超高分辨率掃描光纖顯示器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】超高分辨率掃描光纖顯示器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)數(shù)據(jù)
[0002]本申請(qǐng)要求2013年I月15日提交的基于35 U.S.C.§119的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)朜0.61/752，972的權(quán)益。前述申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用以其整體并入到本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及用于在捕獲和/或投影圖像中使用的緊湊成像系統(tǒng)，而且更具體而言，涉及通過(guò)多個(gè)光纖芯參與圖像處理的配置。
【背景技術(shù)】
[0004]對(duì)于軍事人員、以及平民、飛行員，情境感知具有首要重要性。例如可控飛行撞地(CFIT)事故源于缺少關(guān)于即將發(fā)生與環(huán)境的災(zāi)難性碰撞的信息。飛行員的通過(guò)駕駛艙的視野可能會(huì)受到能見(jiàn)度條件(黑夜、惡劣的天氣)，或者由于對(duì)通過(guò)窗簾或座艙罩的電子制暗有意地模糊視野以防范定向能威脅的需求的阻礙。
[0005]關(guān)于飛機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)、飛行路徑、高度、空氣速度、姿態(tài)、和許多其它飛行參數(shù)的信息對(duì)于總體情境感知也是重要的。另外，現(xiàn)在具有大量數(shù)據(jù)通過(guò)非機(jī)載或機(jī)載數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)飛行員是可獲得的，如駕駛艙中的實(shí)時(shí)信息(RTIC)的概念，包括但不限于天氣信息、敵對(duì)力量的位置、空對(duì)空和地面對(duì)空的威脅、任務(wù)信息、和地形細(xì)節(jié)。另一信息源來(lái)自高分辨率機(jī)載傳感器，例如，前視紅外(FLIR)和夜視傳感器?？色@得數(shù)據(jù)的大量流入可通過(guò)頭下顯示器(HDD)、頭上顯示器(HUD)或者兩者的一些結(jié)合呈現(xiàn)給工作人員。HDD具有飛行員頭向下而非參與并專(zhuān)注于駕駛艙外的景象的明顯缺點(diǎn)。HUD的缺點(diǎn)在于信息僅通過(guò)通常固定在飛機(jī)的視軸(bore sight)上的眼盒(eyebox)可見(jiàn)的。
[0006]光學(xué)地傳遞來(lái)自于一個(gè)或多個(gè)頭盔安裝微顯示器的輸出以在飛行員的視場(chǎng)(FOV)中顯示圖像的頭戴顯示器(HMD)允許飛行員保持專(zhuān)注駕駛艙外，同時(shí)呈現(xiàn)相關(guān)情境數(shù)據(jù)作為覆蓋在視覺(jué)場(chǎng)景的頂部的視覺(jué)線(xiàn)索或符號(hào)，或甚至在受損的能見(jiàn)度的情況下作為駕駛艙外地形和場(chǎng)景的充分人工渲染。因?yàn)轱@示系統(tǒng)隨飛行員頭部移動(dòng)，他/她可以始終在他們視場(chǎng)(FOV)中保持顯示的信息。
[0007]為了充分利用人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的廣闊能力，HMD應(yīng)該提供大的水平和垂直F0V、高的空間分辨率、和大的顏色深度。另外，亮度(luminance)是非常重要的，因?yàn)橥敢曪@示器必須足夠亮以便針對(duì)高眩光背景清楚地顯示信息。飛機(jī)空速、附近快速移動(dòng)的物體和信息、以及飛行員的快速頭部運(yùn)動(dòng)意味著高幀率也是必要的。
