的兩條邊界光線113和114。更具體而言，邊界光線113直接入射在部分110上，而邊界光線114通過(guò)從部分112和底表面111的兩個(gè)反射而入射在部分109上。因而，部分112和底表面111被用來(lái)提供光線114進(jìn)一步在第二部分104中的傳播。這里，還應(yīng)該注意的是，在該示例中，底表面111被配置來(lái)僅輸出以小于全內(nèi)反射的角度入射在其上的那些光線。以此方式，可以放大光學(xué)裝置102的出瞳106，如位置115所示。
[0047]圖2示出了光學(xué)器件100的工作原理。首先，顯示器發(fā)射組成圖像201的光線。圖像201可以包括任何一個(gè)或更多對(duì)像，諸如圖形對(duì)像、文字或它們的組合。在本實(shí)施方式中，圖像201包括圖形對(duì)像，諸如汽車(chē)。然后，通過(guò)光學(xué)裝置102準(zhǔn)直的光線穿過(guò)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第一部分103、中間部分105和第二部分104，朝向觀看者的眼睛202從光導(dǎo)結(jié)構(gòu)輸出。同時(shí)，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第二部分104被進(jìn)一步配置來(lái)使從真實(shí)對(duì)象入射的環(huán)境光透過(guò)。然后，環(huán)境光與來(lái)自顯示器101的光線一起被朝向觀看者的眼睛202輸出。因而，虛像201和背景圖像203的組合被提供在觀看者的眼睛202的視網(wǎng)膜上。換言之，觀看者能看到由虛像201和背景圖像203組成的合成圖像204。
[0048]另外，補(bǔ)償部分205可用于提供背景圖像203。補(bǔ)償部分205的結(jié)構(gòu)與第二部分104的結(jié)構(gòu)相同，因此補(bǔ)償部分205與光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第二部分104相連(adjoin)而在其間沒(méi)有任何間隙。來(lái)自真實(shí)對(duì)象的環(huán)境光206通過(guò)在補(bǔ)償部分205的頂部的表面207并且進(jìn)一步通過(guò)部分109、110、112和表面111到達(dá)觀看者的眼睛202。因而，觀看者可以看到合成圖像 204。
[0049]上述光導(dǎo)結(jié)構(gòu)能在沒(méi)有補(bǔ)償部分205的情況下被使用。圖3顯示了其中部分109和110涂有反射鏡膜的第二部分104的側(cè)視圖。入射在部分109、110、112上的邊界光線113、114被朝向觀看者的眼睛反射，由此提供虛像201。通過(guò)部分112的環(huán)境光206提供背景圖像203。
[0050]還應(yīng)該注意的是，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第二部分104在圖3中被顯示為其頂表面具有相對(duì)于底表面111傾斜的三個(gè)均等部分以及平行于底表面111的兩個(gè)均等部分。然而，本發(fā)明不限于此或者光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的被前面描述(圖1-2)的結(jié)構(gòu)。例如，取決于具體應(yīng)用，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的第二部分104的頂表面可以包括相對(duì)于底表面111傾斜的多個(gè)部分以及平行于底表面111的多個(gè)部分。此外，第二部分104的頂表面的該兩種類(lèi)型的部分可以具有不同的長(zhǎng)度，由此形成不同的臺(tái)階，如在圖4中被示例性地顯示的。此外，每個(gè)部分109、110、112可以以任意方式(見(jiàn)圖5)彎曲以改善圖像品質(zhì)和亮度均勻性，和/或也可以被涂有半透明的涂層以改善均勻性。如果需要，部分109、110、112的相接位置601也可以是流暢的或圓化的(見(jiàn)圖
6) ο
[0051]在一個(gè)其它實(shí)施方式中，光學(xué)涂層可用來(lái)提供第二部分104的表面的指定透射率和反射率性能，用于從顯示器101同時(shí)觀看背景和虛像。在該情形下，光學(xué)涂層可以是偏振涂層。這樣的偏振涂層的示例在圖7中被示意性地顯示。通過(guò)顯示器101發(fā)射且通過(guò)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中間部分105傳播的S偏振光線被第二部分104捕獲。第二部分104的部分109和110用可以反射s偏振光且透射P-偏振光的偏振涂層覆蓋。因此被捕獲的射線701經(jīng)由該涂層從部分109、110反射并且經(jīng)由全內(nèi)反射從表面111反射。來(lái)自真實(shí)對(duì)象的環(huán)境光206的射線是非偏振的。環(huán)境光206的通過(guò)部分112的射線保持非偏振。然而，環(huán)境光206的通過(guò)部分109、110的射線變成P-偏振(702)。涂層的廉價(jià)是所提出的器件相對(duì)于其中涂層的反射率和透射率性能取決于入射角的其它基于半透明反射鏡的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明顯的是，本發(fā)明不限于這些偏振涂層，而是取決于應(yīng)用可以包括其它類(lèi)型的偏振涂層。例如，代替圖7中顯示的情形，偏振涂層可以被配置來(lái)反射P-偏振光并透射S-偏振光。
