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定向照明波導布置方式的製作方法

2023-05-29 13:10:41 5

定向照明波導布置方式的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種光引導閥設備,其包括光學閥、二維光源陣列和聚焦光學器件,以用於從局部光源提供大面積準直照明。階梯式波導可為階梯式結構,其中所述階梯可為光學隱藏至引導光的提取結構特徵,從而在第一前向方向上傳播。在第二後向方向上傳播的返回光可通過所述結構特徵折射、衍射或反射以提供從所述波導的頂表面離開的離散照明光束。可產生二維觀察窗陣列。此類受控照明可提供具有較寬觀察自由度和低串擾的高效多用戶自動立體顯示器,以及基本上透明的近眼顯示器。
【專利說明】定向照明波導布置方式

【技術領域】
[0001] 本發明整體涉及光調製裝置的照明,並且更具體地講,涉及用於從局部光源提供 大面積照明的光導,以便在2D、3D和/或自動立體顯示裝置中使用。

【背景技術】
[0002] 空間多路復用自動立體顯示器通常使視差組件諸如雙凸透鏡狀屏幕或視差屏障 與圖像陣列對準,所述圖像陣列被布置成空間光調製器例如IXD上的至少第一組像素和第 二組像素。視差組件將來自所述組像素中每組的光導向至相應不同的方向以在顯示器前面 提供第一觀察窗和第二觀察窗。眼睛置於第一觀察窗的觀察者用來自第一組像素的光可看 到第一圖像;而眼睛置於第二觀察窗的觀察者用來自第二組像素的光可看到第二圖像。
[0003] 與空間光調製器的原始解析度相比,此類顯示器具有降低的空間解析度,並且另 夕卜,觀察窗的結構由像素孔形狀和視差組件成像功能決定。像素之間的間隙(例如對於電 極而言)通常產生不均勻的觀察窗。不期望的是,當觀察者相對於顯示器橫向移動時,此類 顯示器呈現圖像閃爍,因此限制了顯示器的觀察自由度。此類閃爍可通過使光學元件散焦 而減少;然而,此類散焦會導致增加的圖像串擾水平並且增加觀察者的視覺疲勞。此類閃爍 可通過調整像素孔的形狀而減少,然而,此類改變可降低顯示器亮度並且可包括對空間光 調製器中的電子設備進行尋址。


【發明內容】

[0004] 根據本發明的方面,提供了定向照明波導布置方式,包括:波導,該波導包括輸入 端以及用於沿波導引導光的相對的第一引導表面和第二引導表面。第一引導表面可被布置 為通過全內反射來引導光。第二引導表面可具有包括多個小平面的階梯式形狀,其跨波導 在橫向方向上延伸並被取向為使輸入光從輸入端反射穿過第一引導表面作為輸出光。第二 引導表面還可具有小平面之間的中間區域,其被布置為將光導向穿過波導而不提取光。波 導布置方式還可包括照明系統,該照明系統可選擇性地操作以提供輸入光,該輸入光(a) 從分布在橫向方向上的不同橫向位置導向,並且(b)在垂直於橫向方向分布的不同輸入方 向上導向。穿過第一引導表面輸出的輸入光可在輸出方向上導向,所述輸出方向(a)根據 所述輸入光的橫向位置在橫向方向上相對於第一引導表面的法線而分布。穿過第一引導表 面輸出的輸入光可在輸出方向上導向,所述輸出方向(a)根據輸入光的輸入位置相對於垂 直方向上的第一引導表面的法線而分布。
[0005] 本發明實施例可有利地實現照明,所述照明可從跨波導區域的點在第一角正交方 向和第二角正交方向上調製。
[0006] 在一種使用中,此類定向照明可實現被布置用於遠場觀察的定向顯示裝置中的觀 察窗的二維陣列。在這種情況下,波導可形成定向顯示裝置的一部分,該顯示裝置還包括透 射空間光調製器,所述透射空間光調製器跨波導的第一引導表面延伸並且被布置為調製從 波導的第一引導表面輸出的光。此類定向顯不器可用於自動立體3D顯不器、防窺顯不器和 高效率顯示模式。此類顯示器可被布置為在橫向和縱向模式中操作,並且用於兩者之間的 取向,因此非常適合於移動顯示平臺。另外,此類顯示器可實現用於觀察者的水平和堅直運 動的觀察者跟蹤功能。根據另一個方面,顯示設備可包括定向顯示裝置和控制系統,所述控 制系統被布置為選擇性地操作照明系統以將光導向進入對應於所述輸出方向的觀察窗中。 顯示設備可為自動立體顯示設備,其中控制系統被進一步布置為控制顯示裝置以顯示時間 上多路復用的左圖像和右圖像,並且同步地將顯示的圖像導向進入在對應於觀察者的左眼 和右眼的位置的觀察窗中。控制系統還可包括傳感器系統,其被布置為檢測在顯示裝置對 面的觀察者的位置,並且控制系統可被布置為根據被檢測到觀察者的位置將顯示的圖像導 向進入在對應於觀察者的左眼和右眼的位置的觀察窗中。
[0007] 在進一步的使用中,此類定向照明可用於顯示準直圖像,從而實現近眼顯示設備。 在這種情況下,可操作照明系統以根據要顯示的圖像提供輸入光,該輸入光(a)從不同橫 向位置導向,並且(b)在不同輸入方向上導向,使得輸出光將所述圖像表示為準直圖像。例 如,在近眼顯示設備中,可根據表示圖像的圖像數據通過控制系統來操作照明系統。因此, 輸出光可將圖像表示為準直圖像。當二維角度調製輸出置於觀察者角膜附近時,可通過觀 察者的眼睛將其成像為視網膜圖像。波導可對外部光具有高透射性,但可提供明亮圖像。可 通過單個觀察者來照明一隻或兩隻眼睛,並且可提供較大輸出光瞳尺寸,以便於相對於眼 睛的輸入瞳孔放置波導。
[0008] 為了允許用作近場顯示器,此類波導布置方式可便利地結合到適於戴在用戶頭上 的頭戴式設備中,其中波導被布置為當佩戴頭戴式設備時,跨用戶的至少一隻眼睛延伸。該 設備還可布置有通信系統以能夠提供圖像數據。
[0009] 根據本發明的另一個方面,定向照明設備可包括用於導向光的成像定向背光源, 其可包括波導和位於第一光引導表面和第二光引導表面之間的輸入光學器件,所述輸入光 學器件可操作以將來自照明元件陣列的每個元件的光導向進入成像定向背光源內的相應 不同定向分布中。波導可包括第一光引導表面以及與第一光引導表面相對的第二光引導表 面。
[0010] 顯示器背光源一般採用波導和邊緣發射源。某些成像定向背光源具有將照明導向 穿過顯示面板進入觀察窗的另外功能。成像系統可在多個光源與相應的窗圖像之間形成。 成像定向背光源的一個例子是可採用摺疊光學系統的光學閥,因此也可以是摺疊成像定向 背光源的例子。光可在基本上無損耗的情況下在一個方向上傳播穿過光學閥,同時反向傳 播光可通過反射離開傾斜小平面而被提取,如專利申請No. 13/300, 293中所述,該專利申 請全文以引用方式併入本文。
[0011] 本發明實施例從顯示設備實現二維窗陣列,該顯示設備包括成像定向背光源,並 且具體地講,包括具有另外的輸入聚焦光學器件的階梯式波導成像定向背光源。此類二維 窗陣列有利地可實現增強的功能,包括堅直環顧、頭部傾斜跟蹤、橫向縱向操作以及增加數 目的獨立跟蹤觀察者,並且因此特別適用於大面積顯示。另外,本發明實施例可有效地限制 在可用於實現更緊湊顯示結構的階梯式波導內傳播的角度範圍。
[0012] 本文的實施例可提供具有大面積和薄型結構的自動立體顯示器。另外,如將描述 的,本發明的光學閥可實現具有較大後工作距離的薄型光學組件。此類組件可用於定向背 光源,以提供包括自動立體顯示器的定向顯示器。另外,實施例可提供受控照明器以便得到 高效的自動立體顯示器。
[0013] 本發明的實施例可用於多種光學系統中。實施例可包括或利用各種投影儀、投影 系統、光學組件、顯示器、微型顯示器、計算機系統、處理器、獨立成套的投影儀系統、視覺和 /或視聽系統以及電和/或光學裝置。實際上,本發明的方面可以跟與光學和電氣裝置、光 學系統、演示系統有關的任何設備,或者可包括任何類型的光學系統的任何設備一起使用。 因此,本發明的實施例可用於光學系統、視覺和/或光學呈現中使用的裝置、視覺外圍設備 等,並且可用於多種計算環境。
[0014] 詳細進行所公開的實施例之前,應當理解,本發明並不將其應用或形成限於所示 的具體布置方式的細節,因為本發明能夠採用其他實施例。此外,可以不同的組合和布置方 式來闡述本發明的各個方面,以限定實施例在其本身權利內的獨特性。另外,本文使用的術 語是為了說明的目的,而非限制。
[0015] 定向背光源通常通過調製布置在光學波導的輸入孔側的獨立LED光源,來提供對 從基本上整個輸出表面發出的照明的控制。控制發射光定向分布可實現安全功能的單人觀 察,其中顯示器可僅被單個觀察者從有限角度範圍看到;可實現高電效率,其中僅在小角度 定向分布內提供照明;可實現對時序立體顯示器和自動立體顯示器的左右眼交替觀察;以 及可實現低成本。
[0016] 本領域的普通技術人員在閱讀本公開內容全文後,本發明的這些和其他優點及特 徵將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 實施例通過舉例的方式在附圖中示出,其中類似的附圖標號表示類似的部件,並 且其中:
[0018] 圖IA是根據本發明的示意圖,其示出了定向顯示裝置的一個實施例中的光傳播 的正視圖;
[0019] 圖IB是根據本發明的示意圖,其示出了圖IA的定向顯示裝置的一個實施例中的 光傳播的側視圖;
[0020] 圖2A是根據本發明的示意圖,其以定向顯示裝置的另一個實施例中的光傳播的 頂視圖示出;
[0021] 圖2B是根據本發明的示意圖,其以圖2A的定向顯示裝置的正視圖示出了光傳 播;
[0022] 圖2C是根據本發明的示意圖,其以圖2A的定向顯示裝置的側視圖示出了光傳 播;
[0023] 圖3是根據本發明的示意圖,其以定向顯示裝置的側視圖示出;
[0024] 圖4A是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了定向顯示裝置中並且包括彎曲 光提取結構特徵的觀察窗的生成;
[0025] 圖4B是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了定向顯示裝置中並且包括彎曲 光提取結構特徵的第一觀察窗和第二觀察窗的生成;
[0026] 圖5是根據本發明的示意圖,其示出了包括線性光提取結構特徵的定向顯示裝置 中的第一觀察窗的生成;
[0027] 圖6A是根據本發明的示意圖,其示出了在第一時隙中時間多路復用成像定向顯 示裝置中的第一觀察窗的生成的一個實施例;
[0028] 圖6B是根據本發明的示意圖,其示出了在第二時隙中時間多路復用定向顯示裝 置中的第二觀察窗的生成的另一個實施例;
[0029] 圖6C是根據本發明的示意圖,其示出了在時間多路復用定向顯示裝置中的第一 觀察窗和第二觀察窗的生成的另一個實施例;
[0030] 圖7是根據本發明的示意圖,其示出了觀察者跟蹤自動立體顯示裝置;
[0031] 圖8是根據本發明的示意圖,其示出了多觀察者定向顯示裝置;
[0032] 圖9是根據本發明的示意圖,其示出了防窺定向顯示裝置;
[0033] 圖10是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了時間多路復用定向顯示裝置的 結構;
[0034] 圖11是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光從照明元件傳播到定向照明 波導布置方式內;
[0035] 圖12是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光從定向照明波導布置方式傳 播到觀察窗;
[0036] 圖13是根據本發明的示意圖,其示出了二維觀察窗陣列;
[0037] 圖14A是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光通過聚焦光學元件從照明元 件傳播到定向照明波導布置方式的階梯式波導內;
[0038] 圖14B是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光從定向照明波導布置方式的 聚焦階梯式波導中的單個照明元件傳播到觀察窗;
[0039] 圖14C是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了照明元件,該照明元件與定向 照明波導布置方式的階梯式波導和聚焦光學元件對準;
[0040] 圖15A是根據本發明的示意圖,其示出了通過另一個聚焦光學元件形成定向照明 波導布置方式中的一列觀察窗;
[0041] 圖15B是根據本發明的示意圖,其示出了通過另一個聚焦光學元件形成定向照明 波導布置方式中的一列觀察窗;
[0042] 圖16是根據本發明的示意圖,其示出了照明元件陣列;
[0043] 圖17是根據本發明的示意圖,其示出了觀察窗陣列;
[0044] 圖18是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導和另一個聚焦 光學元件的定向照明波導布置方式;
[0045] 圖19是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導和另一個聚焦 光學元件的定向照明波導布置方式;
[0046] 圖20是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導設備和另一個 聚焦光學元件的定向照明波導布置方式;
[0047] 圖21是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導設備和另一個 聚焦光學元件的定向照明波導布置方式;
[0048] 圖22是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導和反射聚焦光 學元件的定向照明波導布置方式;
[0049] 圖23是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導和另一個反射 聚焦光學元件的定向照明波導布置方式;
[0050] 圖24是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導和另一個聚焦 光學元件的定向照明波導布置方式;
[0051] 圖25是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括階梯式波導和另一個聚焦 光學元件的定向照明波導布置方式;
[0052] 圖26是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光通過另一個聚焦光學元件從 照明元件傳播到階梯式波導內;
[0053] 圖27是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光通過另一個聚焦光學元件從 照明元件傳播到階梯式波導內;
[0054] 圖28是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光通過聚焦光學元件從照明元 件傳播到具有傾斜輸入側面的階梯式波導內;
[0055] 圖29是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光從雷射照明元件傳播到包括 傾斜反射鏡的階梯式波導內;
