УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ
DISPLAY DEVICE

Область техники
Изобретение относится к устройству отображения.
Уровень техники
Известны различные устройства отображения (в том числе прозрачные или полупрозрачные), наголовные устройства отображения (в том числе прозрачные или полупрозрачные), нашлемные устройства отображения (в том числе прозрачные или полупрозрачные), устройства отображения, предназначенные для просмотра без наклона головы (head-up devices) (в том числе прозрачные или полупрозрачные). При этом устройство отображения, в частности устройство отображения, предназначенное для просмотра без наклона головы, может быть встроено в ветровое стекло транспортного средства, такого как автомобиль или летательный аппарат.
Такие устройства отображения могут использоваться для создания дополненной реальности, т.е. для обеспечения взаимного наложения в поле зрения пользователя изображений физического мира и дисплея (устройства отображения). В процессе правильного использования такого устройства отображения становится возможным, чтобы в глазу (глазах) пользователя, в дополнение к изображению физического мира, формируемого сквозь устройство отображения, формировалось дополнительное изображение дисплея, отображающего информацию, накладывающуюся на изображение реального мира.
Альтернативно, такое устройство отображения может также использоваться для создания виртуальной (или искусственной) реальности, т.е. для отображения (в частности полного) окружающего пространства, т.е. отображения физического мира. В процессе правильного использования такого устройства становится возможным формировать, посредством данного устройства, изображение физического мира, причем глаза (глаз) пользователя, в дополнение к изображению физического мира, достигает также накладывающаяся на это изображение информация, которая может генерироваться устройством отображения.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлен по меньшей мере один вариант изобретения, состоит в создании усовершенствованного устройства отображения (прежде всего, для обеспечения восприятия дополненной или виртуальной реальности).
Данная задача решена посредством устройства отображения согласно п.1 прилагаемой формулы.
Устройство отображения содержит массив светоизлучающих элементов и множество оптических элементов для приема света от массива светоизлучающих элементов. Каждый светоизлучающий элемент сконфигурирован для испускания оптического излучения (в частности видимого, т.е. света). Каждый оптический элемент ассоциирован по меньшей мере с одним светоизлучающим элементом и сконфигурирован с возможностью формировать из принятого света по меньшей мере один коллимированный световой пучок.
Другими словами, устройство отображения может содержать массив светоизлучающих элементов, который может формировать дисплейный компонент устройства отображения. В частности, каждый светоизлучающий элемент может формировать единственный пиксель (т.е. наименьший адресуемый элемент) дисплейного компонента. Светоизлучающие элементы могут быть пространственно смещены относительно друг друга и/или расположены без взаимного наложения.
В качестве технического результата и преимущества, обусловленных использованием отходящих от устройства отображения коллимированных световых пучков, можно отметить, что устройство отображения позволяет пользователю аккомодировать свой взгляд (почти) на бесконечность. При этом оптические элементы могут рассматриваться как представляющие оптическую систему устройства отображения, и они могут быть сконфигурированы для увеличения изображения дисплейного компонента и/или для (виртуального) проецирования этого изображения на бесконечность. Так, изображение, создаваемое устройством отображения, может быть представлено как образуемое коллимированными световыми пучками, отходящими от устройства отображения в направлении глаза пользователя, в котором оно фокусируется на сетчатку хрусталиком, аккомодированным на бесконечность. В этом смысле коллимированные световые пучки, испускаемые устройством отображения, могут создавать изображение на (или по меньшей мере почти на) бесконечном расстоянии. Альтернативно, оптические элементы устройства отображения могут быть сконфигурированы для формирования мнимого изображения устройства отображения на определенной плоскости с целью создания виртуального изображения. Такой вариант полезен, когда человеческий глаз сфокусирован не на бесконечность, а, например, на объект в реальном мире, расположенный в плоскости, соответствующей плоскости мнимого изображения. В результате устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Для обеспечения ясности и конкретности в описании используется термин ʺассоциированныйʺ. В частности, термин ʺассоциированныйʺ может соответствовать ситуации, в которой оптический элемент отражает, отклоняет и/или преломляет свет, испускаемый только ассоциированным светоизлучающим элементом, но, например, является, по существу, прозрачным для света, испускаемого неассоциированным светоизлучающим элементом. Более конкретно, оптический элемент может отражать, отклонять и/или преломлять свет только в спектральном интервале отходящего от него света, причем этот спектральный интервал может полностью или частично перекрывать спектральный интервал испускания ассоциированного светоизлучающего элемента, в то время как спектральный интервал света, отходящего от данного оптического элемента, не перекрывает спектральный интервал испускания светоизлучающего элемента, который не ассоциирован с данным элементом. В последнем случае оптический элемент может быть прозрачен для света, испускаемого неассоциированным светоизлучающим элементом или элементом физического мира.
Возможны различные варианты реализации оптического элемента. Например, оптический элемент может являться оптическим голографическим элементом или содержать такой элемент. Оптический голографический элемент может являться пропускающим или отражающим голографическим элементом. В частности, оптический элемент может представлять собой голографическую собирающую линзу или может содержать такую линзу (например пропускающую голограмму собирающей линзы), которая обладает оптическими свойствами, соответствующими собирающей линзе, или голографическое вогнутое зеркало (например отражательную голограмму вогнутого зеркала), имеющее (имеющую) оптические свойства, соответствующие вогнутому зеркалу. Оптический голографический элемент может быть записан в зоне эмульсии устройства отображения (в частности в формируемой голографической зоне). Дополнительно или альтернативно, оптический элемент может представлять собой или содержать дифракционную решетку, в частности пропускающую амплитудную решетку, пропускающую фазовую решетку, отражающую фазовую решетку и/или отражающую амплитудную решетку. Дополнительно или альтернативно, оптический элемент может представлять собой или содержать отклоняющее, дифракционное и/или отражающее покрытие. В данном описании для облегчения понимания вместо терминов ʺотклонениеʺ, ʺдифракцияʺ, ʺпреломлениеʺ и/или ʺотражениеʺ может использоваться только термин ʺотражениеʺ. Отражающее покрытие может иметь отражающую область, которая, в частности, может быть дихроичной (или дихроматичной). Под дихроичным может пониматься такой оптический элемент, который отражает, отклоняет, дифрагирует и/или преломляет свет только в спектральном интервале света, отклоняемого оптическим элементом. В то время как данный спектральный интервал полностью или частично перекрывает спектральный интервал испускания ассоциированного светоизлучающего элемента, он не перекрывает спектральный интервал испускания светоизлучающего элемента, который не ассоциирован с данным оптическим элементом. Например, данный оптический элемент прозрачен для света, испускаемого неассоциированным с ним светоизлучающим элементом или объектом физического мира. Отражающая область может иметь сферическую или параболическую форму. Дополнительно или альтернативно, оптический элемент может представлять собой или содержать жидкокристаллическую поляризационную решетку и/или жидкую линзу.
Рассмотренные варианты позволяют также реализовать оптический элемент, имеющий фокальную плоскость, фокусное расстояние и/или оптическую ось.
Кроме того, оптический элемент может обладать таким оптическим свойством, как увеличение, причем такое, что (мнимое) изображение по меньшей мере одного ассоциированного светоизлучающего элемента может быть сформировано на бесконечности (т.е. на бесконечном расстоянии). Для коллимирования света, принимаемого от ассоциированного светоизлучающего элемента, оптический элемент может иметь фокальную плоскость и фокусное расстояние, причем ассоциированный светоизлучающий элемент может быть локализован в фокальной плоскости ассоциированного оптического элемента. Оптический элемент может иметь геометрическую область и/или отклоняющую, отражающую и/или преломляющую области. Как уже было пояснено выше, в данном описании, для большей ясности и краткости, вместо терминов ʺотклоняющийʺ, ʺдифрагирующийʺ и/или ʺпреломляющийʺ может использоваться термин ʺотражающийʺ. Геометрическая область и/или отражающая область могут иметь круглую, прямоугольную или квадратную форму.
Более конкретно, оптический элемент может характеризоваться ʺположением минимальной аберрацииʺ. Положение минимальной аберрации - это положение, для которого оптические аберрации минимизированы, когда в этом положении локализован точечный светоизлучающий элемент, а оптический элемент принимает свет от этого точечного светоизлучающего элемента и формирует из принятого света коллимированный световой пучок. Например, положением минимальной аберрации для оптического элемента может быть положение объекта (как вариант, его центра), в котором этот (исходный) объект находился во время записи оптического элемента в качестве оптического голографического элемента относительно положения и/или ориентации формируемого оптического элемента (более конкретно, относительно положения и/или ориентации зоны эмульсии, в которой (и посредством которой) был сформирован этот элемент). В этой связи положение минимальной аберрации может задаваться или пониматься, как центр фокальной плоскости оптического элемента.
Фокусное расстояние оптического элемента может задаваться или пониматься, как кратчайшее расстояние между положением минимальной аберрации для оптического элемента и плоскостью, в которой расположена геометрическая и/или отражающая области этого элемента.
Опорная ось оптического элемента может задаваться или пониматься, как прямая линия, проходящая через центр оптического элемента (например через центр его геометрической области и/или отражающей области) и параллельная коллимированному световому пучку, формируемому оптическим элементом на основе света, принятого от точечного светоизлучающего элемента, который локализован в положении минимальной аберрации для оптического элемента. Ориентация опорной оси может быть задана и зафиксирована, например, во время записи оптического элемента в качестве оптического голографического элемента путем смещения и/или выбора угла наклона опорного пучка по отношению к зоне эмульсии, в которой записывается оптический голографический элемент. В другом примере опорная ось задается в процессе формирования отражающего покрытия путем позиционирования и/или выбора угла наклона отражающей области отражающего покрытия по отношению к подложке (возможно, прозрачной), на которой формируется отражающая область. Опорный пучок может быть представлен центральным световым лучом пучка света в опорной световой волне, которая вместе с волной, образующейся в результате рассеяния на записанном объекте, формирует интерференционный паттерн голограммы в зоне эмульсии во время записи голограммы.
Ось объекта (объектная ось) для оптического элемента может задаваться или пониматься, как прямая линия, проходящая через положение минимальной аберрации и перпендикулярная плоскости (например, ее геометрической области и/или отражающей области), в которой локализован оптический элемент.
Оптическая ось оптического элемента может задаваться или пониматься, как прямая линия, проходящая через центр оптического элемента (например через центр его геометрической области и/или отражающей области) и через положение минимальной аберрации для этого элемента. В этой связи оптическая ось оптического элемента может быть задана и зафиксирована позиционированием указанного центра и указанного положения минимальной аберрации. Ориентация оптической оси может быть задана и зафиксирована, например, во время записи оптического элемента в качестве оптического голографического элемента путем позиционирования объекта (например линзы или зеркала), изображение которого формируется в качестве голограммы, по отношению к зоне эмульсии, в которой записывается оптический голографический элемент. В другом примере оптическая ось задается в процессе формирования отражающего покрытия путем позиционирования и/или выбора угла наклона отражающей области данного покрытия по отношению к подложке (возможно, прозрачной), на которой формируется отражающая область. В некоторых вариантах оптическая ось может быть параллельна оси объекта или даже совпадать с ней. Однако в общем случае оптическая ось необязательно должна совпадать и/или быть параллельной оси объекта и может быть наклонной по отношению к ней. Сказанное относится и к опорной оси: оптическая ось может быть параллельна опорной оси или даже совпадать с ней. Однако в общем случае оптическая ось необязательно должна совпадать и/или быть параллельной опорной оси и может быть наклонной по отношению к ней. Если светоизлучающий элемент локализован в фокальной плоскости и на оптической оси ассоциированного оптического элемента, оптический элемент формирует на основе света, испускаемого ассоциированным светоизлучающим элементом, коллимированный световой пучок, и этот световой пучок распространяется от оптического элемента параллельно опорной оси и вдоль нее. Если же светоизлучающий элемент локализован в фокальной плоскости ассоциированного оптического элемента, но смещен с его оптической оси, оптический элемент также формирует на основе света, испускаемого ассоциированным светоизлучающим элементом, коллимированный световой пучок, но этот световой пучок распространяется от оптического элемента наклонно (т.е. под углом) по отношению к опорной оси.
Как следует из изложенного, имеется возможность реализовать оптический элемент, имеющий ось объекта и/или оптическую ось, каждая из которых имеет желательную ориентацию. Возможно также добиться того, чтобы оптический элемент и ассоциированный светоизлучающий элемент были сконфигурированы и позиционированы (по отношению друг к другу) так, что коллимированный световой пучок, формируемый оптическим элементом на основе света, принятого от ассоциированного светоизлучающего элемента, проходит через желательную часть выходного зрачка устройства отображения.
Выходной зрачок устройства отображения может задаваться или пониматься, как поперечное сечение совокупности (в частности, имеющей форму конуса) (например всех) коллимированных световых пучков или, в более общей формулировке, (например всех) световых лучей, распространяющихся от устройства отображения, в месте, в котором находится глаз пользователя (точнее, его роговица) в процессе правильного использования устройства отображения, когда все светоизлучающие элементы устройства отображения испускают свет. Более конкретно, внутри выходного зрачка устройства отображения каждый коллимированный световой пучок, сгенерированный оптическим элементом этого устройства, может рассматриваться, как проецируемый в виде светового пятна, так что множество коллимированных пучков может формировать внутри выходного зрачка устройства отображения паттерн световых пятен.
Первая часть выходного зрачка устройства отображения может представлять собой первую пространственную область, в которой зрачок глаза пользователя позиционирован, например, в процессе правильного использования устройства отображения, когда глаз смотрит вдоль по меньшей мере одного первого направления наблюдения. Вторая часть выходного зрачка устройства отображения может представлять собой вторую пространственную область, которая отличается от первой пространственной области и в которой зрачок глаза пользователя позиционирован, например, в процессе правильного использования устройства отображения, когда глаз смотрит вдоль по меньшей мере одного второго направления наблюдения, отличного от первого направления наблюдения (первых направлений наблюдения).
Светоизлучающий элемент может быть способен переключаться между включенным состоянием, в котором он испускает оптическое излучение (в частности свет), и выключенным состоянием, в котором светоизлучающий элемент не испускает никакого излучения. Оптический элемент может быть ассоциирован, например, по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом и по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом. При этом каждый из первого и второго светоизлучающих элементов может переключаться между включенным состоянием, в котором светоизлучающий элемент испускает свет, и выключенным состоянием, в котором он не испускает света. Далее, оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью формировать на основе света, испускаемого по меньшей мере одним первым светоизлучающим элементом, по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок и формировать на основе света, испускаемого по меньшей мере одним вторым светоизлучающим элементом, по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок. При этом оптический элемент, а также первый и второй светоизлучающие элементы могут быть сконфигурированы и позиционированы таким образом, что первый коллимированный световой пучок проходит по меньшей мере через одну первую часть выходного зрачка устройства отображения, а второй коллимированный световой пучок проходит через по меньшей мере одну вторую часть выходного зрачка устройства отображения, отличную от первой части и предпочтительно не соприкасающуюся с ней. Первый светоизлучающий элемент может быть локализован на оптической оси оптического элемента, тогда как второй светоизлучающий элемент может быть смещен с этой оптической оси.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что, когда глаз пользователя смотрит вдоль первого направления наблюдения, для которого зрачок глаза пользователя позиционирован в первой части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее первой пространственной области), во включенное состояние может быть переключен только первый светоизлучающий элемент, тогда как второй светоизлучающий элемент может быть переключен в его выключенное состояние. Когда же глаз пользователя смотрит вдоль второго направления наблюдения, в котором зрачок глаза пользователя позиционирован во второй части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее второй пространственной области), во включенное состояние может быть переключен только второй светоизлучающий элемент, тогда как первый светоизлучающий элемент может быть переключен в его выключенное состояние. Другими словами, когда в свете, испускаемом конкретным светоизлучающим элементом, нет необходимости, например, поскольку этот свет не может достичь зрачка глаза пользователя при текущем направлении взгляда пользователя, светоизлучающий элемент может быть переключен в его выключенное состояние. В этом контексте первый и второй светоизлучающие элементы могут рассматриваться как каналы, обеспечивающие возможность изменять направление коллимированных световых пучков путем включения или отключения соответствующих светоизлучающих элементов. Другими словами, свет, испускаемый светоизлучающими элементами, ассоциированными с оптическими элементами, может достигать глаза пользователя при различных направлениях наблюдения. Благодаря этому свет, испускаемый этими светоизлучающими элементами, может использоваться более эффективно, что позволяет реализовать энергетически эффективное устройство отображения при малом энергопотреблении, т.е. получить устройство отображения улучшенной конструкции. Далее, поскольку схема перенаправления коллимированных световых пучков, отходящих от устройства отображения, может быть реализована даже при небольшом количестве (равном, например, двум или трем) светоизлучающих элементов, ассоциированных с одним соответствующим оптическим элементом, схема перенаправления может функционировать при простой конструкции устройства. Например, если дополнительно снабдить каждый светоизлучающий элемент маской для блокирования света, испускаемого из светоизлучающего элемента, с целью предотвратить прямое попадание света в глаз пользователя, количество таких масок и/или их размеры также могут быть небольшими. Это обеспечивает еще большее упрощение конструкции устройства отображения.
Устройство отображения может содержать также устройство для отслеживания изображения, обеспечивающее отслеживание изображения зрачка глаза пользователя. Данное устройство может быть сконфигурировано для генерирования сигнала, характеризующего положение указанного зрачка, в частности по отношению к положению выходного зрачка устройства отображения. Поэтому такое устройство позволяет отслеживать положение зрачка глаза пользователя. В этом плане устройство для отслеживания изображения может рассматриваться как айтрекер. Устройство для отслеживания изображения может быть автономной камерой (в частности микрокамерой), например, установленной на боковой стороне устройства отображения, или может быть встроено в само это устройство. Устройство отображения может содержать также блок управления. Блок управления может быть сконфигурирован для переключения светоизлучающего элемента в зависимости от сигнала, сгенерированного устройством для отслеживания изображения. Например, блок управления может быть сконфигурирован с возможностью переводить первый светоизлучающий элемент в его включенное состояние и/или переводить второй светоизлучающий элемент в его выключенное состояние, когда зрачок глаза пользователя позиционирован в первой части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее первой пространственной области), и/или переводить первый светоизлучающий элемент в его выключенное состояние и/или переводить второй светоизлучающий элемент в его включенное состояние, когда зрачок глаза пользователя позиционирован во второй части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее второй пространственной области).
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что во включенное состояние переключается только тот из первого и второго светоизлучающих элементов, для которого ассоциированный оптический элемент фактически может направлять испускаемый свет в зрачок глаза пользователя при текущем направлении наблюдения. В то же время в выключенное состояние переключается тот из первого и второго светоизлучающих элементов, для которого ассоциированный оптический элемент не может направлять испускаемый свет в зрачок глаза пользователя при текущем направлении наблюдения. Другими словами, когда свет, испускаемый конкретным светоизлучающим элементом, не востребован, поскольку, например, этот свет не может достичь зрачка глаза пользователя при текущем направлении его взгляда, данный светоизлучающий элемент переключается в свое выключенное состояние. Таким образом, свет, который не может достичь глаза пользователя, вообще не генерируется. Следовательно, свет, испускаемый этим светоизлучающим элементом, используется более эффективно. Это позволяет реализовать энергетически эффективное устройство отображения при малом энергопотреблении, т.е. получить устройство отображения улучшенной конструкции.
