TWI785677B - 近眼圖像投影系統及包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置 - Google Patents

近眼圖像投影系統及包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI785677B
TWI785677B TW110125673A TW110125673A TWI785677B TW I785677 B TWI785677 B TW I785677B TW 110125673 A TW110125673 A TW 110125673A TW 110125673 A TW110125673 A TW 110125673A TW I785677 B TWI785677 B TW I785677B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
plane
projection system
modulated
fovea
beams
Prior art date
Application number
TW110125673A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202208932A (zh
Inventor
托瑪士 斯盧卡
Original Assignee
瑞士商見真實股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 瑞士商見真實股份有限公司 filed Critical 瑞士商見真實股份有限公司
Publication of TW202208932A publication Critical patent/TW202208932A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI785677B publication Critical patent/TWI785677B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0075—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. increasing, the depth of field or depth of focus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0147—Head-up displays characterised by optical features comprising a device modifying the resolution of the displayed image
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

一種近眼圖像投影系統包含：針狀光源，產生入射光束；SLM，產生調變光束，從而在第一平面處形成針狀光圖像；照明光學器件，在第三平面中，將來自針狀光源的入射光束遞送至SLM；及成像光學器件，其沿著在第四平面中之投影軸將調變光束遞送至平行於第一平面的第二平面中的窺視範圍區。第三平面及第四平面基本上垂直於第一平面。照明光學器件限定自第一平面至第二平面的第一光路及自第三平面至第四平面的第二光路。成像光學器件限定自第二平面至第一平面的第三光路及自第一平面至第二平面的第四光路。亦描述了一種包含近眼圖像投影系統之可穿戴裝置。

Description

近眼圖像投影系統及包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置
發明領域
本發明係關於一種具有小形狀因子的近眼圖像投影系統。本發明進一步係關於一種包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置，諸如增強/混合現實或智慧眼鏡。更特定而言，本發明係關於一種近眼光場投影系統。近眼光場投影系統可以具有注視能力。
發明背景
藉助於空間光調變器(SLM)對結構化入射光進行依序空間光調變的光場圖像投影通常需要如下情況：來自光源的源光由若干光學元件成形，這些光學元件由足夠體積的透明介質分開，以便實現結構化入射光所需的特性，且因此實現投影光場圖像所需的特性。此配置導致不適合在需要小形狀因子的應用(例如在可穿戴裝置(例如智慧眼鏡)中)中使用的較笨重的裝置。藉由使用較高功率的光學元件(諸如具有較短焦距的透鏡、自由曲面光學器件等)來縮小光學器件仍然需要大體積以供光傳播，或受到照明光結構及因此投影圖像的質量較低及歸因於光學偽影(諸如失真、像差、繞射等)所致的補償要求較高的影響。