[0056] 圖30是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了階梯式波導中的輸入處的掃描 準直光源;
[0057] 圖31A是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了用于波導布置方式的線性光源 和控制系統;
[0058] 圖31B是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了用于波導布置方式的另外線性 光源;
[0059] 圖32是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光傳播到包括全息偏轉器元件 的階梯式波導內;
[0060] 圖33是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了光傳播到包括稜鏡偏轉器元件 的階梯式波導內;
[0061] 圖34A是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了LED陣列;
[0062] 圖34B是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了LED陣列;
[0063] 圖34C是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了另一個LED陣列;
[0064] 圖35是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式和觀察者跟 蹤系統的時間多路復用定向顯示設備的結構;
[0065]圖36是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了時間多路復用定向顯示設備的 結構,該設備包括階梯式波導,該階梯式波導包括傾角沿著階梯式波導的長度而變化的光 提取結構特徵陣列;
[0066] 圖37是根據本發明的示意圖,其示出了觀察窗的陣列和觀察者位置;
[0067]圖38A是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了被布置為限制輸出觀察方向的 波導布置方式;
[0068]圖38B是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了與空間光調製器整合在一起的 階梯式波導;
[0069]圖39A是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了從耦合到觀察者眼睛內的近眼 顯不設備輸出的光;
[0070]圖39B-圖39E是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了輸入至圖39A的近眼顯 示設備中的階梯式波導的光;
[0071] 圖40是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了近眼顯示設備的操作;
[0072] 圖41是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了近眼顯示設備;
[0073] 圖42是根據本發明的示意圖,其示出了包括近眼控制系統的近眼顯示設備的側 視圖;
[0074] 圖43A-圖43D是根據本發明的示意圖,其以頂視圖示出了結合到一副眼鏡內的近 眼顯示設備;
[0075] 圖43E-圖43G是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了結合到一副眼鏡內的近 眼顯示設備;
[0076] 圖44A-圖44C是根據本發明的示意圖,其示出了在一副眼鏡中形成近眼顯示設備 的方法的正視圖;
[0077] 圖45是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了來自近眼顯示設備的光的輸出;
[0078] 圖46A是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了來自近眼顯示設備的光的輸 出;
[0079] 圖46B是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了來自另一個近眼顯示設備的光 的輸出;
[0080] 圖47是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備;
[0081] 圖48是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備;
[0082] 圖49是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備;
[0083] 圖50是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備;
[0084] 圖51是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備;
[0085] 圖52是根據本發明的示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備;
[0086] 圖53是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了近眼立體顯示設備;
[0087]圖54是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了近眼立體顯示設備;
[0088] 圖55是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了另一個近眼立體顯示設備;
[0089] 圖56是根據本發明的示意圖,其示意性地示出了結合到一副眼鏡內的近眼顯示 設備;
[0090] 圖57是根據本發明的示意圖,其以側視圖示出了摺疊式近眼顯示設備;
[0091]圖58是根據本發明的示意圖,其示意性地示出了結合到一副眼鏡內的近眼顯示 設備;
[0092] 圖59是根據本發明的示意圖,其示出了包括波導布置方式的投影顯示設備;以及
[0093] 圖60是根據本發明的示意圖,其示出了多功能顯示設備。

【具體實施方式】
[0094] 時間多路復用自動立體顯示器可有利地通過在第一時隙中將來自空間光調製器 所有像素的光導向至第一觀察窗並在第二時隙中將來自所有像素的光導向至第二觀察窗, 而改善自動立體顯示器的空間解析度。因此眼睛被布置為接收第一觀察窗和第二觀察窗中 的光的觀察者將經多個時隙看到整個顯示器的全解析度圖像。時間多路復用顯示器可有利 地通過使用定向光學元件將照明陣列導向穿過基本上透明的時間多路復用空間光調製器, 而實現定向照明,其中定向光學元件在窗平面中基本上形成照明陣列的圖像。
[0095] 觀察窗的均勻度可有利地與空間光調製器中像素的布置方式無關。有利的是,此 類顯示器可提供具有低閃爍的觀察者跟蹤顯示器,且對於移動觀察者的串擾水平較低。[0096] 為在窗平面中實現高均勻度,期望的是提供具有高空間均勻度的照明元件陣列。 例如通過尺寸為大約100微米的空間光調製器的像素與透鏡陣列的組合,可提供時序照明 系統的照明元件。然而,此類像素會遭受關於空間多路復用顯示器的類似的困難。另外,此 類裝置可具有較低效率和較高成本,需要另外的顯示組件。
[0097] 可便利地用與通常具有Imm或更大尺寸的均勻化和漫射光學元件結合的宏觀照 明器(例如LED陣列)來實現高窗平面均勻度。然而,照明元件的尺寸增加意味著定向光 學元件的尺寸成比例增加。例如,成像到65mm寬的觀察窗的16mm寬的照明器可需要200mm 後工作距離。因此,光學元件的厚度增加可妨礙有效應用於例如移動顯示器或大面積顯示 器。
[0098] 為解決上述缺點,如共同擁有的美國專利申請No. 13/300, 293所述的光學閥有利 地可與快速切換透射空間光調製器組合布置,以在薄型封裝中實現時間多路復用自動立體 照明,同時提供具有無閃爍觀察者跟蹤和低串擾水平的高解析度圖像。描述了觀察位置或 窗的一維陣列,其可在第一(通常水平)方向上顯示不同圖像,但在第二(通常堅直)方向 上移動時包含相同圖像。
[0099] 常規非成像顯示器背光源通常採用光學波導並且具有來自光源諸如LED的邊緣 照明。然而,應當理解,此類常規非成像顯示器背光源與本發明所討論的成像定向背光源之 間在功能、設計、結構和操作方面存在許多根本差別。
[0100] 一般而言,例如,根據本發明,成像定向背光源被布置為將來自多個光源的照明沿 至少一條軸線導向穿過顯示面板到達相應的多個觀察窗。每個觀察窗通過成像定向背光源 的成像系統沿光源的至少一條軸線基本上形成為圖像。成像系統可在多個光源與相應的窗 圖像之間形成。這樣,來自多個光源中的每個的光對於處於相應觀察窗之外的觀察者眼睛 而言基本上不可見。
[0101] 相比之下,常規非成像背光源或光引導板(LGP)用於2D顯示器的照明。參見例如, KalilKalantiretal. ,BacklightUnitWithDoubleSurfaceLightEmission,J.Soc.Inf.Display,Vol. 12,Issue4,pp. 379-387 (Dec. 2004) (KSlil Kiilintir等人,雙面發光的 背光源單元,《國際信息顯示學會會志》,第12卷,第4期,第379-387頁,2004年12月)。非 成像背光源通常被布置為將來自多個光源的照明導向穿過顯示面板進入對於多個光源中 的每個而言基本上公共的觀察區,以實現寬視角和高顯示均勻度。因此,非成像背光源不形 成觀察窗。這樣,來自多個光源中的每個的光對於處於整個觀察區的基本上所有位置的觀 察者眼睛而言可以是可見的。此類常規非成像背光源可具有一定方向性,例如以便與朗伯 照明相比增加屏幕增益,這可通過增亮膜諸如得自3M的BEFtm提供。然而,此類方向性對於 相應光源中的每個而言可基本上相同。因此,出於這些原因以及對於普通技術人員應當顯 而易見的其他原因,常規非成像背光源不同於成像定向背光源。邊緣照明式非成像背光源 照明結構可用於液晶顯示系統,諸如2D膝上型計算機、監視器和電視中看到的那些。光從 有損耗波導的邊緣傳播,所述有損耗波導可包括稀疏結構特徵;通常為引導件的表面中的 局部壓痕,所述局部壓痕引起光損耗而不論光的傳播方向如何。
[0102] 如本文所用,光學閥是這樣的光學結構,其可以是稱為例如光閥、光學閥定向背光 源和閥定向背光源("ν-DBL")的光引導結構或裝置的類型。在本發明中,光學閥不同於空 間光調製器(其有時稱為"光閥")。成像定向背光源的一個例子是可採用摺疊光學系統的 光學閥。光可在基本上無損耗的情況下在一個方向上傳播穿過光學閥,可入射到成像反射 體器上,並且可反向傳播,使得光可通過反射離開傾斜的光提取結構特徵而被提取,並導向 至觀察窗,如專利申請No. 13/300, 293中所述,該專利申請全文以引用方式併入本文。
[0103]如本文所用,成像定向背光源的例子包括階梯式波導成像定向背光源、摺疊成像 定向背光源、楔型定向背光源或光學閥。
[0104] 另外,如本文所用,階梯式波導成像定向背光源可為光學閥。階梯式波導是用於成 像定向背光源的波導,其包括用於引導光的波導,還包括:第一光引導表面;和與第一光引 導表面相對的第二光引導表面,該第二光引導表面還包括散布有被布置為階梯的多個提取 結構特徵的多個光引導結構特徵。
[0105] 此外,如本文所用,摺疊成像定向背光源可為楔型定向背光源或光學閥中的至少 一者。
[0106] 在操作中,光可在示例性光學閥內在第一方向上從輸入端傳播到反射端並且可在 基本上無損耗的情況下傳輸。光可在反射端反射並且在與第一方向基本上相對的第二方向 上傳播。當光在第二方向上傳播時,光可入射到光提取結構特徵上,所述光提取結構特徵可 操作以將光重新導向到光學閥之外。換句話說,光學閥一般允許光在第一方向上傳播並且 可允許光在第二方向上傳播時被提取。
[0107] 光學閥可實現大顯示面積的時序定向照明。另外,可採用比光學元件後工作距離 更薄的光學元件以將來自宏觀照明器的光導向到窗平面。此類顯示器可使用光提取結構特 徵陣列,其被布置為提取沿基本上平行的波導反向傳播的光。
[0108] 用於與LCD-起使用的薄型成像定向背光源具體實施已由如下所述提出和說明: 3M的例如美國專利No. 7, 528, 893 ;微軟公司(Microsoft)的例如美國專利No. 7, 970, 246, 其在本文可稱為"楔型定向背光源";RealD的例如美國專利申請No. 13/300, 293,其在本文 可稱為"光學閥"或"光學閥定向背光源",所有這些專利全文以引用方式併入本文。
[0109] 本發明提供階梯式波導成像定向背光源,其中光可在例如階梯式波導的內面之間 來回反射,該階梯式波導可包括具有一組多個光提取結構特徵和中間區域的第一側引導表 面和第一第二引導表面。當光沿著階梯式波導的長度傳播時,光可基本上不改變相對於第 一引導表面和第二引導表面的入射角,因此在這些內表面處可不達到介質的臨界角。光提 取可有利地由第二組表面光提取結構特徵實現,所述光提取結構特徵可為斜向於第一組表 面中間區域(階梯"踏板")的第二引導表面的小平面(階梯"立板")。應當注意,第二組 表面光提取結構特徵可不為階梯式波導的光引導操作的部分,但可被布置為由該結構提供 光提取。相比之下,楔型成像定向背光源可允許在具有連續內表面的楔型輪廓波導內引導 光。因此,階梯式波導(光學閥)不是楔型成像定向背光源。
[0110] 圖IA是示意圖,其示出了定向顯示裝置的一個實施例中的光傳播的正視圖,並且 圖IB是示意圖,其示出了圖IA的定向顯示裝置中的光傳播的側視圖。
[0111] 圖IA示出了在光學閥的xy平面中的正視圖,並且包括可用於照明階梯式波導1 的照明陣列15。照明陣列15包括照明元件15a至照明元件15η(其中η是大於一的整數)。 在一個例子中,圖IA的階梯式波導1可為階梯式的、顯示器大小的波導1。照明器元件15a至照明器元件15η組成光源並且可為發光二極體(LED)。雖然LED在本文作為照明元件 15a-照明元件15η討論,但可使用其他光源,諸如但不限於二極體光源、半導體光源、雷射 源、局域場發射光源、有機發光體陣列等。另外,圖IB示出了在ΧΖ平面中的側視圖,並且包 括如圖所示布置的照明陣列15、SLM(空間光調製器)48、提取結構特徵12、引導結構特徵10 和階梯式波導1。圖IB中提供的側視圖是圖IA中所示的正視圖的替代視圖。因此,圖IA 和圖IB的照明陣列15彼此對應,並且圖IA和圖IB的階梯式波導1可彼此對應。
[0112] 另外,在圖IB中,階梯式波導1可具有較薄的輸入端2和較厚的反射端4。因此, 波導1在接收輸入光的輸入端2與將輸入光穿過波導1反射回的反射端4之間延伸。在跨 波導的橫向方向上的輸入端2的長度大於輸入端2的高度。將照明元件15a-照明元件 15η設置在跨輸入端2的橫向方向上的不同輸入位置。
