дисплейная система (варианты)

Формула изобретения

1. Дисплейная система, имеющая по меньшей мере одну дисплейную панель для выдачи по меньшей мере одного сигнала, обрабатываемого заранее определенным образом, содержащая по меньшей мере один волновод для направления распространения по меньшей мере одного сигнала, выдаваемого по меньшей мере из одной дисплейной панели, множество парных решеток для дифракции по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу, и по меньшей мере одну увеличительную линзу для увеличения по меньшей мере одного сигнала, подвергнутого дифракции по меньшей мере одной из парных решеток, и дополнительно содержащая по меньшей мере один затвор для поочередного блокирования по меньшей мере одного сигнала в волноводе для создания трехмерного изображения.

2. Система по п.1, в которой множество парных решеток содержит по меньшей мере одну первую решетку для дифракции по меньшей мере одного сигнала, выдаваемого по меньшей мере из одной дисплейной панели так, что этот по меньшей мере один сигнал распространяется по этому по меньшей мере одному волноводу, и по меньшей мере одну вторую решетку для дифракции этого по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу после дифракции по меньшей мере одной первой решеткой.

3. Система по п.1, в которой множество парных решеток содержит по меньшей одну первую решетку для отражения под заранее определенным углом отражения по меньшей мере одного сигнала, выдаваемого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на эту по меньшей мере одну первую решетку под заранее определенным углом падения, и по меньшей мере одну вторую решетку для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одной первой решетке, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на по меньшей мере одной первой решетке.

4. Система по п.1, в которой множество парных решеток содержит по меньшей мере одну первую решетку для пропускания под заранее определенным углом пропускания для распространения по меньшей мере по одному волноводу по меньшей мере одного сигнала, выдаваемого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на по меньшей мере одну первую решетку под заранее определенным углом падения, и по меньшей мере одну вторую решетку для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одной первой решетке, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что заранее определенный угол пропускания на по меньшей мере одной первой решетке.

5. Система по п.1, в которой множество парных решеток содержит по меньшей мере одну первую решетку для отражения с заранее определенным углом отражения по меньшей мере одного сигнала, выводимого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на по меньшей мере одну первую решетку с заранее определенным углом падения, и по меньшей мере одну вторую решетку для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одной первой решетке, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и затем падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на по меньшей мере одной первой решетке.

6. Система по п.1, в которой множество парных решеток содержит по меньшей мере одну первую решетку для пропускания с заранее определенным углом пропускания по меньшей мере одного сигнала, выводимого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на по меньшей мере одну первую решетку с заранее определенным углом падения, и по меньшей мере одну вторую решетку для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одну первую решетку, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на по меньшей мере одной первой решетке.

7. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна увеличительная линза выполнена с возможностью перемещения на заранее определенное расстояние вдоль по меньшей мере одного волновода.

8. Дисплейная система, имеющая бинокулярную конструкцию, содержащая волновод, по которому распространяется сигнал, дисплейную панель, расположенную посередине длинной стороны на боковой поверхности волновода и предназначенную для вывода сигнала, первую решетку для дифракции с заранее определенным углом дифракции сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения и в левом и в правом направлениях волновода, вторые решетки для дифракции под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, подвергшегося дифракции первой решеткой и в левом и в правом направлениях волновода для распространения по волноводу и падения на вторые решетки под тем же углом, что и заранее определенный угол дифракции на первой решетке, и увеличительные линзы для увеличения сигнала, подвергшегося дифракции вторыми решетками, причем первая решетка и вторая решетка являются парными друг другу.

9. Система по п.8, в которой первая решетка расположена на той же, что и дисплейная панель, боковой поверхности волновода непосредственно перед дисплейной панелью и относится к проходному типу для пропускания с заранее определенным углом пропускания сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку с заранее определенным углом падения в левом и в правом направлениях в волноводе.

10. Система по п.9, в которой каждая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося в волноводе и падающего на вторые решетки под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

11. Система по п.9, в которой каждая из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

12. Система по п.9, в которой одна из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке, тогда как другая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную другую вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

13. Система по п.8, в которой первая решетка расположена на противоположной стороне волновода непосредственно напротив дисплейной панели в волноводе и относится к отражающему типу для отражения с заранее определенным углом отражения в левом и в правом направлениях в волноводе сигнала, выводимого из дисплейной панели и падающего на первую решетку с заранее определенным углом падения.

14. Система по п.13, в которой каждая из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося в волноводе и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

15. Система по п.13, в которой каждая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося в волноводе и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

16. Система по п.13, в которой одна из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке, тогда как другая одна из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную другую вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

17. Система по п.8, дополнительно содержащая по меньшей мере один затвор для поочередного блокирования сигнала в волноводе для создания трехмерного изображения.

18. Система по п.8, в которой каждая из увеличительных линз выполнена с возможностью перемещения на заранее определенное расстояние вдоль волновода.

19. Дисплейная система, имеющая бинокулярную конструкцию, содержащая волновод, по которому распространяются сигналы, две дисплейных панели, расположенные на поверхности волновода слева и справа от середины длинной стороны волновода, при этом каждая дисплейная панель выводит сигнал, две первые решетки для дифракции под заранее определенным углом дифракции соответственно в левом и правом направлениях в волноводе сигналов, выводимых дисплейными панелями и падающих на первые решетки под заранее определенным углом падения, вторые решетки для дифракции под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первых решетках сигналов, распространяющихся по волноводу и падающих на вторые решетки под тем же углом, что и заранее определенный угол дифракции на первых решетках, и увеличительные линзы для увеличения сигналов, подвергшихся дифракции вторыми решетками.

20. Система по п.19, в которой каждая из первых решеток расположена на той же, что и дисплейная панель, боковой поверхности волновода непосредственно перед соответствующей дисплейной панелью и относится к проходному типу для пропускания с заранее определенным углом пропускания либо в правом, либо в левом направлении в волноводе сигнала, выводимого соответствующей дисплейной панелью и падающего на первую решетку с заранее определенным углом падения.

21. Система по п.20, в которой каждая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первых решетках.

22. Система по п.20, в которой каждая из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

23. Система по п.20, в которой одна из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке, в то время как другая одна из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную другую вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первых решетках.

24. Система по п.19, в которой каждая из первых решеток установлена на противоположной стороне волновода непосредственно напротив каждой из дисплейных панелей в волноводе и относится к отражающему типу для отражения под заранее определенным углом отражения либо в правом, либо в левом направлениях волновода сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения.

25. Система по п.24, в которой каждая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

26. Система по п.24, в которой каждая из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенней угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

27. Система по п.24, в которой одна из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке, в то время как другая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на указанную другую вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первых решетках.

28. Система по п.19, в которой одна из первых решеток расположена на той же, что и дисплейная панель, боковой поверхности волновода непосредственно перед одной из дисплейных панелей и относится к проходному типу для пропускания под заранее определенным углом пропускания сигнала, выводимого указанной одной дисплейной панелью и падающего на указанную одну первую решетку под заранее определенным углом падения, в то время как другая из первых решеток установлена на противоположной стороне от другой одной из дисплейных панелей и относится к отражательному типу для отражения под заранее определенным углом отражения сигнала, выводимого указанной другой дисплейной панелью и падающего на указанную другую из первых решеток под заранее определенным углом падения.

