏡可以由全息光學(xué)元件(HOE)或衍射光學(xué)元件(DOE)制造。衍射透鏡、折射透鏡、衍射透鏡和折射透鏡的結(jié)合或非球面鏡可以用作放大透鏡。
圖17A至17C圖解了可以在本發(fā)明中使用的光柵的類型。圖17A示出了用于在兩個(gè)方向上衍射光的矩形二相光柵。圖17B示出了鋸齒形的僅在一個(gè)方向上衍射光的銅焊型光柵。圖17C示出了多層的被設(shè)計(jì)來(lái)增進(jìn)衍射效率的光柵。除了這些類型之外，還可以采用全息光柵。這些光柵可以由HOE和DOE制造。
圖18A至18E圖解了多種目鏡透鏡。
按照上述的本發(fā)明，可以通過(guò)使光學(xué)元器件的數(shù)量最小化而實(shí)現(xiàn)更輕重量和緊湊的可佩戴顯示系統(tǒng)，并且可以減少制造顯示系統(tǒng)過(guò)程中的復(fù)雜性和成本。此外，可以通過(guò)將波導(dǎo)、光柵和目鏡透鏡并為一體而大規(guī)模地生產(chǎn)顯示系統(tǒng)，而且，可以通過(guò)共軛光柵消除色差。
權(quán)利要求
1.一種帶有用于輸出以預(yù)定方式處理的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)顯示面板的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括用于引導(dǎo)從至少一個(gè)顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)的傳播的至少一個(gè)波導(dǎo)；用于衍射傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)的至少一個(gè)信號(hào)的多個(gè)光柵；和用于放大由至少一個(gè)光柵衍射的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)放大透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)光柵包括至少一個(gè)第一光柵，用于衍射從至少一個(gè)顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)，以便至少一個(gè)信號(hào)傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)；和至少一個(gè)第二光柵，用于衍射在被至少一個(gè)第一光柵衍射后傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)的至少一個(gè)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)光柵包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定反射角反射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，反射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)光柵包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定透射角透射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)，以傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，透射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)光柵包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定反射角反射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，透射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中多個(gè)光柵包括至少一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定透射角透射從至少一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在至少一個(gè)第一光柵上的至少一個(gè)信號(hào)；至少一個(gè)第二光柵，用于以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，反射傳播穿過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)并以與至少一個(gè)第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在至少一個(gè)第二光柵上的至少一個(gè)信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)快門(mén)，用于交替阻塞在波導(dǎo)中的至少一個(gè)信號(hào)，以產(chǎn)生一個(gè)三維圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中至少一個(gè)放大透鏡是沿著至少一個(gè)波導(dǎo)的預(yù)定長(zhǎng)度可移動(dòng)的。
9.一種帶有雙筒結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括一個(gè)信號(hào)傳播穿過(guò)的波導(dǎo)；一個(gè)位于波導(dǎo)中心的顯示面板，此顯示面板用于輸出信號(hào)；一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定衍射角在波導(dǎo)的左和右兩個(gè)方向上衍射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射到第一光柵的信號(hào)；多個(gè)第二光柵，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，衍射由第一光柵在波導(dǎo)的左右方向上衍射以傳播通過(guò)波導(dǎo)并且以與第一光柵的預(yù)定衍射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)；和多個(gè)放大透鏡，用于放大由第二光柵衍射的信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第一光柵鄰近顯示面板并且是透射型的，用于以預(yù)定透射角在波導(dǎo)的左右方向上透射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在第一光柵的信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
13.如權(quán)利要求10所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中一個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在所述一個(gè)第二光柵上的信號(hào)；而另一個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在所述另一個(gè)第二光柵上的信號(hào)。
14.如權(quán)利要求9所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第一光柵位于波導(dǎo)中的顯示面板的對(duì)面而且是反射型的，用于以預(yù)定反射角在波導(dǎo)中的左右兩個(gè)方向上反射從顯示面板輸出的以預(yù)定入射角入射在第一光柵上的信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
16.如權(quán)利要求14所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
17.如權(quán)利要求14所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中一個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在所述一個(gè)第二光柵上的信號(hào)；而另一個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在所述另一個(gè)第二光柵上的信號(hào)。