[0113] 波導1具有第一和第二相對的引導表面,所述引導表面在輸入端2與反射端4之 間延伸,用於通過全內反射沿波導1來回引導光。第一引導表面是平坦的。第二引導表面 具有多個光提取結構特徵12,所述光提取結構特徵面向反射端4並傾向於在多個方向上反 射穿過波導1從反射端引導回的光的至少一些,所述多個方向破壞第一引導表面處的全內 反射並且允許穿過第一引導表面(例如圖IB中朝上)輸出,所述輸出提供至SLM48。
[0114] 在該例子中,光提取結構特徵12是反射小平面,但可使用其他反射結構。光提取 結構特徵12不會將光引導穿過波導,而光提取結構特徵12之間的第二引導表面的中間區 域在不提取光的情況下引導光。第二引導表面的那些區域為平坦的並且可平行於第一引導 表面或以相對較低的傾角延伸。光提取結構特徵12橫向延伸至那些區域,使得第二引導表 面具有包括光提取結構特徵12和中間區域的階梯式形狀。光提取結構特徵12被取向為從 反射端4反射之後使來自光源的光反射穿過第一引導表面。
[0115] 光提取結構特徵12被布置為將來自在跨輸入端的橫向方向上的不同輸入位置的 輸入光在相對於第一引導表面的不同方向上導向,所述不同方向取決於輸入位置。由於照 明元件15a-照明元件15η被布置在不同輸入位置處,來自相應照明元件15a-照明元件15η 的光在這些不同方向上反射。這樣,照明元件15a-照明元件15η中的每個在分布在橫向方 向中的輸出方向上將光導向進入相應的光學窗,所述輸出方向取決於輸入位置。對於輸出 光而言,輸入位置分布在其中的跨輸入端2的橫向方向對應於第一引導表面法線的橫向方 向。如輸入端2處限定並且對於輸出光而言的橫向方向在該實施例中保持平行,其中反射 端4和第一引導表面處的偏轉大體與橫向方向正交。在控制系統的控制下,照明兀件15a-照明元件15η可選擇性地操作以將光導向進入可選擇光學窗內。
[0116] 在本發明中,光學窗可對應於窗平面中的單個光源的圖像,所述窗平面為其中在 橫跨整個顯示裝置上形成光學窗的標稱平面。作為另外一種選擇,光學窗可對應於一起驅 動的一組光源的圖像。有利的是,此組光源可增加陣列121的光學窗的均勻度。
[0117] 通過比較,觀察窗是其中提供光的窗平面中的區域,包括來自整個顯示區域的基 本上相同的圖像的圖像數據。因此,觀察窗可在控制系統的控制下由單個光學窗或由多個 光學窗形成。
[0118]SLM48延伸跨波導,透射並調製從其中穿過的光。雖然SLM48可為液晶顯示器 (LCD),但這僅僅作為例子,並且可使用其他空間光調製器或顯示器,包括LCOS、DLP裝置 等,因為該照明器可以反射方式工作。在該例子中,SLM48跨波導的第一引導表面設置並 調製在從光提取結構特徵12反射後穿過第一引導表面的光輸出。
[0119] 可提供一維觀察窗陣列的定向顯示裝置的操作在圖IA中以正視圖示出,並且其 側面輪廓在圖IB中示出。在操作中,在圖IA和圖IB中,光可從照明陣列15發出,諸如照 明元件15a至照明元件15η的陣列,其沿著階梯式波導1的輸入端2的表面X= 0位於不 同位置y。光可在階梯式波導1內在第一方向上沿著+X傳播,與此同時,光可在xy平面中 成扇形射出,並且在到達被彎曲成具有正光焦度的反射端4時可基本上或完全填充反射端 4。在傳播時,光可在XZ平面中展開成一組角度,該組角度最多至但不超過引導材料的臨界 角。連接階梯式波導1的第二引導表面的引導結構特徵10的提取結構特徵12可具有大於 臨界角的傾斜角,並且因此在第一方向上沿著+X傳播的基本上所有光都可能錯過該提取 結構特徵12,從而確保基本上無損耗的前向傳播。
[0120] 繼續討論圖IA和圖1B,階梯式波導1的反射端4可製成反射性的,通常通過用反 射性材料(例如銀)塗覆而實現,但可採用其他反射技術。光可因此在第二方向上重新導 向,順著引導件在-X方向上返回並且可在xy或顯示器平面中基本上準直。角展度可在主 要傳播方向相關的xz平面中基本上保持,這可允許光射在立板邊緣上並反射出引導件。在 具有大約45度傾斜的提取結構特徵12的實施例中,可將光有效地導向至大約垂直於xy顯 示器平面,並且xz角展度相對於傳播方向基本上保持。當光通過折射離開階梯式波導1時, 該角展度可增大,但根據提取結構特徵12的反射特性,該角展度也可一定程度地減小。
[0121] 在具有未帶塗層的提取結構特徵12的一些實施例中,當全內反射(TIR)失效時反 射可減少,從而壓縮xz角輪廓並偏離法線。然而,在具有帶銀塗層或金屬化提取結構特徵 的其他實施例中,增大的角展度和中心法線方向可保持。繼續描述具有帶銀塗層的提取結 構特徵的實施例,在xz平面中,光可大約準直地離開階梯式波導1,並且可與照明陣列15中 的各照明元件15a-照明元件15η離輸入邊緣中心的y位置成比例地導向偏離法線。沿著 輸入端2具有獨立照明元件15a-照明元件15η進而能夠使光從整個第一引導表面6離開 並以不同外角傳播,如圖IA中所示。
[0122] 用此類裝置照明空間光調製器(SLM)48(諸如快速液晶顯示器(LCD)面板)可實 現自動立體3D,如圖2A中的頂視圖或從照明陣列15末端觀察的yz平面和圖2B中的正視 圖以及圖2C中的側視圖所示。圖2A是以頂視圖示出光在定向顯示裝置中的傳播的示意圖, 圖2B是以正視圖示出光在定向顯示裝置中的傳播的示意圖,並且圖2C是以側視圖示出光 在定向顯示裝置中的傳播的示意圖。如圖2A、圖2B和圖2C所示,階梯式波導1可位於顯示 順序右眼圖像和左眼圖像的快速(例如,大於100Hz)IXD面板SLM48的後方。在同步中, 可選擇性地打開和關閉照明陣列15的具體照明元件15a至照明元件15η(其中η是大於一 的整數),從而藉助系統的方向性提供基本上獨立地進入右眼和左眼的照明光。在最簡單的 情況中,一起打開照明陣列15的各組照明元件,從而提供在水平方向上具有有限寬度但在 堅直方向上延伸的一維觀察窗26或光瞳,其中水平間隔的兩隻眼均可觀察到左眼圖像;並 提供另一個觀察窗44,其中兩隻眼均可主要觀察到右眼圖像;並提供中心位置,其中兩隻 眼均可觀察到不同圖像。這樣,當觀察者的頭部大約居中對準時可觀看到3D。遠離中心位 置朝側面移動可導致場景塌縮在2D圖像上。
[0123] 反射端4在跨波導的橫向方向上可具有正光焦度。在通常反射端4具有正光焦度 的實施例中,光軸可參照反射端4的形狀限定,例如為穿過反射端4的曲率中心的直線並且 與末端4圍繞X軸的反射對稱的軸線重合。在反射表面4平坦的情況下,光軸可相對於具有 光焦度的其他組件(例如光提取結構特徵12,如果它們是彎曲的話)或下文所述的菲涅耳 透鏡62類似地限定。光軸238通常與波導1的機械軸重合。在通常在末端4處包括基本 上圓柱形的反射表面的本發明實施例中,光軸238為穿過末端4處的表面的曲率中心的直 線並且與側面4圍繞X軸的反射對稱的軸線重合。光軸238通常與波導1的機械軸重合。 末端4處的圓柱形反射表面可通常包括球形輪廓以優化軸向和離軸觀察位置的性能。可使 用其他輪廓。
[0124] 圖3是以側視圖示出定向顯示裝置的示意圖。另外,圖3示出了可為透明材料的 階梯式波導1的操作的側視圖的另外細節。階梯式波導1可包括輸入端2、反射端4、可基 本上平坦的第一引導表面6、以及包括引導結構特徵10和光提取結構特徵12的第二引導 表面8。在操作中,來自可例如為可尋址LED陣列的照明陣列15(圖3中未示出)的照明 元件15c的光線16,可通過第一引導表面6的全內反射和第二引導表面8的引導結構特徵 10的全內反射,在階梯式波導1中引導至可為鏡面的反射端4。雖然反射端4可為鏡面並 可反射光,但在一些實施例中光也可以穿過反射端4。
[0125] 繼續討論圖3,反射端4所反射的光線18可進一步通過反射端4處的全內反射在 階梯式波導1中引導,並且可被提取結構特徵12反射。入射在提取結構特徵12上的光線 18可基本上遠離階梯式波導1的引導模式偏轉並且可如光線20所示導向穿過第一引導表 面6到達可形成自動立體顯示器的觀察窗26的光瞳。觀察窗26的寬度可至少由照明器的 尺寸、反射端4和提取結構特徵12中的輸出設計距離和光焦度決定。觀察窗的高度可主要 由提取結構特徵12的反射錐角和輸入端2處輸入的照明錐角決定。因此,每個觀察窗26 代表相對於與標稱觀察距離處的平面相交的SLM48的表面法線方向而言的一系列單獨的 輸出方向。
[0126] 圖4A是以正視圖示出定向顯示裝置的示意圖,所述定向顯示裝置可由第一照明 元件照明並且包括彎曲光提取結構特徵。在圖4A中,定向背光源可包括階梯式波導1和光 源照明陣列15。另外,圖4A以正視圖示出了來自照明陣列15的照明元件15c的光線在階 梯式波導1中的進一步引導。每條輸出光線從相應照明元件器15c朝相同觀察窗26導向。 因此,光線30可與光線20相交於窗26中,或在窗中可具有不同高度,如光線32所示。另 夕卜,在各種實施例中,光學閥的側面22, 24可為透明表面、鏡面或塗黑表面。繼續討論圖4A, 光提取結構特徵12可為延長的,並且光提取結構特徵12在光導向第二引導表面8 (該第二 引導表面8在圖3中示出,但在圖4A中未示出)的第一區域34中的取向可不同於光提取 結構特徵12在引導表面8的第二區域36中的取向。
[0127] 圖4B是以正視圖示出定向顯示裝置的示意圖,所述定向顯示裝置可由第二照明 元件照明。另外,圖4B示出了來自照明陣列15的第二照明元件15h的光線40、42。反射 端4和光提取結構特徵12上的反射表面的曲率與來自照明元件15h的光線配合產生與觀 察窗26橫向間隔的第二觀察窗44。
[0128] 有利的是,圖4B中所示的布置方式可在觀察窗26處提供照明元件15c的實像,其 中反射端4中的光焦度和可由延長光提取結構特徵12在區域34與36之間的不同取向所 引起的光焦度配合形成實像,如圖4A所示。圖4B的布置方式可實現照明元件15c到觀察 窗26中橫向位置的成像的改善像差。改善像差可實現自動立體顯示器的擴展觀察自由度, 同時實現低串擾水平。
[0129] 圖5是以正視圖示出定向顯示裝置的實施例的示意圖,所述定向顯示裝置包括具 有基本上線性光提取結構特徵12的波導1。另外,圖5示出了與圖1類似的組件布置方式 (並且對應的元件是類似的),並且其中一個差別是光提取結構特徵12為基本上線性的且 彼此平行。有利的是,此類布置方式可在整個顯示表面上提供基本上均勻的照明,並且與圖 4A和圖4B的彎曲提取結構特徵相比可更加便於製造。
[0130] 圖6A是示意圖,其示出了在第一時隙中時間多路復用定向顯示裝置中的第一觀 察窗的生成的一個實施例,圖6B是示意圖,其示出了在第二時隙中時間多路復用定向顯示 裝置中的第二觀察窗的生成的另一個實施例,並且圖6C是示意圖,其示出了時間多路復用 定向顯示裝置中的第一觀察窗和第二觀察窗的生成的另一個實施例。另外,圖6A示意性地 示出了由階梯式波導1生成照明窗26。照明陣列15中的照明元件組31可提供朝觀察窗 26導向的光錐17。圖6B示意性地示出了照明窗44的生成。照明器列15中的照明元件組 33可提供朝觀察窗44導向的光錐19。在與時間多路復用顯示器配合的情況下,可按順序 提供窗26和44,如圖6C所示。如果對應於光方向輸出來調整空間光調製器48 (圖6A、圖 6B、圖6C中未示出)上的圖像,則對於處於適當位置的觀察者而言可實現自動立體圖像。用 本文所述的所有定向背光源和定向顯示裝置可實現類似的操作。應當注意,照明元件組31、 33各自包括來自照明元件15a至照明元件15η的一個或多個照明元件,其中η為大於一的 整數。
[0131] 圖7是示意圖,其示出了觀察者跟蹤自動立體定向顯示裝置的一個實施例。如圖 7所示,沿著軸線29選擇性地打開和關閉照明元件15a至照明元件15η提供了觀察窗的定 向控制。頭部45位置可用相機、運動傳感器、運動檢測器或任何其他適當的光學、機械或電 氣裝置監控,並且可打開和關閉照明陣列15的適當照明元件以便為每隻眼提供基本上獨 立的圖像,而不必考慮頭部45位置。頭部跟蹤系統(或第二頭部跟蹤系統)可提供不止一 個頭部45、47 (頭部47在圖7中未示出)的監控,並且可為每個觀察者的左眼和右眼提供 相同的左眼圖像和右眼圖像,從而為所有觀察者提供3D。同樣地,用本文所述的所有定向背 光源和定向顯示裝置可實現類似的操作。
[0132] 圖8是示意圖,其示出了包括定向背光源的多觀察者定向顯示裝置的一個實施 例。如圖8所示,至少兩個2D圖像可朝一對觀察者45、47導向,使得每個觀察者可觀看空 間光調製器48上的不同圖像。圖8的這兩個2D圖像可以與相對於圖7所述類似的方式生 成,因為這兩個圖像將按順序且與光源同步顯示,所述光源的光朝這兩個觀察者導向。一個 圖像在第一階段中呈現於空間光調製器48上,並且第二圖像在不同於第一階段的第二階 段中呈現於空間光調製器48上。對應於第一階段和第二階段,調整輸出照明以分別提供第 一觀察窗26和第二觀察窗44。兩隻眼處於窗26中的觀察者將感知到第一圖像,而兩隻眼 處於窗44中的觀察者將感知到第二圖像。
[0133] 圖9是示意圖,其示出了包括定向背光源的防窺定向顯示裝置。2D圖像顯示系統 也可利用定向背光源以用於安全和效率目的,其中光可主要導向於第一觀察者45的眼睛, 如圖9所示。另外,如圖9所示,雖然第一觀察者45能夠觀察到裝置50上的圖像,但光不 朝第二觀察者47導向。因此,防止第二觀察者47觀察到裝置50上的圖像。本發明的每個 實施例可有利地提供自動立體、雙重圖像或防窺顯示器功能。
[0134] 圖10是示意圖,其以側視圖示出了包括定向背光源的時間多路復用定向顯示裝 置的結構。另外,圖10以側視圖示出了自動立體定向顯示裝置,其可包括階梯式波導1和 菲涅耳透鏡62,它們被布置為對於跨階梯式波導1輸出表面的基本上準直的輸出提供觀察 窗26。堅直漫射體68可被布置用於進一步延伸窗26的高度。然後可通過空間光調製器 48對光成像。照明陣列15可包括發光二極體(LED),其可例如為磷光體轉換藍色LED,或可 為單獨的RGBLED。作為另外一種選擇,照明陣列15中的照明元件可包括被布置為提供單 獨照明區域的均勻光源和空間光調製器。作為另外一種選擇,照明元件可包括一個或多個 雷射源。雷射輸出可通過掃描,例如使用檢流計或MEMS掃描器,而導向到漫射體上。在一 個例子中,雷射可因此用於提供照明陣列15中的適當照明元件以提供具有適當輸出角度 的基本上均勻的光源,並且還提供散斑的減少。作為另外一種選擇,照明陣列15可為雷射 照明元件的陣列。另外在一個例子中,漫射體可為波長轉換磷光體,使得可在不同於可見輸 出光的波長處照明。
[0135] 因此,圖1至圖10在多方面描述了 :波導1;包括此類波導1和照明陣列15的定 向背光源;以及包括此類定向背光源和SLM48的定向顯示裝置。因此,以上參照圖1-圖10 公開的各種特徵可以任何組合進行組合。