[0052]在一些實(shí)施方式中，中間部分105的表面107和108可以相對(duì)于第二部分104的底表面111傾斜，如圖1-2所示。在其它實(shí)施方式中，第二部分104和中間部分105的至少底表面可以彼此對(duì)準(zhǔn)，如圖3-7所示。圖8示出了其中第一部分103、第二部分104和中間部分105完全地彼此對(duì)準(zhǔn)的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的整體側(cè)視圖。
[0053]在其它實(shí)施方式中，中間部分105的表面107和108可以以任何方式彎曲，如圖9所示。
[0054]圖1Oa示出了其中使用LCoS技術(shù)的器件100的3D視圖。如圖所示，器件100還包括照明系統(tǒng)901和分束立方體(beam-splitting cube)9020此外，棱鏡903還附接到第一部分103以提供通過(guò)全內(nèi)反射穿過(guò)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光線的傳播。具有這樣的結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的總尺寸是53X15.4X3.5mm(見(jiàn)圖10b，其中所有的尺寸以mm給出)。具體地，第二部分104具有10個(gè)傾斜部分。傾斜部分109、110的高度是0.35mm，其長(zhǎng)度是0.75mm。表面111和部分112彼此平行。部分112的長(zhǎng)度是0.5_。用于圖1Ob中的實(shí)施方式的光學(xué)裝置具有以下參數(shù):視場(chǎng)26°、出瞳13mm、沿著光軸的長(zhǎng)度35mm、光圈數(shù)F/1.5。
[0055]圖1la顯示了示例性成像系統(tǒng)300。如圖1la所示，系統(tǒng)300被制造成具有眼鏡腿301的眼鏡的形式。然而，本發(fā)明不限于系統(tǒng)300的這樣的結(jié)構(gòu)。例如，系統(tǒng)300也可以被制成面罩的形式。右眼鏡腿301的結(jié)構(gòu)在圖1lb中顯示。左眼鏡腿301具有相同的結(jié)構(gòu)。通常，系統(tǒng)300包括兩個(gè)光學(xué)器件100，每個(gè)被包括在相應(yīng)的一個(gè)眼鏡腿301中。微顯示器101和光學(xué)裝置102被組合在光學(xué)模塊302內(nèi)。在該情形下，優(yōu)選地是以微顯示器的形式實(shí)現(xiàn)顯示器101從而提供更好地緊湊性。器件100的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)被布置為使得第一部分103面向光學(xué)模塊302并且第二部分104面向使用者的眼睛(未示出)。右眼鏡腿301還包括以下構(gòu)成元件:集成處理器303、無(wú)線電接口 304、光學(xué)接口 305和聲學(xué)接口 306。集成處理器303處理圖像用于向使用者顯示。無(wú)線電接口 304經(jīng)由無(wú)線電波接收和/或發(fā)射交互內(nèi)容。光學(xué)接口 305俘獲圖像并且將其發(fā)送到處理器303。例如，光學(xué)接口 305可以被實(shí)現(xiàn)為照相機(jī)、攝像放像機(jī)或聚光透鏡。聲學(xué)接口 306經(jīng)由聲波接收和/或發(fā)射交互內(nèi)容。例如，聲學(xué)接口 306可以被實(shí)現(xiàn)為話筒、動(dòng)力或骨導(dǎo)傳感器。
[0056]雖然此處公開(kāi)了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是應(yīng)該注意的是，在本發(fā)明的實(shí)施方式中可以進(jìn)行各種不同的變化和變形，而不脫離由權(quán)利要求限定的法律保護(hù)范圍。在權(quán)利要求中，如果沒(méi)有明確地另外陳述，單數(shù)形式的元件的敘述并不排除多個(gè)這樣的元件的存在。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括: 第一部分，被設(shè)置為接收通過(guò)外部顯示器發(fā)射的光線； 第二部分，被設(shè)置為向面對(duì)觀看者的第二表面提供來(lái)自所述第一部分的光線以及環(huán)境光， 其中所述第二部分具有用于反射光線的多個(gè)第一表面和所述環(huán)境光垂直地進(jìn)入且透過(guò)的至少一個(gè)第二表面， 中間部分，被設(shè)置為連接在所述第一部分和所述第二部分之間并且反射來(lái)自所述第一部分的光線以將所述光線傳送到所述第二部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述第二部分使入射在所述第一表面上的環(huán)境光透過(guò)自身并使該環(huán)境光與所輸出的光線一起朝向觀看者提供。