[0008]HMD的FOV可以由微顯示器圖像尺寸和觀察光學(xué)部件共同確定。人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)具有總共約200°水平乘130°垂直的F0V，但是大部分HMD提供40° FOV的數(shù)量級(jí)。對(duì)于合成的視覺(jué)應(yīng)用，其中大量的可操作數(shù)據(jù)是可獲得的，一個(gè)更大的接近人類(lèi)視覺(jué)能力的視場(chǎng)將使能外圍視覺(jué)線(xiàn)索的呈現(xiàn)，其減少飛行員的頭部掃描并增加他們的自我穩(wěn)定性的感知。約50-60弧秒的角分辨率是對(duì)于20/20視敏度性能的閾值，并且其由微顯示器的像素密度確定。為了最佳匹配平均人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的能力，HMD應(yīng)該提供跨過(guò)40°乘40° FOV的20/20的視敏度，因此在50弧秒的角分辨率下，其等于大約8百萬(wàn)像素(Mpx)。為將其增加到期望的120°乘80° FOV將需要將近50Mpx。
[0009]由于現(xiàn)今具有許多HMD系統(tǒng)在使用，它們中的許多圍繞具有為該顯示器尺寸設(shè)計(jì)的傳遞和觀察光學(xué)部件的12mm對(duì)角圖像源被標(biāo)準(zhǔn)化，在該包封中適配新的顯示技術(shù)并且與已經(jīng)存在的微顯示器基本可以互換以便達(dá)到最大的利用是有用的。
[0010]為了在該12mm格式中適配8MPX，像素尺寸可以是3微米或更小。在HMD微型顯示技術(shù)中本領(lǐng)域的現(xiàn)狀不能以所需要的高幀率提供足夠的分辨率和FOV來(lái)為將來(lái)的飛行員HMD提供最小期望(20/20敏度)的視覺(jué)要求。目前部署的圖像源例如AMOLED、AM-LCDjPLCOS的像素密度受最小可實(shí)現(xiàn)像素尺寸限制。對(duì)于這些技術(shù)的每一個(gè)，彩色顯示器需要3個(gè)并排元件，進(jìn)一步限制了有效像素間距和結(jié)果角分辨率，所以新的使能技術(shù)必須被開(kāi)發(fā)。
[0011]存在對(duì)改進(jìn)的緊湊成像系統(tǒng)的需求，該成像系統(tǒng)可以被應(yīng)用到多種應(yīng)用中，例如HMD應(yīng)用。各種實(shí)施例在此提出以解決該挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]—個(gè)實(shí)施例涉及一種用于掃描電磁成像輻射的緊湊系統(tǒng)，包括第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)，其中每一個(gè)是可操作地被耦合到至少一個(gè)電磁輻射源并被配置以致于來(lái)自所述第一和第二波導(dǎo)的輸出是亮度調(diào)制的并且沿一個(gè)或多個(gè)軸被掃描以至少形成圖像的一部分。所述第一或者第二波導(dǎo)的至少其中一個(gè)可以包括光纖。所述光纖可包括包層和至少一個(gè)芯。所述光纖可包括占據(jù)相同包層的兩個(gè)或更多個(gè)芯。所述光纖可以是單模光纖。所述光纖可以是多模光纖。所述光纖可以是階躍折射率光纖。所述光纖可以是漸變折射率光纖。所述光纖可以是光子晶體光纖。所述至少一個(gè)電磁輻射源可以被配置為產(chǎn)生具有在紫外到紅外范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的電磁輻射。所述至少一個(gè)電磁輻射源可被配置為產(chǎn)生可見(jiàn)光電磁輻射。所述第一和第二波導(dǎo)可以共同位于相同的主介質(zhì)中。所述第一和第二波導(dǎo)可以共同位于單獨(dú)的主介質(zhì)中。所述系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括掃描致動(dòng)器，其可操作地被耦合到所述第一和第二波導(dǎo)中的至少一個(gè)并且被配置為物理地移動(dòng)所述第一和第二波導(dǎo)的所述至少一個(gè)。所述掃描致動(dòng)器可以包括壓電致動(dòng)元件。所述掃描致動(dòng)器可以被耦合到所述第一和第二波導(dǎo)兩者并被配置為物理地將它們共同移動(dòng)。