文獻EP3542206A1揭露了一種由結構光的依序空間光調變進行光場投影的方法。文獻WO2020157562A1揭露了光場投影系統與不同類型的組合器 的組合的若干方法，且文獻US20190285897A1揭露了一種使用與反射組合器組合的波導的圖像光瞳擴展的設備。
發明概要
本揭露係關於一種近眼圖像投影系統，該近眼圖像投影系統包含：針狀光源，產生多個入射光束；SLM，係組配來調變該等多個入射光束且產生多個調變光束，以便在第一平面處形成針狀光圖像；照明光學器件，係組配來將來自針狀光源的入射光束遞送至SLM；及成像光學器件，係組配來沿著投影軸將來自SLM的調變光束依序遞送至基本上平行於第一平面的第二平面中的窺視範圍區(eye-box region)。照明光學器件處於第三平面中且投影軸處於第四平面中；第三平面及第四平面基本上垂直於第一平面。照明光學器件限定自第一平面至第二平面的第一光路及自第三平面至第四平面的第二光路。成像光學器件限定自第二平面至第一平面的第三光路及自第一平面至第二平面的第四光路。
本文中所揭露的近眼圖像投影系統具有小形狀因子且極適用於可穿戴應用，諸如增強/混合現實或智慧眼鏡。
10:針狀光源
10a:針狀燈
11:窄視場光場部分
12:較寬視場外周圖像
20:空間光調變器(SLM)
30:第一平面
31,39:針狀光圖像
32:成像鏡
34:傅立葉濾波器
35:成像入耦合元件
35a:照明入耦合元件
36:成像出射光瞳擴展裝置；成像波導
36a:照明光瞳擴展裝置；照明波導
37:成像出耦合元件
37a:照明出耦合元件
38:第三平面
40:光學組合器
41:中央窩組合器；透鏡
50:準直光學元件；照明準直元件；準直元件
52:第一光束整形外表面
53:第二光束整形外表面
54:第三光束整形外表面
56:四分之一波片
58:第四光束整形外表面
60a:成像偏轉元件
61:照明偏轉元件
70:照明及投影光學元件；稜鏡
90:眼睛
92:視網膜
100a:入射光束；入射針狀光；入射中央窩光束
100b:入射光束；入射針狀光
110a:調變光束；中央窩調變光束；中央窩光束
110b:調變光束；外周調變光束
112a:圖像光束；中央窩圖像光束
112b:圖像光束；外周圖像光束
114a:中央窩調變器圖像
114b:外周調變器圖像
115:調變器圖像平面
120:出射光瞳；視點
121a:窺視範圍；中央窩窺視範圍區
121b:窺視範圍；外周窺視範圍區
124:第二平面
125:第四平面
130:瞳孔
140:分束器
150:圖像注入光學器件
151:光束整形透射表面
152,153:反射表面；反射鏡
154:光束整形反射表面
170a,170b:投影軸
171:第一光路
172:第二光路
173:第三光路
174:第四光路
190:現實世界
200:近眼圖像投影系統；表示針狀光源10、SLM 20、稜鏡70及照明光瞳擴展裝置36a的框
341:開口
α:第一角度
β:第二角度
本發明的例示性實施例在說明書中揭露且由附圖圖示，在附圖中：圖1a至圖1f示出了根據若干實施例的包含SLM、照明光學器件及成像光學器件的近眼圖像投影系統的示意圖示；圖2a至圖2c示出了根據若干實施例的照明光學器件；圖3圖示了根據實施例的成像光學器件的外周圖像注入光學器件；圖4a表示如自中央窩窺視範圍區看到的由光場及外周部分構成的圖像；圖4b表示由光場及外周部分構成的主動注視點圖像，其中圖像的光場部分與感興趣區(諸如觀看者的視線自中央窩窺視範圍區指向的區)對準； 圖5為根據實施例的混合現實眼鏡的示意圖示；及圖6為使用者所佩戴的圖5的混合現實眼鏡的俯視圖。
較佳實施例之詳細說明
圖1a至圖1f示出了根據實施例的近眼圖像投影系統200的示意圖示。近眼圖像投影系統200包含產生多個入射光束100a、100b的針狀光源10。SLM 20係組配來調變多個入射光束100a、100b且產生多個調變光束110a、110b且在第一平面30處形成針狀光圖像31、39。近眼圖像投影系統進一步包含照明光學器件，該照明光學器件係組配來將來自針狀光源10的入射光束100a、100b遞送至SLM 20，沿著投影軸170a、170b依序遞送至基本上平行於第一平面30的第二平面124中的窺視範圍121a、121b。
參考圖1a，照明光學器件處於第三平面38中，且投影軸170a、170b處於第四平面125中。第三平面38及第四平面125基本上垂直於第一平面30。照明光學器件係組配來限定第一光路171，該第一光路171示出為在自第一平面30至第二平面124的第一方向上平行於投影軸170a、170b，但並非必須如此。照明光學器件可以進一步組配來限定自第三平面38至第四平面125的第二光路172(示出為垂直於投影軸170a、170b，但並非必須如此)。
根據實施例，在圖2a中示出了照明光學器件的可能組態。照明光學器件包含針狀光源10，該針狀光源10包含多個單獨的針狀燈10a，每個針狀燈10a適於產生至少入射光束100a、100b。在圖2a的特定實例中，針狀光源10包含在基本上垂直於第一平面30的平面中的針狀燈10a的陣列。然而，針狀光源10的其他配置亦為可能的。