Устройство отображения может содержать позиционирующее устройство, такое как очковая оправа, сконфигурированная для установки устройства отображения в такое положение относительно глаза пользователя, в котором глаз позиционирован для правильного использования устройства отображения. Более конкретно, посредством использования позиционирующего устройства можно правильно задать положение и ориентацию лица или головы пользователя относительно положения и ориентации устройства отображения. В частности, позиционирующее устройство может быть сконфигурировано для позиционирования зрачка глаза пользователя в выходном зрачке устройства отображения (т.е. в представляющей его пространственной области).
Множество оптических элементов и массив светоизлучающих элементов могут быть сконфигурированы и позиционированы таким образом, что по меньшей мере одна первая часть коллимированных световых пучков проходит по меньшей мере через одну первую часть выходного зрачка устройства отображения и по меньшей мере одна вторая часть коллимированных световых пучков, отличная от первой части коллимированных световых пучков, проходит по меньшей мере через одну вторую часть выходного зрачка устройства отображения, отличную от первой его части. В общем случае множество оптических элементов может содержать по меньшей мере один первый оптический элемент и по меньшей мере один второй оптический элемент, которые могут быть ассоциированы по меньшей мере с одним светоизлучающим элементом. При этом первый оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от ассоциированного светоизлучающего элемента и формировать из принятого света по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок. В то же время второй оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от ассоциированного светоизлучающего элемента и формировать из принятого света по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок. Первый и второй оптические элементы, а также ассоциированный светоизлучающий элемент могут быть сконфигурированы и позиционированы таким образом, чтобы первый коллимированный световой пучок проходил через первую часть выходного зрачка устройства отображения, а второй коллимированный световой пучок проходил через вторую часть выходного зрачка устройства отображения, отличную от первой части и, в частности, не соприкасающуюся с ней.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что свет, испускаемый светоизлучающим элементом (светоизлучающими элементами) ассоциированным (ассоциированными) с первым и вторым оптическими элементами, направляется в зрачок глаза пользователя не только, когда зрачок глаза позиционирован в первой части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее первой пространственной области), но также и когда зрачок глаза позиционирован во второй части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее второй пространственной области). Таким образом, свет, испускаемый светоизлучающим элементом (светоизлучающими элементами), ассоциированным (ассоциированными) с первым и вторым оптическими элементами, может попадать в глаз пользователя при различных направлениях его взгляда. Другими словами, через зрачок глаза пользователя всегда может проходить какая-то часть общего количества коллимированных световых пучков, отходящих от устройства отображения. Так, по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок может рассматриваться как проецируемый внутри выходного зрачка устройства отображения по меньшей мере в виде одного первого светового пятна (локализованного, в частности, на поверхности глаза, такой как роговица). При этом по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок может рассматриваться как проецируемый внутри выходного зрачка устройства отображения по меньшей мере в виде одного второго светового пятна (локализованного, в частности, на той же поверхности глаза, т.е. на роговице), причем первое и второе световые пятна внутри выходного зрачка устройства отображения взаимно смещены, в частности с взаимным наложением или без него, т.е. формируют паттерн световых пятен. В результате по меньшей мере два световых пятна внутри выходного зрачка устройства отображения могут перекрывать по меньшей мере два различных положения зрачка глаза пользователя, соответствующие по меньшей мере двум различным направлениям его взгляда. Следовательно, пользователь будет способен видеть изображение, созданное устройством отображения, при различных направлениях своего взгляда. Это позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Альтернативно или дополнительно, первый и второй оптические элементы и по меньшей мере один ассоциированный светоизлучающий элемент могут быть сконфигурированы и позиционированы таким образом, что в процессе правильного использования устройства отображения первый коллимированный световой пучок формирует изображение на ʺцентральнойʺ части сетчатки глаза, включающей центральную ямку (фовеальную область), а второй коллимированный световой пучок формирует изображение на ʺпериферийнойʺ части сетчатки, вне центральной ямки. Соответственно, по меньшей мере один первый оптический элемент может именоваться ʺцентральнымʺ оптическим элементом, по меньшей мере один второй оптический элемент может именоваться ʺпериферийнымʺ оптическим элементом, по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок может именоваться ʺцентральнымʺ коллимированным световым пучком и/или по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок может именоваться ʺпериферийнымʺ коллимированным световым пучком.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что первый (центральный) коллимированный световой пучок может рассматриваться как проецируемый в виде по меньшей мере одного (центрального) светового пятна (локализованного, в частности, на поверхности глаза, такой как роговица), которое может наблюдаться внутри выходного зрачка устройства отображения центральной частью сетчатки, включающей центральную ямку, т.е. имеющей относительно высокую разрешающую способность. В то же время второй (периферийный) коллимированный световой пучок может рассматриваться как проецируемый в виде по меньшей мере одного (периферийного) светового пятна, которое может наблюдаться внутри выходного зрачка устройства отображения периферийной частью сетчатки, вне центральной ямки, т.е. имеющей относительно низкую разрешающую способность. Это позволяет реализовать устройство отображения, генерирующее паттерн световых пятен, адаптированный к разрешающей способности центральной ямки. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Альтернативно или дополнительно, множество оптических элементов может включать в себя по меньшей мере один первый оптический элемент и по меньшей мере один второй оптический элемент, которые могут быть ассоциированы по меньшей мере с одним светоизлучающим элементом. При этом первый и второй оптические элементы сконфигурированы с возможностью принимать свет по меньшей мере от одного ассоциированного светоизлучающего элемента и формировать из принятого света по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок и по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок. В этом варианте первый и второй оптические элементы и по меньшей мере один ассоциированный светоизлучающий элемент могут быть сконфигурированы и позиционированы таким образом, что первый и второй коллимированные световые пучки являются на выходе устройства отображения, по существу, взаимно параллельными. Как вариант, первый и второй коллимированные световые пучки являются по меньшей мере частично пространственно совмещенными.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что и первый, и второй коллимированные световые пучки могут рассматриваться как проецируемые по меньшей мере в одно общее световое пятно (локализованное, в частности, на поверхности глаза, такой как роговица), которое может наблюдаться глазом пользователя внутри выходного зрачка устройства отображения. Как следствие, общее световое пятно (т.е. одна и та же пространственная область) может иметь два или более различных цветов. Это, например, соответствует случаям, когда:
массив светоизлучающих элементов включает в себя по меньшей мере один первый светоизлучающий элемент для испускания света по меньшей мере одного первого цвета и по меньшей мере один второй светоизлучающий элемент для испускания света по меньшей мере одного второго цвета, отличного по меньшей мере от одного первого цвета;
первый оптический элемент ассоциирован только по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом, а второй оптический элемент ассоциирован только по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом;
первый оптический элемент сконфигурирован с возможностью принимать свет от первого светоизлучающего элемента и формировать на основе принятого света первый коллимированный световой пучок, а второй оптический элемент сконфигурирован с возможностью принимать свет от второго светоизлучающего элемента и формировать на основе принятого света второй коллимированный световой пучок.
Следовательно, пользователь может воспринимать цвет изображения, сформированного устройством отображения, причем этот цвет характеризуется высоким разрешением, поскольку в общем световом пятне одновременно присутствуют по меньшей мере два различных цвета, испускаемые первым и вторым светоизлучающими элементами. В результате устройство отображения позволяет сформировать изображение высокого качества. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Фокусное расстояние первого оптического элемента может быть больше, чем фокусное расстояние второго оптического элемента.
В качестве технического результата и преимущества следует отметить, что может быть реализована трехслойная конфигурация, в которой первый оптический элемент находится в первом слое устройства отображения, второй оптический элемент находится во втором слое, а по меньшей мере один ассоциированный светоизлучающий элемент находится в третьем слое. При этом третий слой может совпадать с фокальными плоскостями первого и второго оптических элементов, а второй слой может находиться между первым и третьим слоями, поскольку, даже хотя первый оптический элемент смещен относительно светоизлучающего элемента на большее расстояние, чем второй оптический элемент, первый оптический элемент все же способен коллимировать свет от светоизлучающего элемента благодаря своему большему фокусному расстоянию. Далее, в такой трехслойной конфигурации более короткое фокусное расстояние второго оптического элемента обеспечивает, с одной стороны, большее поперечное увеличение изображения светоизлучающего элемента в глазу пользователя, а, с другой стороны, больший апертурный угол (числовую апертуру) для приема света от светоизлучающего элемента. Такое выполнение приводит также к большим углам отклонения и, таким образом, к большему выходному зрачку и/или к большему полю зрения. Это позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения.
Далее, если первый оптический элемент является центральным оптическим элементом, а второй оптический элемент - периферийным оптическим элементом, то, хотя большее увеличение у второго оптического элемента может привести к более низкому разрешению паттерна световых пятен на поверхности глаза (такой как роговица), подобное ослабление разрешения не составит проблемы и является оправданным, поскольку второе световое пятно наблюдается периферийной частью сетчатки, вне центральной ямки, а эта часть в любом случае имеет более низкую разрешающую способность. Такое выполнение позволяет реализовать устройство отображения, генерирующее паттерн световых пятен, адаптированный к разрешающей способности центральной ямки. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Первый оптический элемент может находиться в первом слое, второй оптический элемент может находиться во втором слое и по меньшей мере один ассоциированный светоизлучающий элемент может находиться в третьем слое, причем второй слой может находиться между первым и третьим слоями. В этом варианте по меньшей мере один первый оптический элемент может именоваться ʺоптическим элементом первого слояʺ, а по меньшей мере один второй оптический элемент может именоваться ʺоптическим элементом второго слоя'ʺ.
В качестве технического результата и преимущества, помимо преимуществ и эффектов, описанных выше, можно отметить, что оптические элементы первого и второго слоев не требуется локализовать в одном и том же слое устройства отображения. Это позволяет понизить плотность оптических элементов в каждом слое и избежать, тем самым, высокой плотности размещения оптических элементов. Далее, это позволяет по-разному позиционировать оптические элементы, т.е. обеспечить более свободное их размещение. Как следствие, становится возможным упростить размещение оптических элементов и, таким образом, облегчить изготовление устройства отображения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Фокальная плоскость первого оптического элемента и фокальная плоскость второго оптического элемента могут образовывать общую фокальную плоскость, причем по меньшей мере один ассоциированный светоизлучающий элемент может быть помещен в эту общую фокальную плоскость.
В качестве еще одного технического результата и преимущества, помимо преимуществ и эффектов, описанных выше, можно отметить, что, даже если первый оптический элемент смещен относительно светоизлучающего элемента на большее расстояние, чем второй оптический элемент, как первый, так и второй оптический элемент все же способен коллимировать свет по меньшей мере от одного светоизлучающего элемента.
Устройство отображения может содержать фильтр для блокирования света, испускаемого светоизлучающим элементом, который ассоциирован как с первым, так и со вторым оптическим элементом. Данный фильтр может быть позиционирован между первым и вторым оптическими элементами. Более конкретно, фильтр может находиться в слое, который расположен между первым слоем, в котором находится первый оптический элемент, и вторым слоем, в котором находится второй оптический элемент. Как вариант, таким фильтром могут быть снабжены первый и/или второй оптические элементы.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что световой луч или коллимированный световой пучок, который уже был сформирован первым оптическим элементом и который распространяется в направлении второго оптического элемента, блокируется фильтром, позиционированным между первым и вторым оптическими элементами. Следовательно этот световой луч или коллимированный световой пучок не может достичь второго оптического элемента, так что предотвращается возмущающее влияние второго оптического элемента (например в форме размывания или изменения направления). Поэтому блокируемый свет не рассеивается неконтролируемым образом и/или в нежелательном направлении. В результате становится возможным точно определенное испускание света устройством отображения без генерирования какого-либо нежелательного рассеянного света, возникающего при внесении возмущений в коллимированные световые пучки. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Существуют две следующие альтернативы, чтобы обеспечить конфигурацию, в которой первый и второй оптические элементы ассоциированы по меньшей мере с одним светоизлучающим элементом, тогда как первый оптический элемент сконфигурирован с возможностью принимать свет по меньшей мере от одного ассоциированного светоизлучающего элемента и формировать из принятого света по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок, а второй оптический элемент сконфигурирован с возможностью принимать свет по меньшей мере от одного ассоциированного светоизлучающего элемента и формировать из принятого света по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок.
В одном варианте массив светоизлучающих элементов может содержать по меньшей мере один первый светоизлучающий элемент для испускания света по меньшей мере одного первого цвета и по меньшей мере один второй светоизлучающий элемент для испускания света по меньшей мере одного второго цвета, отличного по меньшей мере от одного первого цвета. При этом первый оптический элемент может быть ассоциирован только по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом, а второй оптический элемент может быть ассоциирован только по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом. Первый оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от первого светоизлучающего элемента и формировать из принятого света первый коллимированный световой пучок, а второй оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от второго светоизлучающего элемента и формировать из принятого света второй коллимированный световой пучок.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что первый оптический элемент никак не ассоциирован по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом, но является, например, прозрачным для света, испускаемого вторым светоизлучающим элементом. И наоборот, второй оптический элемент никак не ассоциирован по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом, но является, например, прозрачным для света, испускаемого первым светоизлучающий элементом. В этом случае первый оптический элемент не может оказывать возмущающего влияния на второй коллимированный световой пучок, сформированный вторым оптическим элементом. И наоборот, второй оптический элемент не может оказывать возмущающего влияния на первый коллимированный световой пучок, сформированный первым оптическим элементом. Как следствие, можно отказаться от описанного выше фильтра. Это позволит реализовать легкую и компактную конструкцию устройства отображения. Кроме того, даже если оптическая ось первого оптического элемента и оптическая ось второго оптического элемента наклонены по отношению одна к другой и/или опорная ось первого оптического элемента и опорная ось второго оптического элемента взаимно параллельны, что (как будет пояснено далее) обеспечивает большую свободу при конструировании устройства отображения, сохраняется возможность добиться того, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки проходили через различные первую и вторую части выходного зрачка. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Альтернативно, первый и второй оптические элементы могут быть ассоциированы по меньшей мере с одним общим светоизлучающим элементом. При этом первый оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от общего светоизлучающего элемента и формировать из принятого света первый коллимированный световой пучок, а второй оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от общего светоизлучающего элемента и формировать из принятого света второй коллимированный световой пучок.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что и первый, и второй оптические элементы могут формировать соответствующий коллимированный световой пучок с помощью одного и того же (общего) светоизлучающего элемента. Таким образом, первый и второй оптические элементы совместно используют один и тот же (общий) светоизлучающий элемент. Это позволяет уменьшить количество светоизлучающих элементов. Следовательно, будет обеспечена возможность создания устройства отображения, имеющего легкую, компактную и энергетически эффективную конструкцию. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
По меньшей мере один из первого и второго оптических элементов может быть сконфигурирован так, что оптическая ось оптического элемента и его опорная ось ориентированы наклонно одна к другой.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что, если ассоциированный светоизлучающий элемент локализован на оптической оси, оптический элемент может быть сконфигурирован так, что его оптическая ось наклонена по отношению к его опорной оси таким образом, что коллимированный световой пучок распространяется от оптического элемента вдоль его опорной оси, не проходя через ассоциированный светоизлучающий элемент. Таким образом, коллимированный световой пучок может выходить из устройства отображения без по меньшей мере частичной реабсорбции и/или без рассеяния светоизлучающим элементом неконтролируемым образом и/или в нежелательном направлении. Это делает возможным обеспечить энергетическую эффективность устройства отображения при точно определенных параметрах испускания света и без какого-либо нежелательного рассеянного света, возникающего при внесении возмущений в коллимированные световые пучки. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Первый и второй оптические элементы могут быть сконфигурированы так, что опорная ось первого оптического элемента и опорная ось второго оптического элемента наклонены одна к другой.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что при таком выполнении будет несложно обеспечить, чтобы первый коллимированный световой пучок проходил через первую часть выходного зрачка устройства отображения, а второй коллимированный световой пучок - через вторую часть выходного зрачка устройства отображения, отличную от первой части и, в частности, не соприкасающуюся с первой частью, и/или чтобы первый коллимированный световой пучок формировал изображение на центральной части сетчатки глаза, включающей центральную ямку, а второй коллимированный световой пучок формировал изображение на периферийной части сетчатки, вне центральной ямки. В более общем случае при соответствующем выборе угла между опорной осью первого оптического элемента и опорной осью второго оптического элемента первый и второй оптические элементы могут быть сконфигурированы так, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки были ориентированы во взаимно расходящихся направлениях без какого-либо пересечения, т.е. чтобы коллимированные световые пучки начинали расходиться сразу после выхода из первого и второго оптических элементов (такой ход пучков отличается от первоначального расхождения, затем пересечения и снова расхождения). Это позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения. Кроме того, даже если первый оптический элемент является первым оптическим голографическим элементом, сформированным в первой зоне эмульсии устройства отображения, а второй оптический элемент является вторым оптическим голографическим элементом, сформированным также в первой зоне эмульсии (такой вариант является экономичным в отношении веса и пространства), путем наклона опорных осей по отношению одна к другой, все же можно добиться того, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки проходили через различные первую и вторую части выходного зрачка. Это позволяет реализовать легкую и компактную конструкцию устройства отображения, имеющую большое поле зрения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Альтернативно, первый и второй оптические элементы могут быть сконфигурированы так, чтобы опорная ось первого оптического элемента и опорная ось второго оптического элемента были взаимно параллельны или даже совпадали.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что несложно будет обеспечить, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки являлись на выходе устройства отображения, по существу, взаимно параллельными. Такое расположение возможно даже, когда по меньшей мере один из первого и второго оптических элементов сконфигурирован так, что его оптическая и опорная оси наклонены по отношению одна к другой, и когда первый и второй оптические элементы принимают свет от двух различных и пространственно разделенных светоизлучающих элементов (т.