CN114326278B 用于光纤扫描投影仪的方法和系统 （奇跃公司）

201880019638.62018.03.21WO2016205256A1,2016.12.本发明涉及用于光纤扫描投影仪的方法和2扫描光纤，其穿过并机械耦合到所述压电元件，其2.根据权利要求1所述的光纤扫描投影仪，其中所述四分之一波片与所述平面偏振敏所述平面偏振敏感反射器被包含在具有屈光力的固体层压5.根据权利要求4所述的光纤扫描投影仪，其中所述平面偏振敏感反射器和所述透镜6.根据权利要求4所述的光纤扫描投影仪，还包括设置在所述平面偏振敏感反射器和7.根据权利要求4所述的光纤扫描投影仪，还包括设置在所述平面偏振敏感反射器和8.根据权利要求1所述的光纤扫描投影仪，其中所述四分之一波片和所述弯曲反射器9.根据权利要求1所述的光纤扫描投影仪，其中所述扫描光纤的输出表面限定球形物沿着光路引导光，其中所述光由机械耦合到压电元件并穿过包括3扫描光纤，其穿过并机械耦合到所述压电元件，其17.根据权利要求16所述的光纤扫描投影仪，其中所述四分之一波片与所述弯曲偏振和所述弯曲偏振敏感反射器被包含在具有屈光力19.根据权利要求16所述的光纤扫描投影仪，其中所述四分之一波片和所述弯曲偏振20.根据权利要求16所述的光纤扫描投影仪，其中所述扫描光纤的输出表面限定球形4[0003]本申请要求于2017年3月21日提交的题为“MethodandSystemforFiberScanningProjector(用于光纤扫描投影仪的方法和系统)”的美国临时专利申请号62/[0005]尽管在这些显示技术中取得的进步，在本领域中需要涉及增强现实系统(特别地地，本发明的实施例提供用于在超过一个深度平面处产生光的体积雕塑的体积显示器(也第一偏振敏感反射器设置的四分之一波片；以及沿着所述光路设置的第二偏振敏感反射5[0014]图1C示意性地图示了根据本发明的实施例的可以用于将数字或虚拟图像呈现给[0015]图1D示出了根据本发明的实施例的使用基于硅的波导的波导扫描系统的部分剖地，本发明的实施例提供用于在超过一个深度平面处产生光的体积雕塑的体积显示器(也[0036]图1A是图示根据本发明的实施例的光纤扫描投影仪的简化透视图。可以具有约6针对给定帧时间在光的投影期间增加的角偏转的螺旋配置中。通过光纤输入110提供到光纤扫描投影仪的输入光，并且通过光学组件部分130的表面中的一个或多个提供来自光纤[0038]在操作期间，机械地附接到压电致动器150的扫描光纤154在光纤振荡区域120中仪100安装在眼镜的镜腿或框架中并且与设置在框架中的目镜组合工作，以朝向用户的眼睛引导投影光。光纤扫描投影仪100的尺寸使能可以朝向每只眼睛引导光的多个光纤扫描2018年3月21日提交的美国专利申请号(其公开内容以其整体通过引用并入本文用于所有目的)[0040]在实施例中，光纤扫描投影仪100由光纤输入110馈送并且光纤振荡区域120和光学组件部分130安装在如在于2018年3月21日提交的美国专利申请号(其公开内容以其整体通过引用并入本文用于所有目的)的图2中所图示的框架的外边缘中。光学组件部分130的[0041]图1C示意性地图示了根据本发明的实施例的可以用于将数字或虚拟图像呈现给观察者的观察光学组件(VOA)中的光路。VOA包括投影仪100和可以穿戴在观察者的眼睛周利用其他扫描光系统或扫描束系统，其可以例如实现为包括扫描波导源的扫描波导系统。包括将波导特征(例如，与悬臂梁集成的硅波导)集成到光扫描系统中的微机电系统7体垂直于光纤扫描投影仪100的机械外壳156的纵轴的方向上离开光学组件部分并且被准合并且重定向图像光的一部分使其在平面波导中朝向EPE区域169传播的衍射元件。