基于小透镜的微LED投影仪的制作方法

本公开涉及显示装置。更具体地，本公开涉及可以包括在用户可穿戴装置诸如增强现实或虚拟现实眼镜中的显示装置。

背景技术：

1、使用光导目镜实现的显示器越来越多地用于增强现实(“ar”)和虚拟现实(“vr”)应用例如ar和vr眼镜的可穿戴组件中。此类显示系统可以用于在大的眼动范围(eyebox)内产生图像，从而适应用户的各种瞳距(“ipd”)和眼睛转动。在此类显示器中，投影仪可以用于产生光，并将光发送到光导中。例如，在先前手段中，投影仪将来自像素源(例如，空间光调制器(“slm”))的光转换为馈送至光导目镜中的经准直的在角度上相异的光束。此类先前投影仪可以是不合期望地大的，特别是对于可穿戴显示器应用而言。进一步，此类先前投影仪仅产生单个外部光瞳(pupil)，该单个外部光瞳放置在输入耦合元件(incouplingelement)(“ice”)—诸如与光导一体形成或以其他方式耦合到光导的输入耦合光栅(“icg”)、棱镜或的反射镜—附近或与其重合。该单个光瞳是限制系统效率的光学扩展量(etendue)瓶颈并且对于光导目镜可以具有显著缺点，诸如光传输效率、图像质量以及不合期望地长的光传输轨迹长度和投影仪体积。

技术实现思路

1、在总体方面，可穿戴显示系统包括微透镜阵列投影仪，该微透镜阵列投影仪包括多个基元(elemental)微透镜中继器(emr)。多个emr中的每个emr包括微led(microled)微显示器，该微led(microled)微显示器包括多个像素。微led微显示器被配置为生成与图像相关联的光子集。每个emr还包括被配置为接收来自微led微显示器的光子集的微透镜。该系统还包括光导、与光导光学地耦合的输入耦合元件、以及与光导光学地耦合的输出耦合元件。微透镜被配置为将光子集中继到输入耦合元件。输入耦合元件被配置为将光子集输入耦合到光导中。输出耦合元件被配置为在沿光导的多个相应的位置处将光子集的部分进行输出耦合，其中多个emr的输出耦合的光表示图像。

2、实现方式可以单独地或以组合包括以下方面或特征中的一个或多个。例如，光子集在被输出耦合元件输出耦合之前，可通过光导复制至少三次。

3、光子集的小于10%被输入耦合元件输出耦合。

4、微led微显示器可位于距光导小于15毫米的距离处。

5、该微透镜可与微led微显示器单片地集成。

6、该微透镜阵列投影仪的体积可小于0.1立方厘米。

7、微led微显示器可被配置为发射具有至少0.5百万尼特亮度的光。

8、多个emr可以非直线图案布置。

9、多个emr可彼此不均等地间隔开。

10、光子集可包括图像的5%与50%之间。

11、输入耦合元件可包括多个分开的输入耦合元件区。多个分开的输入耦合元件区中的第一输入耦合区可具有第一形状，并且多个分开的输入耦合元件区中的第二输入耦合区可具有不同于第一形状的第二形状。多个分开的输入耦合元件区可规则地间隔开。多个分开的输入耦合元件区可不规则地间隔开。

12、光导可具有与用户侧表面相对的世界侧表面，并且微透镜阵列投影仪可设置在世界侧表面上。

13、光导可是第一光导，并且可穿戴显示系统可包括第二光导。第二光导可设置在相对于第一光导的共面定位中。第二光导可设置在相对于第一光导的有面弯(wraped)的定位中。

14、该光子集可是以下中的一个：图像的在590纳米(nm)至680 nm的波长范围内的红光、图像的在510 nm至570 nm的波长范围内的绿光或图像的在430 nm至490 nm的波长范围内的蓝光。