18.如權(quán)利要求9所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)快門(mén)，用于交替阻塞在波導(dǎo)中的信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)三維圖像。
19.如權(quán)利要求9所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)放大透鏡是沿著波導(dǎo)的預(yù)定長(zhǎng)度可移動(dòng)的。
20.一種帶有雙筒結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括一個(gè)信號(hào)傳播穿過(guò)的波導(dǎo)；兩個(gè)分別位于波導(dǎo)的左右邊的顯示面板，每個(gè)顯示面板用于輸出信號(hào)；兩個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定衍射角在波導(dǎo)的左右兩個(gè)方向上衍射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射到第一光柵的信號(hào)；多個(gè)第二光柵，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度衍射傳播通過(guò)波導(dǎo)并且以與第一光柵的預(yù)定衍射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)；和多個(gè)放大透鏡，用于放大由第二光柵衍射的信號(hào)。
21.如權(quán)利要求20所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第一光柵鄰近各自的顯示面板并且是透射型的，用于以預(yù)定透射角在波導(dǎo)的左或右方向上透射從各自的顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在第一光柵的信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
23.如權(quán)利要求21所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度，透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
24.如權(quán)利要求21所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中一個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在所述一個(gè)第二光柵上的信號(hào)；而另一個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在所述另一個(gè)第二光柵上的信號(hào)。
25.如權(quán)利要求20所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第一光柵位于波導(dǎo)中的每個(gè)顯示面板的對(duì)面而且是反射型的，用于以預(yù)定反射角在波導(dǎo)中的左或右方向上反射從顯示面板輸出的以預(yù)定入射角入射在第一光柵上的信號(hào)。
26.如權(quán)利要求25所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
27.如權(quán)利要求25所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
28.如權(quán)利要求25所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中一個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在所述一個(gè)第二光柵上的信號(hào)；而另一個(gè)第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在所述另一個(gè)第二光柵上的信號(hào)。
29.如權(quán)利要求20所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中一個(gè)第一光柵鄰近一個(gè)顯示面板并且是透射型的，用于以預(yù)定透射角透射從所述一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在所述一個(gè)第一光柵的信號(hào)；而另一個(gè)第一光柵位于另一個(gè)顯示面板的相對(duì)的邊并且是反射型的，用于以預(yù)定反射角反射從所述另一個(gè)顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在所述另一個(gè)第一光柵的信號(hào)。
30.如權(quán)利要求29所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是透射型的。
31.如權(quán)利要求29所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是反射型的。
32.如權(quán)利要求29所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中所述一個(gè)第二光柵是透射型的，所述另一個(gè)第二光柵是反射型的。
33.如權(quán)利要求20所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)快門(mén)，用于交替阻塞在波導(dǎo)中的信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)三維圖像。
34.如權(quán)利要求20所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)放大透鏡是沿著波導(dǎo)的預(yù)定長(zhǎng)度可移動(dòng)的。
35.一種帶有單筒結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括一個(gè)信號(hào)傳播穿過(guò)的波導(dǎo)；一個(gè)位于波導(dǎo)上的顯示面板，此顯示面板用于輸出信號(hào)；一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定衍射角在波導(dǎo)的左或右方向上衍射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射到第一光柵的信號(hào)；一個(gè)第二光柵，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度衍射傳播通過(guò)波導(dǎo)并且以與第一光柵的預(yù)定衍射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)；和一個(gè)放大透鏡，用于放大由第二光柵衍射的信號(hào)。
36.如權(quán)利要求35所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵被放置在與第一光柵相同的波導(dǎo)表面上。
37.如權(quán)利要求35所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵被放置在與第一光柵相對(duì)的波導(dǎo)的邊上。
38.如權(quán)利要求35所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第一光柵鄰近顯示面板并且是透射型的，用于以預(yù)定透射角在波導(dǎo)內(nèi)的左或右方向上透射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射在第一光柵的信號(hào)。
39.如權(quán)利要求38所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
40.如權(quán)利要求38所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
41.如權(quán)利要求35所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第一光柵位于波導(dǎo)中顯示面板對(duì)面并且是反射型的，用于以預(yù)定反射角在左或右方向上反射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射到第一光柵的信號(hào)。