29. Система по п.28, в которой каждая из вторых решеток относится к проходному типу.

30. Система по п.28, в которой каждая из вторых решеток относится к отражающему типу.

31. Система по п.28, в которой указанная одна вторая решетка относится к проходному типу, а указанная другая вторая решетка относится к отражающему типу.

32. Система по п.19, дополнительно содержащая по меньшей мере один затвор для поочередного блокирования сигнала в волноводе для создания трехмерного изображения.

33. Система по п.19, в которой каждая из увеличительных линз выполнена с возможностью перемещения на заранее определенное расстояние вдоль волновода.

34. Дисплейная система, имеющая монокулярную конструкцию, содержащая волновод, по которому распространяется сигнал, дисплейную панель, установленную на волноводе и выводящую сигнал, первую решетку для дифракции под заранее определенным углом дифракции либо в правом, либо в левом направлении в волноводе сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения, вторую решетку для дифракции под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол дифракции на первой решетке, и увеличительную линзу для увеличения сигнала, подвергшегося дифракции на второй решетке, и дополнительно содержащая по меньшей мере один затвор для поочередного блокирования по меньшей мере одного сигнала в волноводе для создания трехмерного изображения.

35. Система по п.34, в которой вторая решетка установлена на той же поверхности волновода, что и первая решетка.

36. Система по п.34, в которой вторая решетка установлена на противоположной стороне волновода относительно первой решетки.

37. Система по п.34, в которой первая решетка расположена на той же, что и дисплейная панель, боковой поверхности волновода непосредственно перед дисплейной панелью, причем первая решетка относится к проходному типу для пропускания с заранее определенным углом пропускания сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения, либо в правом либо в левом направлении волновода.

38. Система по п.37, в которой вторая решетка относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

39. Система по п.37, в которой вторая решетка относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

40. Система по п.34, в которой первая решетка расположена на противоположной стороне волновода непосредственно напротив дисплейной панели в волноводе и относится к отражающему типу для отражения под заранее определенным углом отражения либо в правом, либо в левом направлении в волноводе сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения.

41. Система по п.40, в которой вторая решетка относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

42. Система по п.40, в которой вторая решетка относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

43. Дисплейная система, имеющая бинокулярную конструкцию, содержащая волновод, по которому распространяются сигналы, две дисплейных панели, соответственно установленные на обоих концах волновода и выводящие сигналы, две первые решетки, расположенные на той же, что и дисплейная панель, поверхности волновода непосредственно перед дисплейными панелями, соответственно для пропускания в волновод под заранее определенным углом пропускания сигналов, выводимых дисплейными панелями и падающих на первые решетки с заранее определенным углом падения, вторые решетки, ориентированные перпендикулярно первым решеткам волновода для дифракции под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигналов, распространяющихся по волноводу и падающих на вторые решетки под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первых решетках, и увеличительные линзы для увеличения сигналов, подвергшихся дифракции вторыми решетками.

44. Система по п.43, в которой каждая из вторых решеток относится к отражающему типу для отражения падающего сигнала под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первых решетках.

45. Система по п.43, в которой каждая из вторых решеток относится к проходному типу для пропускания падающего сигнала под заранее определенным углом падения на первых решетках.

46. Система по п.43, в которой дисплейные панели выполнены с возможностью выводить сигнал с разницей во времени относительно друг друга для создания трехмерного изображения.

47. Система по п.40, дополнительно содержащая по меньшей мере один затвор для поочередного блокирования одного из сигналов в волноводе для получения трехмерного изображения.

48. Система по п.43, в которой увеличительные линзы выполнены с возможностью перемещения на определенное расстояние вдоль волновода.

49. Дисплейная система, имеющая монокулярную конструкцию, содержащая волновод, по которому распространяется сигнал, дисплейную панель, расположенную либо на левом либо на правом конце волновода, выводящую сигнал, первую решетку для дифракции в волновод под заранее определенным углом дифракции сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения, вторую решетку, ориентированную перпендикулярно первой решетке в волноводе, для дифракции под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося по волноводу и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол дифракции на первой решетке, и увеличительную линзу для увеличения сигнала, подвергшегося дифракции второй решеткой.

50. Система по п.49, в которой первая решетка расположена на противоположной стороне волновода непосредственно напротив дисплейной панели в волноводе и относится к отражающему типу для отражения под заранее определенным углом отражения в волновод сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения.

51. Система по п.50, в которой вторая решетка относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося в волноводе и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения на первой решетке.

52. Система по п.49, в которой первая решетка расположена на той же, что и дисплейная панель, боковой поверхности волновода непосредственно перед дисплейной панелью и относится к проходному типу для пропускания в волновод под заранее определенным углом пропускания сигнала, выводимого дисплейной панелью и падающего на первую решетку под заранее определенным углом падения.

53. Система по п.52, в которой вторая решетка относится к проходному типу для пропускания под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося в волноводе и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

54. Система по п.52, в которой вторая решетка относится к отражающему типу для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке, сигнала, распространяющегося в волноводе после пропускания первой решеткой и падающего на вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке.

55. Дисплейная система, имеющая по меньшей мере одну дисплейную панель для вывода по меньшей мере одного сигнала, обработанного заранее определенным образом, содержащая по меньшей мере один волновод для направления распространения по меньшей мере одного сигнала, выводимого по меньшей мере одной дисплейной панелью, множество парных решеток для дифракции по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу, по меньшей мере одну увеличительную линзу для увеличения по меньшей мере одного сигнала, подвергшегося дифракции по меньшей мере на одной решетке, в которой сигнал распространяется для направления в левый и правый глаза пользователя с разницей по времени, тем самым создавая трехмерное изображение.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к персональным дисплейным системам и, более конкретно, к носимой дисплейной системе, выполненной с возможностью передавать сигнал дисплея через оптическое устройство типа окуляра или очков для отображения рядом с глазом пользователя.

ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Обычные оптические системы отображения, используемые в военном деле, в медицине или в области персональных развлечений, обычно называются головными дисплейными системами (ГДС) (head mounted display system, HMD) и были разработаны для просмотра видеосигналов через носимое устройство типа окуляра, очков или шлема. Такие персональные дисплейные системы позволяют пользователю получать видеоинформацию во время движения. На фиг.1 показан пример внешнего вида головной дисплейной системы. Как показано на фиг.1, ГДС выполнена из обычных очков 100 и устройства 110 создания изображения, которое прикреплено к центральной части очков 100. Устройство 110 создания изображения громоздко, тяжело и имеет непривлекательный внешний вид. Большие объем и масса устройства 110 создания изображения обусловлены большим количеством оптических элементов, входящих в состав устройства.

На фиг.2 показана общая структура ГДС. Как показано на фиг.2, ГДС содержит устройство 200 создания изображения, дисплейную панель 210 и оптическую систему 220. Устройство 200 создания изображения сохраняет сигнал, принятый от внешних источников, например персонального компьютера или видеоустройства (не показаны), и обрабатывает полученный сигнал для отображения его на дисплейной панели 210, например на жидкокристаллической (ЖК) дисплейной панели. Оптическая система 220 преобразует отображаемый на дисплейной панели 210 сигнал в соответствующее виртуальное изображение, видимое глазом пользователя, с помощью оптической системы, увеличивающей изображение. ГДС далее может содержать другие головные устройства или кабель для приема сигналов от внешнего источника.