15、输入耦合元件可是衍射输入耦合元件或反射输入耦合元件中的一个。

16、输出耦合元件可是衍射输出耦合元件或反射输出耦合元件中的一个。

17、在另一个总体方面，可穿戴显示系统包括第一基元微透镜中继器(emr)，该第一emr包括被配置为生成与图像相关联的第一光子集的第一微显示器，以及被配置为接收来自第一微显示器的第一光子集的第一微透镜。该系统进一步包括第二emr，该第二emr包括被配置为生成与图像相关联的第二光子集的第二微显示器，以及被配置为接收来自第二微显示器的第二光子集的第一微透镜。该系统还包括第三emr，该第三emr包括被配置为生成与图像相关联的第三光子集的第三微显示器，以及被配置为接收来自第三微显示器的第三光子集的第一微透镜。该系统仍进一步包括光导和与光导光学地耦合的第一输入耦合元件。第一输入耦合元件被配置为将第一光子集输入耦合到光导中。该系统还包括与光导光学地耦合的第二输入耦合元件。第二输入耦合元件被配置为将第二光子集输入耦合到光导中。该系统进一步包括与光导光学地耦合的第三输入耦合元件。第三输入耦合元件被配置为将第三光子集输入耦合到光导中。该系统进一步包括被配置为将第一光子集、第二光子集和第三光子集进行输出耦合以显示图像的输出耦合元件。

18、实现方式可以单独地或以组合包括以下方面或特征中的一个或多个。例如，第一光子集可与图像的视场的第一角度子集相对应，第二光子集可与图像的视场的不同于第一角度子集的第二角度子集相对应，并且第三光子集可与图像的视场的不同于第一角度子集和第二角度子集的第三角度子集相对应。

19、第一输入耦合元件可被配置为输入耦合图像的视场的第一角度子集的光。第二输入耦合元件可被配置为输入耦合图像的视场的不同于第一角度子集的第二角度子集的光。第三输入耦合元件可被配置为输入耦合图像的视场的不同于第一角度子集和第二角度子集的第三角度子集的光。

20、第一光子集可包括图像的红光。第二光子集可包括图像的绿光。第三光子集可包括图像的蓝光。

21、输出耦合元件可包括多个输出耦合元件区。

技术特征：

1.一种可穿戴显示系统，包括：

2.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述光子集在被所述输出耦合元件输出耦合之前被所述光导复制至少三次。

3.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述光子集的小于10%被所述输入耦合元件输出耦合。

4.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述微led微显示器位于距所述光导小于15毫米的距离处。

5.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述微透镜与所述微led微显示器单片地集成。

6.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述微透镜阵列投影仪的体积小于0.1立方厘米。

7.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述微led微显示器被配置为发射具有至少0.5百万尼特的亮度的光。

8.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述多个emr以非直线图案布置。

9.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述多个emr彼此不均等地间隔开。

10.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述光子集包括所述图像的5%与50%之间。

11.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述输入耦合元件包括多个分开的输入耦合元件区。

12.如权利要求11所述的可穿戴显示系统，其中：

13.如权利要求11所述的可穿戴显示系统，其中所述多个分开的输入耦合元件区规则地间隔开。

14.如权利要求11所述的可穿戴显示系统，其中所述多个分开的输入耦合元件区不规则地间隔开。

15.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中：

16.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述光导是第一光导，所述可穿戴显示系统进一步包括第二光导。

17.如权利要求16所述的可穿戴显示系统，其中所述第二光导设置在相对于所述第一光导的共面定位中。

18.如权利要求16所述的可穿戴显示系统，其中所述第二光导设置在相对于所述第一光导的有面弯的定位中。

19.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述光子集是以下中的一个：

20.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述输入耦合元件是以下中的一个：

21.如权利要求1所述的可穿戴显示系统，其中所述输出耦合元件是以下中的一个：

22.一种可穿戴显示系统，包括：

23.如权利要求22所述的可穿戴显示系统，其中：

24.如权利要求22所述的可穿戴显示系统，其中：

25.如权利要求22所述的可穿戴显示系统，其中：

26.如权利要求22所述的可穿戴显示系统，其中所述输出耦合元件包括多个输出耦合元件区。

27.一种可穿戴显示系统，包括：

技术总结在总体方面，可穿戴显示系统包括微透镜阵列投影仪，该微透镜阵列投影仪包括多个基元微透镜中继器(EMR)。多个EMR中的每个EMR包括包括多个像素的微LED微显示器，并且被配置为生成与图像相关联的光子集。每个EMR还包括被配置为接收来自微显示器的光子集的微透镜。该系统还包括光导、与光导光学地耦合的输入耦合元件、以及与光导光学地耦合的输出耦合元件。微透镜被配置为将光子集中继到输入耦合元件。输入耦合元件被配置为将光子集输入耦合到光导中。输出耦合元件被配置为在沿光导的多个相应的位置处将光子集的部分进行输出耦合，其中多个EMR的输出耦合的光表示图像。技术研发人员：迈克尔·安东尼·克鲁格,布拉德利·杰伊·西索姆受保护的技术使用者：谷歌有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12