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述第二部分的所述第一表面的所有區(qū)域以及所述第二表面是平坦的。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述第二部分的所述第一表面的所有區(qū)域是彎曲的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述第二部分的所述頂表面的不同區(qū)域的連接位置被圓化。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述第一部分、所述第二部分和所述中間部分被實(shí)現(xiàn)為整體式結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中相對(duì)于所述第二部分的第二表面傾斜的所述區(qū)域的每個(gè)被反射鏡涂層涂覆。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，還包括補(bǔ)償部分，其中所述補(bǔ)償部分的結(jié)構(gòu)與所述第二部分的結(jié)構(gòu)一致，使得所述補(bǔ)償部分與所述第二部分相連而在其間沒(méi)有間隙。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述中間部分的頂和底表面相對(duì)于所述第二部分的第二表面傾斜。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述中間部分的所述頂表面和底表面是彎曲的。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述第一部分具有凸起結(jié)構(gòu)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中所述凸起結(jié)構(gòu)是楔形結(jié)構(gòu)。13.一種光學(xué)器件，包括: 顯示器，配置為發(fā)射光線； 光學(xué)裝置，被配置來(lái)沿著其光軸引導(dǎo)所述光線；以及 根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任一個(gè)所述的至少一個(gè)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)； 其中所述至少一個(gè)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)布置在所述光學(xué)裝置的所述光軸上使得來(lái)自所述顯示器的光線入射在所述第一部分上。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件，其中所述顯示器被制為微顯示器。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件，其中所述光學(xué)裝置包括目鏡或準(zhǔn)直透鏡。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于在背景圖像中顯示一個(gè)或多個(gè)虛擬對(duì)象的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)、利用一個(gè)或多個(gè)這樣的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件、以及被提供有一個(gè)或多個(gè)這樣的光學(xué)器件的成像系統(tǒng)。該光導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括第一部分、第二部分和中間部分，其中第一部分和第二部分通過(guò)該中間部分而聯(lián)接到彼此。第一部分被配置來(lái)接收通過(guò)外部顯示器發(fā)射的光線，并且由于全內(nèi)反射，提供光線透過(guò)中間部分到第二部分的傳播。第二部分被制為具有頂表面和底表面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)。頂表面具有相對(duì)于底表面傾斜的至少兩個(gè)部分以及設(shè)置在所述至少兩個(gè)傾斜部分之間且基本上平行于底表面的至少一個(gè)部分。臺(tái)階結(jié)構(gòu)被配置為向外輸出從頂表面的傾斜部分反射的光線。
【IPC分類(lèi)】G02B27/01, G02B6/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105259605
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510404303
【發(fā)明人】D.E.皮斯庫(kù)諾夫, N.V.穆拉維夫, M.V.波波夫, N.V.扎卡羅瓦
【申請(qǐng)人】三星電子株式會(huì)社
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日
【公告號(hào)】WO2016006758A1