在一個態樣中，照明光學器件包含準直光學元件50，該準直光學元件50係組配來將入射光束100a準直成窄光束。準直光學元件50可以包含透鏡、 反射鏡、全息圖或執行準直的任何其他光學元件中的任何一者或多者。
在一個態樣中，照明光學器件進一步包含照明偏轉元件61，該照明偏轉元件61係組配來沿著第一光路171重新引導入射針狀光100a、100b。照明偏轉元件61可以包含稜鏡、光柵、全息圖或執行重新引導的任何其他光學元件中的任何一者或多者。
在一個態樣中，照明光學器件包含照明光瞳擴展裝置36a，該照明光瞳擴展裝置36a係組配來將入射光束100a、100b自照明光瞳擴展裝置36a的入口擴展至出射光瞳。照明光瞳擴展裝置36a實現投影圖像的增大視場(FOV)。
在一個態樣中，照明光瞳擴展裝置包含光導或照明波導36a，該光導或照明波導36a包括組配來輸入入射的針狀光100a、100b的照明入耦合元件35a。照明波導36a可以進一步包括照明出耦合元件37a，該照明出耦合元件37a係組配來沿著第二光路172輸出入射的針狀光100a、100b。
準直的入射光束100a、100b藉助於與照明入耦合元件35a的相互作用被注入照明波導36a中。後者可以包含繞射光柵、全息圖、傾斜的反射鏡或稜鏡、半反射界面的堆疊或任何其他適合的光學元件。入射光束100a、100b歸因於內反射而傳播，同時它們藉助於與1D或2D折疊光柵的相互作用或藉由擴展入射光束100a、100b的任何其他光學元件在照明波導36a的平面中擴展。照明出耦合元件37a可以包含繞射光柵、全息圖、傾斜的反射鏡或稜鏡陣列、半反射界面的堆疊或係組配來沿著第二光路172輸出入射的針狀光100a、100b的任何其他光學元件。照明出耦合元件37a可以組配來使得入射光束100a、100b離開照明波導36a，這些入射光束100a、100b以均勻分佈的強度相乘且在由注入的入射光束100a、100b的傾斜角給定的定向上準直，定向為第二光路172。
擴展的準直光束依序照射反射或透射SLM 20。在透射SLM的情況下，入射光分量被調變且傳播至投影光學器件。
再次參考圖1a，成像光學器件進一步組配來限定自第二平面124至第一平面30的第三光路173(示出為平行於第一方向上的投影軸170a、170b，但並非必須如此)。成像光學器件進一步組配來限定自第一平面30至第二平面124的第四光路174(示出為平行於投影軸170a、170b，但並非必須如此)。
在實施例中，成像光學器件包含照明及投影光學元件70。後者可以包含稜鏡70，該稜鏡70包括第一光束整形外表面52及第二光束整形外表面53。在反射SLM 20的情況下，諸如圖1a中所示出，由照明出耦合元件37a沿著第二光路172離開照明波導36a的入射光束100a、100b穿過在稜鏡70到達SLM 20之前稜鏡70的第一光束整形外表面52及第二光束整形外表面53。第一光束整形外表面52及第二光束整形外表面53可以組配來將準直的入射光束100a、100b會聚在SLM 20上。
在一個態樣中，稜鏡70可以包括分束器140，該分束器140係組配來在入射的針狀光100a、100b到達SLM 20之前由入射光束100a、100b沿著第二光路172穿過。
(反射)SLM 20調變入射光束100a或100b且將調變光束110a、110b(圖像分量)沿著第二光路172通過第二光束整形表面53反射回至稜鏡70。SLM 20進一步組配來反射具有平面內偏振(s偏振)或高於總內反射角的調變光束110a、110b(在SLM 20包含數位微鏡裝置的情況下)，這是在SLM 20處的調變期間獲得的。
分束器140可以進一步組配來沿著第三光路173反射由SLM 20產生的調變光束110a、110b。稜鏡70進一步包括第三光束整形外表面54及第四光束整形外表面58。由分束器140反射的調變光束110a、110b由第三光束整形外表面54沿著第四光路174反射。
第三光束整形外表面54可以組配來使得調變光束110a、110b的偏 振相對於由SLM20提供的平面內偏振反向。
在一個態樣中，第三光束整形外表面54可以包含四分之一波片56，該四分之一波片56係組配來使得沿著第三光路173的調變光束110a、110b變為p偏振的。
由第三光束整形外表面54反射的調變光束110a、110b穿過第四光束整形外表面58。第四光束整形外表面58可以組配來準直構成調變光束110a、110b的SLM像素光束。
在實施例中，成像光學器件包含光學組合器40，該光學組合器40係組配來接收調變光束110a、110b且將圖像光束112a、112b沿著投影軸170a、170b投影至窺視範圍121a、121b。光學組合器40進一步組配來將來自現實世界190的自然光朝向窺視範圍121a、121b傳輸。
近眼圖像投影系統200註定要由觀看者佩戴以用於虛擬及混合現實應用。圖像投影系統可以組配來使得當其由觀看者佩戴時，窺視範圍區121a、121b及出射光瞳(或視點)120在觀看者的眼睛90內。圖像光束112a、112b朝向觀察者的眼睛90的瞳孔130投影，以使得圖像光束112a、112b投影在視網膜92上。