е. расположенных с низкой плотностью позиционирования). Для этого один из этих двух светоизлучающих элементов следует расположить на оптической оси первого оптического элемента, а другой из этих двух светоизлучающих элементов - на оптической оси второго оптического элемента. Другими словами, если оптические оси первого и второго оптических элементов наклонены одна к другой, тогда как опорные оси этих оптических элементов взаимно параллельны или совпадают, первый и второй ассоциированные светоизлучающие элементы нетрудно позиционировать с взаимным пространственным смещением, например, в направлении, перпендикулярном их опорным осям. В этом случае испускаемый первым и вторым светоизлучающими элементами свет, содержащий два цвета, будет способен (благодаря параллельности/совпадению опорных осей) формировать одно общее световое пятно. Следовательно, не потребуется позиционировать светоизлучающие элементы последовательно, например, вдоль опорных осей. Это упрощает позиционирование светоизлучающих элементов и обеспечивает большую свободу при конструировании устройства отображения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Первый оптический элемент может быть первым оптическим голографическим элементом, сформированным в первой зоне эмульсии устройства отображения, а второй оптический элемент может быть вторым оптическим голографическим элементом, также сформированным в первой зоне эмульсии.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что одна и та же зона эмульсии может быть использована для формирования двух оптических элементов. Это дает компактную конструкцию устройства отображения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Альтернативно, первый оптический элемент может быть первым оптическим голографическим элементом, сформированным в первой зоне эмульсии устройства отображения, а второй оптический элемент - вторым оптическим голографическим элементом, сформированным во второй зоне эмульсии устройства отображения, отличной от первой зоны. Первая и вторая зоны эмульсии могут быть локализованы таким образом, что они пространственно отделены одна от другой и/или позиционированы с взаимным наложением или без него. Например, первая и вторая зоны эмульсии могут быть позиционированы таким образом, чтобы они были взаимно смещены вдоль направления, параллельного и/или перпендикулярного оптической оси и/или опорной оси первого и/или второго оптических элементов.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что для формирования двух оптических элементов могут быть использованы две различные зоны эмульсии. В частности, первая и вторая зоны эмульсии могут быть позиционированы независимо одна от другой, а также по отношению к соответствующему (соответствующим) им светоизлучающему элементу (светоизлучающим элементам). Следовательно, первая и вторая зоны эмульсии необязательно должны занимать одно и то же место. Взаимная независимость двух зон эмульсии увеличивает свободу выбора расположения этих зон и, таким образом, двух оптических элементов. Например, два оптических элемента могут быть пространственно отделены друг от друга. Далее, поскольку первый оптический элемент ассоциирован только с первым светоизлучающим элементом, который испускает свет, имеющий первый цвет, но не ассоциирован со вторым светоизлучающим элементом, который испускает свет, имеющий второй цвет, свойства первой зоны эмульсии (такие, например, как материал, толщина, длина волны и связанные с ними оптические свойства) могут быть адаптированы только к требуемым оптическим характеристикам первого оптического элемента и не должны соответствовать также и оптическим характеристикам второго оптического элемента. И наоборот, поскольку второй оптический элемент ассоциирован только со вторым светоизлучающим элементом, который испускает свет, имеющий второй цвет, но не ассоциирован с первым светоизлучающим элементом, который испускает свет, имеющий первый цвет, свойства второй зоны эмульсии (такие, например, как материал, толщина, длина волны и связанные с ними оптические свойства) могут быть адаптированы только к требуемым оптическим характеристикам второго оптического элемента и не должны соответствовать также и оптическим характеристикам первого оптического элемента. Это позволяет улучшить оптические характеристики первого и второго оптических элементов. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
По меньшей мере один второй оптический элемент может содержать по меньшей мере два вторых оптических элемента, которые смещены с оптической оси первого оптического элемента, в частности при равенстве расстояний между оптической осью первого оптического элемента и оптической осью каждого второго оптического элемента. Альтернативно, могут быть заданы равные расстояния между центром (в частности, геометрической области и/или отражающей области) первого оптического элемента и центром (в частности, геометрической области и/или отражающей области) каждого второго оптического элемента. Вторые оптические элементы (в частности, их геометрические области и/или отражающие области) могут быть позиционированы в одной и той же плоскости, так что центры вторых оптических элементов (в частности, их геометрических областей и/или отражающих областей) могут формировать, например, равносторонний треугольник или квадрат.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что вторые оптические элементы могут быть позиционированы вокруг первого оптического элемента (даже с соблюдением вращательной симметрии по отношению к нему). Следовательно, паттерн световых пятен внутри выходного зрачка устройства отображения образуют по меньшей мере два вторых световых пятна, которые соответствуют по меньшей мере двум вторым коллимированным световым пучкам, сформированным по меньшей мере двумя вторыми оптическими элементами. Данный паттерн расположен вокруг паттерна световых пятен, образованного первыми световыми пятнами, которые соответствуют первым коллимированным световым пучкам, сформированным первым оптическим элементом. При этом вторые световые пятна могут быть расположены вокруг находящихся в центре первых световых пятен таким образом, что вторые световые пятна также образуют, например, равносторонний треугольник или квадрат. Следовательно, внутри выходного зрачка устройства отображения по меньшей мере два вторых световых пятна могут перекрывать по меньшей мере два различных положения зрачка глаза пользователя, позиционированные вокруг центрального положения, в котором локализовано первое световое пятно. При этом по меньшей мере два указанных различных положения соответствуют по меньшей мере двум различным направлениям взгляда пользователя. Такое выполнение позволяет реализовать множество сходных секций паттерна световых пятен для большого количества различных направлений взгляда пользователя, причем это количество соответствует количеству вторых оптических элементов. Следовательно, пользователь будет способен видеть изображение, созданное устройством отображения, при различных направлениях наблюдения. Это позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Первый и второй оптические элементы могут быть ассоциированы с одним общим светоизлучающим элементом. Первый оптический элемент может быть сконфигурирован и позиционирован относительно общего ассоциированного светоизлучающего элемента с возможностью формирования, посредством отражения, дифракции и/или отклонения первого порядка, на основе света, испускаемого общим светоизлучающим элементом, первого коллимированного светового пучка. Второй оптический элемент (который может быть позиционирован смежно с первым оптическим элементом) может быть сконфигурирован и позиционирован относительно общего светоизлучающего элемента с возможностью формирования, посредством отражения, дифракции и/или отклонения второго порядка, на основе света, испускаемого общим светоизлучающим элементом, второго коллимированного светового пучка. Другими словами, первый оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью создания на основе света, испускаемого общим ассоциированным светоизлучающим элементом, изображения в глазу пользователя, когда он смотрит вдоль первого направления наблюдения, при котором зрачок глаза пользователя позиционирован, в процессе правильного использования устройства отображения, в первой части выходного зрачка (т.е. в представляющей ее первой пространственной области). В то же время второй оптический элемент может быть сконфигурирован с возможностью (ʺпреднамеренногоʺ) создания на основе света, испускаемого общим ассоциированным светоизлучающим элементом (так называемого ʺфантомногоʺ) изображения в глазу пользователя, когда он смотрит вдоль второго направления наблюдения, при котором зрачок глаза пользователя позиционирован, в процессе правильного использования устройства отображения, во второй части выходного зрачка (т.е. в представляющей ее второй пространственной области). В частности, первый оптический элемент может быть позиционирован ближе к общему ассоциированному светоизлучающему элементу, тогда как второй оптический элемент может быть позиционирован дальше от этого светоизлучающего элемента.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что если первый и второй оптические элементы, а также общий светоизлучающий элемент сконфигурированы и позиционированы таким образом, что первый коллимированный световой пучок проходит через первую часть выходного зрачка устройства отображения, а второй коллимированный световой пучок проходит через вторую часть выходного зрачка устройства отображения, свет, испускаемый общим светоизлучающим элементом, направляется в зрачок глаза пользователя не только тогда, когда этот зрачок позиционирован в первой части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее первой пространственной области), но также и тогда, когда зрачок позиционирован во второй части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее второй пространственной области). Таким образом, свет, испускаемый светоизлучающим элементом, ассоциированным с первым оптическим элементом, может попадать в глаз пользователя при различных направлениях взгляда пользователя. Благодаря этому свет, испускаемый данным светоизлучающим элементом, может использоваться более эффективно, что позволяет реализовать устройство высокой яркости для отображения ярких изображений. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
По меньшей мере часть множества оптических элементов (в частности первый и/или ʺцентральныйʺ оптические элементы), а также (по меньшей мере некоторые или все) ассоциированные светоизлучающие элементы могут быть сконфигурированы и позиционированы таким образом, что по меньшей мере в одном операционном состоянии устройства отображения коллимированные световые пучки сходятся таким образом, что они направлены к точке пересечения или в область пересечения, расположенной (расположенную) соответственно в точке или вблизи точки, вокруг которой вращается глаз пользователя при переходе от первого направления наблюдения ко второму направлению наблюдения.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что через зрачок глаза пользователя всегда может проходить какая-то часть общего количества коллимированных световых пучков, отходящих от устройства отображения. Таким образом, пользователь способен видеть изображение, созданное устройством отображения, при различных направлениях наблюдения. Это позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Устройство отображения может содержать переключаемое отклоняющее устройство. Отклоняющее устройство может быть сконфигурировано для изменения (путем своего переключения) направления распространения каждого коллимированного светового пучка по меньшей мере между одним первым направлением и по меньшей мере одним вторым направлением. В частности, отклоняющее устройство может быть сконфигурировано для изменения (путем отражения или отклонения, или дифракции) направления распространения независимо (т.е. индивидуально) для каждой из множества пространственно разделенных групп коллимированных световых пучков. При этом группа коллимированных световых пучков может содержать только один коллимированный световой пучок или два или более коллимированных световых пучков.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что направление распространения произвольно выбранного коллимированного светового пучка, отходящего от устройства отображения, может быть изменено (например посредством отражения) в желательном направлении распространения. Например, отклоняющее устройство может быть сконфигурировано так, что любой коллимированный световой пучок, отходящий от устройства отображения, входит в зрачок глаза пользователя. Таким образом, вся или почти вся световая энергия, генерируемая устройством отображения, может направляться, в коллимированной форме, в глаз пользователя. Следовательно, свет, испускаемый светоизлучающим элементом, может использоваться более эффективно. Таким образом, достигается выигрыш в количестве полезного света. Это позволяет реализовать энергетически эффективное устройство высокой яркости для отображения ярких изображений при малом энергопотреблении. Кроме того, отклоняющее устройство может использоваться для рекалибровки вышеупомянутой точки или области пересечения. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Устройство отображения, в частности, его отклоняющее устройство, может содержать множество переключаемых отклоняющих элементов, каждый из которых может быть ассоциирован по меньшей мере с одним коллимированным световым пучком или с одной из множества пространственно разделенных групп коллимированных световых пучков. Например, каждый отклоняющий элемент может быть ассоциирован с одним соответствующим оптическим элементом и/или с одним соответствующим светоизлучающим элементом. Отклоняющий элемент может переключаться между включенным состоянием, в котором он не изменяет направления распространения коллимированного светового пучка, так что этот коллимированный световой пучок после прохождения через отклоняющий элемент проходит через первую часть выходного зрачка устройства отображения, и выключенным состоянием, в котором он изменяет (посредством дифракции и/или отклонения, и/или отражения) направление распространения коллимированного светового пучка так, что этот коллимированный световой пучок, после прохождения через отклоняющий элемент, проходит через вторую часть выходного зрачка устройства отображения, отличную от первой части этого зрачка. Альтернативно, отклоняющий элемент может переключаться между выключенным состоянием, в котором он не изменяет направления распространения коллимированного светового пучка, так что этот коллимированный световой пучок после прохождения через отклоняющий элемент проходит через первую часть выходного зрачка устройства отображения, и включенным состоянием, в котором он изменяет (посредством дифракции и/или отклонения, и/или отражения) направление распространения коллимированного светового пучка так, что этот коллимированный световой пучок, после прохождения через отклоняющий элемент, проходит через вторую часть выходного зрачка устройства отображения, отличную от первой части этого зрачка.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что, когда глаз пользователя переходит от первого направления наблюдения, при котором его зрачок позиционирован в первой части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее первой пространственной области), ко второму направлению наблюдения, в котором зрачок позиционирован во второй части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее второй пространственной области), коллимированный световой пучок может проходить, как результат соответствующего переключения отклоняющего устройства, через зрачок глаза пользователя в направлениях, соответствующих различным направлениям его взгляда. Следовательно, вся или почти вся световая энергия, генерируемая устройством отображения, может направляться, в коллимированной форме, в глаз пользователя. Таким образом, свет, испускаемый светоизлучающими элементами, может быть использован более эффективно. Это позволяет реализовать энергетически эффективное устройство высокой яркости для отображения ярких изображений при малом энергопотреблении. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Отклоняющее устройство или отклоняющий элемент, или некоторые, или все отклоняющие элементы могут представлять собой или содержать, например, жидкокристаллический дисплейный компонент или жидкую линзу. В частности, отклоняющее устройство или отклоняющий элемент, или некоторые, или все отклоняющие элементы могут быть сконфигурированы для изменения направления распространения каждого коллимированного светового пучка по меньшей мере между одним первым направлением и по меньшей мере одним вторым направлением в зависимости, в частности, от поляризации (или состояния поляризации) света в коллимированном световом пучке.
Например, отклоняющее устройство или отклоняющий элемент, или некоторые, или все отклоняющие элементы могут представлять собой или содержать жидкокристаллическую поляризационную решетку (ЖКПР, Liquid Crystal Polarization Grating (LCPG)). Подходящая ЖКПР описана, например, в секции, озаглавленной ʺ2.2. Liquid Crystal Polarization Grating Basicsʺ, и на фиг. 2 следующей публикации: Jihwan Kim, Chulwoo Oh, Michael J. Escuti, Lance Hosting and Steve Serati, ʺWide-angle, nonmechanical beam steering using thin liquid crystal polarization gratingsʺ, Advanced Wavefront Control: Methods, Devices, and Applications VI, edited by John D. Gonglewski, Richard A. Carreras, Troy A. Rhoadarmer, Proc. of SPIE Vol. 7093, 709302, (2008), doi: 10.1117/12.795752 (далее упоминаемой, как ʺработа Кима и др. ʺ).
Работа Кима и др. включена в данное описание посредством ссылки. В отношении любого признака, который раскрыт в данной работе и который упоминается в данном описании, может быть испрошена защита интеллектуальной собственности. Любой признак, который раскрыт в указанной работе и который упоминается в данном описании, может способствовать достижению цели изобретения и, таким образом, составлять часть решения одной или всех технических проблем, преодолеваемых настоящим изобретением. Далее, любой признак, раскрытый в работе Кима и др., который упоминается в данном описании, рассматривается как включенный в настоящее изобретение и, следовательно, как включенный в данное описание. При этом любой такой признак четко охарактеризован путем использования терминологии, примененной в данной работе, и идентифицирован в контексте всей содержащейся в ней технической информации путем ссылки на конкретную секцию работы Кима и др.
Отклоняющее устройство или отклоняющий элемент, или некоторые, или все отклоняющие элементы могут содержать активную (переключаемую) поляризационную решетку (АППР) и/или жидкокристаллическую (ЖК) полуволновую пластинку, описанные в секции работы Кима и др., озаглавленной ʺ3. SINGLE LCPG STEERING STAGEʺ и, в частности, на фиг. 5(a) данной работы.
Такая АППР или жидкокристаллическая поляризационная решетка (ЖКПР), содержащая такую АППР, может быть сконфигурирована для функционирования в качестве модуля точного управления по углу (fine angle steering module), описанного в секции работы Кима и др., озаглавленной ʺ2.3 Fine Angle Steering Moduleʺ, и/или в качестве элемента управления пучком (т.е. отклоняющего элемента), описанного в секции работы Кима и др., озаглавленной ʺ3. SINGLE LCPG STEERING STAGEʺ. Другими словами, АППР может быть сконфигурирована способной в выключенном состоянии (соответствующем выключенному или включенному состоянию отклоняющего элемента) отклонять или дифрагировать свет (т.е. изменять (например посредством отклонения или отражения) направление распространения коллимированного светового пучка, входящего в АППР - см. фиг. 2(d) и 2(e) в работе Кима и др.). Соответственно, во включенном состоянии (соответствующем включенному или выключенному состоянию отклоняющего элемента) АППР будет способна не отклонять или не дифрагировать свет (т.е. сохранять неизменным направление распространения коллимированного светового пучка, входящего в АППР - см. фиг. 2(f) в работе Кима и др.). В частности, АППР может быть сконфигурирована способной в выключенном состоянии отклонять или дифрагировать имеющий первую круговую поляризацию свет коллимированного светового пучка в первом направлении и/или отклонять или дифрагировать имеющий вторую круговую поляризацию свет коллимированного светового пучка во втором направлении (см. фиг. 2(d), 2(e) и 5(a) в работе Кима и др.). Первое и второе направления могут быть различными. Если свет коллимированного светового пучка входит в АППР еще не поляризованным, АППР может быть сконфигурирована способной в выключенном состоянии отклонять или дифрагировать и свет коллимированного светового пучка, имеющий первую круговую поляризацию, и свет коллимированного светового пучка, имеющий вторую круговую поляризацию (см. фиг. 5(a) в работе Кима и др.). Первая поляризация может быть правой круговой поляризацией (как это определено на фиг. 5 работы Кима и др.), а вторая поляризация может быть левой круговой поляризацией (как это определено на фиг. 5 работы Кима и др.) или наоборот.
Более конкретно, АППР может быть сконфигурирована способной отклонять свет входящего в нее коллимированного светового пучка на дискретный угол, который может составлять, например, ±0°, ±5°, ±10° или ±11° (см. Таблицу 3 в работе Кима и др.; знаки ʺ+ʺ и ʺ-ʺ указывают на первую и вторую круговые поляризации соответственно). Дискретный угол отклонения может задаваться произвольно, как это описано в секции работы Кима и др., озаглавленной ʺ2.2 Liquid Crystal Polarization Grating Basicsʺ и в уравнении (3) из этой работы.
Например, отклоняющее устройство может содержать множество АППР, причем каждая из этих АППР может быть позиционирована в качестве слоя или ʺступениʺ (как это показано в секции работы Кима и др., озаглавленной ʺ4.1 Simple Coarse Steerer Designʺ, на фиг. 6, в секции, озаглавленной ʺ4.2 Improved Coarse Steerer Designʺ, и на фиг. 7.) Так, отклоняющее устройство может быть сформировано из набора последовательно размещенных слоев (ʺстадийʺ) АППР, образующих систему грубого (в широком интервале углов) управления пучком, как это показано в секции работы Кима и др., озаглавленной ʺ4. COARSE STEERER DESIGN OPTIONSʺ, а также на фиг. 6 и 7 этой работы. Данные АППР могут отличаться одна от другой своим конкретным углом отклонения. Входящие в набор АППР могут быть позиционированы таким образом, чтобы полный угол отклонения отклоняющего устройства можно было переключать между различными дискретными значениями этого угла (как это показано в секциях работы Кима и др., озаглавленных ʺ4.1 Simple Coarse Steerer Designʺ и ʺ4.2 Improved Coarse Steerer Designʺ).
В качестве технического результата и преимущества можно отметить возможность свободного задания направления коллимированного светового пучка, отходящего от отклоняющего устройства. Это позволяет реализовать определенный интервал углов отклонения, которые могут быть выбраны. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию. Кроме того, для реализации функции отклонения, реализуемой отклоняющим устройством и/или отклоняющими элементами, необязательно использовать голограмму и/или оптический голографический элемент. В этом отношении отклоняющее устройство согласно изобретению может представлять собой альтернативу отклоняющему устройству (отклоняющим устройствам), которое основано (которые основаны), например частично, на голограммах и/или на оптическом голографическом элементе.