EPE区域169包括耦合并且引导图像光的一部分使其在波导中在近似垂直于目镜层160的平面的[0048]图1D示出了根据本发明的实施例的使用基于硅的波导的波导扫描系统的部分剖8二次穿过四分之一波片并且如由光线180a所图示的反射离180和由压电条184驱动的轮毂182。压电条耦合到框架180和轮毂182以以预定义模式协同用限定支持波导的折射率差的半导体处理步骤形成。虽然悬臂梁172被图示为包括单个波的框架和轮毂实施方式仅是可以用于致动悬臂梁的示例括从光纤扫描投影仪接收输入光并且将图像信息输出到观察者的眼睛802的波导板820、830和840的堆叠。在图1E中所图示的目镜800包括位于邻近观察者的眼睛的目镜的一侧的镜800可以包括如上文所描述的针对不同深度平面的用于红光的两个或两个以上波导板、光栅)后面的反射结构的高度反射表面(例如100％反射涂层)，以反射可以是穿过输入9如在图1E中所图示的，反射器812反射从光纤扫描投影仪入射的未耦合到波导中的输入光发明所要求并且其可以可替代地安装在前侧。本领域的普通技术人员将认识到许多变型、察者的输入束相同取向表征的返回路径期间耦合到耦入光栅中，因为虽然反射光804是输入光801的镜像图像，但是通过耦入光栅的相对侧的进入导致相同取向。光的相当一部分(其可以是大多数)从世界侧盖层上的环形反射器852反射，如由双重反射光806所图示的，[0060]图2A是图示通过根据本发明的实施例的光学组件部分的光的传播的光线跟踪示例利用与扫描光纤152的尖端相关联的凸物体表面240与凹准直表面224匹配的设计，该凹准直表面224在高水平处可以是具有凸物体表面240的曲率半径的两倍曲率半径的基本上他表面中的一个或多个也可以使用衍射结构或者衍射和/或折射结构的组合实现。示例将是补偿色差的衍射结构和将束聚焦/散焦的折射结构。本领域的普通技术人员将认识到许准直表面224和输出表面226的曲率的控制使得输出束的各种性质能够控制，包括束直径、射光瞳228可以使能高效耦合到小输入耦合元件中，该小输入耦合元件可以在尺寸方面与[0066]如相对于图2B以附加细节讨论的，四分之一波片还可以通过准直表面224上的真区域中的光纤的较小偏转导致较大视场。作为示例，输入表面212可以相对于输入光是凸[0068]应当注意，虽然准直表面224可以具有近似两倍的凸物体表面240(其也可以称为屈光力通过输入表面212和输出表面226实现，因而准直表面224的曲率可以偏离凸物体表准直元件220的后表面上形成四分之一波片222，并且包括弯曲反射光学器件221的第三元直表面224可以金属化或以其他方式涂敷以片222(现在具有正交偏振状态)并且基本上从偏振分束器朝向输出表面2一个实施方式中，四分之一波片在反射表面252形成之前在准直反射器251的右边缘上形器立方体261用作基于分束器立方体的光学组件部分260的基础，并且附加光学元件262、学元件263可以在外围处修剪以形成具有非圆形平面视图(包括矩形平面视图)的元件。因中所图示的光学组件部分270的可替代实施例中，用于偏振分束器的偏振选择涂层连同四元件结合到准直元件273。从输入表面212入射的光的一半传递到准直表面224并且朝向将棱镜元件272和准直元件273结合的部分反射表面271反射回来。光的另一半朝向反射表面对从准直表面反射的光以及从反射表面274反射的光被准直(给定输出表面226的屈光力)。图2D中所图示的实施例可以改进光学效率，因为从反射表面274反射的光对于从光学组件反射表面271形成。