[0136] 現在將描述一些包括定向照明的波導1和照明系統的波導布置方式。如將描述 的,以下波導布置方式可應用於包括如上所述的SLM48的定向顯示裝置中或應用於其中 省略了SLM48的近場顯示裝置或設備中。除了現在將描述的修改形式以外,按照上文所述 來布置波導布置方式的波導1和其他組件。此類修改形式的一個例子是就近場顯示裝置或 設備而言省略SLM48。因此,以上的描述同樣適用於以下波導布置方式和顯示裝置,但為了 簡單起見將不重複。類似地,以下參照下圖公開的各種特徵可以任何組合進行組合。
[0137] 圖11是示意圖,其以側視圖示出了光從照明元件傳播到定向照明波導布置方式 內。另外,圖11以側視圖示出了光從由氣隙100分開的照明元件102傳播到具有平坦輸入 端2的階梯式波導1內的細節。圖11示出了穿過輸入端2所輸入的輸入光,所述輸入光在 垂直於橫向方向(圖11中為堅直)分布的不同輸入方向上導向,而正常發射的光可提供中 心光線114,所述中心光線可基本上平行於引導表面6、10導向,離軸光線104、106可以大約 在或在空氣階梯式波導材料界面的臨界角下的輸入角度108導向進入階梯式波導。然後可 利用以角度110從引導表面6和光引導結構特徵10的反射,沿著階梯式波導向下引導離軸 光線 104、106。
[0138] 圖12是示意圖,其以側視圖示出了光從圖11的定向照明波導布置方式傳播到觀 察窗;另外,圖12以側視圖示出了在階梯式波導的側面4的表面處反射之後的反向傳播光 線。圖12不出了穿過輸入端2輸入的輸入光,所述輸入光穿過第一引導表面6輸出。中心 光線114可在不同方向上的輸出上導向至邊緣光線104、106。另外,在光引導結構特徵10 處反射之後,可以高於光線114的角度導向光線111、113。在該布置方式中,所有光線104、 106、111、113、114均來自單個照明元件102。因此,圖12示出了穿過第一引導表面輸出的 輸出光,所述輸出光在相對於垂直於橫向方向的方向(在圖12中垂直方向為水平的)上的 第一引導表面6的法線分布的輸出方向上導向,所述輸出方向取決於輸入光的輸入方向, 如圖11所示。
[0139] 雖然如關於圖12所討論,光來自單個照明元件,但單個照明元件僅僅用於討論目 的,因為光可來自不止單個照明元件。因此可通過相應照明元件102調製可主要由相應光 線104、106、111、113、114所確定的垂直於橫向方向的方向上的輸出方向性,並且階梯式波 導可具有堅直延伸的觀察窗26。因此,在該布置方式中,窗26的堅直區域可不獨立調製。
[0140] 因此,如以下更詳細所述,波導1可通過照明系統定向照明,該照明系統可選擇性 地操作以提供輸入光,所述輸入光(a)從分布於橫向方向的不同橫向位置導向(正如圖1 至圖10中的情況一樣)並且(b)在垂直於橫向方向分布的不同輸入方向上導向(如圖11 和圖12的情況一樣)。在該情況下,在(a)橫向方向上相對於第一引導表面的法線分布的 輸出方向上導向穿過第一引導表面6輸出的輸入光,所述輸出方向取決於輸入光的橫向位 置(如以上參照圖1至圖10所述)。此夕卜,在(b)相對於垂直於橫向方向的方向上的第一 引導表面的法線分布的輸出方向上導向穿過第一引導表面6輸出的輸入光,所述輸出方向 取決於輸入光的輸入方向(如以上參照圖1至圖10所述)。這允許光被導向進入二維觀察 窗陣列內。
[0141] 圖13是示出此類二維觀察窗陣列的例子的示意圖。另外,圖13示出了以下情況下 可實現的觀察窗陣列:照明陣列15的照明元件的角輸出輪廓被獨立調製,使得穿過輸入端 2輸入的輸入光在垂直於橫向方向分布的不同輸入方向上導向,如將在以下實施例中描述。 此類獨立調製的光線可實現重複的一組觀察窗,其基本上各自與相應的光線錐有關。然後 可將光線114導向到窗平面中的二維觀察窗陣列的觀察窗78的水平軸線129。大約平行於 來自照明陣列15的相鄰照明元件的光線114的光線可在線129上橫向偏轉。一維觀察窗 26由觀察窗26形成;因此單個觀察窗78的堅直範圍比一維觀察窗26受更多限制。
[0142] 繼續討論圖12和圖13,在與光線104、106相同的側面上反射的光線可在軸線129 下方導向,而在與光線111相同的側面上導向的光線可在軸線129上方導向。因此,觀察窗 131、133、135可在軸線129下方,而觀察窗137、139、141可在該軸線上方,其中窗131、137 中的調製數據基本上相同;窗133U39中的調製數據基本上相同;並且窗135U41中的調 制數據基本上相同。因此,在與結構12相鄰的結構10處的光線的反射可形成圍繞軸線129 的一組反射窗。
[0143] 進一步討論圖12和圖13,如果光提取結構特徵12傾斜角125足夠小,則高角度光 線可被布置為在光導中內反射。例如,折射率為大約1. 5的材料中大約24度的傾斜角可實 現光線114的全內反射,因此光線111U13可被全內反射,並且有利的是,可至少部分地從 輸出中移除重複窗137、139、141。
[0144] 在替代實施例中,可在本發明實施例中採用較高角度125,並且可使用檢測觀察者 位置的傳感器系統來根據觀察者位置對這些窗進行尋址。因此,有利的是,可延伸顯示器的 堅直觀察自由度。
[0145] 現在將描述一些具體波導布置方式,其中照明系統可選擇性地操作以提供輸入 光,所述輸入光(a)從不同橫向位置導向,並且(b)在垂直於橫向方向分布的不同輸入方向 上導向。
[0146] 圖14A是示意圖,其以側視圖示出了光通過聚焦光學元件從二維照明元件陣列傳 播到定向照明波導布置方式的階梯式波導1內。另外,圖14A以側視圖示出了第一實施例, 其可包括離散的照明元件的照明陣列15,該照明陣列進一步作為堅直獨立照明元件126、 128、130、132、134、136、138、140的陣列提供。因此,照明元件在橫向方向上跨波導1的輸入 端2分布。因此,它們提供來自分布於橫向方向上的不同橫向位置的輸入光。另外,照明兀 件分布在垂直方向上,使得以類似方式分布發射光。
[0147] 在照明陣列15與波導1之間提供在垂直於橫向方向的方向上具有正光焦度的聚 焦光學元件101。在該例子中,聚焦光學元件101由具有平坦輸出表面97的圓柱形彎曲輪 廓透鏡元件形成,所述輸出表面可附接到輸入端2並且因此可基本上延長為平行於輸入端 2的表面。在模製過程期間,聚焦光學元件101可例如形成於階梯式波導1的末端上、附接 於此或可整合到該結構內。作為另外一種選擇,可在階梯式波導1與聚焦光學元件101之 間布置氣隙、包括濾色鏡的光學濾光器、漫射體或其他光學結構。由於聚焦光學元件101在 垂直於橫向方向的方向上具有正光焦度,該聚焦光學兀件將來自分布於垂直方向上的不同 照明兀件的光作為波導1中的輸入光導向進入垂直於橫向方向分布的不同輸入方向。
[0148] 照明陣列15可布置在聚焦光學元件101的焦平面中,使得聚焦光學元件101具有 標稱焦距99。因此,可基本上利用階梯式波導內的限定錐角來導向來自單獨照明元件的光。 因此,來自照明元件126的光線124U22可由光學元件101收集並且基本上準直或利用錐 角118提供定向分布,使得其可在階梯式波導1內引導。繼續討論圖14A,類似地,來自照明 元件130的光可在光線120與122之間導向以提供相鄰定向分布。由於階梯式波導1內的 反射,可沿著光線123導向來自照明元件128與132的邊界的光,所述光線123可基本上平 行於來自照明元件126與130之間的邊界的光線122。表面95的輸入孔可被布置為有效收 集來自照明元件照明陣列15的光。偏轉膜(在圖14A中未示出)諸如稜鏡膜可進一步被 布置為使輸出的堅直指向方向偏移至顯示器的視角。
[0149] 在一個示例性實施例中,可包括具有大約3_高度的輸入端2的階梯式波導1可 布置有聚焦光學元件101,該聚焦光學元件被布置為在大約3_的距離下對大約總高度為 3. 6mm的照明元件照明陣列15進行成像,從而實現階梯式波導內大約+/-20度的總錐角。 照明陣列15可包括大約間距為0. 3_的照明元件,從而實現總共十二個可尋址的照明元件 和六個可尋址的光錐。光提取結構特徵12可為金屬化的並且可布置有大約45度角125,使 得可在窗平面下產生圍繞水平軸線129反射的兩組六個窗形式的十二個堅直窗78。在大約 500mm的標稱觀察距離下,堅直窗間距可為大約45mm,並且窗總高度為大約540mm。有利的 是,此類布置方式可實現水平和堅直環顧以及頭部傾斜能力,如以下將描述。
[0150] 在另一個示例性實施例中,階梯式波導可布置有大約3mm的輸入孔高度。具有在 X方向上的間距93為大約200微米的十六個照明元件的照明陣列15,可布置在距輸入表面 95大約4. 5mm的距離處。結構12可被布置為在階梯式波導內耦合光線111、113。在階梯 式波導內可產生大約+/-13度的總錐角,從而在來自堅直方向上八個輸出窗的輸出上產生 大約+/-10度錐角。堅直方向上的每個窗均可相隔大約2. 5度。在大約500mm的觀察距離 下,這可提供大約22_的觀察窗堅直間距。有利的是,此類布置方式可不需要鍍銀光提取 結構特徵12,因為此類錐角可通過全內反射從傾斜小平面傳遞,從而降低成本和複雜度。
[0151] 如例如在圖4B中所示,空氣中的朗伯照明元件通常可利用錐角39導向,該錐角39 等於xy平面中的階梯式波導中的臨界角的大約兩倍,而聚焦光學元件可在XZ平面中實現 錐角118。階梯式波導中的輸出的定向分布可稱為錐角39、118所限定的立體角內的光線分 布。因此,照明元件126U28可形成第一定向分布的第一照明對,照明元件130U32可形成 第二定向分布,照明元件134U36可形成第三定向分布,並且照明元件138U40可形成第四 定向分布。其各自具有xy平面內的錐角39。
[0152] 在利用端反射鏡側面4入射之後,反向傳播光線120、122、124可入射到反射性光 提取結構特徵12上,如圖14B所示。圖14B是示意圖,其以側視圖示出了光從聚焦定向顯示 裝置中的單個照明元件傳播到觀察窗。可以看出,來自照明元件126、128的光錐118在離 開階梯式波導之後可被導向進入空氣中的第一光錐119內,而來自照明元件130U32的光 錐117可被導向進入不同於錐119的第二光錐121。橫向錐角可由端反射鏡表面的光學功 能和光提取結構特徵12上的彎曲半徑確定。因此,照明元件126相對於聚焦光學元件101 的位置可確定階梯式波導的輸出錐定向分布。有利的是,本發明實施例可實現二維可尋址 觀察窗陣列,所述觀察窗可實現有利的顯示特性,如將在本文描述。
[0153] 圖14C是示意圖,其以側視圖示出了照明元件,該照明元件對準至定向照明波導 布置方式的階梯式波導和聚焦光學元件。圖14C的實施例與圖14A的實施例相同,但還包 括照明元件照明陣列15與聚焦光學元件101的邊緣之間的擋光板80。有利的是,未耦合到 聚焦光學元件101的輸入孔內的來自照明元件陣列的離軸光線82可在該擋板中被吸收。
[0154] 繼續討論圖14C,光學濾光器元件84、86可被布置為與照明元件照明陣列15的相 應部分近似對準。元件84、86可為偏振器元件或可提供不同透射波長。例如,元件84和 86可為不同磷光體,使得紅色和綠色波長可在照明元件的不同部件中產生,並且通過階梯 式波導中的反射進行組合。有利的是,此類布置方式可實現更高效率。作為另外一種選擇, 元件84對於藍色發光元件128、132、136、140可為黃色磷光體,而元件86對於紅色發光元 件126、130、134、138可為透明的。有利的是,可改善輸出的色域。作為另外一種選擇,元件 84、86可為但不限於偏振器、不同漫射體或其他光學元件。
[0155] 圖15A是示意圖,其示出了通過另一個聚焦光學元件101形成定向照明波導布置 方式中的一列觀察窗。另外,圖15A以正視圖示意性示出了通過例如如圖14A所示的照明 陣列15的照明元件14的單列17形成觀察窗78的單列。因此有利的是,自動立體顯示器 可提供第一方向和第二方向上的方向性。因此,可通過反射端4與光提取結構特徵12(以 及任選地任何另外的光學器件,諸如菲涅耳透鏡)組合成像來產生成行的窗。在該實施例 中,例如與圖5-致,這通過在橫向方向上具有正光焦度的反射端4來實現,使得跨橫向方 向延伸的光提取結構特徵12可為線性的。
[0156] 圖15B是示意圖,其示出了通過另一個聚焦光學元件101形成定向照明波導布置 方式中的一列觀察窗。另外,圖15B示出了另一個實施例,其中反射端4為平坦的,並且光 提取結構特徵12跨橫向方向延伸,但其不是線性的而是彎曲的,使得它們在橫向方向上具 有正光焦度。
[0157] 圖16示出了在x-y平面中觀察到的二維照明陣列15的例子,其包括如圖14A所 示的照明元件 126、128、130、132、134、136、138、140 的列 150、152、154、156。當與在x-z平 面中提供方向性的聚焦光學元件101 -起使用,並且反射端2的光學器件(或在其他實施 例中為其他光學器件)在x-y平面中提供方向性時,則輸出窗形狀通常可具有不同縱橫比。 因此,二維照明陣列15可在橫向方向上以及在垂直於橫向方向的方向上提供有不同間距。 這可通過圖17中的二維窗陣列78來圖示說明,其還示出了軸線129和如圖12所述的重複 窗。此外,反射光學器件可通過側面4的端表面和提取結構特徵12來提供。圖17是示出 了觀察窗陣列的示意圖。高度不對稱發光元件可提供正方形或延長的堅直窗輪廓,適用於 特定實施例。
[0158] 現在將描述聚焦光學兀件101的一些替代形式。
[0159] 圖18至圖20示出了例子,其中聚焦光學元件101為來自波導1的另外透鏡元件。
[0160] 圖18中示出了替代聚焦光學元件101,其中延長的彎曲表面是近似倒置的,以便 於面對階梯式波導1的側面2的平面表面。圖18是示意圖,其以側視圖示出了波導布置方 式和另一個聚焦光學器件。有利的是,與圖14A的實施例相比較,此類實施例可提供改善的 像差性能。因此,觀察窗的堅直間距可不那麼模糊並且兩者之間的串擾可減小。
[0161] 圖19是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導 布置方式包括階梯式波導和另一個聚焦光學元件。另外,圖19示出了另一個實施例,其中 聚焦光學元件101可包括延長透鏡,該透鏡可結合至照明元件照明陣列15。有利的是,此類 布置方式可用於調諧系統中的像差,並且可減少空氣表面的數目,從而降低損耗。另外,邊 緣表面103可被布置為提供鏡面反射,從而提供照明陣列15的旁瓣圖像。這可用於有利地 在堅直方向上實現另外的觀察方向,以用於耦合到階梯式波導內,從而增加堅直方向上的 觀察自由度。另外,在聚焦部分內可拒絕來自照明元件照明陣列15的非波導模式,從而增 加階梯式波導的可用面積。
[0162] 圖20是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導 布置方式包括階梯式波導和另一個聚焦光學元件。另外,圖20示出了另一個實施例,其中 聚焦光學元件101可包括另一種材料105,該材料可由於先前實施例的材料空氣界面處的 菲涅耳反射而有利地降低損耗。與聚焦光學元件101的材料相比較,材料105可具有低折 射率,並且可為例如氟化材料、有機矽、氣凝膠或其他低折射率材料。