Например, в отклоняющем устройстве могут содержаться АППР, локализованные по направлению распространения коллимированного светового пучка в следующем порядке: первый слой 1 АППР, дающий угол отклонения, равный, например, 1°, второй слой 2 АППР, дающий угол отклонения равный, например, 5°, и третий слой 3 АППР, дающий угол отклонения, равный, например, 11°. В зависимости от состояния (включено/выключено) конкретных слоев 1, 2 и 3 АППР, могут быть реализованы следующие полные углы отклонения для конкретной круговой поляризации (Таблица 1).
Отклоняющее устройство может содержать поляризационное устройство для придания поляризации свету коллимированного светового пучка, например только левой круговой поляризации или только правой круговой поляризации. С этой целью в поляризационное устройство можно включить полуволновую и/или четвертьволновую пластинку. Поляризационное устройство может быть переключаемым для переключения поляризации света коллимированного светового пучка, проходящего через поляризационное устройство, между левой круговой поляризацией и правой круговой поляризацией. С этой целью в поляризационное устройство можно включить одну или более ячеек Покельса. Блок управления может быть сконфигурирован для переключения поляризационного устройства. Отклоняющее устройство может содержать множество поляризационных устройств. Поляризационное устройство может быть ассоциировано с одним соответствующим оптическим элементом и/или с одним соответствующим отклоняющим элементом. В частности, поляризационное устройство может быть локализовано по направлению распространения коллимированного светового пучка (непосредственно) за оптическим элементом и/или между ассоциированным оптическим элементом и ассоциированным отклоняющим элементом.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что, в зависимости от круговой поляризации света коллимированного светового пучка, может быть задано направление отклонения, т.е. знак (ʺ+ʺ или ʺ-ʺ) угла отклонения коллимированного светового пучка, выходящего из отклоняющего устройства. Это позволяет расширить диапазон задаваемых углов отклонения. При этом не происходит никакой потери световой энергии/интенсивности в результате отклонения в направлении, по которому свет не мог бы попасть в зрачок глаза пользователя. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
В качестве другого примера, отклоняющее устройство может содержать АППР, формирующие поляризационные устройства и локализованные по направлению распространения коллимированного светового пучка в следующем порядке: первый слой 1 АППР, дающий угол отклонения, равный, например, 1°, второй слой 2 АППР, дающий угол отклонения равный, например, 5°, и третий слой 3 АППР, дающий угол отклонения, равный, например, 11°. В зависимости от поляризации света коллимированного светового пучка, заданной поляризационным устройством, и в зависимости от состояния включено/выключено конкретных слоев 1, 2 и 3 АППР, могут быть реализованы следующие полные углы отклонения (Таблица 2).
Другими словами, может использоваться свет, непосредственно испускаемый светоизлучающим элементом (т.е. еще не поляризованный), причем в этом случае, после прохождения первого слоя 1 АППР в выключенном состоянии, могут быть реализованы два направления отклонения. Затем, после прохождения первого слоя 1 АППР в выключенном состоянии, световой пучок может быть расщеплен на часть, имеющую только левую круговую поляризацию, и на часть, имеющую только правую круговую поляризацию. Таким образом, при прохождении через второй и/или третий слои 2, 3 АППР не будет происходить никакого дальнейшего расщепления пучков.
При этом свет, испускаемый светоизлучающим элементом, может быть поляризован, посредством поляризационного устройства, как имеющий только левую или только правую круговую поляризацию, до входа пучка в отклоняющие элементы. В этом случае реализуется только одно направление отклонения (как показано в Таблице 1), т.е. световой пучок не расщепляется при прохождении первого, второго и/или третьего слоев 1, 2, 3 АППР.
Устройство отображения может содержать также блок управления для переключения отклоняющего устройства и/или отклоняющих элементов в зависимости от описанного сигнала, сгенерированного описанным выше устройством для отслеживания изображения устройства отображения. Например, блок управления может быть сконфигурирован для переключения отклоняющего устройства в зависимости от указанного сигнала, сгенерированного устройством для отслеживания изображения, так, что направления распространения коллимированных световых пучков изменяются отклоняющим устройством таким образом, чтобы эти (например все) световые пучки, распространяющиеся от устройства отображения, проходили через ту часть выходного зрачка устройства отображения, в которой в данный момент позиционирован зрачок глаза пользователя. Более конкретно, блок управления может быть сконфигурирован с возможностью переводить в требуемое (включенное или выключенное) состояние, когда зрачок глаза пользователя позиционирован в первой части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее первой пространственной области), только те отклоняющие элементы, которые способны обеспечивать, в своем выключенном или включенном состоянии соответственно, прохождение коллимированных световых пучков через вторую часть выходного зрачка устройства отображения. В результате коллимированные световые пучки, прошедшие через эти отклоняющие элементы, будут проходить через первую часть выходного зрачка устройства отображения. Аналогично, блок управления может быть сконфигурирован с возможностью переводить в требуемое (включенное или выключенное) состояние, когда зрачок глаза пользователя позиционирован во второй части выходного зрачка устройства отображения (т.е. в представляющей ее второй пространственной области), только те отклоняющие элементы, которые способны обеспечивать, в своем выключенном или включенном состоянии соответственно, прохождение коллимированных световых пучков через первую часть выходного зрачка устройства отображения. В результате коллимированные световые пучки, прошедшие через эти отклоняющие элементы, будут проходить через вторую часть выходного зрачка устройства отображения.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что благодаря соответствующему переключению отклоняющих элементов все или по меньшей мере большинство коллимированных световых пучков, выходящих из устройства отображения, проходят через зрачок глаза пользователя, даже если глаз движется, например, переходя от первого ко второму направлению наблюдения. Следовательно, свет, испускаемый светоизлучающими элементами, может использоваться более эффективно. Это позволяет реализовать энергетически эффективное устройство высокой яркости для отображения ярких изображений при малом энергопотреблении. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Устройство отображения может содержать дисплейный компонент, который имеет полупрозрачную область и может содержать массив светоизлучающих элементов. Светоизлучающие элементы могут быть локализованы в полупрозрачной области и быть пространственно удалены друг от друга, так что эта область будет включать в себя прозрачные для света зоны, локализованные между каждой парой смежных светоизлучающих элементов. Светоизлучающие элементы могут быть сделаны прозрачными или, по существу, прозрачными для света, например, путем использования в качестве таких элементов прозрачных органических светодиодов и/или прозрачных транзисторов. Дисплейный компонент может также содержать множество оптических элементов, локализованных в полупрозрачной области. Каждый светоизлучающий элемент может быть локализован в фокальной плоскости ассоциированного оптического элемента. Совокупность оптических элементов может представлять собой коллимирующую оптическую систему устройства отображения. Светоизлучающий элемент может быть сконфигурирован для испускания света, имеющего только левую или только правую круговую поляризацию или произвольно ориентированную линейную поляризацию. Например, светоизлучающие элементы могут быть реализованы, как лазерные устройства, или содержать такие устройства. В этом случае светоизлучающие элементы будут испускать поляризованный свет.
В качестве технического результата и преимущества можно отметить, что прозрачная зона между каждой парой смежных светоизлучающих элементов позволяет свету проходить через дисплейный компонент и/или (по существу) прозрачные светоизлучающие элементы, т.е. свет может проходить между каждой парой смежных светоизлучающих элементов через прозрачную зону и/или сквозь светоизлучающие элементы. Поскольку дисплейный компонент устройства отображения формируется множеством светоизлучающих элементов, через устройство отображения может проходить как свет, испускаемый самим дисплейным компонентом, так и свет от физического мира. Поэтому дисплейный компонент или, в более широком смысле, устройство отображения является прозрачным или по меньшей мере полупрозрачным. Как следствие, становится возможным установить устройство отображения прямо на линии зрения или в поле зрения пользователя, использующего устройство отображения для восприятия дополненной реальности. Как результат, устройство отображения будет иметь улучшенную конструкцию.
Когда в данном описании упоминается признак, характеризующий элемент из множества элементов (такой, например, как оптический элемент и/или светоизлучающий элемент), данный признак может характеризовать по меньшей мере один или каждый из указанного множества элементов.
Краткое описание чертежей
Другие свойства, преимущества и технические результаты, достигнутые изобретением, станут ясны из нижеследующего описания, со ссылками на прилагаемые чертежи, вариантов изобретения, приводимых в качестве примера.
На фиг. 1 схематично, на виде сбоку, представлен первый пример устройства отображения.
На фиг. 2а схематично, на виде сбоку, представлен первый пример оптического элемента и ассоциированного светоизлучающего элемента.
На фиг. 2b схематично, на виде спереди, представлены оптический элемент и ассоциированный светоизлучающий элемент по фиг. 2а.
На фиг. 3а схематично, на виде сбоку, представлен второй пример оптического элемента и ассоциированных светоизлучающих элементов.
На фиг. 3b схематично, на виде спереди, представлен оптический элемент и ассоциированный светоизлучающий элемент по фиг. 3а.
На фиг. 4 схематично, на виде спереди, представлен третий пример оптического элемента и ассоциированного светоизлучающего элемента.
На фиг. 5 схематично, на виде сбоку, представлен второй пример устройства отображения.
На фиг. 6 схематично, на виде спереди, представлено устройство отображения по фиг. 5.
На фиг. 7 схематично, на виде сбоку, представлен третий пример устройства отображения.
На фиг. 8a-8d схематично, на видах сбоку, представлен четвертый пример устройства отображения.
На фиг. 9 схематично, на виде сбоку, представлен пятый пример устройства отображения.
На фиг. 10 схематично, на виде сбоку, представлен шестой пример устройства отображения.
На фиг. 11 схематично, на виде сбоку, представлен седьмой пример устройства отображения.
На фиг. 12 схематично, на виде сбоку, представлен восьмой пример устройства отображения.
На фиг. 13а схематично, на виде сбоку, представлен девятый пример устройства отображения.
На фиг. 13b схематично, на виде сбоку, представлен четвертый пример оптических элементов и ассоциированных светоизлучающих элементов.
На фиг. 13с схематично, на виде спереди, представлены оптические элементы и ассоциированные светоизлучающие элементы по фиг. 13b.
На фиг. 13d схематично, на виде сбоку, представлен пятый пример оптических элементов и ассоциированных светоизлучающих элементов.
На фиг. 13e-13h схематично, на виде спереди, представлены оптические элементы и ассоциированные светоизлучающие элементы по фиг. 13d.
На фиг. 14а схематично, на виде сбоку, представлен шестой пример оптических элементов и ассоциированных светоизлучающих элементов.
На фиг. 14b схематично, на виде спереди, представлены оптические элементы и ассоциированные светоизлучающие элементы по фиг. 14а.
На фиг. 15а, 15b схематично, на видах сбоку, представлен седьмой пример оптического элемента и ассоциированного светоизлучающего элемента.
На фиг. 15с схематично, на виде сбоку, представлен восьмой пример оптического элемента и ассоциированного светоизлучающего элемента.
Осуществление изобретения
На фиг. 1, 5, 7-13а и 14а представлено устройство 10 отображения. Это устройство содержит дисплейный компонент 12, имеющий полупрозрачную область 14. Дисплейным компонентом 12 может являться, например, смотровое окно, лобовое стекло или окно транспортного средства, забрало (козырек) шлема, стекло, очковое стекло, корректирующая или очковая линза.
Дисплейный компонент 12 содержит массив светоизлучающих элементов 16. На чертежах схематично, в виде маленьких прямоугольников и/или маленьких кружков/эллипсов, показаны, в качестве примеров, только некоторые светоизлучающие элементы 16. Светоизлучающие элементы 16 могут быть представлены также в виде точек (см. фиг. 1, 5, 7-13а и 14а). Светоизлучающие элементы 16 массива могут быть размещены в полупрозрачной области 14 с взаимным пространственным смещением, т.е. без взаимного наложения, так что полупрозрачная область 14 включает в себя прозрачные для света зоны 15, локализованные между некоторыми или всеми парами смежных светоизлучающих элементов 16 (см., например, фиг. 1). Каждый светоизлучающий элемент 16 испускает свет (видимое оптическое излучение) 17.
Устройство 10 отображения содержит также множество оптических элементов 18, которые схематично представлены, как удлиненные прямоугольники (см., например, фиг. 1) или криволинейные отрезки (см. фиг. 11). Оптические элементы 18 принимают свет 17 от массива светоизлучающих элементов 16. Более конкретно, каждый оптический элемент 18 ассоциирован по меньшей мере с одним соответствующим светоизлучающим элементом 16 и формирует на основе света 17, испускаемого ассоциированным светоизлучающим элементом 16, по меньшей мере один коллимированный световой пучок 20 (см., в частности, фиг. 1). На чертежах отдельный коллимированный световой пучок 20 схематично представлен в виде длинной стрелки (см. фиг. 1, 5, 7-13а и 14а) и/или двух или более длинных параллельных стрелок 17', 17'' (см. фиг. 2а, 3а и 12). Каждый светоизлучающий элемент 16 находится в фокальной плоскости 19 ассоциированного оптического элемента 18 (см., в частности, фиг. 2а, 3а, 12, 13b, 13d, 14а и 15а-15с). Таким образом, множество оптических элементов 18 образует оптическую коллимирующую систему устройства 10 отображения. Оптические элементы 18 могут быть представлены также в виде точек (см. фиг. 1, 5, 7-13а и 14а).
Благодаря тому что из устройства 10 отображения выходят коллимированные световые пучки 20, оно обеспечивает пользователю возможность аккомодации (почти) на бесконечность. Например, изображение устройства 10 отображения может формироваться коллимированными световыми пучками 20, отходящими от устройства 10 в направлении зрачка 28 глаза 30 пользователя (см. фиг. 5, 7-11 и 13а). В случае аккомодации линзы глаза (хрусталика) на бесконечность эти пучки фокусируются на сетчатке. В этом смысле коллимированные световые пучки 20, отходящие от устройства 10 отображения, могут создавать изображение на (или по меньшей мере почти на) бесконечном расстоянии.
Далее, как следствие наличия прозрачных зон 15 между парами светоизлучающих элементов 16, через эти зоны между парами смежных светоизлучающих элементов 16 может проходить свет. Таким образом, через устройство 10 отображения может проходить как свет 17, испускаемый самим этим устройством, так и свет 9 от физического мира (см., например, фиг. 11). Следовательно, дисплей (дисплейный компонент) или, в более общем виде, устройство 10 отображения является прозрачным или по меньшей мере полупрозрачным. Поэтому устройство 10 отображения можно устанавливать непосредственно на линию зрения или в поле зрения пользователя, который использует это устройство для восприятия дополненной реальности.
В типичном варианте оптический элемент 18 отражает/отклоняет/ преломляет/дифрагирует свет только в пределах спектрального интервала отклоняемого света, перекрывающего только часть видимого диапазона, и является прозрачным в спектральном интервале пропускания, который также перекрывает только часть видимого диапазона. При этом спектральный интервал отклоняемого света и спектральный интервал пропускания не перекрываются (т.е. они взаимно разнесены по спектру). В результате свет, например свет 9, идущий от физического мира, в спектральном интервале пропускания проходит через оптический элемент 18 без отражения, отклонения, преломления и/или дифракции, тогда как свет 17, испускаемый ассоциированным светоизлучающим элементом 16, отражается, отклоняется, преломляется и/или дифрагируется ассоциированным оптическим элементом 18, формируя коллимированный световой пучок 20 (как это проиллюстрировано на фиг. 11).
Далее, спектральный интервал отклоняемого света, ассоциированный с оптическим элементом 18, полностью перекрывает спектральный интервал испускания по меньшей мере одного ассоциированного с ним светоизлучающего элемента 16. Однако спектральный интервал отклоняемого света у оптического элемента 18 не перекрывает спектральный интервал испускания светоизлучающего элемента 16, не ассоциированного с оптическим элементом 18. Другими словами, оптический элемент 18 прозрачен для света, испускаемого неассоциированным с ним светоизлучающим элементом 16.
Таким образом, можно ʺассоциироватьʺ друг с другом оптический элемент 18 и светоизлучающий элемент, согласовывая спектральный интервал отклоняемого света у оптического элемента 18 и спектральный интервал испускания у светоизлучающего элемента 16.
Как показано, например, на фиг. 12, каждый оптический элемент 18 может представлять собой голографический оптический элемент, записанный в зоне голографической эмульсии (также обозначенной, как 18) устройства 10 отображения. Зона 18 голографической эмульсии соответствует заданной геометрической области 25. Каждый оптический элемент 18 может представлять собой голографическое вогнутое зеркало (т.е. отражающую голограмму вогнутого зеркала). Альтернативно, в примере по фиг. 11 каждый оптический элемент 18 может представлять собой отражающее покрытие (также обозначенное, как 18), занимающее отражающую область 25, которая является дихроичной и имеет сферическую или параболическую форму. Отражающее покрытие 18 нанесено (например посредством испарения или распыления) на поверхность прозрачного или по меньшей мере полупрозрачного объекта 46, такого как стеклянная подложка. Каждый оптический элемент 18 может также представлять собой дифракционную решетку, например пропускающую амплитудную решетку, пропускающую фазовую решетку, отражающую фазовую решетку и/или отражающую амплитудную решетку, и/или жидкокристаллическую поляризационную решетку, и/или жидкую линзу (не изображена).
В любом рассмотренном варианте оптического элемента 18 этот элемент 18 характеризуется фокусным расстоянием fL, фокальной плоскостью 19, геометрической или отклоняющей/отражающей/преломляющей областью 25, ʺположением 60 минимальной аберрацииʺ, оптической осью 50, опорной осью 62 и осью 64 объекта. Перечисленные элементы иллюстрируются фиг. 15а-15с.
Как иллюстрируется, в частности, на фиг. 15b, положение 60 минимальной аберрации - это положение, для которого оптические аберрации минимизированы, когда в этом положении локализован точечный светоизлучающий элемент 16, а оптический элемент 18 принимает свет 17, испускаемый точечным светоизлучающим элементом 16, и формирует из принятого света 17 коллимированный световой пучок 17', 17'', 20. Например, как показано на фиг. 15а, положение 60 минимальной аберрации для оптического элемента 18 может совпадать с положением 60 центра объекта 66, в котором будет локализован, при записи оптического элемента 18 в качестве голографического оптического элемента 18, исходный объект 66 относительно положения и/или ориентации записываемого оптического элемента 18 (точнее, относительно положения и/или ориентации зоны 18 эмульсии, в которой сформирован оптический элемент 18). В этом отношении положение минимальной аберрации может задаваться или пониматься как центр фокальной плоскости 19 оптического элемента 18.
Фокусное расстояние fL оптического элемента 18 может задаваться или пониматься, как кратчайшее расстояние между положением 60 минимальной аберрации для оптического элемента 18 и плоскостью 68, в которой находятся геометрическая и/или отражающая области 25 оптического элемента 18 (см. фиг. 15а-15с).