調變光束可以包含在第一平面30處形成中央窩針狀光圖像31的中央窩調變光束110a及在第一平面30處形成外周針狀光圖像39的外周調變光束110b。
在一個態樣中，成像光學器件進一步包含在第一平面30中的傅立葉濾波器34。傅立葉濾波器34可以包含成像偏轉元件60a(見圖3)，該成像偏轉元件將中央窩調變光束110a反射至包含在光學組合器40中的中央窩組合器41，以使得中央窩組合器41反射調變的中央窩光束110a且將中央窩圖像光束112a投影朝向中央窩窺視範圍121a。中央窩組合器41可以包含透明或至少部分透明的反射表面。反射表面可為凹面及/或橢圓形的或具有適於將中央窩圖像光束112a投 影朝向中央窩窺視範圍121a的任何形狀。
特別而言，圖1a示出了產生單個入射中央窩光束100a及單個中央窩調變光束110a及中央窩圖像光束112a朝向中央窩窺視範圍121a的投影的針狀光源10。單個入射中央窩光束100a由針狀光源10的單個針狀燈(作用針狀燈)10a產生。中央窩圖像光束112a在中央窩窺視範圍121a中的視點120處形成圖像。
圖1b示出了近眼圖像投影系統200，其中單個入射中央窩光束100a由針狀光源10的另一單個針狀燈10a產生。中央窩圖像光束112a在中央窩窺視範圍121a中的另一視點120處形成圖像。
針狀光源10的多個針狀燈10a可以產生多個入射的中央窩光束100a，且照明光學器件及成像光學器件朝向中央窩窺視範圍121a投影多個中央窩調變光束110a及中央窩圖像光束112a。
成像光學器件可以進一步包含成像鏡32，該成像鏡32係組配來將由成像偏轉元件60a反射的中央窩調變光束110a反射至中央窩組合器41。成像鏡32可以置放在SLM 20附近，這樣中央窩調變光束110a由成像偏轉元件60a朝向SLM 20反射且由成像鏡32朝向中央窩組合器41反射回。成像偏轉元件60a可以包含傾斜的反射鏡或稜鏡。成像鏡32在成像鏡32與中央窩組合器41之間的調變器圖像平面115中產生中央窩調變器圖像114a。由於成像偏轉元件60a中的每一者可以以不同角度定向(例如，反射鏡或稜鏡可以以不同的角度傾斜)，中央窩調變器圖像114a可以創建陣列，其中，中央窩調變器圖像114a中的至少一些在調變器圖像平面115中相對於其他中央窩調變器圖像114a在空間上移位。在該情況下，中央窩組合器41將使觀看者自窺視範圍121a看到圖像陣列。
在實施例中，成像鏡32可為可移動的，以便使由成像鏡32自投影軸170a、170b反射的中央窩調變光束110a偏轉。
圖1c圖示了近眼圖像投影系統200，其中來自由針狀光源10產生的 兩個入射中央窩光束100a的兩個中央窩調變光束110a沿著投影軸170a投影，該投影軸170a相對於中心(中性)投影軸170b傾斜。投影軸170a相對於中心投影軸170b的傾斜度為成像鏡32的移動(旋轉)的函數。
在一個態樣中，近眼圖像投影系統200可以包含提供眼動追蹤資訊的眼動追蹤及轉向裝置(未示出)。隨後可以根據眼動追蹤資訊移動(旋轉)成像鏡32。
在一個態樣中，傅立葉濾波器34進一步組配來使外周調變光束110b穿過傅立葉濾波器34且到達圖像注入光學器件150，該圖像注入光學器件150係組配來將外周調變光束110b自第一角度α擴展至大於第一角度α的第二角度β。
傅立葉濾波器34因此可以組配來將中央窩調變光束110a及外周調變光束110b的光路分離。
圖3圖示了根據實施例的外周圖像注入光學器件150。在圖3的組態中，圖像注入光學器件150包括光束整形透射表面151，在該光束整形透射表面151處輸入外周調變光束110b。在圖3中，示出了一個外周調變光束110b。以下論述考慮了一個外周調變光束110b，但亦適用於多個外周調變光束110b。圖像注入光學器件150進一步包括反射表面152、153(反射鏡152及153)及光束整形反射表面154。
輸入的外周調變光束110b以第一角度α通過傅立葉濾波器34中的開口341進入外周圖像注入光學器件150。開口341與外周調變光束110b的外周針狀光圖像39重合。
外周調變光束110b以光束角度α通過開口341輸入外周圖像注入光學器件150中。外周調變光束110b歸因於反射表面152、153及154上的內部反射而在外周圖像注入光學器件150內傳播，同時該外周調變光束110b朝向成像入耦合 元件35擴展至第二角度β。外周圖像注入光學器件150創建SLM 20的外周調變器圖像114b。在該組態中，來自圖像114b的每一像素的外周調變光束110b由光束整形反射表面154準直且由成像入耦合元件35注入。
在圖1a至圖1f中所示出的實施例中，光學組合器40包含中央窩組合器41及外周組合器，該外周組合器包括成像出射光瞳擴展裝置36，該成像出射光瞳擴展裝置36係組配來接收外周調變光束110b且將外周圖像光束112b沿著投影軸170投射在外周窺視範圍區121b內。具有擴展的第二β的準直外周調變光束110b(外周調變光束110b包括來自每一SLM像素的光束，這些像素光束被準直)通過成像入耦合元件35注入成像出射光瞳擴展裝置36。成像出射光瞳擴展裝置可以包含成像波導36。