На фиг.3 показана общая структура оптической системы 220 ГДС по фиг.2. Обычная оптическая система 220 состоит из коллиматора 300, призмы-делителя 310, фокусирующих линз 320, зеркал 330 и окуляров (или увеличительных линз) 340. Коллиматор 300 коллимирует световой пучок (сигнал), излучаемый дисплейной панелью или подобным устройством. Призма-делитель перенаправляет свет, полученный от коллиматора 300, направо и налево. Фокусирующие линзы 320 расположены раздельно справа и слева от призмы-делителя 310 для фокусирования света, перенаправленного призмой-делителем 310. Зеркала 330 отражают свет, сфокусированный линзами 320, в глаза пользователя. Окуляры (или увеличивающие линзы) 340 позволяют малым сигналам, проходящим через описанную оптическую систему, попасть в глаза пользователя. Если свет, проходящий через оптическую систему 220, является полихроматическим, в качестве окуляров 340 необходимо использовать линзы, устраняющие хроматическую аберрацию.

В оптической системе обычной носимой дисплейной системы, крепящейся на голове, как описано выше, применяются несколько прецизионных оптических элементов, таких как коллиматор, призма-делитель, фокусирующие линзы, зеркала, окуляры и пр. Поэтому обычные носимые ГДС сложны в изготовлении, поскольку их производство требует больших усилий и времени. Даже если линзы и элементы изготовлены с высокой точностью, могут возникнуть дополнительные трудности при их юстировке. Кроме того, необходимо дополнительно конструировать особый окуляр, чтобы устранить хроматическую аберрацию цветного сигнала. Поэтому обычная носимая ГДС дорога в производстве. Кроме того, обычные оптические системы громоздки и тяжелы из-за того, что в них используются множество оптических устройств, поэтому носить ГДС неудобно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения вышеуказанных проблем целью настоящего изобретения является создание носимой дисплейной системы, которая проста в изготовлении, устраняет хроматическую аберрацию с помощью решеток и способна воспроизводить трехмерные изображения.

Соответственно, для достижения этой цели предлагается носимая дисплейная система, имеющая по меньшей мере одну дисплейную панель для вывода по меньшей мере одного сигнала, обработанного заранее определенным способом, содержит по меньшей мере один волновод для передачи по меньшей мере одного сигнала от по меньшей мере одной дисплейной панели; множество решеток для дифракции этого по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по этому по меньшей мере одному волноводу, и по меньшей мере одну увеличительную линзу для увеличения этого по меньшей мере одного сигнала, подвергшегося дифракции по меньшей мере одной решеткой.

Предпочтительно иметь множество решеток, по меньшей мере одну первую решетку для дифракции этого по меньшей мере одного сигнала, выводимого с по меньшей мере одной дисплейной панели так, что этот по меньшей мере один сигнал распространяется по меньшей мере по одному волноводу, и по меньшей мере одну вторую решетку для дифракции по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу после дифракции на по меньшей мере одной первой решетке.

Предпочтительно иметь множество решеток, по меньшей мере одну первую решетку для отражения этого по меньшей мере одного сигнала от по меньшей мере одной дисплейной панели с заранее определенным углом отражения и направления его на по меньшей мере одну решетку под заранее определенным углом падения и по меньшей мере одну вторую решетку для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на этой по меньшей мере одной первой решетке, этого по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по этому по меньшей мере одному волноводу и падающему на эту по меньше мере одну вторую решетку под тем же углом, что заранее определенный угол отражения на этой по меньшей мере одной первой решетке.

Предпочтительно иметь множество решеток, по меньшей мере одну первую решетку для передачи по меньшей мере одного сигнала, выводимого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на по меньшей мере одну первую решетку под заранее определенным углом падения при заранее определенном угле распространения (для распространения) по этому по меньшей мере одному волноводу, и по меньшей мере одну вторую решетку для передачи под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одной первой решетке, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол передачи на по меньшей мере одной первой решетке.

Предпочтительно иметь множество решеток, по меньшей мере одну первую решетку для отражения под заранее определенным углом по меньшей мере одного сигнала, выводимого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на по меньшей мере одну первую решетку под заранее определенным углом падения, и по меньшей мере одну вторую решетку для передачи под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одну первую решетку, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и затем падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол отражения от по меньшей мере одной первой решетки.

Предпочтительно иметь множество решеток, по меньшей мере одну первую решетку для передачи под заранее определенным углом по меньшей мере одного сигнала, выводимого из по меньшей мере одной дисплейной панели и падающего на по меньшей мере одну первую решетку под заранее определенным углом падения, и по меньшей мере одну вторую решетку для отражения под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на по меньшей мере одной первой решетке, по меньшей мере одного сигнала, распространяющегося по меньшей мере по одному волноводу и падающего на по меньшей мере одну вторую решетку под тем же углом, что и заранее определенный угол передачи на по меньшей мере одной первой решетке.

Предпочтительно носимая дисплейная система содержит по меньшей мере один затвор для поочередного блокирования по меньшей мере одного сигнала в волноводе для получения трехмерного изображения.

Предпочтительно по меньшей мере одна увеличительная линза выполнена в пределах заранее определенного расстояния относительно по меньшей мере одного волновода.

Волновод предпочтительно выполнен из стекла или пластмассы, или, в частности, акрилового вещества (РММА).

Предпочтительно решетки и волновод объединены в один корпус.

Предпочтительно увеличительная линза и волновод объединены в один корпус.

Предпочтительно решетки и увеличительная линза объединены в один корпус.

Увеличительная линза предпочтительно сформирована с голографическим оптическим элементом (ГОЭ) или дифракционным оптическим элементом (ДОЭ).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеуказанные цели и преимущества настоящего изобретения будут более ясны из подробного описания его предпочтительных вариантов со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

Фиг.1 - внешний вид обычной головной дисплейной системы (ГДС),

Фиг.2 - схема обычной ГДС общего типа,

Фиг.3 - схема оптической системы обычной ГДС общего типа по фиг.2,

Фиг.4А и 4В - носимые дисплейные системы по настоящему изобретению,

Фиг.5 - схема предпочтительного варианта носимой дисплейной системы по настоящему изобретению,

Фиг.6 - пример, поясняющий сопряжение решеток,

Фиг.7А иллюстрирует пример решетки,

Фиг.7В и 7С иллюстрируют решетку проходного типа и решетку отражающего типа соответственно,

Фиг.8А по 8Н показывают различные возможные варианты носимой дисплейной системы по настоящему изобретению в соответствии с типами решеток и расположением решеток на волноводе,

Фиг.9 показывает другой предпочтительный вариант носимой дисплейной системы по настоящему изобретению,

Фиг.10А и 10В показывают другие предпочтительные варианты носимой дисплейной системы по настоящему изобретению, в которых дисплейные панели прикреплены к обеим сторонам волновода,

Фиг.11 показывает носимую дисплейную систему по настоящему изобретению, содержащую затвор для создания трехмерного изображения,

Фиг.12А и 12В иллюстрируют применение регулировки межзрачкового расстояния (МЗР) в носимой дисплейной системе по настоящему изобретению,

Фиг.13 показывает предпочтительный вариант носимой дисплейной системы по настоящему изобретению, имеющей монокулярную конструкцию,