第一掃描致動(dòng)器可被耦合到所述第一波導(dǎo)，以及第二掃描致動(dòng)器可被耦合至所述第二波導(dǎo)，以致于所述第一和第二波導(dǎo)可以被獨(dú)立地致動(dòng)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步可包括第一掃描致動(dòng)器和第二掃描致動(dòng)器，所述第一掃描致動(dòng)器可操作地被親合到并被配置為物理地移動(dòng)所述第一波導(dǎo)連同至少一個(gè)其它互相耦合波導(dǎo)，所述第二掃描致動(dòng)器可操作地被耦合到并被配置為物理地移動(dòng)所述第二波導(dǎo)連同至少一個(gè)其它互相耦合波導(dǎo)。所述第一波導(dǎo)和至少一個(gè)其它互相耦合波導(dǎo)可以包括單一多芯光纖。來(lái)自所述第一和第二波導(dǎo)的輸出可以被傳輸?shù)奖慌渲脼檠厮鲆粋€(gè)或多個(gè)軸掃描所述輸出的掃描元件。所述掃描元件可以選自包括以下的組=MEMS鏡掃描儀、可變形薄膜鏡、掃描棱鏡、和掃描透鏡。所述至少一個(gè)電磁輻射源可以包括兩個(gè)獨(dú)立的電磁輻射源，第一電磁輻射源可操作地耦合到所述第一波導(dǎo)，并且第二電磁輻射源可操作地耦合到所述第二波導(dǎo)。所述至少一個(gè)電磁輻射源可以包括復(fù)合源，其被配置成將多個(gè)波長(zhǎng)的輻射發(fā)射到所述第一或第二波導(dǎo)的至少一個(gè)中。所述復(fù)合源可以被配置為發(fā)射紅色、綠色和藍(lán)色可見(jiàn)光輻射波長(zhǎng)。所述復(fù)合源可以包括與組合器可操作地耦合在一起的多個(gè)單個(gè)源。所述組合器可以包括波分復(fù)用器。所述至少一個(gè)電磁輻射源可以包括直接可調(diào)發(fā)射器。所述直接可調(diào)發(fā)射器可以包括二極管激光器。所述直接可調(diào)發(fā)射器可包括發(fā)光二極管。所述至少一個(gè)電磁輻射源可以包括可操作地耦合到調(diào)制器的發(fā)射器。所述調(diào)制器可以包括干涉調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括Mach-Zehnder干涉調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括聲光調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括快門(mén)。來(lái)自所述第一和第二波導(dǎo)的輸出可以以螺旋掃描樣式掃描。在所述圖像平面處的圖像可具有大于所述第一和第二波導(dǎo)的組合橫截面幾何測(cè)量的直徑。所述系統(tǒng)進(jìn)一步可以包括多個(gè)附加波導(dǎo)，所述第一、第二、和多個(gè)附加波導(dǎo)以六角堆積陣列配置布置。與所述第一、第二、和多個(gè)附加波導(dǎo)的輸出相關(guān)聯(lián)的圖像場(chǎng)區(qū)可以通過(guò)三個(gè)相等圓的公共交點(diǎn)確定的最小量重疊。在以多于一個(gè)芯(即，所謂的“多芯”配置)為特征的配置中，所述芯可以以六角堆積陣列配置布置。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括耦合到所述第一和第二波導(dǎo)的第一和第二透鏡，以致于傳輸通過(guò)所述第一和第二波導(dǎo)的成像輻射在被輸出以形成所述圖像部分之前穿過(guò)所述第一和第二透鏡。所述第一和第二透鏡可以包括漸變折射率透鏡。所述第一和第二透鏡可以包括折射透鏡。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1顯示一個(gè)被操作者的手支撐的光纖掃描顯示器。
[0014]圖2顯示相對(duì)于硬幣以證明特定實(shí)施例的尺寸的光纖掃描顯示器。
[0015]圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)配置的一個(gè)實(shí)施例。
[0016]圖4顯示交疊的配置。
[0017]圖5顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的投影顯示區(qū)域。
[0018]圖6