成像波導36可以包括成像出耦合元件37，該成像出耦合元件37係組配來允許外周圖像光束112b離開成像波導36且沿著投影軸170b投影在外周窺視範圍區121b內。歸因於由成像波導36執行的瞳孔複製，外周窺視範圍區121b通常大於中央窩窺視範圍區121a。
圖1d圖示了近眼圖像投影系統200，其中外周調變光束110b的子集(即一個外周調變光束110b)透射通過傅立葉濾波器34，注入成像波導36中，且外周圖像光束112b沿著投影軸170b投影在外周窺視範圍區121b內。
圖1e圖示了近眼圖像投影系統200，其中(兩個)中央窩調變光束110a的子集在成像鏡32及中央窩組合器41上反射，且中央窩圖像光束112a沿著投影軸170a投影在中央窩窺視範圍區121a內。成像偏轉元件60a可以不同角度反射入射光束110a，以使得其中中央窩調變器圖像元件114a中的至少一些相對於其他中央窩調變器圖像114a聚焦在平面115中的不同位置。
圖1f圖示了圖1e的近眼圖像投影系統200，進一步示出了外周調變光束110b的子集(即一個)注入外周組合器(成像出射光瞳擴展裝置36)中，且對應 外周圖像光束112b沿著投影軸170b投影在外周窺視範圍區121b內。
在圖1c、圖1e及圖1f中，針狀光源10、SLM 20、稜鏡70及照明光瞳擴展裝置36a由框200示意性地表示。
成像出耦合元件37可以包含體積全息圖、繞射光柵鏡陣列或稜鏡堆疊(半透明界面)。出耦合元件37及波導36用作外周組合器，且因此在增強現實應用中需要為部分透明的。其對於虛擬現實應用及視訊直通增強現實應用可為不透明的。中央窩組合器41可以包含大範圍的半透明光學裝置，諸如體積全息圖、菲涅耳類型的反射器或具有半反射內表面的橢圓表面。
近眼圖像投影系統200允許經由光學組合器40沿著投影軸170a、170b分別將中央窩調變光束110a及外周調變光束110b投影至窺視範圍121a及121b作為中央窩圖像光束112a及外周圖像光束112b。
可以預期照明光學器件的其他組態。例如，在圖2b中，照明準直元件50及偏轉元件61包含全息圖。在圖2c中，準直元件50、成像偏轉元件60a及照明入耦合元件35a的功能由繞射元件的單個全息圖執行。
圖4a表示如自中央窩窺視範圍區121a看到的視場的中央窩區。圖像包含窄視場光場部分11及較寬視場外周圖像12。
圖4b表示如自外周窺視範圍區121a看到的主動注視點圖像。在近眼圖像投影系統200包含眼動追蹤及轉向裝置以及可移動成像鏡32的情況下可以獲得主動注視點圖像。窄視場光場部分11可以基於關於觀看者的眼睛凝視的資訊或根據所顯示的內容相對於寬視場圖像12自中心位置移動。
本揭露進一步係關於一種包含圖像投影系統200的可穿戴裝置。
圖5為根據實施例的在每一鏡腿上包含圖像投影系統200的混合現實眼鏡的示意圖示。在眼鏡的右側中，表示針狀光源10、SLM 20、稜鏡70、成像鏡32、傅立葉濾波器34、照明光瞳擴展裝置36a及照明出耦合元件。未示出右 鏡腿。中央窩組合器包含透鏡41(玻璃透鏡)。形成外周組合器的成像出射光瞳擴展裝置36及成像出耦合元件37嵌入在透鏡41中。在眼鏡的左側上，圖像投影系統200整合至鏡腿中。
圖6為使用者所佩戴的圖5的混合現實眼鏡的俯視圖。圖像投影系統200可以僅包括在混合現實眼鏡的一側上，其中光學組合器40包含在眼鏡的透鏡41中的至少一者中(如上文所描述)。圖像投影系統200可以包括在鉸鏈或鏡腿的另一部分中。
10:針狀光源
20:空間光調變器(SLM)
30:第一平面
31:針狀光圖像
34:傅立葉濾波器
32:成像鏡
35:成像入耦合元件
36:成像出射光瞳擴展裝置；成像波導
36a:照明光瞳擴展裝置；照明波導
37:成像出耦合元件
37a:照明出耦合元件
40:光學組合器
41:中央窩組合器；透鏡
70:照明及投影光學元件；稜鏡
150:圖像注入光學器件
200:近眼圖像投影系統；表示針狀光源10、SLM 20、稜鏡70及照明光瞳擴展裝置36a的框

Claims (26)

  1. 一種近眼圖像投影系統，其包含：一針狀光源，其產生多個入射光束；一空間光調變器，其係組配來調變該等多個入射光束且產生多個調變光束以便在一第一平面處形成多個針狀光圖像；照明光學器件，其係組配來將來自該針狀光源的該等入射光束遞送至該空間光調變器；及成像光學器件，其係組配來將來自該空間光調變器的該些調變光束沿著一投影軸依序遞送至在基本上平行於該第一平面的一第二平面中的一窺視範圍區；其中該照明光學器件處於一第三平面中且該投影軸處於一第四平面中，該第三平面及該第四平面基本上垂直於該第一平面；該照明光學器件限定自該第一平面至該第二平面的一第一光路及自該第三平面至該第四平面的一第二光路；及該成像光學器件限定自該第二平面至該第一平面的一第三光路及自該第一平面至該第二平面的一第四光路；其中該成像光學器件包含一光學組合器，用以自該等調變光束投影多個圖像光束且將來自現實世界的自然光朝向該窺視範圍區傳輸。