Фиг.14А по 14Н показывают различные возможные варианты носимой дисплейной системы по настоящему изобретению, имеющей монокулярную конструкцию, в зависимости от типа решеток и их расположения на волноводе,

Фиг.15А и 15В показывают другие варианты носимой дисплейной системы по настоящему изобретению, имеющие монокулярную конструкцию,

Фиг.16А и 16В иллюстрируют способы устранения хроматической аберрации с помощью решеток, используемых в настоящем изобретении,

Фиг.17А по 17С показывают решетки, пригодные для использования в настоящем изобретении, и

Фиг.18А по 18Е иллюстрируют примеры различных окуляров.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже следует подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.4А и 4В показаны передняя и верхняя части соответственно носимой дисплейной системы по настоящему изобретению. На фиг.4А и 4В носимая дисплейная система имеет простую конструкцию, в которой линза 400 и дисплейная панель 410 скомбинированы друг с другом. Носимая дисплейная система по настоящему изобретению по сравнению с прототипом имеет тонкую, легкую и малоразмерную конструкцию благодаря использованию решеток и увеличительных линз. Таким образом, носимая дисплейная система по настоящему изобретению легка и удобна при использовании, в отличие от громоздких и тяжелых ГДС в форме шлема. Далее, согласно настоящему изобретению предлагается носимая дисплейная система, имеющая модульную конструкцию, в которой модуль может крепиться к обычным очкам. Внешний вид носимой дисплейной системы, показанной на фиг.4А и 4В, является лишь примером и имеется возможность создавать тонкие, легкие и малоразмерные носимые дисплейные системы, имеющие различные внешние формы.

Носимая дисплейная система по настоящему изобретению может относиться к бинокулярному или монокулярному типу. Бинокулярный тип предназначен для того, чтобы пользователь смотрел на выводимое изображение обоими глазами, тогда как монокулярный тип позволяет пользователю использовать лишь один глаз. В системах бинокулярного типа можно получить трехмерное изображение, как более подробно описано ниже.

Сначала будет описана носимая дисплейная система бинокулярного типа.

На фиг.5 приведена схема предпочтительного варианта носимой дисплейной системы по настоящему изобретению. Носимая дисплейная система содержит дисплейную панель 500, волновод 510, первую, вторую и третью решетки 520, 522 и 524 и увеличительные линзы 530 и 532. Дисплейная панель 500 выводит сигнал, принятый от заранее определенного источника сигнала (не показан) по проводу или по радиоканалу (не показаны). Волновод 510 определяет направление распространения света, излучаемого дисплейной панелью 500. Первая, вторая и третья решетки 520, 522 и 524 осуществляют дифракцию света, проходящего по волноводу так, что свет в итоге может распространяться по направлению к глазам пользователя. Увеличительные линзы 530 и 532 позволяют пользователю видеть увеличенное изображение за счет увеличения изображения, которое поступает из волновода 510 и передается к глазам пользователя.

На фиг.5 где свет, излучаемый дисплейной панелью 500, падает на волновод 510 под заранее определенным углом, первая решетка 520, установленная напротив дисплейной панели 500 в той области волновода, на которую впервые падает свет, осуществляет отклонение попавшего на нее света далее по волноводу 510 в обоих направлениях так, что падающий свет в волноводе 510 имеет общий угол внутреннего отражения . Общий угол внутреннего отражения рассчитывается по уравнению (1):

где l - показатель преломления в воздухе, a n - показатель преломления материала волновода 510.

Путь, по которому свет движется в волноводе, должен быть короче, чем фокусное расстояние f увеличительных линз 530, 532, установленных перед глазами пользователя. Например, если t есть толщина волновода, то nt должно быть короче, чем фокусное расстояние f. Однако размер дисплейной панели 500 и фокусное расстояние и размер увеличительных линз 530 и 532 должны выбираться в соответствии с требуемым размером увеличенного изображения, принимая во внимание назначение носимой дисплейной системы. Затем, с учетом этого конструируется вся структура волновода и определяется его тип и толщина, а также количество отражений. Первая решетка 520 и вторая решетка 522, а также первая решетка 520 и третья решетка 524 являются парными соответственно. То есть, вторая и третья решетки 522 и 524 подвергают дифракции падающий свет под тем же заранее определенным углом, под которым свет падает на первую решетку 520, при условии, что угол, под которым свет падает на каждую из решеток 522 и 524, равен углу, под которым свет подвергает дифракции первая решетка 520. В это время вторая решетка 522 является такой же решеткой, что и решетка 524. В варианте, относящемся к фиг.5, описана носимая дисплейная система, имеющая одну дисплейную панель и три решетки. Однако количество решеток и дисплейных панелей в настоящем изобретении не ограничено.

На фиг.6 показан пример парного отношения между решетками, описанными выше. Первая и вторая решетки 600 и 610 должны иметь одинаковый шаг d и должны быть параллельны волноводу.

На фиг.7А показан пример дифракционного принципа решетки.

Если угол падения есть _i, угол дифракции есть _d и шаг решетки есть d, то можно вывести следующее равенство (2):

где m - порядок дифракции, а - длина волны падающего света. Угол дифракции можно контролировать, меняя форму и характеристики решетки. В данном случае, если свет, подвергнутый дифракции решеткой, распространяется по волноводу, угол дифракции света должен быть равным углу полного внутреннего отражения.

На фиг.7В и 7С показаны решетка проходного типа и решетка отражающего типа соответственно. Решетка проходного типа, показанная на фиг.7В, отклоняет падающий свет на угол и передает его в обоих направлениях. Например, свет, отклоняемый налево, обозначен +1, а отклоняемый направо - -1. Знак обозначает направления “направо/налево”, а 1 означает, что порядок дифракции равен “1”. Решетка отражающего типа, показанная на фиг.7С, отражает падающий свет на угол в обоих направлениях.

На фиг.8А показана структура носимой дисплейной системы, имеющей волновод, на котором установлены напротив направления взгляда пользователя дисплейная панель 802 и первая, вторая и третья решетки 804, 806 и 808. Свет, излучаемый дисплейной панелью 802 под заранее определенным углом, отклоняется и передается в обоих направлениях волновода через первую решетку 804 и падает на вторую решетку 806 и третью решетку 808, которые являются парными с первой решеткой 804, под тем же углом, что и угол дифракции первой решетки 804. Свет, падающий на вторую и третью решетки 806 и 808, отражается под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 804, и направляется к глазам пользователя. На левой и правой гранях волновода 800, на которые попадает свет, установлены увеличительные линзы, и пользователь может видеть увеличенное этими линзами изображение. В этом варианте следует отметить, что первая решетка 804 относится к проходному типу, а вторая и третья решетки 806 и 808 - к отражающему типу.

На фиг.8В показана носимая дисплейная система, в которой дисплейная панель 812 установлена так, чтобы излучать свет по направлению взгляда пользователя, а первая, вторая и третья решетки 814, 816 и 818 расположены на той стороне волновода, через которую сигнал передается на глаза пользователя. Свет, падающий через волновод 810 на первую решетку 814, расположенную на волноводе, отражается в обоих направлениях на заранее определенный угол. Отраженный свет распространяется по волноводу 810 и падает на вторую и третью решетки, которые являются парными с первой решеткой 814, под тем же углом, что и заранее определенный угол, под которым свет подвергается дифракции первой решеткой 814. Падающий свет пропускается второй и третьей решетками 816 и 818 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке 814, и движется по направлению к глазам пользователя. На второй и третьей решетках 816 и 818 установлены заранее определенные увеличительные линзы, которые увеличивают пропускаемое изображение. В этом варианте первая решетка 814 относится к отражающему типу, а вторая и третья решетки 816 и 818 - к проходному типу.