[0163] 圖21示出了其中聚焦光學元件101通過使輸入端2自身成形而形成的例子。圖 21是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導布置方式包 括階梯式波導和另一個聚焦光學元件。另外,圖21示出了另一個實施例,該實施例可包括 菲涅耳透鏡組件,該組件被有利地布置為減小光學組件101的厚度。有利的是,此類元件可 形成於工具上,從而可在階梯式波導1的結構製造期間進行複製。
[0164] 圖22和圖23示出了其中聚焦光學元件101為反射性的,而非透鏡元件的例子。
[0165] 圖22是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導 布置方式包括階梯式波導和反射性聚焦光學元件反射性聚焦光學器件。另外,圖22示出了 另一個實施例,該實施例可包括具有彎曲和傾斜反射鏡115的反射性聚焦光學元件101。有 利的是,反射鏡可減少色像差並且可被布置為導向基本上來自被布置到閥後部的照明陣列 15的光。
[0166] 圖23是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導 布置方式包括階梯式波導和另一個反射性聚焦光學元件。圖23示出了另一個實施例,其中 例如反射鏡115可形成於可為彎曲的階梯式波導的末端2上。因此,反射鏡的形狀可形成 於工具上,從而可在階梯式波導1的結構製造期間進行複製。
[0167] 圖24和圖25示出了另外的例子,其中聚焦光學元件101由多個部分形成,包括波 導的輸入端2和來自波導1的另外透鏡元件。
[0168] 圖24是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導 布置方式包括階梯式波導和另一個聚焦光學元件照明元件。另外,圖24示出了另一個實施 例,其中聚焦光學元件101可包括第一聚焦部分95和第二聚焦部分107,所述第一聚焦部分 95為通過使波導1的輸入端成形而形成的透鏡元件,並且所述第二聚焦部分107通過另外 的透鏡元件形成。有利的是,此類布置方式可用於改善像差,尤其是用於快速系統中的離軸 照明,從而改善亮度。
[0169] 圖25是示意圖,其以側視圖示出了包括波導布置方式的定向顯示裝置,所述波導 布置方式包括階梯式波導和另一個聚焦光學元件照明元件。另外,圖25示出了另一個實施 例,該實施例與圖26的實施例相同,但聚焦光學元件101還包括通過另一個附件透鏡元件 形成的第三聚焦部分109。有利的是,此類布置方式可用於改善像差,尤其是用於快速系統 中的離軸照明,從而改善窗平面中的亮度和顏色均勻度。
[0170] 現在將描述一些窗布置方式,其中聚焦光學兀件101主要設置在其光軸的一側 上。
[0171] 圖26是示意圖,其以側視圖示出了光通過聚焦光學元件101從照明元件傳播到波 導1內。由於階梯式波導1中的反射例如在圖14A中形成照明元件對126、128,因此可期望 對於每個堅直觀察窗而言具有單個照明元件。因此,聚焦光學元件101可通過完全設置在 其光軸一側上的半透鏡表面90而形成,使得照明元件142可成像到光線91、92,從而在階梯 式波導的xz平面中實現錐角94。有利的是,對於給定的堅直窗結構而言,此類布置方式可 更簡單地組裝,從而降低成本。
[0172] 圖27是示意圖,其以側視圖示出了光通過聚焦光學元件101從照明元件傳播到階 梯式波導內,所述聚焦光學元件與圖26中相同,不同的是其包括由附加透鏡元件形成的另 一個部分96。如在圖26中,聚焦光學元件101完全形成於其光軸的一側上。如先前所述, 此類實施例可有利地減少系統中的像差。本文所述並且本領域已知的其他像差和亮度改善 技術可在這些半透鏡實施例中採用。類似優點可由聚焦光學元件101提供,所述聚焦光學 元件主要但不一定完全設置在其光軸一側上。
[0173] 圖28是示意圖,其以側視圖示出了光通過聚焦光學元件101從照明元件傳播到具 有傾斜輸入側面的階梯式波導內。另外,圖28示出了另一個實施例,其中輸入端2相對於 階梯式波導1的第一引導表面6和第二引導表面10的表面傾斜。有利的是,階梯式波導1 的輸入可提供到輸入的半錐內,使得照明陣列15的照明元件可不具有關於圖14A所述的冗 餘。另外,照明元件可被布置到階梯式波導1的後部以改善拼接閥的簡易性,並且由於階梯 式波導1的反向傳播光中從側面2的反射所引起的串擾可進一步減小。
[0174] 在以上實施例中,照明元件垂直於橫向方向(以及在橫向方向上)跨波導1的輸 入端2分布,並且聚焦光學兀件用於在垂直於橫向方向分布的不同輸入方向上導向波導1 中的輸入光。相比之下,現在將描述一些波導布置方式,其中照明兀件僅在橫向方向上跨波 導1的輸入端2分布,並且偏轉器兀件用於在垂直於橫向方向分布的不同輸入方向上導向 波導1中的輸入光。
[0175] 圖29是示意圖,其以側視圖示出了波導布置方式中的光從照明元件傳播到階梯 式波導內,該階梯式波導包括傾斜反射鏡形式的偏轉器元件。圖29示出了用於將具有輸入 角範圍的光導向進入階梯式波導1的另一個實施例。照明系統包括在橫向方向上跨波導1 的輸入端2分布的一維照明兀件271陣列。因此,它們提供來自分布於橫向方向上的不同 橫向位置的輸入光。
[0176] 在該實施例中,照明元件271可以光束形式輸出光,所述光束例如為雷射或其他 高度定向光源。光源陣列可包括例如邊緣發射雷射器陣列,所述雷射器可為單片雷射器或 垂直腔表面發射雷射器(VCSEL)。
[0177] 照明元件271將光基本上導向到形成偏轉器元件的可旋轉反射鏡273上,其被布 置在照明元件271與波導1的輸入端2之間。反射鏡273偏轉由垂直於橫向方向的照明元 件輸出的光,並且可被旋轉以使光偏轉不同的量。例如,在第一反射鏡位置中,可引入光線 275,在第二反射鏡位置中,可引入光線277,並且在第三位置中,可引入光線279。光線275、 277、279之間的輸入角因此可在相對於垂直於橫向方向的方向上的第一引導表面6的法線 分布的多個方向上提供輸出光,所述多個方向取決於輸入光的輸入方向。這提供觀察窗78 的形成。
[0178] 這樣,可實現二維觀察窗陣列。有利的是,此類照明元件271可採用減小的尺寸輸 入孔2,從而增加階梯式波導1效率並且減小串擾。另外,可使用衍射光學元件諸如全息元 件,例如側面4處的全息反射器。另外,光源可在可尋址陣列中提供以實現二維窗陣列。
[0179] 此外,在以上實施例中,漫射體281可設置在反射鏡273與波導1之間,例如在如 圖29所示的波導的輸入端2上。漫射體281可為不對稱漫射體,與垂直於橫向方向的方向 相比較,其被布置為主要在橫向方向中漫射光。可結合漫射體281以增加階梯式波導1的 平面中的橫向光束擴展,同時減小散斑的可見度。引導部分內的光的受限擴展可用於實現 堅直方向上的窗78之間的模糊化。
[0180] 圖30是示意圖,其以側視圖示出了波導布置方式中光的傳播,所述布置方式與圖 29中類似,但具有以下修改形式。不使用以光束輸出光的照明元件271,而是使用在所有方 向上輸出光的封裝501中的照明兀件500。波導布置方式包括在垂直於橫向方向的方向上 具有正光焦度的聚焦光學元件502,該聚焦光學元件被提供為布置在照明元件500與反射 鏡273之間(但其可更一般地在照明元件500與波導1之間的任何地方)。照明元件500 被布置為照明聚焦光學元件502以輸出基本上準直的光。因此,針對反射鏡273的相應不 同位置,在波導401內提供光線束504和508、506。與圖29的布置方式相比較,操作基本上 相同,但照明元件500可為非相干光源並且因此可由白色光源提供。
[0181] 圖31A是示意圖,其以側視圖示出了可用於圖30的波導布置方式中的照明系統, 其中照明元件500以圖30中示出的取向布置。照明元件500被示為一維陣列,但可包括不 止一個光源條,以在來自反射鏡273單個位置的波導內實現多個可控傳播方向。控制器505 可被布置為將同步信號分發至反射鏡273控制器507以及將來自圖像光源503的像素數據 分發至輸入陣列的光源500。因此,所提供的圖像數據可與反射鏡位置以及以水平和堅直角 度對應調製的輸出方向同步。在遠場顯示器中,諸如自動立體數據,圖像光源503提供窗照 明數據,而在如將參照圖39A描述的近眼顯示器中,圖像光源503提供像素數據。
[0182] 圖3IB是示意圖,其以側視圖示出了可用於圖30的波導布置方式中的另一個照明 系統。單個反射鏡273可被布置為單獨可控反射鏡510、512、514的陣列以實現對將窗或像 素數據分發至波導的增加控制,以及以減小反射鏡質量,從而降低反射鏡致動器的成本和 複雜度。反射鏡致動器可為例如檢流計或MEMS。有利的是,可由在與橫向方向正交的方向 上具有低解析度的光源實現高解析度定向輸出。另外,此類顯示器可實現快速脈衝響應功 能並且非常適於快速移動數據。
[0183] 圖32和圖33示出了波導1的輸入端的替代布置方式,其中輸入端為引導表面中 的一者的延伸,並且面向輸入端的稱合器用於沿波導偏轉輸入光。
[0184] 圖32是示意圖,其以側視圖示出了光傳播到包括耦合器的階梯式波導內,所述耦 合器為光柵稱合兀件287形式的全息偏轉器兀件。照明陣列15和聚焦光學兀件101可被 布置到階梯式波導1的後部,使得輸入端為引導表面中的一者的延伸,以基本上朝在引導 表面中另一者上相對布置的光柵稱合兀件287稱合光。入射光線289可入射到光柵稱合兀 件287上,此時所述光線可反射到階梯式波導1的輸入孔內以在波導1內引導。光柵耦合 元件287可包括例如表面起伏衍射反射器或體積反射全息元件,包括全息元件堆疊,以優 化效率。另外,光學元件101的功能可與光柵耦合元件287的偏轉功能進行組合。
[0185] 圖33是示意圖,其以側視圖示出了光傳播到包括耦合器的階梯式波導內,所述耦 合器為傾斜延長反射表面291、293的陣列形式的稜鏡偏轉器元件。照明陣列15和聚焦光 學元件101可布置到階梯式波導1的後部,使得輸入端為引導表面中的一者的延伸。反射 表面291、293被布置為與照明陣列15相對以基本上將來自照明陣列15和光學元件101的 光導向進入階梯式波導1內。因此,光線283可入射到表面291上並且基本上反射進入階 梯式波內導。入射到表面293上的光線285可在大約相對方向上反射,並且可入射到表面 295上,並且然後可反射進入光學閥的階梯式波導1內。表面291、293可進一步被布置為稜 鏡陣列以提供較低高度結構,該結構可更便於複製並且塗覆有反射材料。
[0186] 圖34A以側視圖示出並且圖34B以正視圖示出了作為本發明實施例的照明元件的 LED的二維照明陣列15的布置方式。照明陣列15如下布置。基底210可具有在其上形成 的氮化鎵藍色發光LED212陣列,以及被布置為提供與LED陣列的可控電連接的引線結合 214。可在LED212周圍形成腔體216陣列以提供藍色光與包括布置在輸出處的承載板220 上的磷光體層218的螢光板的光學間距,以有利地提供基本上分隔但連續的白色照明元件 的陣列,該照明原件為基本上單獨可控的。
[0187] 圖34C是示意圖,其以側視圖示出了LED的替代照明陣列15。另外,圖34C示出了 LED的替代布置方式,其中通過將磷光體結合到腔體216內來取代螢光板。有利的是,此類 布置方式可提供LED之間的進一步光學鑑別,從而減小串擾。
[0188] 圖34C還示出了可與照明元件214陣列對準的任選空間光調製器219。空間光調 制器219可具有像素221,所述像素被布置有高於LED212的解析度,並且可包括液晶遮光 器。有利的是,此類布置方式可提供比可利用單獨LED便利地實現的解析度更高的照明元 件陣列解析度。LED212可連續照明,或可被布置為與SLM219的像素配合照明以有利地減 小串擾。
[0189] 可在定向顯示裝置中使用以上參照圖11至圖34C所述的波導布置方式中的任一 者。在這種情況下,透射性SLM48被布置為以與圖1至圖10的定向顯示裝置類似的方式 跨波導的第一引導表面6延伸。SLM48調製從波導1輸出的光。顯示設備可包括此類定向 顯示裝置和控制系統,所述控制系統被布置為選擇性地操作照明陣列15以將光導向進入 對應於輸出方向的觀察窗中。現在將描述此類顯示設備的例子,該顯示設備可適於包括上 述的波導布置方式中的任一者。
[0190] 圖35是示意圖,其以側視圖示出了包括定向顯示裝置和控制系統的時間多路復 用顯示設備的結構。定向顯示裝置包括波導布置方式,該布置方式自身包括階梯式波導I和照明陣列15。在該例子中,示出了聚焦光學元件101以提供定向照明。聚焦光學元件 101可將來自照明陣列15的光導向進入階梯式波導,該波導可生成二維的一組窗78,如上 所述。然而,作為另外一種選擇,定向顯示裝置可包括上述的其他波導布置方式中的一者, 例如包括反射鏡238。
[0191] 階梯式波導1包括光導向側面8、反射端4、引導結構特徵10和光提取結構特徵 12。定向顯示裝置100還包括SLM48,其跨波導1的第一引導表面6延伸並且調製從其輸 出的光。
[0192] 波導1如上所述布置。反射端4會聚反射光。菲涅耳透鏡62可被布置為與反射 端4配合以將來自階梯式波導的準直輸出光導向至觀察平面處的觀察窗78,從而跨階梯式 波導1的輸出來查看顯不輸出。
[0193] 另外,可提供漫射體68以基本上除去波導1與SLM48以及菲涅耳透鏡結構62的 像素之間的莫爾條紋跳動。在示例性例子中,其中窗間距為大約2. 5度,根據適當窗間距和 觀察距離,漫射體68可例如具有大約1-3度的對稱漫射角度(在橫向方向上(y軸線)以 及垂直於橫向方向(X軸線))。作為另外一種選擇,如果窗尺寸在水平和堅直觀察方向上不 同,則漫射體可為不對稱的並且可被布置為適當模糊化成特定方向上的窗錐角。
[0194] 圖35還示出了來自不同光提取結構特徵12的光線71、73跨階梯式波導1的側面 8的傳播。結構12中的每個均可布置有相同傾角或傾斜度,使得光線71、73在入射到菲涅 耳透鏡62上之前可大約平行,並且可朝窗平面中的窗78聚焦。
[0195] 現在將描述控制系統的布置方式和操作。控制系統可包括傳感器系統,其被布置 為檢測從觀察區域觀察顯示器的觀察者238的相對於顯示裝置的位置。傳感器系統包括諸 如相機的位置傳感器70,和頭部位置測量系統72,所述頭部位置測量系統可例如包括計算 機視覺圖像處理系統。控制系統還可包括照明控制器74和圖像控制器76,這兩者均提供有 由頭部位置測量系統72提供的被檢測到的觀察者238的位置。
[0196] 照明控制器74選擇性地操作照明陣列15的照明元件以配合波導1將光導向進入 二維窗陣列中的所選擇的觀察窗76內。照明控制器74根據頭部位置測量系統72所檢測 到的觀察者238的位置,來選擇要操作的照明元件15,使得光導向進入其中的觀察窗78處 於對應於觀察者238的左眼和右眼的位置。這樣,波導1的輸出方向性對應於觀察者位置。 照明控制器74確定給定觀察者238的位置的輸出的正確照明相位和方向,並且因此可確定 在給定時間內應當照明照明陣列15的哪些照明元件。