  2. 如請求項1所述之投影系統，其中該照明光學器件包含一照明光瞳擴展裝置，該照明光瞳擴展裝置係組配來將該等入射光束自該照明光瞳擴展裝置的一入口擴展至一出射光瞳。
  3. 如請求項2所述之投影系統，其中該照明光瞳擴展裝置包含一照明波導，該照明波導包括組配來輸入該 等入射光束的一照明入耦合元件。
  4. 如請求項3所述之投影系統，其中該照明波導包含：組配來沿著該第一光路重新引導該等入射光束的一照明偏轉元件，及組配來沿著該第二光路輸出該等入射光束的一照明出耦合元件。
  5. 如請求項3或4所述之投影系統，其中該照明波導進一步包含組配來準直該等多個入射光束的準直元件。
  6. 如請求項3所述之投影系統，其中該照明波導包含組配來與該等多個入射光束相互作用的多個1D或2D折疊光柵。
  7. 如請求項1所述之投影系統，其中該空間光調變器為反射性的。
  8. 如請求項1所述之投影系統，其中該成像光學器件包含一稜鏡，該稜鏡包括：配置成由該等入射光束沿著該第二光路穿過的一第一光束整形外表面及一第二光束整形外表面。
  9. 如請求項8所述之投影系統，其中該稜鏡進一步包括：由該等多個入射光束沿著該第三光路穿過的一第三光束整形外表面及一第四光束整形外表面。
  10. 如請求項9所述之投影系統，其中該稜鏡進一步包括：組配來由該等入射光束沿著該第二光路穿過且在該第三光束整形外表面上反射該等調變光束的一分束器。
  11. 如請求項10所述之投影系統，其中該第三光束整形外表面係組配來沿著該第三光路反射該等調變光束。
  12. 如請求項10或11所述之投影系統， 其中該空間光調變器係組配來使得該等調變光束為平面內偏振的。
  13. 如請求項12所述之投影系統，其中該第三光束整形外表面係組配來使得該等調變光束的偏振相對於由該空間光調變器提供的偏振是反向的；及其中該第三光束整形外表面包含一四分之一波片，該四分之一波片係組配來使得沿著該第三光路的該等調變光束為p偏振的。
  14. 如請求項9所述之投影系統，其中該等第四光束整形外表面係組配來準直該等調變光束。
  15. 如請求項1所述之投影系統，其中該等調變光束包含：在該第一平面處形成多個中央窩針狀光圖像的多個中央窩調變光束，及在該第一平面處形成多個外周針狀光圖像的多個外周調變光束。
  16. 如請求項15所述之投影系統，其中該光學組合器包含一中央窩組合器，該中央窩組合器係組配來反射該等中央窩調變光束且將多個中央窩圖像光束投影朝向一中央窩窺視範圍。
  17. 如請求項1至16中任一項所述之投影系統，其中該成像光學器件包含在該第一平面中的一傅立葉濾波器。
  18. 如請求項1所述之投影系統，其中該等調變光束包含：在該第一平面處形成多個中央窩針狀光圖像的多個中央窩調變光束，及在該第一平面處形成多個外周針狀光圖像的多個外周調變光束；其中該光學組合器包含一中央窩組合器，該中央窩組合器係組配來反射該等中央窩調變光束且將多個中央窩圖像光束投影朝向一中央窩窺視範圍；其中該成像光學器件包含在該第一平面中的一傅立葉濾波器；及 其中該傅立葉濾波器包含在該第一平面中的多個成像偏轉元件，該等成像偏轉元件將該等中央窩調變光束反射至該中央窩組合器。
  19. 如請求項18所述之投影系統，其中該成像光學器件包含一成像鏡，該成像鏡係組配來將由該等成像偏轉元件反射的該等中央窩調變光束反射至該中央窩組合器。
  20. 如請求項19所述之投影系統，其中該成像鏡為可移動的，以便使由該成像鏡反射的該等中央窩調變光束自該投影軸偏轉。
  21. 如請求項20所述之投影系統，其包含提供眼動追蹤資訊的一眼動追蹤及轉向裝置；及其中該成像鏡可根據眼動追蹤資訊來移動。
  22. 如請求項1所述之投影系統，其中該等調變光束包含：在該第一平面處形成多個中央窩針狀光圖像的多個中央窩調變光束，及在該第一平面處形成多個外周針狀光圖像的多個外周調變光束；其中該成像光學器件包含在該第一平面中的一傅立葉濾波器；及其中該傅立葉濾波器係組配來使得該等外周調變光束可以進入一注入光學器件，該注入光學器件係組配來將該等外周調變光束自一第一角度擴展至比該第一角度大的一第二角度。
  23. 如請求項22所述之投影系統，其中該成像光學器件包含一成像出射光瞳擴展裝置，該成像出射光瞳擴展裝置係組配來接收該等外周調變光束且在外周窺視範圍區內沿著該投影軸投影多個外周圖像光束。
  24. 如請求項23所述之投影系統，其中該成像出射光瞳擴展裝置包含一成像波導，該成像波導包括：一成像入 耦合元件，該成像入耦合元件係組配來將該等外周調變光束輸入該成像波導中；及一成像出耦合元件，係組配來在該外周窺視範圍區內沿著該投影軸投影該等外周圖像光束。
  25. 一種可穿戴裝置，包含如請求項1至24中任一項所述之投影系統。