На фиг.8С показана структура носимой дисплейной системы, где дисплейная панель 822 установлена в направлении взгляда пользователя, а первая, вторая и третья решетки 824, 826 и 828 установлены на стороне волновода, противоположной стороне, сквозь которую изображение передается на глаза пользователя. Свет, падающий на первую решетку 824 от дисплейной панели 822 через волновод 820 под заранее определенным углом, отражается под заранее определенным углом от первой решетки 824 в обоих направлениях. Отраженный свет распространяется в обоих направлениях по волноводу 820 и падает на вторую и третью решетки, которые являются парными с первой решеткой 824. Свет, падающий на вторую и третью решетки 826 и 828, отражается под тем же углом, что и угол падения на первую решетку 824, и направляется к глазам пользователя. На обеих гранях волновода 820, на которые попадает отраженный свет, установлены увеличительные линзы, поэтому пользователь видит увеличенное изображение. В этом варианте первая, вторая и третья решетки относятся к отражающему типу.

На фиг.8D показана структура носимой дисплейной системы, имеющая дисплейную панель 832 и первую, вторую и третью решетки 834, 836 и 838 на волноводе 830, расположенные со стороны глаз пользователя. Световой сигнал, падающий на первую решетку 834 от дисплейной панели 832 под заранее определенным углом падения, пропускается с заранее определенным углом пропускания в обоих направлениях в волноводе 830. Проходящий свет распространяется по волноводу и падает на вторую и третью решетки 836 и 838, которые являются парными с первой решеткой 834, под тем же углом, что и угол пропускания на первой решетке 834. Падающий свет пропускается через грани второй и третьей решеток под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке 834, и направляется на глаза пользователя. Увеличительные линзы, прикрепленные к второй и третьей решеткам, увеличивают пропускаемое изображение. В этом варианте первая, вторая и третья решетки 834, 836 и 838 относятся к проходному типу.

На фиг.8Е показана структура носимой дисплейной системы, в которой дисплейная панель 842 и вторая и третья решетки 846 и 848 расположены на противоположной от глаз пользователя стороне волновода, а первая решетка 844 установлена с той стороны волновода, сквозь которую изображение передается на глаза пользователя. Свет, который испускает дисплейная панель 842 и который под заранее определенным углом падает на первую решетку 844, пройдя через волновод 840, отражается от первой решетки в обоих направлениях под заранее определенным углом отражения. Отраженный свет распространяется в левом/правом направлении по волноводу 840 и затем падает на вторую и третью решетки 846 и 848, которые являются парными с первой решеткой 844, под тем же углом, что и угол отражения от первой решетки 844. Падающий свет отражается от второй и третьей решеток 846 и 848 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первую решетку 844, и, затем, движется по направлению к глазам пользователя. Увеличительные линзы, установленные на обеих сторонах волновода 840, куда попадает отраженный свет, позволяют пользователю видеть увеличенное изображение. В этом варианте первая, вторая и третья решетки относятся к отражающему типу.

На фиг.8F показана носимая дисплейная система, в которой дисплейная панель 852 и первая решетка 854 расположены напротив глаз пользователя, а вторая и третья решетки 856 и 858 установлены на той стороне волновода, сквозь которую изображение передается на глаза пользователя. Световой сигнал, падающий на первую решетку 854 от дисплейной панели 852, пропускается под заранее определенным углом в обоих направлениях по волноводу 850. Пропущенный свет распространяется по волноводу 850 и падает на вторую и третью решетки 856 и 858, которые являются парными с первой решеткой 854, под тем же углом, что и заранее определенный угол пропускания на первой решетке 854. Падающий свет пропускается через грани второй и третьей решеток 856 и 858 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первую решетку, и, затем, направляется на глаза пользователя. Заранее определенные увеличительные линзы прикреплены к второй и третьей решеткам 856 и 858 и увеличивают пропускаемое изображение. В этом варианте первая, вторая и третья решетки 854, 856 и 858 относятся к проходному типу.

На фиг.8G изображена носимая дисплейная система, в которой дисплейная панель 862 и вторая и третья решетки 866 и 868 расположены на стороне, обращенной к глазам пользователя, а первая решетка 864 расположена на стороне волновода, которая противоположна той, сквозь которую изображение направляется на глаза пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью 862, падает на первую решетку 864, пройдя через волновод 860, и отражается под заранее определенным углом в обоих направлениях волновода. Отраженный свет распространяется по волноводу 860 и падает на вторую и третью решетки 866 и 868, которые являются парными с первой решеткой 864, под тем же углом падения, что и угол отражения на первой решетке 864. Свет пропускается сквозь вторую и третью решетки 866 и 868 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первую решетку 864, и направляется на глаза пользователя. Заранее определенные увеличительные линзы, прикрепленные к второй и третьей решеткам 866 и 868, увеличивают изображение. В этом варианте первая решетка 864 относится к отражающему типу, а вторая и третья решетки 866 и 868 относятся к проходному типу.

На фиг.8Н показана носимая дисплейная система, в которой дисплейная панель 872 и первая решетка 874 расположены на стороне волновода, обращенной к глазам пользователя, а вторая и третья решетки 876 и 878 установлены на стороне, противоположной той, сквозь которую изображение направляется на глаза пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью 872, падает на первую решетку 874 под заранее определенным углом и пропускается первой решеткой 874 под заранее определенным углом в обоих направлениях по волноводу 870. Свет, пропущенный в волновод 870, распространяется в левом и правом направлениях и, затем, падает на вторую и третью решетки 876 и 878, которые являются парными с первой решеткой 874, под тем же углом, что и угол пропускания на первой решетке 874. Свет, падающий на вторую и третью решетки 876 и 878, отражается под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 874, и направляется на глаза пользователя. Увеличительные линзы прикреплены к левой и правой сторонам волновода, куда направляется отраженный свет, и позволяют пользователю видеть увеличенное изображение. В этом варианте первая решетка 874 относится к проходному типу, а вторая и третья решетки 876 и 878 относятся к отражающему типу.

Как описано выше, следует отметит, что имеется возможность создавать различные типы носимых дисплейных систем, в зависимости от того, каким образом на волноводе расположены дисплейная панель и решетки. В вариантах, показанных на фиг.8А, 8В, 8Е и 8F, предпочтительно, чтобы дисплейная панель располагалась на той стороне волновода, которая противоположна стороне, сквозь которую изображение передается на глаза пользователя.

На фиг.9 показан другой вариант носимой дисплейной системы согласно настоящему изобретению, в которой используются две дисплейные панели. Из чертежа этой системы видно, что дисплейные панели 920 и 922 расположены на нижней части левой и правой половин волновода, а не по его центру. Первые решетки 926 и 928 расположены параллельно дисплейным панелям 920 и 922 соответственно. Вторые решетки 930 и 932, которые являются парными с первыми решетками 926 и 928, расположены на противоположной стороне волновода относительно глаз пользователя, ближе к центру волновода 924. Световые сигналы, излучаемые дисплейными панелями 920 и 922, пропускаются в волновод с заранее определенным углом первыми решетками 926 и 928 и падают на вторые решетки 930 и 932 под тем же углом, что и угол пропускания.