Опорная ось 62 оптического элемента 18 может задаваться или пониматься как прямая линия, проходящая через центр 70 геометрической и/или отражающей области 25 оптического элемента 18 и параллельная коллимированному световому пучку 20, сформированному оптическим элементом 18 на основе света 17, принятого от точечного светоизлучающего элемента 16, который локализован в положении 60 минимальной аберрации для оптического элемента 18 (см. фиг. 15b). Ориентация опорной оси 62 может быть задана и зафиксирована, например, во время записи оптического элемента 18 в качестве голографического оптического элемента путем смещения и/или наклона опорного пучка 72 относительно зоны 18 эмульсии, в которой будет записан оптический голографический элемент 18 (см. фиг. 15а). Опорный пучок 72 может соответствовать центральному световому лучу (также обозначенному, как 62) пучка световых лучей в составе опорной световой волны (отмеченного на фиг. 15а восемью параллельными отрезками), который в процессе записи голограммы формирует совместно с волной 74, рассеянной на записываемом объекте 66 (так называемым объектным пучком 74), интерференционный паттерн голограммы в зоне 18 эмульсии (см. фиг. 15а).
Ось 64 объекта оптического элемента 18 может задаваться или пониматься как прямая линия, проходящая через положение 60 минимальной аберрации и перпендикулярная плоскости 68, в которой локализованы геометрическая область 25 и/или отражающая область 25 оптического элемента 18 (см. фиг. 15а-15с).
Оптическая ось 50 оптического элемента 18 может задаваться или пониматься как прямая линия, проходящая через центр 70 геометрической области 25 и/или отражающей области 25 оптического элемента 18 и через положение 60 минимальной аберрации этого элемента (см. фиг. 15а-15с). Оптическая ось 50 оптического элемента 18 может быть задана и зафиксирована позиционированием указанного центра 70 и указанного положения 60 минимальной аберрации. Ориентация оптической оси 50 может быть задана и зафиксирована, например, во время записи оптического элемента 18 в качестве голографического оптического элемента 18 путем соответствующего позиционирования объекта 66 (т.е. линзы или зеркала или аналогичного элемента), изображение которого формируется в качестве голограммы, относительно зоны 18 эмульсии, в которой записывается оптический голографический элемент 18 (см. фиг. 15а). В частности, оптическая ось 50 может быть параллельна оси 64 объекта или даже совпадать с ней (см., например, фиг. 2а). Однако в общем случае оптическая ось 50 необязательно должна совпадать и/или быть параллельной оси 64 объекта, а может быть наклонной по отношению к этой оси (см., например, фиг. 15а-15с). Сказанное справедливо и для опорной оси 62: оптическая ось 50 может быть параллельна опорной оси 62 или даже совпадать с ней (см., например, фиг. 2а). Однако в общем случае оптическая ось 50 необязательно должна совпадать и/или быть параллельной опорной оси 62, но может быть наклонной по отношению к этой оси (см., например, фиг. 15а-15с). Если светоизлучающий элемент 16 локализован в фокальной плоскости 19 и на оптической оси 50 ассоциированного оптического элемента 18, оптический элемент 18 формирует на основе света 17, испускаемого ассоциированным светоизлучающим элементом 16, коллимированный световой пучок 17', 17'', 20, который распространяется от оптического элемента 18 вдоль опорной оси 62 и параллельно ей (см., например, фиг. 15b). Если же светоизлучающий элемент 16 локализован в фокальной плоскости 19, но смещен с оптической оси 50 ассоциированного оптического элемента 18, оптический элемент 18 также формирует на основе света 17, испускаемого ассоциированным светоизлучающим элементом 16, коллимированный световой пучок 17', 17'', 20, однако, этот коллимированный световой пучок 17', 17'', 20 распространяется от оптического элемента 18 наклонно (т.е. под углом) по отношению к оси 62 (см., например, фиг. 15с).
С учетом изложенного можно реализовать оптический элемент 18, у которого каждая из опорной оси 62, оси 64 объекта и оптической оси 50 имеет желательную ориентацию. Можно также сконфигурировать и позиционировать оптический элемент 18 и ассоциированный светоизлучающий элемент 16 (по отношению друг к другу) так, чтобы коллимированный световой пучок 20, формируемый оптическим элементом 18 на основе света 17, принятого от ассоциированного светоизлучающего элемента 16, проходил через желательную часть 22, 26, 54 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения (как будет пояснено далее). Другими словами: путем соответствующего позиционирования ассоциированного светоизлучающего элемента 16 по отношению к оптическому элементу 18, в частности по отношению к положению оптической оси 50 в фокальной плоскости 19 оптического элемента 18, может быть задано произвольное направление коллимированного светового пучка 20. Эта возможность будет использована в дальнейшем, чтобы обеспечить определенные функциональные свойства, присущие определенным конфигурациям и положениям оптических элементов 18 и светоизлучающих элементов 16.
Например, фиг. 2а иллюстрирует испускание одним светоизлучающим элементом 16 трех (показанных в качестве примеров) световых лучей 17 и их прием одним оптическим элементом 18, ассоциированным с этим светоизлучающим элементом. Показано, в частности, как оптический элемент 18 формирует из световых лучей 17, испускаемых ассоциированным светоизлучающим элементом 16, один коллимированный световой пучок 20. Более конкретно, световые лучи 17 после их отклонения/отражения/дифракции оптическим элементом 18 отходят от оптического элемента 18, как (по существу) параллельные световые лучи 17', 17''. По отношению к свету 17, принимаемому от ассоциированного светоизлучающего элемента 16, оптический элемент имеет фокальную плоскость 19 и определенное фокусное расстояние fL, причем ассоциированный светоизлучающий элемент 16 находится в фокальной плоскости 19 ассоциированного оптического элемента 18. Более конкретно, светоизлучающий элемент 16 позиционирован на оптической оси 50 и в фокальной плоскости 19 (и, таким образом, в положении 60 минимальной аберрации). Следовательно, коллимированный световой пучок 20 распространяется от оптического элемента 18 вдоль опорной оси 62.
Поскольку коллимированный световой пучок 20, сформированный оптическим элементом 18 на основе света 17, принятого от ассоциированного светоизлучающего элемента 16, содержит, среди других лучей, параллельные световые лучи 17', 17'', для представления коллимированного светового пучка 20 достаточно использовать из всех параллельных световых лучей 17', 17'' только центральный световой луч 17'' пучка (см. фиг. 2а). Можно также сказать, что оптический элемент 18 обладает свойством оптического увеличения, так что (мнимое) изображение ассоциированного светоизлучающего элемента 16 формируется на бесконечности (на бесконечном расстоянии).
На фиг. 2а показано также световое пятно 21, образуемое коллимированным световым пучком 20 при его падении, например, на экран или на поверхность глаза пользователя, такую как роговица. Соответственно, можно сказать, что свет 17, испускаемый ассоциированными светоизлучающими элементами 16, ''проецируется'' с формированием паттерна 23 световых пятен, содержащего световые пятна 21, формируемые оптическим элементом 18 и ассоциированными с ним светоизлучающими элементами 16.
На фиг. 2b показаны, в более абстрактном ''проекционном'' представлении, оптический элемент 18 и ассоциированный светоизлучающий элемент 16. В частности, на фиг. 2b, на виде спереди, показана геометрическая и отклоняющая/ отражающая/преломляющая область 25 оптического элемента 18 вместе с ассоциированным светоизлучающим элементом 16. В этом примере область 25 имеет прямоугольную и почти квадратную форму. Как следствие, световое пятно 21 также может иметь прямоугольную и почти квадратную форму, например, если светоизлучающий элемент 16 рассматривается как точечный. Большая стрелка на фиг. 2b (а также на фиг. 3b, 4, 6, 13с, 13e-13h и 14b) показывает, что свет 17, испускаемый ассоциированным светоизлучающим элементом 16, проецируется в виде соответствующего паттерна 23 световых пятен.
В примере по фиг. 3а один оптический элемент 18 ассоциирован с тремя светоизлучающими элементами 16а, 16b, 16 с, так что оптический элемент 18 формирует три коллимированных световых пучка (для наглядности на фиг. 3а показаны только два коллимированных световых пучка 20а, 20с из трех) Также для наглядности, показаны (сплошными линиями) только световые лучи 17а', 17а'', которые исходят из светоизлучающего элемента 16а и, после отклонения/отражения/дифрагирования оптическим элементом 18, распространяются от оптического элемента 18, как параллельные лучи. Показаны также (штриховыми линиями) световые лучи 17с', 17с'', которые исходят от светоизлучающего элемента 16 с и, после отклонения/отражения/дифрагирования оптическим элементом 18, распространяются от оптического элемента 18 также, как параллельные. Как и на фиг. 2а, центральный световой луч 17а'' представляет коллимированный световой пучок 20а, а центральный световой луч 17с'' представляет коллимированный световой пучок 20с. Как можно видеть из фиг. 3а, свет, испускаемый ассоциированными светоизлучающими элементами 16, проецируется с формированием паттерна 23 световых пятен, содержащего, на достаточном взаимном удалении, три не накладывающиеся одно на другое световых пятна 21а, 21b, 21с. Каждое из световых пятен 21а, 21b, 21с сгенерировано одним из трех коллимированных световых пучков 20а, 20с.
На фиг. 3d показаны, в более абстрактном представлении, оптический элемент 18 и три ассоциированных с ним светоизлучающих элемента 16а, 16b, 16с по фиг. 3а. В частности, на фиг. 3b показана, на виде спереди, геометрическая и отклоняющая/отражающая/преломляющая область 25 оптического элемента 18 вместе с тремя ассоциированными светоизлучающими элементами 16а-16с. В этом примере область 25 имеет прямоугольную и почти квадратную форму. Как следствие, каждое световое пятно 21а-21с также может иметь прямоугольную и почти квадратную форму, например, если каждый светоизлучающий элемент 16 рассматривается как точечный. Большая стрелка на фиг. 3b показывает, что каждый коллимированный световой пучок, сформированный оптическим элементом 18 на основе света 17, испускаемого соответствующим ассоциированным светоизлучающим элементом 16а-16с, проецируется в виде одного из световых пятен 21а-21с. Совокупность этих световых пятен образует паттерн 23.
На фиг. 4 показан один оптический элемент 18, ассоциированный с девятью светоизлучающими элементами 16a-16i. В частности, на фиг. 4 показана, на виде спереди, геометрическая и отклоняющая/отражающая/преломляющая область 25 оптического элемента 18 вместе с девятью ассоциированными светоизлучающими элементами 16a-16i. В этом примере область 25 имеет прямоугольную и почти квадратную форму. Как следствие, каждое световое пятно 21а-21i также может иметь прямоугольную и почти квадратную форму, например, если каждый светоизлучающий элемент 16 рассматривается как точечный. Большая стрелка на фиг. 4 показывает, что каждый коллимированный световой пучок, сформированный оптическим элементом 18 на основе света, испускаемого соответствующим ассоциированным светоизлучающим элементом 16a-16i, проецируется в виде одного из световых пятен 21а-21i, формирующих паттерн 23.
Каждый из светоизлучающих элементов 16 способен переключаться между включенным состоянием (в котором светоизлучающий элемент 16 испускает свет 17 и которое на чертежах индицируется серым цветом) и выключенным состоянием (в котором светоизлучающий элемент 16 не испускает света и которое на чертежах индицируется белым цветом).
Каждый светоизлучающий элемент 16 может быть выполнен, как один органический светодиод, и формировать один пиксель дисплейного компонента устройства 10 отображения или один (в частности монохромный) пиксель сегмента 27 дисплейного компонента (соответствующего, в частности, полихромному пикселю 27) устройства 10 отображения. Это означает, что множество светоизлучающих элементов 16 (т.е. пикселей) может быть объединено в единственный сегмент 27 дисплейного компонента (как это можно видеть из сопоставления фиг. 3а-7). Это позволяет отображать информацию (такую как ʺXʺ на фиг. 4) на одном сегменте 27 дисплейного компонента путем отключения некоторых светоизлучающих элементов и включения других светоизлучающих элементов.
Как это пояснено далее, рассмотренные свойства светоизлучающих элементов 16 и оптических элементов 18 использованы, в частности, для увеличения поля зрения устройства 10 отображения.
На фиг. 5 показано, на виде сбоку, устройство 10 отображения, имеющее (по меньшей мере) шесть оптических элементов 18-1 - 18-6. Каждый из этих оптических элементов ассоциирован с одним соответствующим сегментом 27 дисплейного компонента (см. фиг. 4), содержащим девять светоизлучающих элементов 16а-16i (см. также фиг. 4), из которых только центральные светоизлучающие элементы 16е каждого сегмента дисплейного компонента обозначены, для ясности, как 16-1 - 16-6.
Как показано, в качестве примера, на фиг. 5, множество оптических элементов 18-1 - 18-6 и массив светоизлучающих элементов 16-1 - 16-6 сконфигурированы и позиционированы таким образом, что по меньшей мере одно первое количество (20-3 - 20-5) коллимированных световых пучков 20-1 - 20-6 проходит по меньшей мере через одну первую часть 22 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения. В то же время по меньшей мере одно второе количество коллимированных световых пучков (20-1), отличных от коллимированных световых пучков, образующих указанное первое количество (20-3 - 20-5) указанных пучков, проходит по меньшей мере через вторую часть 26 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения. При этом указанная вторая часть 26 выходного зрачка является отличной от его первой части 22 (а в этом примере даже не соприкасающейся с ней).
Это означает, что на соответствующем ʺпроекционномʺ изображении (см. фиг. 6) множество оптических элементов 18-1 - 18-6 и массив светоизлучающих элементов 16-1 - 16-6 сконфигурированы и позиционированы таким образом, что световые пучки 20-1 - 20-6 проецируются в виде световых пятен 21-1 - 21-6, каждое из которых соответствует одному коллимированному световому пучку 20-1 - 20-6. Эти световые пятна образуют паттерны 23-1 - 23-6 световых пятен, причем каждый такой паттерн сгенерирован одним из оптических элементов 18-1 - 18-6 и ассоциированными с ним светоизлучающими элементами. Например, световое пятно 21-1 принадлежит паттерну 23-1 световых пятен, который сгенерирован оптическим элементом 18-1 и ассоциированными с ним светоизлучающими элементами 16-1. Другими словами, паттерн 23-1 световых пятен сгенерирован оптическим элементом 18-1 и ассоциированным с ним сегментом 27 дисплейного компонента.
Как показано, в качестве примеров, на фиг. 5 и 6, первая часть 22 выходного зрачка 24 представляет первую пространственную область (также обозначенную, как 22), в которой зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован в процессе правильного использования устройства 10 отображения, когда глаз 30 смотрит по меньшей мере в одном первом направлении 32 наблюдения, ведущем к центру устройства 10 отображения. Соответственно, вторая часть 26 выходного зрачка 24 представляет вторую пространственную область (также обозначенную, как 26), которая смещена относительно первой пространственной области 22 и в которой зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован в процессе правильного использования устройства 10 отображения, когда глаз 30 смотрит по меньшей мере в одном втором направлении 34 наблюдения, обращенном к периферии устройства 10 отображения, причем это направление отлично от первого направления 32 наблюдения (как это видно, например, из сопоставления штриховых линий 32, 34 на фиг. 5).
Как показано на фиг. 6, световые пятна 21-1 - 21-6 внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения пространственно отделены одно от другого и не имеют взаимного наложения. Таким образом, световые пятна 21-1 - 21-6 могут покрывать внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения различные участки зрачка 28 глаза 30 пользователя, соответствующие различным направлениям 32, 34 наблюдения глаза пользователя (в качестве примера, на фиг. 6 показаны два положения зрачка 28 глаза 30). Таким образом, при различных направлениях 32, 34 наблюдения своего глаза 30 пользователь способен видеть изображение, созданное устройством 10 отображения. Это также позволяет реализовать устройство 10 отображения, имеющее большое поле зрения.
В примере, представленном на фиг. 7, оптические элементы 18-1 - 18-6 и светоизлучающие элементы 16-1 - 16-6 сконфигурированы и позиционированы так, что коллимированные световые пучки 20-1 - 20-6, отходящие от устройства 10 отображения, сходятся таким образом, что эти световые пучки направлены к области 36 пересечения, локализованной у точки 38 вращения, вокруг которой вращается глаз 30 пользователя, в процессе правильного использования устройства 10 отображения, при переходе от первого направления 32 наблюдения ко второму направлению 34 наблюдения. В более общих понятиях, по меньшей мере часть множества оптических элементов 18-1 - 18-6, а также по меньшей мере часть ассоциированных светоизлучающих элементов 16-1 - 16-6 сконфигурированы и позиционированы таким образом, что, по меньшей мере в одном операционном состоянии устройства 10 отображения, коллимированные световые пучки 20-1 - 20-6 сходятся таким образом, что эти световые пучки направлены к области 36 пересечения.
Таким образом, один или более (20-3 - 20-5) из коллимированных световых пучков 20-1 - 20-6 могут проходить через зрачок 28 глаза 30 пользователя в первом направлении 32 наблюдения, а один или более (20-1) из этих световых пучков могут проходить через зрачок 28 глаза 30 пользователя во втором направлении 34 наблюдения (см. фиг. 7). Таким образом, пользователь способен видеть изображение, созданное устройством 10 отображения, при различных направлениях 32, 34 наблюдения (т.е. при различных положениях вращения своего глаза 30).
Для правильного использования устройства 10 отображения оно может содержать позиционирующее устройство (не изображено), такое как очковая оправа, которое позиционирует и/или надежно удерживает устройство 10 относительно глаза (глаз) 30 пользователя. Более конкретно, за счет использования позиционирующего устройства обеспечивается позиционирование и ориентация лица или головы пользователя заданным образом по отношению к положению и ориентации устройства 10 отображения. Позиционирующее устройство может быть сконфигурировано так, чтобы позиционировать зрачок 28 глаза 30 пользователя в выходном зрачке 24 (т.е. в представляющей его пространственной области 24) устройства 10 отображения.
В примере по фиг. 8a-8d устройство 10 отображения содержит переключаемое отклоняющее устройство 40. Будучи активированным, отклоняющее устройство 40 может изменять направление распространения каждого коллимированного светового пучка 20 по меньшей мере между одним первым направлением и по меньшей мере одним вторым направлением. В частности, отклоняющее устройство 40 способно изменять направление распространения независимо (т.е. индивидуально) для каждой из пространственно разделенных групп коллимированных световых пучков 20. Каждая группа коллимированных световых пучков 20 может содержать один коллимированный световой пучок 20 или два или более коллимированных световых пучков 20.
Более конкретно, отклоняющее устройство 40 содержит множество переключаемых отклоняющих элементов 42, которые изображены на фиг. 8a-8d в виде серых и/или черных удлиненных прямоугольников. Каждый отклоняющий элемент 42 (например элемент 42а), ассоциированный с одним коллимированным световым пучком 20 (например пучком 20а), способен переключаться между включенным и выключенным состояниями. Во включенном состоянии (проиллюстрированном на фиг. 8a-8d в виде серого удлиненного прямоугольника) отклоняющий элемент 42 не изменяет направление распространения коллимированного светового пучка 20, который входит в отклоняющий элемент 42. Соответственно, этот коллимированный световой пучок 20, выходя из отклоняющего элемента 42, проходит через одну часть выходного зрачка 24 (например через первую часть 22 - см. фиг. 8b). В выключенном состоянии (проиллюстрированном на фиг. 8b-8d в виде черного удлиненного прямоугольника) отклоняющий элемент 42 изменяет направление распространения коллимированного светового пучка 20, который входит в отклоняющий элемент 42 так, что этот световой пучок 20, выходя из отклоняющего элемента 42, проходит через другую часть выходного зрачка 24 (например через его вторую часть 26 - см. фиг. 8с).