  26. 如請求項25所述之可穿戴裝置，其包含多個混合現實眼鏡，其中該光學組合器被包含在眼鏡的鏡片中的至少一個中，該照明光學器件及該成像光學器件則被包含在鉸鏈或鏡腿的另一部分中。
TW110125673A 2020-08-20 2021-07-13 近眼圖像投影系統及包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置 TWI785677B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2020/057836 WO2022038400A1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Near-eye image projection system and wearable device comprising said near-eye image projection system
WOPCT/IB2020/057836 2020-08-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202208932A TW202208932A (zh) 2022-03-01
TWI785677B true TWI785677B (zh) 2022-12-01

Family

ID=72291075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110125673A TWI785677B (zh) 2020-08-20 2021-07-13 近眼圖像投影系統及包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230280586A1 (zh)
EP (1) EP4200660A1 (zh)
JP (1) JP2023537911A (zh)
KR (1) KR20230053605A (zh)
CN (1) CN115956218A (zh)
TW (1) TWI785677B (zh)
WO (1) WO2022038400A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11500460B2 (en) 2018-10-22 2022-11-15 Evolution Optiks Limited Light field device, optical aberration compensation or simulation rendering
US11966507B2 (en) 2018-10-22 2024-04-23 Evolution Optiks Limited Light field vision testing device, adjusted pixel rendering method therefor, and vision testing system and method using same
US11823598B2 (en) 2019-11-01 2023-11-21 Evolution Optiks Limited Light field device, variable perception pixel rendering method therefor, and variable perception system and method using same
WO2024035110A1 (ko) * 2022-08-09 2024-02-15 엘지이노텍 주식회사 프로젝트 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스
WO2024121609A1 (en) * 2022-12-09 2024-06-13 Creal Sa Near-eye light-field projection system having active foveation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201713999A (zh) * 2015-06-15 2017-04-16 Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ股份有限公司 具有光學元件耦合多重光流的顯示系統
TW201932922A (zh) * 2017-12-10 2019-08-16 以色列商魯姆斯有限公司 圖像投影儀
US20200183152A1 (en) * 2018-12-10 2020-06-11 Daqri, Llc Optical hyperfocal reflective systems and methods, and augmented reality and/or virtual reality displays incorporating same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018057660A2 (en) 2016-09-20 2018-03-29 Apple Inc. Augmented reality system