42.如權(quán)利要求41所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
43.如權(quán)利要求41所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
44.一種帶有雙筒結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括一個(gè)信號(hào)傳播穿過(guò)的波導(dǎo)；兩個(gè)分別位于波導(dǎo)的兩端的顯示面板，顯示面板用于輸出信號(hào)；兩個(gè)鄰近顯示面板的第一光柵，分別用于以預(yù)定透射角將從顯示面板發(fā)出并以預(yù)定入射角入射在第一光柵上的信號(hào)透射到波導(dǎo)中；多個(gè)與波導(dǎo)中的第一光柵垂直的第二光柵，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度衍射傳播通過(guò)波導(dǎo)和以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)；和多個(gè)放大透鏡，用于放大由第二光柵衍射的信號(hào)。
45.如權(quán)利要求44所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射入射信號(hào)。
46.如權(quán)利要求44所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中每個(gè)第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射入射信號(hào)。
47.如權(quán)利要求44所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中顯示面板可以以彼此之間的時(shí)間差顯示信號(hào)以產(chǎn)生三維圖象。
48.如權(quán)利要求44所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)快門(mén)，用于交替阻塞在波導(dǎo)中的至少一個(gè)信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)三維圖像。
49.如權(quán)利要求44所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中放大透鏡是沿著至少一個(gè)波導(dǎo)的預(yù)定長(zhǎng)度可移動(dòng)的。
50.一種帶有單筒結(jié)構(gòu)的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括一個(gè)信號(hào)傳播穿過(guò)的波導(dǎo)；一個(gè)位于波導(dǎo)的左端或右端的顯示面板，此顯示面板用于輸出信號(hào)；一個(gè)第一光柵，用于以預(yù)定衍射角向波導(dǎo)中衍射從顯示面板輸出并以預(yù)定入射角入射到第一光柵的信號(hào)；一個(gè)與波導(dǎo)中的第一光柵垂直的第二光柵，此第二光柵用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度衍射傳播通過(guò)波導(dǎo)并且以與第一光柵的預(yù)定衍射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)；和一個(gè)放大透鏡，用于放大由第二光柵衍射的信號(hào)。
51.如權(quán)利要求50所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第一光柵被放置在波導(dǎo)中的顯示面板對(duì)面并且是反射型的，用于以預(yù)定反射角在波導(dǎo)中反射從顯示面板輸出的以預(yù)定入射角入射在第一光柵上的信號(hào)。
52.如權(quán)利要求51所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定反射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
53.如權(quán)利要求50所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第一光柵鄰近顯示面板，第一光柵是透射型的，用于以預(yù)定透射角在波導(dǎo)中透射從顯示面板輸出的以預(yù)定入射角入射在第一光柵上的信號(hào)。
54.如權(quán)利要求53所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是透射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度透射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
55.如權(quán)利要求53所述的可佩戴顯示系統(tǒng)，其中第二光柵是反射型的，用于以與第一光柵的預(yù)定入射角相同的角度反射傳播通過(guò)波導(dǎo)并以與第一光柵的預(yù)定透射角相同的角度入射在第二光柵上的信號(hào)。
56.一種帶有用于輸出以預(yù)定方式處理的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)顯示面板的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括用于引導(dǎo)從至少一個(gè)顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)的傳播的至少一個(gè)波導(dǎo)；用于衍射傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)的至少一個(gè)信號(hào)的多個(gè)光柵；用于放大由至少一個(gè)光柵衍射的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)放大透鏡，其中信號(hào)以時(shí)間差傳播到用戶的左和右眼，因此產(chǎn)生一個(gè)三維圖象。
57.一種帶有用于輸出以預(yù)定方式處理的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)顯示面板的可佩戴顯示系統(tǒng)，包括用于引導(dǎo)從顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)的傳播的至少一個(gè)波導(dǎo)；用于衍射傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)第一光柵；用于衍射傳播通過(guò)波導(dǎo)并入射到至少一個(gè)第二光柵照向用戶眼睛的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)第二光柵；用于放大由至少一個(gè)第二光柵衍射的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)放大透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶有用于輸出以預(yù)定方式處理的信號(hào)的顯示面板的可佩戴顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:用于引導(dǎo)從至少一個(gè)顯示面板輸出的至少一個(gè)信號(hào)的傳播的至少一個(gè)波導(dǎo);用于衍射傳播通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)的至少一個(gè)信號(hào)的多個(gè)光柵;用于放大由光柵衍射的至少一個(gè)信號(hào)的至少一個(gè)放大透鏡。按照該系統(tǒng),可以通過(guò)使光學(xué)元器件的數(shù)量最小化而實(shí)現(xiàn)更輕重量和緊湊的可佩戴顯示系統(tǒng),并且可以減少制造顯示系統(tǒng)過(guò)程中的復(fù)雜性和成本。此外,可以通過(guò)將波導(dǎo)、光柵和目鏡并為一體而大規(guī)模地生產(chǎn)顯示系統(tǒng),而且,可以通過(guò)共軛光柵消除色差。
文檔編號(hào)G02B5/18GK1365016SQ0114363
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月15日
發(fā)明者宋榮蘭, 宋錫虎 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社