Устройство 10 отображения содержит также устройство 44 для отслеживания изображения (айтрекер), служащее для отслеживания изображения зрачка 28 глаза 30 пользователя и для генерирования позиционного сигнала, характеризующего положение этого зрачка. Данное устройство позволяет следить за положением зрачка 28 глаза 30 пользователя (см., в частности, фиг. 8a-8d).
Устройство 10 отображения содержит также блок управления (не изображен) для переключения отклоняющего устройства 40 и отклоняющих элементов 42 в зависимости от указанного сигнала. Для выполнения этой функции блок управления управляет отклоняющим устройством 40 в зависимости от указанного сигнала, генерируемого устройством 44 для отслеживания изображения, так, что направления распространения коллимированных световых пучков 20 изменяются отклоняющим устройством 40 таким образом, что все коллимированные световые пучки 20, которые отходят от устройства 10 отображения, проходят через ту часть (22 или 26) выходного зрачка 24, в которой в данный момент позиционирован зрачок 28 глаза 30 пользователя (см. фиг. 8b и 8с). Более конкретно, когда зрачок 28 глаза пользователя позиционирован в первой части 22 выходного зрачка 24 (как это показано на фиг. 8а и 8b), блок управления устанавливает в выключенное (ʺчерноеʺ) состояние только те отклоняющие элементы 42а, посредством которых в их включенном (ʺсеромʺ) состоянии коллимированные световые пучки 20а направляются через вторую часть 26 выходного зрачка 24 (см. фиг. 8а). В результате коллимированные световые пучки 20а, которые выходят из этих отклоняющих элементов 42а, проходят через первую часть 22 выходного зрачка 24 (см. фиг. 8b). Аналогично, когда зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован во второй части 26 выходного зрачка 24 (как это показано на фиг. 8с), блок управления устанавливает в выключенное (ʺчерноеʺ) состояние только те отклоняющие элементы 42b, посредством которых в их включенном (ʺсеромʺ) состоянии коллимированные световые пучки 20b направляются через первую часть 22 выходного зрачка 24 (см. фиг. 8b). В результате коллимированные световые пучки 20b, которые выходят из этих отклоняющих элементов 42b, проходят через вторую часть 26 выходного зрачка 24 (см. фиг. 8с).
Таким образом, когда глаз 30 пользователя переходит от первого направления 32 наблюдения, при котором зрачок 28 его глаза 30 позиционирован в первой части 22 выходного зрачка 24 (см. фиг. 8а и 8b), ко второму направлению 34 наблюдения, при котором зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован во второй части 26 выходного зрачка 24 (см. фиг. 8с), коллимированные световые пучки 20, 20а, 20b могут проходить, как результат соответствующего переключения отклоняющего устройства 40 и отклоняющих элементов 42, через зрачок 28 глаза 30 пользователя даже в случае изменения направления 32, 34 наблюдения посредством глаза 30 (см. фиг. 8b и 8с). Таким образом, вся световая энергия, генерируемая устройством 10 отображения, может направляться, в коллимированной форме, в глаз 30 пользователя.
В частности, отклоняющее устройство 40 или каждый отклоняющий элемент 42 может изменять направление распространения коллимированного светового пучка 20 в зависимости от состояния поляризации света коллимированного светового пучка 20. Для выполнения этой функции отклоняющее устройство 40 содержит жидкокристаллическую поляризационную решетку (ЖКПР). Более конкретно, каждый отклоняющий элемент 42 содержит активную переключаемую поляризационную решетку (АППР) и жидкокристаллическую (ЖК) полуволновую пластинку (не изображена). Если АППР выключена (т.е. при выключенном состоянии отклоняющего элемента 42), она отклоняет или дифрагирует свет (т.е. изменяет направление распространения коллимированного светового пучка 20, который входит в АППР). При включенной АППР (т.е. при включенном состоянии отклоняющего элемента 42) АППР не отклоняет или не дифрагирует свет (т.е. оставляет направление распространения коллимированного светового пучка 20, который входит в АППР, неизменным). Отклоняющее устройство 40 может также содержать поляризационное устройство 45 для придания свету коллимированного светового пучка 20 либо полностью левую, либо полностью правую круговую поляризацию. Более конкретно, одно поляризационное устройство 45 (представленное на фиг. 8a-8d белым и/или черным удлиненным прямоугольником) ассоциировано с одним соответствующим оптическим элементом 18 и с одним соответствующим светоизлучающим элементом 16. При этом данное устройство позиционировано по направлению распространения коллимированного светового пучка 20 непосредственно за ассоциированным оптическим элементом 18, т.е. между этим элементом и ассоциированным отклоняющим элементом 42.
Поляризационное устройство 45 может переключаться блоком управления для переключения поляризации света коллимированного светового пучка 20 между полностью левой круговой поляризацией (в этом состоянии данное устройство представлено на фиг. 8a-8d в виде белого удлиненного прямоугольника) и полностью правой круговой поляризацией (в этом состоянии оно представлено на фиг. 8с в виде черного удлиненного прямоугольника). С этой целью поляризационное устройство снабжено комбинацией одной или более ячеек Покельса, одной или более полуволновых пластинок и/или четвертьволновых пластинок (не изображены).
Таким образом, направление отклонения, т.е. знак (ʺ+ʺ или ʺ-ʺ) угла отклонения коллимированного светового пучка 20, на выходе из отклоняющего устройства 40 может задаваться в зависимости от круговой поляризации света в этом пучке. Например, если поляризационное устройство 45 переключено таким образом, что коллимированному световому пучку 20 полностью придана левая круговая поляризация (это состояние представлено на фиг. 8a-8d белым удлиненным прямоугольником), коллимированный световой пучок 20, выходящий из отклоняющего устройства 40, в частности из отклоняющего элемента 42, будет отклонен, например, вниз (см. фиг. 8b и 8d). Если же поляризационное устройство 45 переключено таким образом, что коллимированному световому пучку 20 полностью придана правая круговая поляризация (это состояние представлено на фиг 8с черным удлиненным прямоугольником), коллимированный световой пучок 20, выходящий из отклоняющего устройства 40, в частности из отклоняющего элемента 42, будет отклонен, например, вверх (см. фиг. 8с). Другими словами: свету, испускаемому светоизлучающим элементом 16, до того как он войдет в отклоняющий элемент 42, может быть придана (поляризационным устройством 45) круговая (левая или правая) поляризация. При этом будет иметь место только одно (но не два) направление отклонения (см. фиг. 8а-8d).
В примере по фиг. 9 первый и второй оптические элементы 18а, 18b ассоциированы по меньшей мере с одним общим светоизлучающим элементом 16. При этом первый оптический элемент 18а сконфигурирован и позиционирован относительно общего светоизлучающего элемента 16 с возможностью формировать, посредством отражения, дифракции и/или отклонения первого порядка, на основе света 17, испускаемого общим светоизлучающим элементом 16, первый коллимированный световой пучок 20а, который проходит через вторую часть 26 выходного зрачка 24. В то же время второй оптический элемент 18b, который расположен непосредственно рядом (т.е. смежно) с первым оптическим элементом 18а, сконфигурирован и позиционирован относительно общего светоизлучающего элемента 16 с возможностью формировать, посредством отражения, дифракции и/или отклонения второго порядка, на основе света 17, испускаемого общим светоизлучающим элементом 16, второго коллимированного светового пучка 20b, который проходит через первую часть 22 выходного зрачка 24. Другими словами, первый оптический элемент 18а создает, на основе света 17, испускаемого светоизлучающим элементом 16, изображение в глазу 30 пользователя, когда он смотрит вдоль первого направления 32 наблюдения, при котором зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован, в процессе правильного использования устройства 10 отображения, в первой части 22 выходного зрачка 24 (см. фиг. 9). В отличие от него, второй оптический элемент 18b (ʺпреднамеренноʺ) создает в глазу 30 пользователя, на основе света 17, испускаемого светоизлучающим элементом 16, (так называемое ʺфантомноеʺ) изображение, когда глаз 30 смотрит вдоль второго направления 34 наблюдения, при котором зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован, в процессе правильного использования устройства 10 отображения, во второй части 26 выходного зрачка 24 (см. фиг. 7 и 9). Первый оптический элемент 18а позиционирован ближе к общему ассоциированному светоизлучающему элементу 16, тогда как второй оптический элемент 18b позиционирован дальше от этого светоизлучающего элемента. Более конкретно, общий ассоциированный светоизлучающий элемент 16 может быть позиционирован на оптической оси 50а первого оптического элемента 18а, в частности в положении 60 минимальной аберрации для этого оптического элемента. При этом данный светоизлучающий элемент 16 может быть смещен с оптической оси 50b второго оптического элемента 18b и, следовательно, находиться вне положения 60 минимальной аберрации для второго оптического элемента 18b и, таким образом, может создавать отражение/дифракцию/отклонение второго порядка с оптическими аберрациями, более значительными, чем оптические аберрации, возникающие при отражении/дифракции/отклонении первого порядка. Оптические оси 50а, 50b первого и второго оптических элементов 18а, 18b взаимно параллельны и пространственно разнесены (т.е. не совпадают).
Таким образом, свет 17, испускаемый общим светоизлучающим элементом 16, направляется в зрачок 28 глаза 30 пользователя, когда глаз 30 позиционирован не только в первой части 22 выходного зрачка 24, но также и когда он позиционирован во второй части 26 выходного зрачка. Как следствие, свет 17, испускаемый общим светоизлучающим элементом 16, ассоциированным как с первым, так и со вторым оптическим элементом 18а, 18b, может достигать глаза 30 пользователя при различных направлениях 32, 34 наблюдения посредством глаза 30 пользователя.
В примере по фиг. 10 оптический элемент 18 ассоциирован по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом 16а (схематично изображенным, как маленький кружок) и по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом 16b (схематично изображенным, как маленький прямоугольник), которые пространственно отделены друг от друга, без взаимного наложения. В примере по фиг. 10 оптический элемент 18 сконфигурирован и локализован относительно светоизлучающих элементов 16а, 16b с возможностью формировать на основе света 17а, 17b, испускаемого каждым из светоизлучающих элементов 16а, 16b, соответствующий коллимированный световой пучок 20а, 20b и направлять коллимированные световые пучки 20а, 20b так, что коллимированный световой пучок 20а, пришедший от первого из двух светоизлучающих элементов 16а, 16b, проходит через первую часть 22 выходного зрачка 24, а коллимированный световой пучок 20b пришедший от второго из двух светоизлучающих элементов 16а, 16b проходит через вторую часть 26 выходного зрачка 24. Другими словами, оптический элемент 18 сконфигурирован с возможностью формировать на основе света 17а, испускаемого по меньшей мере одним первым светоизлучающим элементом 16а, по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок 20а и формировать на основе света 17b, испускаемого по меньшей мере одним вторым светоизлучающим элементом 16b, по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок 20b. При этом оптический элемент 18, а также первый и второй светоизлучающие элементы 16а, 16b сконфигурированы и локализованы таким образом, что первый коллимированный световой пучок 20а проходит через первую часть 22 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, а второй коллимированный световой пучок 20b проходит через вторую часть 26 выходного зрачка 24 этого устройства.
В примере по фиг. 10 устройство 10 отображения содержит также блок управления (не изображен) для переключения светоизлучающих элементов 16а, 16b в зависимости от сигнала, сгенерированного устройством 44 для отслеживания изображения и характеризующего положение зрачка глаза. В примере по фиг. 10, когда зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован в первой части 22 выходного зрачка 24, блок управления переключает первый светоизлучающий элемент 16а в его включенное (ʺсероеʺ) состояние, а второй светоизлучающий элемент 16b - в его выключенное (ʺбелоеʺ) состояние (поскольку коллимированный световой пучок 20b фактически не присутствует, на фиг. 10 он представлен штриховыми линиями). Однако, когда зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован во второй части 26 выходного зрачка 24, блок управления переключает первый светоизлучающий элемент 16а в его выключенное состояние, а второй светоизлучающий элемент 16b - в его включенное состояние.
Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 10, только этот светоизлучающий элемент 16а находится в своем включенном (ʺсеромʺ) состоянии, в котором ассоциированный оптический элемент 18 может фактически направлять испускаемый свет 17а в зрачок 28 глаза 30 пользователя в соответствующем направлении 32 наблюдения. В то же время светоизлучающий элемент 16b находится в своем выключенном (ʺбеломʺ) состоянии, в котором ассоциированный оптический элемент 18 не может направлять испускаемый свет 17b в зрачок 28 глаза 30 пользователя, ориентированный в направлении 32 наблюдения. Таким образом, свет 17b, который не может достичь глаза 30 пользователя, в этом варианте вообще не генерируется. Тем самым обеспечиваются экономия энергии и возможность создания энергетически эффективного устройства 10 отображения.
В примере по фиг. 12 первый оптический элемент 18а ассоциирован только по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом 16а, второй оптический элемент 18b1 ассоциирован только по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом 16b1, а третий оптический элемент 18b2 ассоциирован только по меньшей мере с одним третьим светоизлучающим элементом 16b2. Первый светоизлучающий элемент 16а испускает свет 17а в синем спектральном интервале, второй светоизлучающий элемент 16b1 испускает свет 17b1 в красном спектральном интервале, а третий светоизлучающий элемент 16b2 испускает свет 17b2 в зеленом спектральном интервале. Первый, второй и третий светоизлучающие элементы 16а, 16b1, 16b2 пространственно отделены один от другого, т.е. не имеют взаимного наложения. Первый оптический элемент 18а является первым оптическим голографическим элементом 18а, который записан в первой зоне эмульсии (также обозначенной, как 18а) устройства 10 отображения. Второй оптический элемент 18b1 является вторым оптическим голографическим элементом 18b1, а третий оптический элемент 18b2 - третьим оптическим голографическим элементом 18b2. И второй, и третий оптические голографические элементы 18b1, 18b2 записаны в одной и той же второй зоне 18b эмульсии 18 устройства 10 отображения. Первая и вторая зоны 18а, 18b эмульсии не совпадают.
Как также показано на фиг. 12, первый оптический голографический элемент 18а коллимирует свет 17а, испускаемый первым светоизлучающим элементом 16а, чтобы сформировать синий коллимированный световой пучок 20а, второй оптический голографический элемент 18b1 коллимирует свет 17b1, испускаемый вторым светоизлучающим элементом 16b1, чтобы сформировать красный коллимированный световой пучок 20b1, а третий оптический голографический элемент 18b2 коллимирует свет 17b2, испускаемый третьим светоизлучающим элементом 16b2, чтобы сформировать зеленый коллимированный световой пучок 20b2.
Первая зона 18а эмульсии может быть выбрана так, чтобы первый оптический голографический элемент 18а мог быть записан с приданием ему желательных оптических свойств для коллимирования светового пучка 17а в синем спектральном интервале, тогда как вторая зона 18b эмульсии может быть выбрана так, чтобы второй и третий оптические голографические элементы 18b1, 18b2 могли быть записаны с приданием им желательных оптических свойств для коллимирования световых пучков 17b1, 17b2 в красном и зеленом спектральных интервалах. Одновременно, благодаря записи второго и третьего оптических голографических элементов 18b1, 18b2 в одной и той же второй зоне 18b эмульсии, может быть достигнута экономия места, позволяющая выполнить устройство 10 отображения компактным.
Кроме того, поскольку имеются две независимые зоны 18а, 18b эмульсии, они могут быть позиционированы пространственно смещенными одна относительно другой, но, на виде спереди, с взаимным наложением (это видно, например, из сопоставления фиг. 12, 13а, 13d-14d). Более конкретно, первая и вторая зоны 18а, 18b эмульсии могут быть позиционированы таким образом, чтобы эти зоны были взаимно смещены и вдоль направления, параллельного направлению распространения. коллимированных световых пучков 20а, 20b1, 20b2, отходящих от первого и/или второго оптических элементов 18а, 18b, и вдоль направления перпендикулярного указанному направлению распространения.
Таким образом, первая и вторая зоны 18а, 18b эмульсии могут быть локализованы независимо одна от другой и независимо по отношению к соответствующим ассоциированным с ними светоизлучающим элементам 16а, 16b1, 16b2. Например, первая зона 18а эмульсии позиционируется относительно первого светоизлучающего элемента 16а так, что наименьшее расстояние от первого светоизлучающего элемента 16а до первого оптического элемента 18а соответствует расстоянию от центра первого светоизлучающего элемента 16а до центра первого оптического элемента 18а. При этом вторая зона 18b эмульсии локализована относительно второго и третьего светоизлучающих элементов 16b1, 16b2 так, что наименьшее расстояние от третьего светоизлучающего элемента 16b2 до второго оптического элемента 18b соответствует расстоянию от центра третьего светоизлучающего элемента 16b2 до центра второго оптического элемента 18b. В то же время наименьшее расстояние от второго светоизлучающего элемента 16b1 до второго оптического элемента 18b1 необязательно должно соответствовать расстоянию от центра второго светоизлучающего элемента 16b1 до центра второго оптического элемента 18b1 (см. фиг. 12).
Далее, как показано на фиг. 12, первый оптический голографический элемент 18а имеет оптическую ось 50а, опорную ось 62а и ось 64а объекта, второй оптический голографический элемент 18b1 имеет оптическую ось 50b1, опорную ось 62b1 и ось 64b1 объекта, третий оптический голографический элемент 18b2 имеет оптическую ось 50b2, опорную ось 62b2 и ось 64b2 объекта. Первый светоизлучающий элемент 16а помещен в положение 60 минимальной аберрации для первого оптического элемента 18а, второй светоизлучающий элемент 16b1 помещен в положение 60b1 минимальной аберрации для второго оптического элемента 18b1, а третий светоизлучающий элемент 16b2 помещен в положение 60b2 минимальной аберрации для третьего оптического элемента 18b2. Таким образом, оптические элементы 18а, 18b1, 18b2 и светоизлучающие элементы 16а, 16b1, 16b2 сконфигурированы и локализованы таким образом, что коллимированные световые пучки 20а, 20b1, 20b2 выходят из устройства 10 отображения, по существу, взаимно параллельно и по меньшей мере с частичным взаимным перекрытием (на фиг. 12 эти пучки обозначены, как 17а1, 17b1', 17b2'). Это условие реализуется в результате, среди других факторов, записи второго и третьего оптических элементов 18b1, 18b2 во второй зоне 18b эмульсии так, что положения 60b1, 60b2 минимальной аберрации взаимно смещены в направлении, перпендикулярном опорным осям 62b1, 62b2. В результате оптическая ось 50b1 второго оптического элемента 18b1 наклонена по отношению к оптической оси 50b2 третьего оптического элемента 18b2.