[0197] 圖像控制器76控制SLM48以顯示圖像。為提供自動立體顯示器,圖像控制器76 和照明控制器74可按照如下方式操作。圖像控制器76控制SLM48以顯示時間上多路復 用的左眼圖像和右眼圖像。照明控制器74操作光源15以將光導向進入相應觀察窗78中 對應於觀察者238左眼和右眼的位置,並同步地顯示左眼圖像和右眼圖像。這樣,使用時分 多路復用技術實現了自動立體效果。
[0198] 圖36是示意圖,其以側視圖示出了時間多路復用定向顯示裝置的結構,除了以下 修改形式以外,所述時間多路復用定向顯示裝置與圖35中相同。在該例子中,階梯式波導 包括光提取結構特徵12陣列,所述光提取結構特徵具有沿著波導1的光軸而變化的傾角。 例如,光提取結構特徵75可提供有傾斜角175,其大於光提取結構特徵77的傾斜角177。結 構75、77的傾角可被布置為提供查看功能,從而對於陣列15中的給定的一行光源提供基本 上朝窗平面中相同窗79的光線71、73的成像。有利的是,可省略菲涅耳透鏡62,從而減小 設備的成本和體積。
[0199] 圖37是示意圖,其示出了觀察窗160的二維陣列和觀察者位置以示出由圖35的 控制系統實施的控制的可能類型。另外,圖37示出了當控制系統實施多觀察者跟蹤自動立 體顯不器時顯不設備的輸出的部分。二維陣列可包括延長的堅直窗160,使得堅直方向上 的間距大於水平方向上的間距。通過左眼瞳孔位置162和164以及右眼瞳孔位置163來指 出觀察者眼睛位置。有利的是,此類實施例可實現大約在另一觀察者的左眼瞳孔位置164 正下方對準的一個觀察者的右眼瞳孔位置162。因此,窗165在右眼圖像相位中照明,而窗 167在左眼圖像相位中照明。另外,本發明實施例可實現具有傾斜眼睛取向的觀察者的瞳孔 位置166,諸如當觀察者從偏斜位置進行觀看時可發生。在這種情況下,可針對眼睛間距的 傾斜基線方向調節圖像數據,這可通過圖像控制器76來實現。
[0200] 繼續討論圖37,在顯示器48上對圖像數據尋址期間,可利用相同頭部傾斜度向觀 察者的各隻眼睛提供相同的左眼數據和右眼數據。因此,與左眼瞳孔位置162大約對準的 窗和與不同用戶的左眼瞳孔位置164大約對準的窗可基本上同時被照明。然而,具有瞳孔 位置166的觀察者可位於傾斜角處,使得觀察數據可不與其眼睛取向最佳對準。在另一個 實施例中,具有瞳孔位置166的觀察者的右眼和左眼可在與其他觀察者不同的時間下被照 明,並且校正呈現的該觀察者的圖像數據。有利的是,此類顯示器可正確跟蹤具有不同眼睛 取向的多個觀察者。
[0201] 有利的是,堅直延伸窗可從照明陣列15中的少數堅直間隔照明發光元件提供X方 向上的較高堅直觀察範圍,以提供多層定位的觀察者之間的鑑別。觀察窗的y方向上的較 窄橫向間距可實現低串擾橫向跟蹤,並且實現低水平閃爍。
[0202] 圖38A是示意圖,其以側視圖示出了被布置為限制輸出觀察方向的波導布置方 式。波導布置方式包括照明元件314、聚焦光學元件101和階梯式波導1。另外,圖38A示 出了另一個實施例,其中輸入照明陣列15包括與聚焦光學元件101組合的堅直方向上的單 個照明元件314。本發明實施例可實現階梯式波導內的較窄照明錐316。這可提供在反向 傳播方向上入射到側面4的反射鏡表面和光提取結構特徵12上的小範圍的角度,使得與全 錐角照明相比較,可減小窗場曲率。輸出可通過堅直漫射體68在堅直方向上漫射。另外, 可在不採用鍍銀的情況下通過光提取結構特徵12有效地導向光錐316,從而降低成本並增 加效率。有利的是,由於通過減少光提取結構特徵12處的折射而使洩漏到階梯式波導後部 的光減少,該實施例可實現減小的串擾。
[0203] 進一步討論圖38A,附加光學元件318可被布置到階梯式波導1的後部,諸如但不 限於閥、2D背光源、反射器、偏振再循環光學元件等。有利的是,本實施例可使光提取結構特 徵12非金屬化,這依賴於光基本上不朝組件318逃逸的情況下的。通過比較,如果光的確 朝組件318逃逸,則光可在光學系統內再循環,在方向320上傳播,從而形成不想要的串擾 和圖像偽影。另外,本發明實施例可不採用金屬化結構12,使得有利的是,可減少或移除結 構12與組件318中結構之間的莫爾條紋。
[0204] 圖38B是示意圖,其以側視圖示出了顯示裝置,該顯示裝置包括與空間光調製器 48整合的波導布置方式。另外,圖38B示出了另一個實施例,其包括圖38A的設備,所述設備 布置在空間光調製器48的輸入表面處,所述空間光調製器包括具有偏振器324、332、基底 326、330以及可轉換液晶層328的液晶顯示器。在階梯式波導內傳播的受限錐角316可增 加可由階梯式波導在側面4處提供的臨界角。在示例性例子中,大約26°的總錐角316可 由在側面6的表面界面處具有小於大約77°的臨界角的階梯式波導引導。此類界面可例如 由階梯式波導1的大約1. 5的體折射率提供,其中低折射率塗層322的折射率為大約1. 4, 從而提供大約7Γ的臨界角。例如,層322的材料可包括但可不限於有機矽、氣凝膠、氟化 聚合物等。有利的是,此類布置方式可提供減小厚度裝置,其可通過液晶面板機械穩定。另 夕卜,對於來自結構12的輸出光而言,由於菲涅耳反射,光損耗可最小化,從而減小顯示系統 中的串擾。
[0205] 以上參照圖11至圖34C所述的波導布置方式中的任一者均可用於提供圖像的近 眼顯示。在這種情況下,可根據要顯示的圖像操作照明系統,使得輸出光將圖像表示為準直 圖像。也就是說,在橫向和垂直方向上導向的輸出光的不同方向根據圖像來調製。因此,在 近眼顯示設備中,波導布置方式可與控制系統組合,所述控制系統操作照明系統以根據表 示要顯示的圖像的圖像數據提供輸入光。具體地講,對照明系統進行控制以根據圖像數據 的行和列,(a)導向不同橫向位置,所述橫向位置提供輸出光在不同橫向方向上的分布,以 及(b)在垂直於橫向方向的不同方向上進行導向,所述不同方向提供輸出光在垂直於橫向 方向的不同方向中的分布。
[0206] 由於光線是準直的,所以當觀察者觀察波導1時,觀察者的眼睛將圖像聚焦到視 網膜上並且因此被感知為遠距離圖像。術語"準直的"用於表示光足夠準直以由觀察者視 網膜聚焦,包括嚴格平行或具有一定程度的發散的光。
[0207] 現在將描述此類近眼顯示設備的例子,該設備可適於包括上述波導布置方式中的 任一者。
[0208] 圖39A是示意圖,其以側視圖示出了從耦合到觀察者眼睛內的近眼顯示設備輸出 的光。圖39A示出了通過靠近定向照明波導401的第一引導表面406的觀察者238的眼睛 使光線417成像。照明陣列415包括二維照明元件陣列。為提供所需解析度,照明陣列415 可由背光源和空間光調製器形成,如將通過參照圖39B-圖39E的示例性實施例所描述的。
[0209] 將來自每個像素的光線在相應輸出方向上導向進入相應的角輸出窗78,以便於為 觀察者238實現照明陣列415的放大圖像。因此,每個角輸出窗78提供所觀察圖像的放大 像素。
[0210] 作為包括二維照明元件陣列的照明陣列415的替代形式,照明陣列可包括僅在橫 向方向上跨波導1的輸入端2分布一維照明器元件陣列,以及偏轉器元件,例如如圖31A所 示布置並且如上所述操作。在這種情況下,控制系統操作照明器元件以顯示圖像數據的連 續線,並且與之同步操作偏轉器元件以在垂直於橫向方向的不同方向上導向這些連續線的 光。
[0211] 在示例性實施例中,波導401可具有Imm厚的輸入端2以及3mm厚的反射端4。波 導401的長度可為40mm並且反射端處的寬度可為20mm,並且可通過照明系統(諸如圖31A 所示的照明系統)在橫向方向上被基本填充。空氣中橫向方向上的角視場大小因此可為大 約21度。因此,對於300mm觀察距離而言,近眼顯示裝置可表現為具有IlOmm的等效寬度。 光導向結構412可布置在第二引導表面8的整個區域之上,或可布置在較小區域之上以提 供受控圖像區域並且增加裝置效率,例如半徑為7mm的圓形區域。波導401可通過光錐照 明,該光錐在輸入側中沿z方向在空氣中具有+/-12度的總輸入角。因此,反射鏡273可旋 轉通過+/-6度的總角。照明陣列可被布置為具有20_長度和10微米高度的線性陣列,其 包括尺寸為IOX10微米的1920個光源。反射鏡273可以60Hz的頻率振動,並且光源可每 15微秒進行更新。因此,可實現解析度為1920X1080的60Hz圖像。
[0212] 在另一個不例性實施例中,波導401可具有Imm厚的輸入端2以及3mm厚的反射 端4,還包括如圖16所示的照明陣列15。波導401的長度可為20mm並且反射端4處的寬 度可為10mm,並且照明陣列橫向寬度為10mm。空氣中橫向方向上的角視場大小因此可為大 約21度。波導可通過光錐照明,該光錐在輸入端2沿垂直於橫向方向的z方向在空氣中具 有12度的總輸入角。光學聚焦元件101的焦距可為5mm,並且照明元件的總高度可為1mm。 如圖16所示的照明元件可具有640X360像素的彩色像素解析度,使得單獨像素間距為大 約15X3微米。彩色輸出可通過間距為大約5X3微米的單獨紅色、綠色和藍色像素提供或 通過時序彩色操作提供,還包括與白色光源陣列對準的彩色選擇性開關元件。
[0213] 圖39B-圖39E是示意圖,其以側視圖示出了輸入至圖39A的近眼顯示設備中的階 梯式波導的光,並且示出了照明陣列415的示例性實施例。
[0214] 圖39B是示意圖,其以側視圖示出了反射性SLM800,諸如矽基液晶(LCOS)。可包 括紅色、綠色和藍色LED的光源804可被布置為通過立方分束器806,或作為另外一種選擇 通過平板分束器對SLM800進行順序照明。有利的是,高解析度像素可被布置為具有通過 時間多路復用實現的彩色性能,與包括單獨紅色、綠色和藍色像素的SLM相比較,其還提高 了所產生圖像的解析度。
[0215] 圖39C是示意圖,其以側視圖示出了透射性SLM810,諸如由背光源808照明的 IXD。有利的是,移除了圖39B的分束器806,從而減少成本、體積和複雜度。
[0216] 圖39D是示意圖,其以側視圖示出了發光SLM812,諸如矽基OLED顯示器。有利的 是,移除了圖39B的分光器806,從而減少成本、體積和複雜度並且不需要圖39C的另一個背 光源808。
[0217] 圖39E是示意圖,其以側視圖示出了發光SLM814,諸如LED條。SLM814可包括可 為紅色、綠色和藍色發光元件的發光元件行816、818、820,使得在反射鏡273旋轉時,彩色 和空間數據與反射鏡位置同步以實現波導內的角度空間中的對準。有利的是,與圖39B-圖 39D的布置方式相比較,陣列415在垂直於橫向方向的方向上的解析度可增加。
[0218] 此類顯示器可例如通過布置在矽底板上的有機發光二極體結構或矽基液晶裝置 結構來實現。
[0219] 圖40和圖41是示意圖,其分別以側視圖和正視圖示出了近眼顯示設備的操作,該 設備包括通過聚焦光學元件101由照明陣列415定向照明的波導401,該照明陣列包括二維 照明元件陣列。
[0220] 波導401包括反射端404,其被布置為使來自照明陣列415中的像素414的光線 405基本上準直。波導401具有三個非提取區域403以及非提取區域403中間的兩個光提 取區域407和409。在非提取區域403中,第二引導表面400為平坦的,並且不具有任何光 提取結構特徵,並且因此包括第一引導表面406和第二引導表面400的平坦、平行部分。在 光提取區域407和409中,第二引導表面400提供有光提取結構特徵412以便於提供階梯 式波導。觀察者238的眼睛瞳孔位置被示為與光提取區域407和409對準。
[0221] 在操作中,在第一次穿過中,光線405傳播穿過非提取區域403 ;以及可在第二次 (反向傳播)穿過中提供光提取的第二光提取區域407、409。在第一次穿過的過程中不提 取光。光線405然後以與上文針對反射端4所述類似的方式在側面404處反射,其中光線 可為準直的並且在第二次穿過中沿著閥向下返回。穿過非提取區域403的光因此在基本上 無損耗的情況下穿過,直至其入射在光提取區域407、409上,其中光在光提取結構特徵412 處向上導向。眼睛定位在光提取區域407、409附近的觀察者238因此將接收來自陣列415 的光。陣列的光輸出的方向性被保持,因此觀察者可看到陣列415的對於陣列的正交軸線 具有不同放大率的放大圖像,如將在下面描述。有利的是,區域403不提供光提取並且因此 可增加裝置效率。作為另外一種選擇,區域403可省略或減小尺寸以增加自由度,從而找到 最佳觀察位置。
[0222] 可提供第一光提取區域407和第二光提取區域409,使得兩眼均可看到顯示器。作 為另外一種選擇,顯示器可為單眼用的。
[0223] 圖42是示意圖,其示出了近眼顯示設備的側視圖,該近眼顯示設備包括如上所述 的波導布置方式和控制系統。控制系統包括元件並且被布置為按如下方式操作以控制照明 器陣列415。
[0224] 裝置通信器720,例如遠程裝置719 (諸如行動電話)的藍牙接口,可被布置為將 表示要顯示的圖像的圖像數據傳送至裝置,並且提供例如來自觸摸面板721和接口控制器 722的控制數據接口,其可布置在例如一副眼鏡的臂上。可將圖像數據導向至顯示器驅動器 724,其被布置為驅動照明陣列415。可通過來自環境光傳感器(諸如安裝在眼鏡上的相機 裝置)的信號調製圖像數據。如果周圍環境具有增加的光水平,則可修改到顯示器的輸出 以進行相應補償。
[0225] 來自外部光源730的環境光線732基本上穿過波導401,而來自陣列415的光由 光提取結構特徵12導向至觀察者238的眼睛。在示例性實施例中,光提取結構特徵12在 X方向上可具有5微米的寬度,以及250微米的間距,使得重新導向到輸入上的環境光的量 降至最小。光提取結構特徵12可用於提供遠場圖像的衍射模糊化。可通過使光提取結構 特徵12的間距跨觀察者238瞳孔的孔面積隨機化,使得間距變得不規則,從而在外觀上減 小此類模糊化。
[0226] 任選地,波導布置方式還可包括跨波導401的第二引導表面延伸的補償光學組件 729。補償光學組件729具有面向第二引導表面的表面731,其具有與第二引導表面匹配的 形狀,從而包括形狀上與光提取結構特徵12類似的結構。補償光學組件729可置於與波導 401對準,從而減小通過結構12的區域所看到的雜散光的可見度,有利地降低針對在遠場 觀察中所看到的對象的對比度損耗。為促進觀察者的觀察,波導設備可結合到適於佩戴在 用戶頭部上的頭戴式設備內。該波導被布置為當佩戴頭戴式設備時,跨用戶的至少一隻眼 睛延伸。現在將描述這樣的一些例子,其中頭戴式設備為一副眼鏡,但一般來講可提供其他 頭戴式設備,例如護目鏡或者頭盔或帽子的附件。
[0227] 圖43A-圖43D是示意圖,其以頂視圖示出了結合到一副眼鏡內的近眼顯示設備。 期望保護包括光提取結構特徵12的波導401的第二引導表面8以在佩戴期間免於損壞。如 圖43A所示,可將附加眼鏡組件740施加于波導1的前面,並且在兩者間布置有氣隙742。 組件740可為具有光焦度的矯正透鏡,以用於結合由本文所述實施例所實現的顯示功能來 矯正視力。