Свет, падающий на вторые решетки 930 и 932, отражается под тем же углом, что и угол падения на первых решетках волновода 924, и направляется на глаза пользователя. Увеличительные линзы (не показаны) установлены на той грани волновода, на которую попадает этот отраженный свет, и увеличивают изображение. В этом варианте первые решетки 926 и 928 относятся к проходному типу, а вторые решетки 930 и 932 - к отражающему типу. Можно создать множество конструкций носимых дисплейных систем за счет различных комбинаций деталей, показанных на фиг.9, так же, как и различные носимые дисплейные системы могут быть созданы за счет различных комбинаций типов и положений решеток и положения дисплейной панели на фиг.8А-8Н. На фиг.8 и 9 показаны комбинации одной или двух дисплейных панелей и заранее определенного количества решеток, соответствующих дисплейным панелям, однако в зависимости от конструкции можно применять и большее количество дисплейных панелей и решеток. В этом случае многочисленные различные конструкции носимых дисплейных систем можно создать, комбинируя типы и положения решеток и положения дисплейных панелей, как показано на фиг.8А-8Н.

На фиг.10А показан вариант носимой дисплейной системы, в котором дисплейные панели установлены на обоих торцах волновода. В этом варианте дисплейные панели 1000 и 1002 установлены на противоположных торцах волновода 1004, а не на его длинных гранях. Первые решетки 1006 и 1008 установлены параллельно дисплейным панелям 1000 и 1002. Вторые решетки 1010 и 1012, которые являются парными с первыми решетками, расположены на стороне волновода, противоположной той, которая обращена к глазам пользователя и ближе к центру волновода 1004. Световые сигналы, излучаемые дисплейными панелями 1000 и 1002, передаются по волноводу через первые решетки 1006 и 1008 и падают на вторые решетки 1010 и 1012 под тем же углом, что и угол пропускания. Свет, попав на вторые решетки 1010 и 1012, отражается под тем же углом, что и угол падения на первые решетки, и направляется на глаза пользователя. На поверхности волновода, куда попадает отраженный свет, установлены увеличительные линзы (не показаны), которые увеличивают изображение. В этом варианте первые решетки 1006 и 1008 относятся к проходному типу, а вторые решетки 1010 и 1012 - к отражающему типу.

На фиг.10В показан вариант носимой дисплейной системы, показанной на фиг.10А, т.е. его конструкция такая же, но типы решеток иные. Как и на фиг.10А, дисплейные панели 1020 и 1022 расположены на торцах волновода, а не на его длинных гранях, а первые решетки 1026 и 1028 установлены параллельно дисплейным панелям 1020 и 1022. Вторые решетки 1030 и 1032, которые являются парными с первыми решетками 1026 и 1028, установлены на стороне глаз пользователя ближе к центру волновода 1024. Свет, излучаемый дисплейными панелями 1020 и 1022, передается по волноводу 1024 с заранее определенным углом, создаваемым первыми решетками 1026 и 1028, и падает на вторые решетки 1030 и 1032 под тем же углом, что и угол пропускания на первых решетках 1026 и 1028. Далее свет пропускается вторыми решетками 1030 и 1032 под тем же углом, что и угол падения на первых решетках 1026 и 1028, и направляется на глаза пользователя. Пропущенный свет проходит через увеличительные линзы (не показаны), прикрепленные к внешним граням вторых решеток 1030 и 1032. В этом варианте все решетки 1026, 1028, 1030 и 1032 относятся к проходному типу.

На фиг.11 показана носимая дисплейная система по настоящему изобретению, в которой применен затвор для создания трехмерного изображения. На фиг.11 показан вариант по фиг.8Е, адаптированный для создания трехмерного изображения. Все носимые дисплейные системы описанных выше конструкций могут быть оснащены затворами. Затворы 1100 и 1110 для блокирования распространения света в обоих направлениях волновода поочередно открываются и закрываются в разное время так, чтобы одно и то же изображение попадало в разные глаза пользователя в разное время, создавая эффект трехмерности изображения. Хотя на фиг.11 это не показано, но такие же эффекты трехмерности может создавать носимая дисплейная система, имеющая лишь один затвор на левой или на правой стороне.

Как описано выше, эффект трехмерности создается, когда одно и то же изображение попадает в разные глаза пользователя с разницей во времени. Если использовать материалы с разным показателем преломления для левого и правого волноводов, по которым распространяется свет, разный шаг в левой и правой решетках или разное количество левых и правых решеток, углы дифракции слева и справа будут отличаться друг от друга и расстояние, проходимое световым сигналом, также будет отличаться. В результате возникает разница во времени попадания конечного светового сигнала в глаза пользователя, за счет чего можно достигнуть эффекта трехмерности изображения. При использовании волновода, имеющего разные среды слева и справа, вторую и третью решетки следует конструировать с учетом углов дифракции света, падающего на первые решетки, которые различны для левого и правого направлений, в зависимости от типа среды волновода. Далее, когда количество левых и правых решеток различно, при расчете решеток следует принимать во внимание угол дифракции. При этом среду волновода необходимо выбирать, а решетки следует рассчитывать, исходя из предположения, что угол дифракции создается, когда происходит полное внутреннее отражение. Другим способом создания трехмерного изображения является направление одного и того же светового сигнала на разные глаза пользователя с заранее определенной разницей во времени.

На фиг.12А показан пример носимой дисплейной системы по настоящему изобретению с регулируемым межзрачковым расстоянием (МЗР). МЗР большинства взрослых людей составляет от 50 до 74 мм. Если пользователь носит дисплейную систему, рассчитанную на другое МЗР, левое и правое изображения выглядят по разному и перекрывают друг друга, в результате чего глаза устают сильнее по сравнению с использованием дисплейной системы, рассчитанной на МЗР этого пользователя. Таким образом, для регулирования МЗР, чтобы изображение выглядело четким, увеличительные линзы 1200 и 1210 носимой дисплейной системы выполнены с возможностью перемещения в положения, соответствующие положению зрачков глаз.

На фиг.12В показан пример носимой дисплейной системы, содержащей волновод 1230, имеющий зубчатый участок и увеличительные линзы 1200 и 1210 с зубчатым участком, которые могут соединяться с волноводом 1230 и отсоединяться от него, что позволяет пользователю смещать увеличительные линзы 1200 и 1210 на заранее определенное расстояние вдоль волновода 1230. В данном случае ширина увеличительных линз 1200 и 1210 должна быть меньше, чем ширина дифракционной решетки, и, кроме того, увеличительные линзы 1200 и 1210 должны иметь возможность перемещения только на расстояние, равное ширине решетки.