Таким образом, одна и та же зона 18b эмульсии формирует два оптических голографических элемента 18b1, 18b2 и, как следствие наклона оптической оси 50b1 по отношению к оптической оси 50b2, второй и третий светоизлучающие элементы 16b1, 16b2 могут быть позиционированы с пространственным разнесением друг от друга. Следовательно, второй и третий светоизлучающие элементы 16b1, 16b2 не обязательно должны быть размещены последовательно вдоль опорных осей 62b1, 62b2. Это упрощает позиционирование этих светоизлучающих элементов.
Кроме того, все коллимированные световые пучки 20а, 20b1, 20b2 выходят из устройства 10 отображения, по существу, параллельно и по меньшей мере с частичным взаимным перекрытием и, таким образом, могут достигать глаза пользователя в пределах общего светового пятна 21. Следовательно, хотя светоизлучающие элементы 16а, 16b1, 16b2 пространственно отделены один от другого, пользователь может воспринимать цветное изображение, создаваемое устройством 10 отображения и имеющее высокое разрешение. Следует еще раз отметить, что это условие может быть реализовано двумя различными способами, а именно, использованием двух различных зон 18а, 18b эмульсии и/или соответствующей ориентации оптических осей 50b1, 50b2.
Как можно видеть, например, из фиг. 5 и 6, паттерн 23-1 световых пятен, содержащий девять световых пятен 21-1, сгенерирован оптическим элементом 18-1, формирующим девять коллимированных световых пучков 20-1 на основе света, испускаемого девятью ассоциированными светоизлучающими элементами 16-1. Эти коллимированные световые пучки 20-1 проходят только через вторую часть 26 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, но не проходят через первую часть 22 этого выходного зрачка. Более конкретно, первая часть 22 выходного зрачка 24 не освещается паттерном 23-1 световых пятен (см. фиг. 6). Поэтому, если глаз 30 смотрит вдоль первого направления 32 наблюдения в сторону центра устройства 10 отображения (см. фиг. 5) так, что зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован в первой пространственной области 22, которая соответствует первой части 22 выходного зрачка 24 (см. фиг. 5 и 6), свет, испускаемый указанными девятью ассоциированными светоизлучающими элементами 16-1, не может проходить через зрачок 28 глаза 30. В этом отношении первая часть 22 выходного зрачка 24 (т.е. первая пространственная область 22) или, в более общем случае, весь выходной зрачок 24 устройства 10 отображения, за исключением второй его части 26, представляет для оптического элемента 18-1 ʺпериферийную зонуʺ, в которую оптический элемент 18-1 не может направить никакой свет, испускаемый девятью ассоциированными светоизлучающими элементами 16-1.
Чтобы свет достигал также и этой периферийной зоны, устройство 10 отображения может содержать по меньшей мере один так называемый ʺпериферийныйʺ оптический элемент 18'. В примере по фиг. 13а могут использоваться различные реализации периферийных оптических элементов 18', представленных в виде коротких прямоугольников (по два из которых показаны на фиг. 13d и 14а). В этих реализациях первые и вторые оптические элементы 18, 18', а также ассоциированные с ними светоизлучающие элементы 16, 16' сконфигурированы и позиционированы таким образом, что, в процессе правильного использования устройства 10 отображения, первые коллимированные световые пучки 20, сформированные первыми оптическими элементами 18 на основе света, принятого от ассоциированных светоизлучающих элементов 16, 16', отображаются на ʺцентральнойʺ части сетчатки глаза, включающей центральную ямку. В то же время вторые коллимированные световые пучки 20', сформированные вторыми оптическими элементами 18' на основе света, принятого от ассоциированных светоизлучающих элементов 16, 16', отображаются на ʺпериферийнойʺ части сетчатки, вне центральной ямки. Соответственно, первые оптические элементы 18 могут именоваться ʺцентральнымиʺ оптическими элементами, вторые оптические элементы 18' могут именоваться ʺпериферийнымиʺ оптическими элементами, первые коллимированные световые пучки 20 могут именоваться ʺцентральнымиʺ коллимированными световыми пучками, а вторые коллимированные световые пучки 20' могут именоваться ʺпериферийнымиʺ коллимированными световыми пучками (см. фиг. 13b-14b).
При этом первые (центральные) коллимированные световые пучки 20 могут рассматриваться как проецируемые на (центральные) световые пятна 21 (в частности на поверхности глаза 30, такой как роговица), которые могут наблюдаться внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения центральной частью сетчатки (включающей центральную ямку), обладающей относительно высокой разрешающей способностью. В то же время вторые (периферийные) коллимированные световые пучки 20' могут рассматриваться как проецируемые на (периферийные) световые пятна 21', которые могут наблюдаться, внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, периферийной частью сетчатки (вне центральной ямки), обладающей относительно низкой разрешающей способностью (см. фиг. 13b-14b). Это позволяет создать устройство отображения, генерирующее паттерн 23, 23' световых пятен, адаптированный к разрешающей способности центральной ямки. При этом световые пятна 21, 21' внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения могут перекрывать различные участки зрачка 28 глаза 30 пользователя, которые соответствуют различным направлениям наблюдения посредством глаза 30 пользователя (см., например, фиг. 13а).
Периферийные оптические элементы 18' могут быть реализованы различными способами.
Например, как показано на фиг. 13b, оптическая ось 50' и опорная ось 62' каждого периферийного оптического элемента 18' могут быть наклонены по отношению одна к другой. Периферийные оптические элементы 18' ассоциированы по меньшей мере с одним так называемым ʺпериферийнымʺ светоизлучающим элементом 16', позиционированным на оптической оси 50' и в фокальных плоскостях 19' оптических элементов 18'. Таким образом, коллимированные световые пучки 20-1, 20'-2 отходят от оптических элементов 18' во взаимно расходящихся направлениях, без какого-либо пересечения (см. фиг. 13b). Это позволяет реализовать два коллимированных световых пучка 20'-1, 20'-2, которые проходят через различные части 22, 26 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения.
Альтернативно, как показано на фиг. 14а, оптическая ось 50' и опорная ось 62' каждого периферийного оптического элемента 18' могут быть взаимно параллельными (или даже совпадать). Периферийные оптические элементы 18' ассоциированы по меньшей мере с одним общим светоизлучающим элементом 16, который ассоциирован также с центральным оптическим элементом 18 и который смещен с оптической оси 50' и совмещен с фокальными плоскостями 19' оптических элементов 18'. Таким образом, коллимированные световые пучки 20' отходят от оптических элементов 18' во взаимно расходящихся направлениях, без какого-либо пересечения (см. фиг. 14а). Это позволяет реализовать два коллимированных световых пучка 20', которые проходят через различные части 22, 26 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения.
Взаимное расположение центральных и периферийных оптических элементов 18, 18' также может быть реализовано различными способами.
Например, фокусное расстояние fL первого оптического элемента 18 может быть больше, чем фокусное расстояние fL' второго оптического элемента 18' (см. фиг. 13d и 14а).
Таким образом, может быть реализована трехслойная конфигурация, в которой первые оптические элементы 18 находятся в первом слое 52 устройства 10 отображения, вторые оптические элементы 18' находятся во втором слое 52' этого устройства, а все светоизлучающие элементы 16, 16' находятся в третьем слое 19, 19' устройства. Третий слой 19, 19' совпадает с фокальными плоскостями 19, 19' первого и второго оптических элементов 18, 18', а второй слой 52' локализован между первым слоем 52 и третьим слоем 19, 19'. Хотя первые оптические элементы 18 смещены относительно светоизлучающих элементов 16, 16' на большее расстояние, чем вторые оптические элементы 18', первые оптические элементы 18 все же способны коллимировать свет от светоизлучающих элементов 16, 16' благодаря их более длинному фокусному расстоянию fL (см., например, фиг. 13d и 14а). Далее, в такой трехслойной конфигурации более короткое фокусное расстояние fL' второго оптического элемента 18' обеспечивает, с одной стороны, большее поперечное увеличение изображения светоизлучающих элементов 16, 16' в глазу 30 пользователя, а, с другой стороны, больший апертурный угол (числовую апертуру) для приема света от светоизлучающих элементов 16, 16' (см., в частности, фиг. 14а). Это приводит также к большим углам отклонения коллимированных световых пучков 20' и, таким образом, к большему выходному зрачку и/или к большему полю зрения.
При этом, хотя большее увеличение, обеспечиваемое вторым оптическим элементом 18', может привести к снижению разрешения паттерна 23' световых пятен на поверхности глаза, такой как роговица, это пониженное разрешение не является проблемой и оправдано, поскольку данный паттерн 23' принимается периферийной частью сетчатки, вне центральной ямки, а эта часть в любом случае обладает меньшей разрешающей способностью. Такое выполнение позволяет реализовать устройство 10 отображения, генерирующее общий паттерн 23, 23' световых пятен, адаптированный к разрешающей способности центральной ямки.
Далее, когда первые оптические элементы находятся в первом слое 52, вторые оптические элементы находятся во втором слое 52', а ассоциированные светоизлучающие элементы 16, 16' находятся в третьем слое 19, 19', первые и вторые оптические элементы 18, 18' не должны находиться в одном и том же слое устройства 10 отображения. Это позволяет понизить плотность оптических элементов 18, 18' в каждом слое 52, 52' и избежать, тем самым, высокой плотности размещения оптических элементов 18, 18'. Далее, это позволяет по-разному позиционировать оптические элементы 18, 18' (см. фиг. 13а, 13d-14b), т.е. обеспечить более свободное их размещение. В результате становится возможным упростить размещение оптических элементов 18, 18' и, таким образом, облегчить изготовление устройства 10 отображения.
Если фокальная плоскость 19 первых оптических элементов 18 и фокальная плоскость 19' вторых оптических элементов 18' образуют общую фокальную плоскость 19, 19', а ассоциированные светоизлучающие элементы 16, 16' локализованы в этой общей фокальной плоскости (см. фиг. 13d и 14а), то, даже если первые оптические элементы 18 смещены относительно светоизлучающих элементов 16, 16' на большее расстояние, чем вторые оптические элементы 18', и первые, и вторые оптические элементы 18, 18' будут способны коллимировать свет от светоизлучающих элементов 16, 16', т.е. формировать коллимированные световые пучки 20, 20' (см. фиг. 13d и 14а).
Устройство 10 отображения может содержать фильтр 56 для блокирования света, испускаемого светоизлучающим элементом 16, 16', который ассоциирован как с первым, так и со вторым оптическим элементом 18, 18' и может быть локализован между первым и вторым оптическими элементами 18, 18' (см. фиг. 14а). Более конкретно, фильтр может находиться в слое (не изображен), находящемся между первым слоем 52, в котором локализован первый оптический элемент 18, и вторым слоем 52', в котором локализован второй оптический элемент 18' (см. фиг. 14а).
Таким образом, световой луч 58 или коллимированный световой пучок 20, который уже был сформирован первым оптическим элементом 18 и который распространяется в направлении второго оптического элемента 18', блокируется фильтром 56, позиционированным между первым и вторым оптическими элементами 18, 18'. Следовательно, этот световой луч 58 или коллимированный световой пучок 20 не может достичь второго оптического элемента 18', так что предотвращается возмущающее влияние второго оптического элемента 18' (например в форме размывания или изменения направления). Поэтому блокируемый свет не рассеивается неконтролируемым образом и/или в нежелательном направлении. В результате становится возможным точно определенное испускание света устройством 10 отображения без генерирования какого-либо нежелательного рассеянного света, возникающего при внесении возмущений в коллимированные световые пучки 20.
Существуют две альтернативы для того, чтобы ассоциировать требуемым образом первый и второй оптические элементы 18, 18' по меньшей мере с одним светоизлучающим элементом 16, 16'. Более конкретно, первый оптический элемент 18 должен быть сконфигурирован с возможностью принимать свет по меньшей мере от одного ассоциированного светоизлучающего элемента 16, 16' и формировать из принятого света по меньшей мере один первый коллимированный световой пучок 20. Аналогично, второй оптический элемент 18' должен быть сконфигурирован с возможностью принимать свет по меньшей мере от одного ассоциированного светоизлучающего элемента 16, 16' и формировать из принятого света по меньшей мере один второй коллимированный световой пучок 20':
Как показано на фиг. 12, 13а и 13c-13h, массив светоизлучающих элементов 16, 16', 16а, 16b1, 16b2 может содержать по меньшей мере один первый светоизлучающий элемент 16, 16а для испускания света по меньшей мере одного первого цвета и по меньшей мере один второй светоизлучающий элемент 16', 16b1, 16b2 для испускания света по меньшей мере одного второго цвета, отличного от по меньшей мере одного первого цвета. При этом первый оптический элемент 18, 18а может быть ассоциирован только по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом 16, 16а, а второй оптический элемент 18', 18b1, 18b2 может быть ассоциирован только по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом 16', 16b1, 16b2. Далее, первый оптический элемент 18, 18а может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от первого светоизлучающего элемента 16, 16а и формировать на основе принятого света первый коллимированный световой пучок 20, 20а. В то же время второй оптический элемент (вторые оптические элементы) 18', 18b1, 18b2 может (могут) быть сконфигурирован(ы) с возможностью принимать свет от второго светоизлучающего элемента (вторых светоизлучающих элементов) 16', 16b1, 16b2 и формировать на основе принятого света второй коллимированный световой пучок (вторые коллимированные световые пучки) 20', 20b1, 20b2.
Таким образом, первый оптический элемент 18, 18а никак не ассоциирован по меньшей мере с одним вторым светоизлучающим элементом 16', 16b1, 16b2, но является, например, прозрачным для света, испускаемого вторым светоизлучающим элементом 16', 16b1, 16b2. И наоборот, второй оптический элемент 18', 18b1, 18b2 никак не ассоциирован по меньшей мере с одним первым светоизлучающим элементом 16, 16а, но является, например, прозрачным для света, испускаемого первым светоизлучающим элементом 16, 16а (см., например, фиг. 12 и 13d). В этом случае первый оптический элемент 18, 18а не может оказывать возмущающего влияния на второй коллимированный световой пучок 20', 20b1, 20b2, сформированный вторым оптическим элементом 18', 18b1, 18b2, и наоборот, второй оптический элемент 18', 18b1, 18b2 не может оказывать возмущающего влияния на первый коллимированный световой пучок 20, 20а, сформированный первым оптическим элементом 18, 18а (см. фиг. 12 и 13d). Как следствие, можно отказаться от фильтра 56, показанного на фиг. 14а. Это позволит реализовать устройство 10 отображения, имеющее легкую и компактную конструкцию. Кроме того, даже если оптическая ось 50, 50а первого оптического элемента 18, 18а и оптическая ось 50', 50b1 второго оптического элемента 18', 18b1 наклонены по отношению одна к другой (см. фиг. 12 и 13d) и/или опорная ось 62, 62а первого оптического элемента 18, 18а и опорная ось 62', 62b1, 62b2 второго оптического элемента 18', 18b1, 18b2 взаимно параллельны (см. фиг. 12 и 14а), что обеспечивает большую свободу при конструировании устройства 10 отображения, сохраняется возможность добиться того, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки 20, 20', 20а, 20b1, 20b2 проходили через различные первую и вторую (необязательно расположенные без взаимного наложения) части 22, 26 выходного зрачка 24.
Альтернативно, как показано на фиг. 14а и 14b, первый и второй оптические элементы 18, 18' могут быть ассоциированы по меньшей мере с одним общим светоизлучающим элементом 16, 16'. При этом первый оптический элемент 18 может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от общего светоизлучающего элемента 16, 16' и формировать из принятого света первый коллимированный световой пучок 20, а второй оптический элемент 18' может быть сконфигурирован с возможностью принимать свет от общего светоизлучающего элемента 16, 16' и формировать из принятого света второй коллимированный световой пучок 20'.
Таким образом, и первый, и второй оптические элементы 18, 18' могут формировать соответствующий коллимированный световой пучок 20, 20' с помощью одного и того же (общего) светоизлучающего элемента 16, 16'. Другими словами, первый и второй оптические элементы 18, 18' совместно используют один и тот же (общий) светоизлучающий элемент 16, 16'. Это позволяет уменьшить количество светоизлучающих элементов 16, 16'. Следовательно, будет обеспечена возможность создания устройства 10 отображения, имеющего легкую, компактную и энергетически эффективную конструкцию.
По меньшей мере один из первого и второго оптических элементов 18, 18', 18а, 18b1, 18b2, например элемент 18' (18b1), может быть сконфигурирован так, чтобы его оптическая ось 50', 50b1 и его опорная ось 62', 62b1 были ориентированы наклонно по отношению одна к другой (см. фиг. 12 и 13b).
Таким образом, если ассоциированный светоизлучающий элемент 16' локализован на оптической оси 50' (см. фиг. 13b, 13d), оптический элемент 18' может быть сконфигурирован так, чтобы его оптическая ось 50' была наклонена по отношению к его опорной оси 62' таким образом, что коллимированный световой пучок 20' распространяется от оптического элемента 18' вдоль его опорной оси 62', не проходя через ассоциированный светоизлучающий элемент 16'. Следовательно, коллимированный световой пучок 20' может отходить от устройства 10 отображения без по меньшей мере частичной реабсорбции и/или без рассеяния света светоизлучающим элементом 16' неконтролируемым образом и/или в нежелательном направлении. Это делает возможным обеспечить энергетическую эффективность устройства 10 отображения при точно определенных параметрах испускания света и без какого-либо нежелательного рассеянного света, возникающего при внесении возмущений в коллимированные световые пучки 20'.
Первый и второй оптические элементы 18, 18' могут быть сконфигурированы таким образом, что опорная ось 62 первого оптического элемента 18 и опорная ось 62' второго оптического элемента 18' ориентированы наклонно одна к другой (см. фиг. 13d).
Таким образом, нетрудно добиться того, чтобы первый коллимированный световой пучок 20 проходил через первую часть 54 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, а второй коллимированный световой пучок 20' проходил через вторую часть 22, 26 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, отличную от первой части 54 и, в частности, не соприкасающуюся с ней (см. фиг. 13e-13h), и/или чтобы первый коллимированный световой пучок 20 проецировался на центральную часть сетчатки глаза, включающую центральную ямку, а второй коллимированный световой пучок 20' проецировался на периферийную часть сетчатки, вне центральной ямки (см. также фиг. 13e-13h и 14). В более общем случае при соответствующем выборе угла между опорной осью 62 первого оптического элемента 18 и опорной осью 62' второго оптического элемента 18' первый и второй оптические элементы 18, 18' могут быть сконфигурированы так, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки 20, 20' были ориентированы во взаимно расходящихся направлениях, без какого-либо пересечения, т.е. чтобы коллимированные световые пучки 20, 20' начинали расходиться сразу после выхода из первого и второго оптических элементов (см. фиг. 13d) (такой ход пучков отличается от первоначального расхождения, затем пересечения и снова расхождения). Это позволяет реализовать устройство 10 отображения, имеющее большое поле зрения. Кроме того, даже если первый оптический элемент 18 является первым оптическим голографическим элементом, сформированным в первой зоне эмульсии устройства 10 отображения, а второй оптический элемент 18' является вторым оптическим голографическим элементом, сформированным также в первой зоне эмульсии (этот, неизображенный вариант является экономичным в отношении веса и пространства), путем наклона опорных осей 62, 62' по отношению одна к другой, все же можно добиться того, чтобы первый и второй коллимированные световые пучки 20, 20' проходили через различные первую и вторую части 22, 26, 54 выходного зрачка 24. Это позволяет реализовать легкую и компактную конструкцию устройства отображения, имеющую большое поле зрения.