[0228] 另外,組件740可具有如圖42所示的結構化側面731。另外,組件740可包括光致 變色材料、偏振材料、太陽鏡所需的其他吸收材料、或用於實現增強眼鏡效果的其他材料。 例如,用於左眼和右眼的組件740可包括適用於觀察包括正交偏振編碼圖像的立體顯示器 的相應波片和偏振器。
[0229] 圖43B示出了另一個實施例,該實施例與圖43B的實施例類似,不同的是低反射率 材料744 (諸如有機矽)被布置在組件740與波導401之間。由于波導401的材料與材料 744之間的折射率差,光仍可在波導401內導向。來自外部光源732的入射光在間隙742每 一側的表面處經歷較小反射,從而提高周圍環境的對比度。
[0230] 然而在圖43A中,用作矯正透鏡的組件740為與波導分開的元件,圖43C示出了另 一個實施例,其中波導401的第一引導表面743通過被布置具有曲率以提供光焦度來形成 矯正透鏡。此類布置方式可增加來自波導1的光損耗,然而觀察者的瞳孔集成在跨來自波 導的一系列位置上,使得可補償可能出現的不均勻性。圖43D示出了可通過第二引導表面 743與組件740的彎曲來實現視覺矯正的組合。有利的是,第二引導表面8可受到保護,並 且視覺矯正的品質增強。
[0231] 圖43E至圖43G示出了波導布置方式結合到一副眼鏡內,該眼鏡包括被布置為在 用戶兩隻眼睛上延伸的透鏡。在每種情況下,可應用圖43A至圖43D的布置方式中的任一 者。
[0232] 圖43E-圖43G是示意圖,其以正視圖示出了結合到一副眼鏡內的近眼顯示設備。 圖43E示出了具有左眼框架762和右眼框架750的第一副眼鏡。光源(未示出)被布置為 在輸入端2處輸入光,這可通過如上所述的轉向鏡或其他光學組件。光穿過波導,在反射端 4反射並且穿過布置在區域756中的光提取結構特徵12輸出,所述區域可在觀察者的場中 心中基本上對準而基本上不阻擋環境光,如參照圖42所述。在區域756外部提供透明區域 752。用於左眼和右眼眼鏡的光源可提供2D或立體圖像對。有利的是,波導可具有側面22、 24,其被布置為與所需眼鏡的樣式匹配。此類波導可通過對基準坯料進行機械加工而製造, 使得在製造中提供較大坯料並且將其切割成合適的框架尺寸。有利的是,與所需眼鏡框架 整合的成本可降低。
[0233] 可期望遠離軸向觀察位置來定位觀察區。圖43F和圖43G示出了對於單眼和雙眼 觀察而言,光提取區域764、766可被布置為遠離視覺的中心。此類布置方式可實現增加的 光提取效率和環境光線對圖像的幹擾。
[0234] 另外,在圖43G中,與圖43E-圖43F的布置方式相比較,陣列415被布置為朝向眼 鏡的頂部。區域751可被布置在波導401外部以完成眼鏡的框架,並且有可能提供進一步 光焦度,如圖43A-圖43D所示。波導401與區域751之間的邊界可包括波導401的相應 邊緣的金屬塗層。此類布置方式可有利地實現橫向方向上增加數目的像素,以便為觀察者 提供信箱格式型圖像。例如,圖像可包括16個水平像素與9個堅直像素的比率,其中與圖 43E-圖43F的布置方式相比較,像差和光損耗減小。
[0235] 圖44A-圖44C是示意圖,其示出了在一副眼鏡中形成近眼顯示設備的方法的正視 圖。在如圖44A所示的第一步驟中,提供了波導坯料772,其包括輸入端2和反射端4,連同 光提取區域756。所需眼鏡形狀774如圖所示布置,並且如圖44B所示,使用切割機(諸如 水噴射切割器)或其他已知的切割方法來提供邊緣形狀776。具有所需形狀776的切割波 導401可組裝有光源415、聚焦光學元件101和到驅動器724的電連接以提供眼鏡組件。
[0236] 將進一步考慮光從波導401的傳播。就這一點而言,圖45是示意圖,其以側視圖 示出了來自近眼顯示設備的光的輸出。如圖45所示,在通過端反射鏡表面4入射之後,該 表面可提供xy平面中的準直功能,反向傳播光線120、122、124可入射在反射光提取結構特 徵412上。將來自照明元件126U28的光錐118在離開光學閥之後在空氣中導向進入第一 光錐119,而將來自照明元件130U32的光錐117導向進入不同於錐119的第二光錐121。 橫向錐角由端反射鏡表面的光學功能和光提取結構特徵412上的彎曲半徑確定。因此,照 明元件126相對於聚焦光學元件101的位置確定波導401的輸出錐定向分布。有利的是, 本發明實施例可實現二維可尋址角窗口陣列,該窗實現如將描述的有利顯示特性。
[0237] 偏轉膜450諸如稜鏡膜可進一步被布置為使輸出的方向偏移至顯示器的所需視 角。例如,在其中光線111、113被布置為在波導401內引導的實施例中,則偏轉膜可將輸出 方向旋轉到側面406的法線。
[0238] 圖46A是示意圖,其以正視圖示出了來自近眼顯示設備的光的輸出。圖46A示出 了通過照明陣列415的單個像素414形成角窗口 78 (包括單個輸出方向),例如如圖40所 示。在該實施例中,例如與圖5-致,反射端404在橫向方向上具有正光焦度,使得跨橫向 方向延伸的光提取結構特徵412可為線性的。因此,光學元件101、反射端404和光提取結 構特徵412配合以將來自像素414的所有光線417導向進入單個方向,並且因此進入相同 角窗口。照明陣列415的相鄰像素因此被布置為提供不同角輸出。系統的光焦度還可包括 輸出透鏡,諸如菲涅耳透鏡,或裝置可結合到如將描述的眼鏡內。
[0239] 圖46B是示意圖,其以正視圖示出了來自另一個近眼顯示設備的光的輸出。圖46B 示出了實施例,該實施例包括組合有反射端404的聚焦光學元件101,其可包括菲涅耳反射 鏡,以及光提取結構特徵412,所述光提取結構特徵跨橫向方向延伸,但其不是線性的而是 彎曲的,使得它們在橫向方向上具有正光焦度。有利的是,與圖46A的實施例相比較,該實 施例通過去除側面404的垂度而顯著減小了光學元件的尺寸。
[0240] 圖47是示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備。圖47示出了實施例,其 中反射端404被布置為反射平坦表面,並且光提取區域407、409包括光引導結構特徵410 和光提取結構特徵412,其為彎曲的以提供光焦度,從而提供照明陣列415的成像。有利的 是,此類實施例提供更緊湊的尺寸。
[0241] 圖47還示出了包括背光源417和SLM419的照明陣列415。背光源將光穿過SLM 419導向進入成像定向波導401。SLM419可為透射或反射的空間光調製器。背光源417可 為簡單背光源,或可為聚光系統,該系統被布置為將光導向進入來自光源的波導。在其他實 施例中,照明陣列415可由自發光顯示器諸如OLED顯示器提供。
[0242] 圖48是示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備。圖48示出了實施例,其 中提供了單個光提取區域407,以有利地提供閥平坦顯示成像定向波導401的橫向取向。
[0243] 圖49是示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備。圖49示出了一個包括 橫向取向波導401的實施例,所述波導包括對準至相應像素陣列407、409的第一成像區域 460和第二成像區域462,以及聚焦光學元件101。有利的是,與圖48的布置方式相比較,輸 出圖像的像差將被改善。另外,此類實施例可為左眼和右眼提供不同圖像,該圖像可用於實 現立體顯示設備。另外,光提取結構特徵412可布置在受限區域上方,使得觀察者238的瞳 孔可布置有光提取結構特徵412以用於觀察圖像,或可通過將眼睛定位在包括結構412的 區域外部來實現環境照明的高圖像逼真度。
[0244] 圖50是示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備。圖50示出了實施例,其 中在反射端404前面提供由透鏡元件424和426形成的複合透鏡。因此,通過反射端404 處的反射器、透鏡元件424 (包括第一材料)和透鏡元件426 (包括折射率不同於第一材料 的第二材料)來確定xy平面中的準直光學元件的光焦度。第二材料可與用於形成波導401 的材料相同,而透鏡元件424可附接到波導401。有利的是,此類布置方式可改善波導401 的準直功能的像差性能。
[0245] 圖51是示意圖,其示出了另一個實施例,其中結合了另一個光學元件430,從而改 善像差性能。
[0246] 圖52是示意圖,其以正視圖示出了另一個近眼顯示設備。圖52示出了實施例,其 中在反射端504與其中提供了光提取結構特徵12的光提取區域511之間提供了不具有任 何光提取結構特徵12的延伸長度輸入部分509。另外,可在光提取區域511與反射端504 之間提供非提取部分510,以進一步增加波導510的長度。有利的是,增加了末端504的後 工作距離,使得反射鏡的離軸成像性能得到改善,並且增加了圖像逼真度,尤其是對於離軸 像素而言。
[0247] 圖53是示意圖,其以側視圖示出了包括相應獨立照明波導420、422的近眼顯示設 備的拼接陣列。有利的是,此類實施例可向左眼和右眼提供獨立圖像,從而減小圖像串擾並 且增加亮度,並且實現立體顯示功能。
[0248] 圖54是示意圖,其以側視圖示出了近眼顯示設備的拼接陣列,所述近眼顯示設備 包括具有集成反射鏡元件424的相應獨立照明波導420、422。反射鏡424可為例如全息元 件。有利的是,此類實施例可提供緊湊立體布置方式,其可配合於直視顯示器的前面,其中 縫具有低可見度,如將在下面描述。
[0249] 圖55是示意圖,其以側視圖示出了近眼顯示設備的堆疊陣列,所述近眼顯示設備 包括通過SLM407、409獨立照明的相應波導417、419。有利的是,此類實施例可向左眼和右 眼提供獨立圖像,從而減小圖像串擾並且增加亮度,同時在與底層顯示設備一起使用時保 持均勻度。平坦區域可包括光學校正,並且延伸長度可實現改善的像差。
[0250] 圖56是示意圖,其示出了結合到一副眼鏡600內的近眼顯示設備。在眼鏡的框架 中可提供空間光調製器415和電子器件。另外,本發明實施例有利地對於垂直入射光為基 本上透明的,並且因此可有利地用於對覆蓋到實際圖像上的圖像數據進行增強現實觀察。 另外,眼鏡可進一步提供有光學矯正透鏡,以減小由聚焦光學元件101和側面404提供的功 曰. 牟裡。
[0251] 圖57是示意圖,其以側視圖示出了包括摺疊式波導420的近眼顯示設備,所述波 導被布置為當安裝在眼鏡上時減小所感知的波導尺寸。轉向鏡440可被布置為將引導圖像 導向進入波導的提取區域。有利的是,SLM415和波導401的光束擴展區域451可安裝在 眼鏡600的臂上,如圖58所示。
[0252] 圖59是示意圖,其示出了包括波導布置方式的投影顯示設備,該波導布置方式包 括波導601。照明器陣列615照明聚焦光學元件101和定向照明波導601。以與上述近眼 顯示裝置相同的方式來操作照明器陣列615。反射端604通過引導結構特徵610將來自照 明陣列615的光導向至光提取結構特徵612。波導601具有如上所述的布置方式,其中聚焦 光學元件101、反射端604和光提取結構特徵612配合以在顯示裝置前面的窗平面106處提 供顯示器615的光源的光學圖像。因此,圖59的布置方式的操作與上述布置方式類似。來 自所述結構的提取光入射到窗平面106處的屏幕618上,可在其上面看到圖像620。有利的 是,此類布置方式可提供緊湊投影設備,該設備可為平坦的。
[0253] 圖60是示意圖,其示出了多功能顯示設備,該設備可組合使用本發明實施例的閥 和單向平坦顯示成像定向波導而實現。顯示器堆疊包括2D輸出背光源301和光源315、定 向顯示裝置的波導1、透射直視空間光調製器48、近眼顯示設備的定向照明波導401 (如上 所述)以及投影顯示裝置的定向照明波導501 (如上所述)。
[0254]在操作中,2D模式可通過激活光源315以照明背光源301來實現;有利的是,光傳 輸穿過其餘的元件。
[0255] 在自動立體顯示模式中,通過照明陣列15照明定向顯示裝置的波導1,以與提供 給SLM48的時間多路復用數據配合以提供自動立體窗。
[0256] 在近眼顯示模式中,照明近眼顯示裝置的照明陣列415以提供準直輸出。
[0257] 最終,在操作的投影模式中,激活投影顯示裝置的照明陣列601以通過波導601提 供投影圖像。
[0258] 有利的是,由於相應波導1、401、601的透明性,此類布置方式可在單個平臺上實 現多個顯示功能。因此,智慧型電話裝置例如可作為自動立體顯示器用於直視操作,或用於對 大尺寸放大圖像進行成像。
[0259] 如本文可能所用,術語"基本上"和"大約"為其相應的術語和/或術語之間的相 關性提供了行業可接受的容差。此類行業可接受的容差在〇%至10%的範圍內,並且對應 於但不限於分量值、角度等等。各項之間的此類相關性在大約0%至10%的範圍內。
[0260] 雖然上文描述了根據本文所公開的原理的多個實施例,但應當理解,它們僅以舉 例的方式示出,而並非限制。因此,本發明的廣度和範圍不應受到任何上述示例性實施例的 限制,而應該僅根據產生於本發明的任何權利要求及其等同物來限定。另外,所描述的實施 例中提供了上述優點和特徵,但不應將此類公開的權利要求的應用限於實現任何或全部上 述優點的方法和結構。
[0261] 另外,本文的章節標題是為了符合37CFR1.77下的建議或者提供組織線索。這 些標題不應限制或表徵可產生於本公開的任何權利要求中所列出的實施例。具體地和以舉 例的方式,雖然標題是指"【技術領域】",但權利要求不應受到在該標題下選擇用於描述所謂 的領域的語言的限制。另外,"【背景技術】"中對技術的描述不應被理解為承認某些技術對本 發明中的任何實施例而言是現有技術。"
【發明內容】
"也並非要被視為公開的權利要求中所述 的實施例的表徵。另外,該公開中對單數形式的"發明"的任何引用不應被用於辯稱在該公 開中僅有一個新穎點。可以根據產生於本發明的多項權利要求來提出多個實施例,並且此 類權利要求因此限定由其保護的實施例和它們的等同物。在所有情況下,應根據本發明基 於權利要求書本身來考慮其範圍,而不應受本文給出的標題的約束。
【權利要求】
1. 一種定向照明波導布置方式,包括: 波導,所述波導包括輸入端以及用於沿所述波導引導光的相對的第一引導表面和第二 引導表面;所述第一引導表面可被布置為通過全內反射來引導光,並且所述第二引導表面 具有包括多個小平面的階梯式形狀,所述小平面跨所述波導在橫向方向上延伸並被取向為 使輸入光從所述輸入端反射穿過所述第一引導表面作為輸出光;以及所述小平面之間的中 間區域,所述中間區域被布置為將光導向穿過所述波導而不提取光; 照明系統,所述照明系統可選擇性地操作以提供輸入光,所述輸入光(a)從分布在所 述橫向方向上的不同橫向位置導向,並且(b)在垂直於所述橫向方向分布的不同輸入方向 上導向,所述輸入光輸出穿過在輸出方向上導向的所述第一引導表面,所述輸出方向(a) 根據所述輸入光的橫向位置在所述橫向方向上相對於所述第一引導表面的法線而分布,並 且(b)根據所述輸入光的輸入方向在垂直於所述橫向方向的方向上相對於所述第一引導 表面的法線而分布。