На фиг.13 показан вариант носимой дисплейной системы, имеющей монокулярную конструкцию. В монокулярной носимой дисплейной системе используется та же конструкция и те же принципы, что и в бинокулярной дисплейной системе по фиг.5, за тем исключением, что она позволяет пользователю видеть изображение только одним глазом. Монокулярная дисплейная система содержит дисплейную панель 1300, волновод 1310, первую решетку 1320, вторую решетку 1330 и окуляр 1340. Дисплейная панель 1300 выводит световой сигнал, принятый от заранее определенного источника (не показан) по проводному или радиоканалу. Сигнал, излучаемый дисплейной панелью 1300, распространяется по волноводу 1310 в одном направлении. Первая и вторая решетки 1320 и 1330 подвергают дифракции сигнал, проходящий по волноводу 1310, и в итоге направляют сигнал на глаз пользователя. Здесь первая решетка 1320 и вторая решетка 1330 являются парными, как описано выше, что означает, что когда свет, падающий на первую решетку 1320 под заранее определенным углом падения, подвергается дифракции с заранее определенным углом, он распространяется по волноводу 1310 и падает на вторую решетку 1330 под тем же углом, что и угол дифракции на первой решетке 1320, и подвергается дифракции под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первую решетку 1320. Увеличительная линза 1340 увеличивает изображение, выходящее из волновода 1310, поэтому для пользователя изображение выглядит увеличенным.

На фиг.14А-14Н показаны различные возможные варианты монокулярной носимой дисплейной системы в зависимости от типа решеток и их расположения на волноводе.

На фиг.14А показана конструкция монокулярной носимой дисплейной системы, в которой дисплейная панель 1402 и первая и вторая решетки 1404 и 1406 установлены на волноводе 1400 на стороне, противоположной той, которая обращена к глазу пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью, падает на первую решетку 1404 под заранее определенным углом и проходит через первую решетку 1404 в левом направлении внутри волновода и падает на вторую решетку 1406, которая является парной с первой решеткой 1404, под тем же углом, что и угол пропускания на первой решетке 1404. Свет, падающий на вторую решетку 1406, отражается под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 1404, и направляется к глазу пользователя. На той поверхности волновода 1400, на которую попадает свет, установлена увеличительная линза, которая позволяет пользователю наблюдать увеличенное изображение. В этом варианте первая решетка 1404 относится к проходному типу, а вторая решетка 1406 - к отражающему типу.

На фиг.14В показана монокулярная носимая дисплейная система, в которой дисплейная панель 1412 установлена на волноводе 1410 на стороне, противоположной той, которая обращена к глазу пользователя, а первая и вторая решетки 1414 и 1416 установлены на той стороне волновода 1410, сквозь которую изображение передается на глаз пользователя. Свет, падающий на первую решетку 1414 в волноводе 1410 под заранее определенным углом падения, отражается влево по волноводу под заранее определенным углом отражения. Отраженный свет распространяется по волноводу 1410 и падает на вторую решетку 1416, которая является парной с первой решеткой 1414, под тем же углом, что и угол отражения на первой решетке 1414. Падающий свет пропускается сквозь вторую решетку 1416 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения первой решетки, и направляется на глаз пользователя. К второй решетке 1416 прикреплена заранее определенная увеличительная линза, которая увеличивает изображение. В этом варианте первая решетка 1414 относится к отражающему типу, а вторая решетка 1416 - к проходному типу.

На фиг.14С показана монокулярная носимая дисплейная система, в которой дисплейная панель 1422 установлена на стороне волновода 1420, обращенной к глазу пользователя, а первая и вторая решетки 1424 и 1426 установлены на стороне волновода 1420, противоположной той, через которую изображение передается на глаз пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью 1422, пройдя по волноводу 1420, падает на первую решетку 1424 под заранее определенным углом падения и отражается с заранее определенным углом отражения в левом направлении по волноводу 1420. Отраженный свет распространяется влево по волноводу 1420 и падает на вторую решетку 1426, которая является парной с первой решеткой 1424, под тем же углом, что и угол отражения на первой решетке 1424. Свет, падающий на вторую решетку 1426, отражается и распространяется к глазу пользователя под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 1424. Увеличительная линза прикреплена к поверхности волновода 1420 и позволяет пользователю наблюдать увеличенное изображение. В этом варианте первая и вторая решетки 1424 и 1426 относятся к отражающему типу.

На фиг.14D показана конструкция монокулярной носимой дисплейной системы, в которой дисплейная панель 1432, первая и вторая решетки 1434 и 1436 установлены на той стороне волновода 1430, сквозь которую свет передается на глаз пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью 1432 и падающий на первую решетку 1434 под заранее определенным углом падения, пропускается ею с заранее определенным углом пропускания влево по волноводу 1430. Пропущенный свет распространяется по волноводу 1430 и падает на вторую решетку 1436, которая является парной с первой решеткой 1434, под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке 1434, и направляется к глазу пользователя. Увеличительная линза прикреплена ко второй решетке 1436 и увеличивает пропускаемое изображение. В этом варианте первая и вторая решетки 1434 и 1436 относятся к проходному типу.

На фиг.14Е показана конструкция монокулярной носимой дисплейной системы, где дисплейная панель 1442 и вторая решетка 1446 установлены на стороне волновода, противоположной той, которая обращена к глазу пользователя, а первая решетка 1444 установлена на той стороне волновода 1440, сквозь которую изображение направляется на глаз пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью 1442, пройдя по волноводу 1440, падающий на первую решетку 1444 под заранее определенным углом падения, отражается первой решеткой 1444 влево по волноводу под заранее определенным углом отражения. Отраженный свет распространяется влево по волноводу 1440 и падает на вторую решетку 1446, которая является парной с первой решеткой 1444, под тем же углом, что и угол отражения на первой решетке 1444. Падающий свет отражается второй решеткой 1446 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке 1444, и направляется на глаз пользователя. Увеличительная линза, прикрепленная к грани волновода 1440, позволяет пользователю наблюдать увеличенное изображение. В этом варианте первая и вторая решетки 1444 и 1446 относятся к отражающему типу.

На фиг.14F показана конструкция монокулярной носимой дисплейной системы, где дисплейная панель 1452 и первая решетка 1454 установлены на стороне волновода, противоположной той, которая обращена к глазу пользователя, а вторая решетка 1456 установлена на той стороне волновода 1450, сквозь которую изображение подается на глаз пользователя. Свет, падающий на первую решетку 1454 от дисплейной панели 1452 под заранее определенным углом падения, пропускается влево по волноводу 1450 с заранее определенным углом пропускания. Пропущенный свет распространяется по волноводу 1450 и падает на вторую решетку 1456, которая является парной с первой решеткой 1454, под тем же углом, что и угол пропускания на первой решетке 1454. Падающий свет пропускается сквозь вторую решетку 1456 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке 1454, и направляется в направлении глаза пользователя. Ко второй решетке 1456 прикреплена увеличительная линза, которая увеличивает пропускаемое изображение. В этом варианте первая и вторая решетки 1454 и 1456 относятся к проходному типу.

На фиг.14G показана конструкция монокулярной носимой дисплейной системы, где дисплейная панель 1462 и вторая решетка 1466 расположены на стороне волновода 1460, сквозь которую изображение передается на глаз пользователя, а первая решетка 1464 расположена на стороне, противоположной той, которая обращена к глазу пользователя. Свет, падающий на первую решетку 1464 в волноводе 1460 под заранее определенным углом падения, отражается влево под заранее определенным углом отражения. Отраженный свет распространяется по волноводу 1460 и падает на вторую решетку 1466, которая является парной с первой решеткой 1464, под тем же углом, что и угол отражения на первой решетке 1464. Падающий свет пропускается сквозь вторую решетку 1466 с тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первую решетку 1464, и направляется в направлении глаза пользователя. Ко второй решетке 1466 прикреплена увеличивающая линза, которая увеличивает пропускаемое изображение. В этом варианте первая решетка 1464 относится к отражающему типу, а вторая решетка 1466 относится к проходному типу.