Альтернативно, первый и второй оптические элементы 18, 18', 18а, 18b1, 18b2 могут быть сконфигурированы так, чтобы опорная ось 62, 62а первого оптического элемента 18, 18а и опорная ось 62', 62b1, 62b2 второго оптического элемента 18', 18Ы, 18b2 были взаимно параллельны или даже совпадали (см. фиг. 12 и 14а).
По меньшей мере один второй оптический элемент 18' может содержать по меньшей мере два вторых оптических элемента 18' (см. фиг. 13b, 13d-14b). Вторые оптические элементы 18' могут быть локализованы со смещением с оптической оси 50 первого оптического элемента 18, в частности, при равных расстояниях между оптической осью 50 первого оптического элемента 18 и оптической осью 50' каждого второго оптического элемента 18' (см. фиг. 14а и 14b). При этом центры вторых оптических элементов 18' могут задавать вершины равностороннего треугольника.
Альтернативно, могут быть заданы равные расстояния между центром (в частности, геометрической области 25 и/или отражающей области 25) первого оптического элемента 18 и центрами (в частности, геометрической области 25' и/или отражающей области 25') каждого второго оптического элемента 18' (см. фиг. 13а). Вторые оптические элементы 18' (в частности, их геометрические и/или отражающие области 25') могут быть локализованы в одной и той же плоскости 52' (см. фиг. 13d и 14а), так что центры вторых оптических элементов 18' (в частности геометрических и/или отражающих областей 25') могут формировать, например, равносторонний треугольник (см. фиг. 14а и 14b) или квадрат (см. фиг. 13а).
Таким образом, вторые оптические элементы 18' могут быть локализованы вокруг первого оптического элемента 18 (даже с соблюдением вращательной симметрии по отношению к нему - см., например, фиг. 14b). Следовательно, паттерн 23' световых пятен внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения образуют по меньшей мере два вторых световых пятна (изображенные на фиг. 14b в виде эллипсов со сплошными границами и/или крупных прямоугольников с пунктирными границами), которые соответствуют по меньшей мере двум вторым коллимированным световым пучкам 20', сформированным по меньшей мере двумя вторыми оптическими элементами 18'. Данный паттерн расположен вокруг паттерна 23 световых пятен, образованного первыми световыми пятнами (изображенными на фиг. 14b в виде маленьких прямоугольников со сплошными границами), которые соответствуют первым коллимированным световым пучкам 20, сформированным первым оптическим элементом 18. При этом вторые световые пятна (изображенные на фиг. 14b в виде эллипсов со сплошными границами и/или крупных прямоугольников с пунктирными границами) расположены вокруг находящихся в центре первых световых пятен (изображенных на фиг. 14b в виде маленьких прямоугольников со сплошными границами) таким образом, что соответствующие вторые световые пятна также образуют, например, равносторонний треугольник. Следовательно, внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения по меньшей мере два вторых световых пятна могут перекрывать по меньшей мере два различных положения зрачка 28 глаза пользователя, локализованные вокруг центрального положения, в котором локализовано первое световое пятно. При этом по меньшей мере два указанных различных положения соответствуют по меньшей мере двум различным направлениям взгляда пользователя. Такое выполнение позволяет реализовать множество сходных секций паттерна 23, 23' световых пятен для большого количества различных направлений взгляда пользователя, причем это количество соответствует количеству вторых оптических элементов 18'. Следовательно, пользователь будет способен видеть изображение, созданное устройством 10 отображения, при различных направлениях наблюдения, возможных для его глаза. Это позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения.
Далее будут более подробно рассмотрены некоторые из чертежей.
На фиг. 13b и 13d (на видах сбоку) и на фиг. 13с, 13e-13h (на видах спереди), представленные в качестве примера четыре вторых, т.е. ʺпериферийныхʺ оптических элемента 18' ассоциированы с девятью периферийными светоизлучающими элементами 16'. Как можно видеть в примере по фиг. 13b, в котором только один из девяти периферийных светоизлучающих элементов 16' испускает свет, периферийные оптические элементы 18' принимают свет от ассоциированного с ними периферийного светоизлучающего элемента 16' и одновременно формируют на основе принятого света четыре коллимированных световых пучка 20' (из которых показаны, на виде сбоку (см. фиг. 13а, 13b и 13d) только два коллимированных световых пучка 20'-1, 20'-2), отходящие от четырех периферийных оптических элементов 18' в расходящихся направлениях. Таким образом, четыре коллимированных световых пучка 20' отходят в различных направлениях от четырех периферийных оптических элементов 18' таким образом, что четыре коллимированных световых пучка 20' после выхода из четырех периферийных оптических элементов 18' ориентированы во взаимно расходящихся направлениях и не пересекаются (см., в частности, фиг. 13b и 13с). Это означает, что четыре коллимированных световых пучка 20' вообще не перекрываются и что эти пучки 20' сразу же после выхода из четырех периферийных оптических элементов 18' начинают, в процессе их распространения, все дальше отходить друг от друга. Такой вариант распространения отличается от варианта распространения, представленного, в качестве примера, на фиг. 3а, в котором два коллимированных световых пучка 20а, 20с пересекаются друг с другом сразу же после выхода из оптических элементов 18.
Более конкретно, четыре периферийных оптических элемента 18' и ассоциированные с ними периферийные светоизлучающие элементы 16' сконфигурированы и локализованы таким образом, что по меньшей мере один из четырех коллимированных световых пучков 20'-1, 20'-2 (первый коллимированный световой пучок 20'-1) проходит через первую часть 22а выходного зрачка 24 устройства 10 отображения и по меньшей мере один из указанных пучков (второй коллимированный световой пучок 20'-2), отличный от первого коллимированного светового пучка 20'-1, проходит по меньшей мере через одну вторую часть 22b, 26а, 26b выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, отличную от первой части 22а. При этом четыре коллимированных световых пучка 20' могут рассматриваться как проецируемые в четыре световых пятна 21'-1 - 21'-4 (изображенные, как эллипсы), так что каждое из этих световых пятен соответствует одному коллимированному световому пучку 20'. Указанные четыре световых пятна внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения пространственно отделены одно от другого, т.е. не имеют взаимного наложения (см. фиг. 13с).
Таким образом, внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения четыре световых пятна 21'-1 - 21'-4 могут перекрывать четыре различных положения зрачка 28 глаза 30 пользователя, соответствующие четырем различным направлениям 32а, 32b, 34а, 34b наблюдения посредством глаза 30 пользователя (это можно видеть из сопоставления фиг. 13а и 13с). Таким образом пользователь будет способен видеть изображение, созданное устройством 10 отображения при различных направлениях 32а, 32b, 34а, 34b наблюдения. Такое выполнение также позволяет реализовать устройство отображения, имеющее большое поле зрения.
Разумеется, если свет испускается более чем одним периферийным светоизлучающим элементом 16' из девяти периферийных светоизлучающих элементов 16', ассоциированных с четырьмя периферийными оптическими элементами 18', возникают более четырех световых пятен 21'. Это показано на фиг. 13f и 13h: каждый из четырех периферийных оптических элементов 18' генерирует четыре коллимированных световых пучка 20' и соответствующие им четыре световых пятна 21' для каждого ассоциированного периферийного светоизлучающего элемента 16', испускающего свет. Таким образом если все девять ассоциированных светоизлучающих элементов 16' одновременно испускают свет, четырьмя периферийными оптическими элементами 18' в сумме формируется тридцать шесть коллимированных световых пучков 20' и соответствующие им тридцать шесть световых пятен 21' (снова изображенных в виде эллипсов) (см. фиг. 13f). Если же одновременно испускают свет только четыре из девяти ассоциированных светоизлучающих элементов 16', то четырьмя периферийными оптическими элементами 18' будут сформированы в сумме шестнадцать коллимированных световых пучков 20' и соответственно шестнадцать световых пятен 21' (изображенных в виде серых эллипсов) (см. фиг. 13h).
В примере по фиг. 13a-13h периферийные оптические элементы 18' реализованы следующим образом. Каждый периферийный оптический элемент 18' является отражающим оптическим голографическим элементом 18', представляющим голографическое вогнутое зеркало (т.е. является отражательной голограммой вогнутого зеркала). Оптические голографические элементы 18' могут быть записаны в одной и той же (формируемой голографической) зоне 18' эмульсии устройства 10 отображения при использовании, для записи оптических голографических элементов 18', двух различным образом ориентированных световых пучков. В этом случае два коротких прямоугольника, показанные на фиг. 13b, могут быть представлены, как один длинный прямоугольник (если рассматривать прямоугольники как зоны эмульсии, которые совместно используются четырьмя оптическими голографическими элементами 18'). Альтернативно, как это наглядно показано на фиг. 13a-13h, каждый из оптических голографических элементов 18' может быть записан в одной соответствующей (в частности формируемой голографической) зоне 18' эмульсии устройства 10 отображения.
На фиг. 13d, на виде сбоку, и на фиг. 13e-13h, на видах спереди, показан один центральный оптический элемент 18, ассоциированный с девятью центральными светоизлучающими элементами 16. Как можно видеть в примере по фиг. 13d, в котором испускают свет только два из девяти центральных светоизлучающих элементов 16, центральный оптический элемент 18 принимает свет от этих двух ассоциированных центральных светоизлучающих элементов 16 и одновременно формирует из принятого света два отходящих от него коллимированных световых пучка 20.
Более конкретно, центральный оптический элемент 18 и ассоциированные центральные светоизлучающие элементы 16, а также периферийные оптические элементы 18' и ассоциированные периферийные светоизлучающие элементы 16' сконфигурированы и локализованы таким образом, что коллимированные световые пучки 20 проходят через центральную часть 54 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, которая отличается от первой и второй частей 22а, 22b, 26а, 26b выходного зрачка 24 устройства 10 отображения и которая позиционирована между первой и второй частями 22а, 22b, 26а, 26b (см. фиг. 13е). В этом отношении два коллимированных световых пучка 20 могут рассматриваться как проецируемые в виде двух световых пятен 21 (изображенных, как квадраты), каждое из которых соответствует одному коллимированному световому пучку 20. При этом два световых пятна 21, расположенные внутри выходного зрачка 24 устройства 10, позиционированы между световыми пятнами 21-1 - 21'-4 (изображенными в виде эллипсов), формируемыми периферийными оптическими элементами 18' (см. фиг. 13е).
Таким образом, центральный оптический элемент 18 и ассоциированные с ним центральные светоизлучающие элементы 16 могут восприниматься при центральном направлении взгляда пользователя (так что они именуются ʺцентральнымʺ оптическим элементом 18 и ʺцентральнымиʺ светоизлучающими элементами 16). Соответственно, периферийные оптические элементы 18' и ассоциированные с ними периферийные светоизлучающие элементы 16' могут быть использованы для ʺпериферийногоʺ направления взгляда пользователя (так что они именуются ʺпериферийнымиʺ оптическими элементами 18' и ʺпериферийнымиʺ светоизлучающими элементами 16').
Если все центральные и периферийные светоизлучающие элементы 16, 16' испускают свет, центральный и периферийные оптические элементы 18, 18' генерируют паттерн 23, 23' световых пятен, показанный на фиг. 13f.
Далее, в примере по фиг. 13а, 13g и 13h устройство 10 отображения содержит блок управления (не изображен) для переключения центрального и периферийного светоизлучающих элементов 16, 16' в зависимости от сигнала, характеризующего положение зрачка глаза и генерируемого устройством 44 для отслеживания изображения. В варианте по фиг. 13g, когда зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован в центральной части 54 выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, блок управления переключает во включенное (изображенное, как ʺтемноеʺ) состояние только центральные светоизлучающие элементы 16, ассоциированные с центральным оптическим элементом 18. В то же время периферийные светоизлучающие элементы 16,' ассоциированные с периферийными оптическими элементами 18', переключаются блоком управления в их выключенное (ʺбелоеʺ) состояние (поэтому световые пятна 21' не присутствуют и изображены на фиг. 13g только в виде белых эллипсов с пунктирной границей). Однако в ситуации по фиг. 13h, когда зрачок 28 глаза 30 пользователя позиционирован в первой и/или второй частях 22а, 22b, 26а, 26b выходного зрачка 24 устройства 10 отображения, блок управления переключает центральные светоизлучающие элементы 16, ассоциированные с центральным оптическим элементом 18, в их выключенное (ʺбелоеʺ) состояние (поэтому световые пятна 21' не присутствуют и изображены на фиг. 13h в виде белых квадратов с пунктирной границей). В то же время периферийные светоизлучающие элементы 16', ассоциированные с периферийными оптическими элементами 18', переключены во включенное (ʺтемноеʺ) состояние. Таким образом, блок управления устанавливает во включенное состояние только те центральные и периферийные светоизлучающие элементы 16, 16', ассоциированные с оптическими элементами 18, 18', которые генерируют паттерн 23, 23' световых пятен, перекрывающий текущее положение зрачка 28 глаза 30 пользователя (см. фиг. 13h). Такие переключения основаны на примере устройства 10 отображения, показанного на фиг. 10.
В примере по фиг. 14а и 14b центральный оптический элемент 18 ассоциирован не только с центральными светоизлучающими элементами 16, но также и с периферийными светоизлучающими элементами 16'. Кроме того, в примере по фиг. 14а и 14b периферийные оптические элементы 18' ассоциированы не только с периферийными светоизлучающими элементами 16', но также и с центральными светоизлучающими элементами 16. Другими словами, в примере по фиг. 14а и 14b центральные светоизлучающие элементы 16 ассоциированы как с центральным оптическим элементом 18, так и с периферийными оптическими элементами 18', тогда как периферийные светоизлучающие элементы 16' также ассоциированы как с центральным оптическим элементом 18, так и с периферийными оптическими элементами 18'. В связи с этим центральный оптический элемент 18, центральные светоизлучающие элементы 16 (в их включенном состоянии), периферийные оптические элементы 18' и периферийные светоизлучающие элементы 16' (в их включенном состоянии) окрашены на фиг. 14а и 14b в серый цвет.
Как можно видеть из фиг. 14а, на виде сбоку, и на фиг. 14b, на виде спереди, каждый из трех периферийных оптических элементов 18' ассоциирован с девятью центральными светоизлучающими элементами 16 и с девятью периферийными светоизлучающими элементами 16'. На фиг. 14а для ясности показаны только один из светоизлучающих элементов 16 (излучающий световой пучок, изображенный сплошными линиями), и только один из светоизлучающих элементов 16' (излучающий световой пучок, изображенный штриховыми линиями). Периферийный оптический элемент 18' принимает свет от ассоциированного с ним периферийного светоизлучающего элемента 16' и формирует из принятого света (проиллюстрированного штриховыми линиями) коллимированный световой пучок 20' (для ясности, проиллюстрированы только отклонения света от одного из двух показанных периферийных оптических элементов 18'). Далее, тот же периферийный оптический элемент 18' принимает свет от ассоциированного центрального светоизлучающего элемента 16 и формирует из принятого света другой (изображенный сплошными линиями) коллимированный световой пучок 20'. В дополнение, центральный оптический элемент 18 принимает свет от ассоциированного периферийного светоизлучающего элемента 16' и формирует из принятого света коллимированный световой пучок 20 (проиллюстрированный штриховыми линиями). Кроме того, тот же центральный оптический элемент 18 принимает свет от ассоциированного центрального светоизлучающего элемента 16 и формирует из принятого света другой (проиллюстрированный сплошными линиями) коллимированный световой пучок 20.
Периферийные оптические элементы 18' локализованы ортогонально по отношению друг к другу и смещены по отношению к оптической оси 50 центрального оптического элемента 18 при равных расстояниях между оптической осью 50 центрального оптического элемента 18 и оптической осью 50' каждого из периферийных оптических элементов 18' с формированием треугольной конфигурации (см. фиг. 14а и 14b).
В конфигурации, показанной на фиг. 14а и 14b, центральный оптический элемент 18 может генерировать девять коллимированных световых пучков 20 на основе света, испускаемого девятью ассоциированными центральными светоизлучающими элементами 16. При этом каждый из этих девяти коллимированных световых пучков 20 представляет одно из соответствующих световых пятен (изображенных на фиг. 14b в виде маленьких прямоугольников со сплошными границами) в паттерне 23 световых пятен внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения. Кроме того, центральный оптический элемент 18 может формировать девять коллимированных световых пучков 20 на основе света, испускаемого в сумме двадцатью семью ассоциированными периферийными светоизлучающими элементами 16'. При этом каждый из этих двадцати семи коллимированных световых пучков 20 формирует одно из соответствующих световых пятен (изображенных на фиг. 14b в виде эллипсов с пунктирными границами) в паттерне 23 световых пятен внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения. Каждый из трех периферийных оптических элементов 18 может формировать девять коллимированных световых пучков 20' на основе света, испускаемого девятью ассоциированными центральными светоизлучающими элементами 16 и, таким образом, в сумме три периферийных оптических элемента 18 могут формировать на основе света, испускаемого девятью ассоциированными центральными светоизлучающими элементами 16, двадцать семь коллимированных световых пучков 20'. При этом каждый из этих двадцати семи коллимированных световых пучков 20' формирует одно из соответствующих световых пятен (изображенных на фиг. 14b в виде больших прямоугольников с пунктирными границами) в паттерне 23' световых пятен внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения. Кроме того, каждый из трех периферийных оптических элементов 18 может формировать девять коллимированных световых пучков 20' на основе света, испускаемого ближайшими девятью ассоциированными периферийными светоизлучающими элементами 16'. Таким образом, в сумме три периферийных оптических элемента 18 могут формировать двадцать семь коллимированных световых пучков 20' на основе света, испускаемого ближайшими к ним девятью ассоциированными периферийными светоизлучающими элементами 16'. При этом каждый из этих двадцати семи коллимированных световых пучков 20' представляет одно из соответствующих световых пятен (изображенных на фиг. 14b в виде эллипсов со сплошными границами) в паттерне 23' световых пятен внутри выходного зрачка 24 устройства 10 отображения.
Таким образом, и центральные, и периферийные оптические элементы 18, 18' могут быть использованы для формирования коллимированных световых пучков 20, 20' из света от центральных светоизлучающих элементов 18, тогда как центральные и периферийные оптические элементы 18, 18' могут быть использованы для формирования коллимированных световых пучков 20, 20' из света от периферийных светоизлучающих элементов 18'. Это позволяет сгенерировать более сложный паттерн 23, 23' световых пятен (см. фиг. 14b), которые перекрывают более широкий набор различных положений зрачка 28 глаза 30 пользователя.
Если прямо не указано обратное, идентичные обозначения на чертежах соответствуют идентичным или функционально идентичным элементам. Кроме того, следует учитывать возможность различных комбинаций и/или модификаций индивидуальных вариантов, проиллюстрированных на чертежах.