WO2018091984A1 (en) 2016-11-15 2018-05-24 Creal3D Sa Near-eye sequential light-field projector with correct monocular depth cues
JP2020515895A (ja) * 2017-03-27 2020-05-28 エイヴギャント コーポレイション 操作可能な中心窩ディスプレイ
TWI827663B (zh) * 2018-09-06 2024-01-01 以色列商魯姆斯有限公司 具有雷射二極體照明的近眼顯示器
US20210382307A1 (en) 2019-01-31 2021-12-09 Creal Sa Light-field mixed reality system with correct monocular depth cues to a viewer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201713999A (zh) * 2015-06-15 2017-04-16 Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ股份有限公司 具有光學元件耦合多重光流的顯示系統
TW201932922A (zh) * 2017-12-10 2019-08-16 以色列商魯姆斯有限公司 圖像投影儀
US20200183152A1 (en) * 2018-12-10 2020-06-11 Daqri, Llc Optical hyperfocal reflective systems and methods, and augmented reality and/or virtual reality displays incorporating same

Also Published As

Publication number Publication date
EP4200660A1 (en) 2023-06-28
WO2022038400A1 (en) 2022-02-24
US20230280586A1 (en) 2023-09-07
CN115956218A (zh) 2023-04-11
TW202208932A (zh) 2022-03-01
JP2023537911A (ja) 2023-09-06
KR20230053605A (ko) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI785677B (zh) 近眼圖像投影系統及包含該近眼圖像投影系統之可穿戴裝置
CN108700751B (zh) 使用空间光调制器生成全息图像的头戴式显示器
CN113467093B (zh) 包括厚介质的虚拟现实、增强现实和混合现实***及相关方法
JP6720315B2 (ja) 反射型転換アレイを有する結像光ガイド
CN113383260B (zh) 具有对于观看者的正确单目深度提示的光场混合现实***
US20200183079A1 (en) Display device comprising a light guide
TWI788821B (zh) 具有注視點投影與擴展眼箱區域之近眼影像投影系統
US11022799B2 (en) Projector-combiner display with beam replication
EP3792681B1 (en) Multi-image display apparatus using holographic projection
US20230418052A1 (en) Optical system including selective illumination
JP2023502879A (ja) 中心窩投影を備えるライトフィールド仮想及び複合現実システム
TW202235965A (zh) 高解析度光場投影機
US11442277B2 (en) Multi-image display apparatus
JP7053622B2 (ja) シースルーディスプレイシステム
JPWO2021209785A5 (zh)
CN116165803B (zh) 一种波导显示***
CN112612138B (zh) 一种波导显示***
KR102678957B1 (ko) 광 가이드를 포함하는 디스플레이 장치
CN116529698A (zh) 包括选择性照明的光学***
CN118302710A (zh) 角度复用的衍射组合器