穿过部分反射表面271的光将从准直表面224反射并且在穿过输出表面226之后在第一方向上引导。从部分反射表面271反射的光将从反射表面274反射并且在穿面226之后向左倾斜并且从反射表面274反射的光可以在穿过输出表面226之后向右倾斜，从而提供引导到用于拼接显示实施方式的图像场的不同部分[0077]图2E是根据本发明的可替代实施例的多偏振倾斜反射器光学组件部分的侧视在偏振敏感材料在棱镜元件284和准直元件285的界面处形成偏振分束器283的该实施方式使得出射光瞳可以为目镜的输入提供空间分离束。除了在如图2E中所图示的z方向上的空可以使用将通过第一颜色以从准直表面224反射的波长选择分束器。第二颜色将从偏振分[0080]相对于图2A-2E讨论的光学表面中的一个或多个可以是可变焦点并且其焦点可以兹速率和以上操作的这样的可变形反射镜可以在逐行基础上或在逐像素基础上酌情向特[0081]在图2E中的点A处标记的棱镜元件284在z方向上延伸到的最大距离可以根据特定所讨论的设计中的一个或多个，分束器立方体261用作基于分束器立方体的光学组件部分所讨论的设计中的一个或多个，分束器立方体261和四分之一波片192在光学组件部分296[0085]应当注意，参考图2A-2H讨论或图示的元件和表面中的任一个的任一个特性酌情适用于图2A-2H中所图示的其他实施方式中的任一个中所提供的实施方式。仅以示例的方[0086]图3是根据本发明的实施例的光纤扫描投影仪的光学组件部分的简化透视图。光封装灵活性(特别地对于与具有弯曲框架的眼镜的集成)的[0089]图4是根据本发明的实施例的制造期间的光学组件部分的元件的简化透视图。如表面由于其面向左后而未示出。对准特征430被集成到材料中并且被设计为匹配第一元件[0090]在一些实施例中，第二元件420根据玻璃材料制造以利于第一元件和第二元件的何点发射的光将在从基本上球面反射器反射之后很[0093]由于光纤扫描器的底座邻近压电元件514，因而孔522处的扫描光纤510的偏转是光锥的准直提供具有比扫描光纤的直径大得多的直径的束，使得大多数反射光从反射镜器530的反射的准直的结果与光纤扫描投影仪500相关联的视场被维持，光学组件部分130影仪600包括穿过并且机械地耦合到压电元件605的扫描光纤610、第一偏振敏感反射器图6A中所图示的，第二偏振敏感反射器630利用准直由扫描光纤610发射的光的曲率弯曲。投影仪601与图6A中所图示的光纤扫描投影仪600共享一些相似性并且相对于图6A中提供扫描投影仪602与图5中所图示的光纤扫描投影仪500和图6A中所图示的光纤扫描投影仪600共享一些相似性并且相对于图5和6A提供的描述酌情适用于图6C中所图示的光纤扫描路中，光在从弯曲反射镜650反射和准直之后在第二次通过期间穿过偏振选择反射器654。[0104]如由可选透镜656所图示的，本发明的实施例使得附加光学元件能够距组成光纤扫描投影仪与图5中所图示的光纤扫描投影仪500和图6A中所图示的光纤扫描投影仪共享一些相似性并且相对于图5和6A提供的描述酌情适用于图6D中所图示的光纤扫描投影仪弯曲偏振选择反射器664和平面反射器660反射并且由其准直之后在第二次通过期间穿过[0108]可以选择透镜表面718的曲率以移除起因于系统中的光学表面的球面像差，包括或者可以与光纤尖端单独模制并且然后结合到光纤尖端。在该示例中，发射锥732由透镜[0111]与常规光学系统(例如将LCD成像到图像平面中)相比，光纤扫描系统可以修改像改或改变将被暗示给本领域的技术人员并且将被包括在本申请的精神和范围和随附的权