2. 根據權利要求1所述的波導布置方式,其中所述照明系統包括二維光源陣列和在垂 直於所述橫向方向的方向上具有正光焦度的聚焦光學兀件,所述聚焦光學兀件布置在所述 光源陣列與所述波導之間,所述光源陣列在所述橫向方向上跨所述波導的輸入端分布以提 供來自不同橫向位置的所述輸入光,所述橫向位置在所述橫向方向上分布並且在垂直方向 上分布,以在垂直於所述橫向方向分布的不同輸入方向上提供所述輸入光。
3. 根據權利要求2所述的波導布置方式,其中所述二維光源陣列布置在所述聚焦光學 元件的焦平面中。
4. 根據權利要求2或3所述的波導布置方式,其中所述光源為離散的。
5. 根據權利要求2或3所述的波導布置方式,其中所述照明系統包括背光源和透射空 間光調製器。
6. 根據權利要求2至5中任一項所述的波導布置方式,其中所述光源陣列在所述橫向 方向和所述垂直方向上具有不同間距。
7. 根據權利要求2至6中任一項所述的波導布置方式,其中所述聚焦光學元件包括透 鏡兀件。
8. 根據權利要求7所述的波導布置方式,其中所述透鏡元件包括所述波導的輸入端上 的透鏡表面。
9. 根據權利要求7所述的波導布置方式,其中所述透鏡元件包括布置在所述光源陣列 與所述波導之間的附加透鏡元件。
10. 根據權利要求2至6中任一項所述的波導布置方式,其中所述聚焦光學元件包括反 射元件。
11. 根據權利要求2至10中任一項所述的波導布置方式,其中所述聚焦光學元件主要 布置在所述聚焦光學元件光軸的一側上。
12. 根據權利要求2至11中任一項所述的波導布置方式,其中所述光源通過氣隙與所 述波導的輸入端分開。
13. 根據權利要求1所述的波導布置方式,其中所述照明系統包括一維光源陣列,所述 一維光源陣列在所述橫向方向上跨所述波導的輸入端分布以提供來自在所述橫向方向上 分布的不同橫向位置的所述輸入光;以及布置在所述光源陣列與所述波導之間的偏轉器元 件,所述偏轉器元件可選擇性地操作以使所述光源陣列輸出的所述光垂直於所述橫向方向 偏轉不同的量,以在垂直於所述橫向方向分布的不同輸入方向上提供所述輸入光。
14. 根據權利要求13所述的波導布置方式,其中所述偏轉器元件為反射元件,所述反 射兀件可旋轉以垂直於所述橫向方向將所述光源陣列輸出的所述光偏轉不同的量。
15. 根據權利要求13或14所述的波導布置方式,其中所述光源被布置為以光束形式輸 出光,並且所述波導布置方式還包括漫射體元件,所述漫射體元件設置在所述偏轉器元件 與所述波導之間並且被布置為主要在所述橫向方向上漫射光。
16. 根據權利要求13或14所述的波導布置方式,還包括在垂直於所述橫向方向的方向 上具有正光焦度的聚焦光學元件,所述聚焦光學元件布置在所述光源與所述波導之間。
17. 根據前述權利要求中任一項所述的波導布置方式,其中所述波導還包括反射端,所 述反射端面向所述輸入端以用於將來自所述輸入光的光穿過所述波導反射回,其中所述波 導的第二引導表面的所述多個小平面被取向為在從所述反射端反射之後反射光。
18. 根據權利要求17所述的波導布置方式,其中所述反射端在跨所述波導的所述橫向 方向上具有正光焦度。
19. 根據權利要求17所述的波導布置方式,其中所述反射端為平坦的,並且所述小平 面在跨所述波導的所述橫向方向上具有正光焦度。
20. 根據前述權利要求中任一項所述的波導布置方式,其中所述第二引導表面的小平 面具有沿著所述波導的光軸變化的傾角。
21. -種定向顯示裝置,包括: 根據前述權利要求中任一項所述的波導布置方式;以及 透射空間光調製器,所述透射空間光調製器跨所述波導的第一引導表面延伸並且被布 置為調製從所述波導的第一引導表面輸出的光。
22. -種顯不設備,包括: 根據權利要求21所述的定向顯示裝置;以及 控制系統,所述控制系統被布置為選擇性地操作所述照明系統以將光導向進入對應於 所述輸出方向的觀察窗中。
23. 根據權利要求22所述的顯示設備,所述顯示設備為自動立體顯示設備,其中所述 控制系統被進一步布置為控制所述顯示裝置以顯示時間上多路復用的左圖像和右圖像,並 且同步地將所述顯示圖像導向進入在對應於觀察者的左眼和右眼的位置的觀察窗中。
24. 根據權利要求23所述的自動立體顯示設備,其中 所述控制系統還包括傳感器系統,所述傳感器系統被布置為檢測在所述顯示裝置對面 的觀察者的位置,並且 所述控制系統被布置為根據被檢測到的觀察者的位置,將所述顯示的圖像導向進入在 對應於所述觀察者的左眼和右眼的位置的觀察窗中。
25. -種適於戴在用戶頭部的頭戴式設備,包括根據權利要求1至20中任一項所述的 波導布置方式,其中所述波導被布置為當佩戴所述頭戴式設備時跨所述用戶的至少一隻眼 睛延伸。
26. 根據權利要求25所述的頭戴式設備,其中所述小平面的間距為不規則的。
27. 根據權利要求25或26所述的頭戴式設備,還包括補償光學元件,所述補償光學元 件跨所述波導的第二引導表面延伸並且具有面向所述第二引導表面的表面,所述表面具有 匹配形狀。
28. 根據權利要求25至27中任一項所述的頭戴式設備,還包括控制系統,所述控制 系統被布置為操作所述照明系統以根據表示圖像的圖像數據提供所述輸入光,所述輸入光 (a)從所述不同橫向位置導向,並且(b)在所述不同輸入方向上導向。
29. 根據權利要求25至28中任一項所述的頭戴式設備,所述頭戴式設備為包括透鏡的 一副眼鏡,所述透鏡被布置為當佩戴所述一副眼鏡時跨所述用戶的兩眼延伸。
30. 根據權利要求29所述的一副眼鏡,其中所述透鏡為具有用於矯正視力的光焦度的 矯正透鏡。
31. 根據權利要求30所述的一副眼鏡,其中所述矯正透鏡為與所述波導分開的元件。
32. 根據權利要求30所述的一副眼鏡,其中所述矯正透鏡由所述波導的引導表面形 成。
33. -種被布置為顯示由圖像數據表示的準直圖像的近眼顯示設備,所述顯示裝置包 括: 根據權利要求1至20中任一項所述的波導布置方式;以及 控制系統,所述控制系統被布置為操作所述照明系統以根據所述圖像數據提供所述輸 入光,所述輸入光(a)從所述不同橫向位置導向,並且(b)在所述不同輸入方向上導向。
34. 根據權利要求33所述的近眼顯示設備,其中所述照明系統包括一維光源陣列,所 述光源陣列在所述橫向方向上跨所述波導的輸入端分布以提供來自在所述橫向方向上分 布的不同橫向位置的所述輸入光;以及布置在所述光源陣列與所述波導之間的偏轉器元 件,所述偏轉器元件可選擇性地操作以使所述光源陣列輸出的所述光垂直於所述橫向方向 偏轉不同的量,以在垂直於所述橫向方向分布的不同輸入方向上提供所述輸入光,所述控 制系統被布置為操作所述光源陣列以顯示圖像數據的連續線,並且以與所述光源陣列的操 作同步的方式操作所述偏轉器元件。
35. -種使用根據權利要求1至20中任一項所述的波導布置方式顯示準直圖像的方 法,所述方法包括: 操作所述照明系統以根據要顯示的圖像提供所述輸入光,所述輸入光(a)從所述不同 橫向位置導向,並且(b)在所述不同輸入方向上導向,使得所述輸出光將所述圖像表示為 準直圖像;以及 觀察所述準直圖像。
36. -種定向照明設備,包括: 用於導向光的成像定向背光源,包括: 波導,還包括: 第一光引導表面;以及 與所述第一光引導表面相對的第二光引導表面;以及 位於所述第一光引導表面和第二光引導表面之間的輸入光學器件,所述輸入光學器件 可操作以將來自照明元件陣列中的每個元件的光導向進入所述成像定向背光源內的相應 不同定向分布中。
37. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述波導與照明元件陣列或輸入聚焦 光學器件中的至少一者配合以提供二維觀察窗陣列。
38. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述照明元件陣列為二維LED陣列。
39. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述照明元件陣列通過氣隙與所述階 梯式波導分開。
40. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述照明元件陣列的照明元件的角輸 出被獨立調製以提供觀察窗陣列。
41. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述聚焦光學器件由具有基本上平坦 輸出表面的圓柱形彎曲輪廓透鏡提供。
42. 根據權利要求41所述的定向照明設備,其中所述波導還包括輸入表面,進一步地, 其中所述輸入光學器件附接到所述輸入表面並且基本上延長為平行於所述輸入表面。
43. 根據權利要求42所述的定向照明設備,還包括布置在所述波導和所述聚焦光學器 件之間的光學濾光器。
44. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述照明元件陣列近似對準至所述波 導和所述聚焦光學器件。
45. 根據權利要求44所述的定向照明設備,還包括所述照明元件陣列與所述聚焦光學 器件的邊緣之間的擋光板。
46. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述聚焦光學器件為延長透鏡,所述 延長透鏡結合至所述照明元件陣列。
47. 根據權利要求46所述的定向照明設備,其中空氣表面的數目減少並且提供光損耗 的減少。
48. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述聚焦光學器件為低折射率材料。
49. 根據權利要求48所述的定向照明設備,其中所述低折射率材料為氟化材料。
50. 根據權利要求36所述的定向照明設備,還包括菲涅耳透鏡組件,所述菲涅耳透鏡 組件被布置為減小所述聚焦光學器件的厚度。
51. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述聚焦光學器件為反射聚焦光學器 件。
52. 根據權利要求51所述的定向照明設備,還包括彎曲和傾斜反射鏡。
53. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述聚焦光學器件還包括第一聚焦部 分和第二聚焦部分。
54. 根據權利要求36所述的定向照明設備,其中所述聚焦光學器件還包括半透鏡表 面,所述半透鏡表面被布置為使得可為每個堅直觀察窗提供單個照明元件。
55. 根據權利要求36所述的定向照明設備,還包括傾斜反射鏡。
56. 根據權利要求55所述的定向照明設備,其中所述照明元件陣列為雷射源陣列以將 光基本上導向到所述傾斜反射鏡上。
57. 根據權利要求36所述的定向照明設備,還包括全息偏轉器元件。
58. -種階梯式成像定向背光源,包括: 位於所述階梯式成像定向背光源的第一末端的輸入側; 位於所述階梯式成像定向背光源的第二末端的反射側; 位於所述階梯式成像定向背光源的所述輸入側與所述反射側之間的第一光導向側和 第二光導向側,其中所述第二光導向側還包括多個引導結構特徵和多個提取結構特徵;以 及 位於所述第一光導向側和第二光導向側之間的輸入光學器件,所述輸入光學器件將來 自照明元件陣列的光導向進入所述階梯式成像定向背光源內的相應不同定向分布中。
59. 根據權利要求58所述的階梯式成像定向背光源,其中所述階梯式成像定向背光源 提供二維觀察窗陣列。
60. 根據權利要求58所述的階梯式成像定向背光源,其中所述階梯式成像定向背光源 與所述二維照明元件陣列和輸入聚焦光學器件配合以提供二維觀察窗陣列。
61. -種光學閥,包括: 位於光學閥第一末端的輸入側; 位於所述光學閥第二末端的反射側; 位於所述光學閥的所述輸入側與所述反射側之間的第一光導向側和第二光導向側,其 中所述第二光導向側還包括多個引導結構特徵和多個提取結構特徵;以及 位於所述第一光導向側和第二光導向側之間的輸入光學器件,所述輸入光學器件將來 自照明元件陣列的光導向進入所述光學閥內的相應不同定向分布中。
62. 根據權利要求61所述的光學閥,其中所述光學閥與所述照明元件陣列和輸入聚焦 光學器件配合以提供二維觀察窗陣列。
63. 根據權利要求61所述的光學閥,其中所述照明元件陣列為二維LED陣列。
64. -種提供定向分布的定向背光源顯不系統,包括: 用於引導光的光學閥,其中所述光學閥還包括: 第一光引導表面;以及 與所述第一光引導表面相對的第二光引導表面,所述第二光引導表面還包括多個引導 結構特徵和多個提取結構特徵,其中所述多個提取結構特徵允許當光在第一方向上傳播時 在顯著低損耗的情況下使光穿過,並且允許光離開所述光學閥; 輸入聚焦光學器件,所述輸入聚焦光學器件將來自照明元件陣列中的每個的光導向進 入所述光學閥內的相應不同定向分布中; 空間光調製器,所述空間光調製器可操作以接收來自所述光學閥的光;以及 控制單元,所述控制單元確定相對於所述空間光調製器的觀察者位置; 圖像控制單元,所述圖像控制單元向所述空間光調製器提供適當圖像; 照明控制器,所述照明控制器確定正確照明相位和方向以用於部分基於所述觀察者位 置而輸出。
65. 根據權利要求64所述的提供定向分布的定向背光源顯示系統,其中所述照明控制 器確定要照明所述照明元件陣列的哪些所述照明元件。
66. 根據權利要求65所述的提供定向分布的定向背光源顯示系統,還包括漫射體以充 分減小所述光學閥與所述空間光調製器的像素之間發生的莫爾條紋跳動。
【文檔編號】G02B6/10GK104380157SQ201380026070
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月17日 優先權日:2012年5月18日
【發明者】G·J·伍德蓋特, M·G·魯賓遜, J·哈羅德, M·H·舒克 申請人:瑞爾D股份有限公司

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專利名稱:直流氧噴裝置的製作方法技術領域:本實用新型涉及ー種醫療器械,具體地說是ー種直流氧噴裝置。背景技術:臨床上的放療過程極易造成患者的局部皮膚損傷和炎症,被稱為「放射性皮炎」。目前對於放射性皮炎的主要治療措施是塗抹藥膏,而放射性皮炎患者多伴有局部疼痛,對於止痛,多是通過ロ服或靜脈注射進行止痛治療

新型熱網閥門操作手輪的製作方法

專利名稱:新型熱網閥門操作手輪的製作方法技術領域:新型熱網閥門操作手輪技術領域:本實用新型涉及一種新型熱網閥門操作手輪,屬於機械領域。背景技術::閥門作為流體控制裝置應用廣泛,手輪傳動的閥門使用比例佔90%以上。國家標準中提及手輪所起作用為傳動功能,不作為閥門的運輸、起吊裝置,不承受軸向力。現有閥門

用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置的製作方法

專利名稱:用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置的製作方法背景技術:1-本發明所屬領域本發明涉及一種用來自動讀取管狀容器所載識別碼的裝置,其中的管狀容器被放在循環於配送鏈上的文檔匣或託架裝置中。本發明特別適用於,然而並非僅僅專用於,對引入自動分析系統的血液樣本試管之類的自動識別。本發明還涉及專為實現讀