На фиг.14Н показана конструкция монокулярной носимой дисплейной системы, где дисплейная панель 1472 и первая решетка 1474 установлены на стороне волновода, обращенной к глазам пользователя, а вторая решетка 1476 установлена на той стороне волновода 1470, которая противоположна стороне, сквозь которую изображение передается на глаз пользователя. Свет, излучаемый дисплейной панелью 1472 под заранее определенным углом падения, передается влево по волноводу 1470 под заранее определенным углом пропускания сквозь первую решетку 1474. Свет по волноводу 1470 распространяется влево и падает на вторую решетку 1476, которая является парной с первой решеткой 1474, под тем же углом, что и угол пропускания на первой решетке 1474. Свет, падающий на вторую решетку 1476, отражается под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 1474, и направляется на глаз пользователя. К поверхности волновода 1470 прикреплена увеличительная линза, позволяющая пользователю наблюдать увеличенное изображение. В этом варианте первая решетка 1474 относится к проходному типу, а вторая решетка 1476 - к отражающему типу.

Как описано выше, следует отметить, что можно создавать разнообразные монокулярные носимые дисплейные системы, в зависимости от расположения на волноводе решеток и дисплейной панели. Соответственно, имеется возможность создавать другие варианты, имеющие такую же конструкцию, как и у вышеописанных, но с другим направлением распространения света, т.е. направо.

На фиг.15А показан другой вариант монокулярной носимой дисплейной системы. В этом варианте дисплейная панель 1500 установлена на торце волновода 1504, а первая решетка 1506 расположена параллельно дисплейной панели 1500. Вторая решетка 1510, являющаяся парной с первой решеткой 1506, расположена на стороне волновода 1504, противоположной той, которая обращена к глазу пользователя, по центру волновода 1504. Свет, исходящий от дисплейной панели 1500, падает на первую решетку 1506 под заранее определенным углом и первой решеткой 1506 пропускается в волновод 1504 с заранее определенным углом пропускания. Пропущенный свет падает на вторую решетку 1510 под тем же углом, что и угол пропускания. Свет, падающий на вторую решетку 1510, отражается под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 1506, и направляется на глаз пользователя. Увеличительная линза (не показана), например окуляр, прикреплена к поверхности волновода 1504, которая увеличивает полученное изображение. В этом варианте первая решетка 1506 относится к проходному типу, а вторая решетка 1510 - к отражающему типу.

На фиг.15В показан еще один вариант монокулярной носимой системы, имеющей такую же конструкцию, как и система по фиг.15А, но с другими типами решеток. В этой системе дисплейная панель 1520 также установлена на торце волновода 1524, а первая решетка 1526 расположена параллельно дисплейной панели 1520. Вторая решетка 1530, являющаяся парной с первой решеткой 1526, установлена на той стороне волновода, которая обращена к глазу пользователя, по центру волновода 1524. Свет, излучаемый дисплейной панелью 1520, падает на первую решетку 1526 под заранее определенным углом падения и пропускается первой решеткой 1526 в волновод с заранее определенным углом пропускания. Пропущенный свет падает на вторую решетку 1530 под тем же углом, что и угол пропускания. Свет, падающий на вторую решетку, пропускают под тем же углом, что и угол падения на первой решетке 1526, и направляется на глаз пользователя. Увеличительная линза (не показана) прикреплена к поверхности волновода 1524, которая увеличивает полученное изображение. В этом варианте первая и вторая решетки 1526 и 1530 относятся к проходному типу.

На фиг.15А и 15В дисплейная панель расположена на левом торце волновода. Однако согласно конструкции положение дисплейной панели может меняться. В этом случае первая решетка не обязательно должна устанавливаться на тот же торец волновода, что и дисплейная панель.

Трехмерное изображение можно получить, надевая одновременно две вышеописанные монокулярные носимые дисплейные системы по одной для каждого глаза, тогда один и тот же сигнал отображается с разницей по времени на двух монокулярных носимых дисплейных системах, за счет чего достигается трехмерность изображения.

На фиг.16А и 16В иллюстрируется устранение хроматической аберрации с помощью решеток, используемых в настоящем изобретении. Хроматическая аберрация возникает, когда фокусы R- (красной), G- (зеленой) и В- (синей) составляющих падающего цветного сигнала не сходятся в одной точке, т.е. изображения различных цветов формируются в различных местах. Если цветной сигнал распространяется через решетки, используемые в настоящем изобретении, различные цвета можно сфокусировать в одной точке с помощью парных решеток.

Как показано на фиг.16А, первая решетка 1600 и вторая решетка 1610 обе относятся к проходному типу и цветовые составляющие R, G и В падающего сигнала пропускаются через первую решетку 1600 с разными углами пропускания. Каждая пропущенная цветовая составляющая падает на вторую решетку 1610 под тем же углом, что и угол пропускания на первой решетке 1600, и пропускается второй решеткой 1610 под тем же углом падения, что и на первой решетке, и затем параллельно друг другу падает на увеличительную линзу 1620, например окуляр. Каждая цветовая составляющая, попадающая на увеличительную линзу 1620, фокусируется этой линзой на одном и том же фокусном расстоянии, устраняя хроматическую аберрацию.

На фиг.16В показано, что составляющие R, G и В входного сигнала падают на первую решетку 1630 под заранее определенным углом в случае, когда первая и вторая решетки 1630 и 1640 относятся к проходному типу. Компоненты R, G и В, падающие на первую решетку 1630 под заранее определенным углом, пропускаются под разными углами и падают на вторую решетку 1640 под тем же углом, что и угол пропускания. Каждая из падающих цветовых составляющих проходит сквозь вторую решетку 1640 под тем же углом, что и заранее определенный угол падения на первой решетке 1630, и затем параллельно падает на увеличительную линзу 1650, такую как окуляр. Увеличительная линза 1650 фокусирует падающие на нее цветовые составляющие на одном и том же фокусном расстоянии, тем самым устраняя хроматическую аберрацию. Устранение хроматической аберрации достигается с помощью вышеописанных парных решеток.

Вышеописанная носимая дисплейная система может быть реализована путем изготовления заодно волновода и решеток или волновода и окуляра, или волновода, решеток и окуляра.

Вышеописанный волновод выполнен из стекла или пластмассы, в частности акриловой пластмассы (РММА).

Увеличительная линза может изготавливаться из голографического оптического элемента (ГОЭ) или дифракционного оптического элемента (ДОЭ). В качестве увеличительной линзы используется дифракционная линза, преломляющая линза, комбинация дифракционной и преломляющей линз или асферическая линза.

На фиг.17А по 17С показаны типы решеток, которые могут использоваться в настоящем изобретении. На фиг.17А показана прямоугольная бинарная решетка для дифракции света в обоих направлениях. На фиг.17В показана пилообразная решетка, которая подвергает дифракции свет только в одном направлении. На фиг.17С показана многоуровневая решетка, предназначенная для повышения эффективности дифракции. Помимо этих типов можно использовать и голографические решетки. Эти решетки можно изготавливать из ГОЭ или ДОЭ.

На фиг.18А - 18Е показаны различные окуляры.

Согласно настоящему изобретению, описанному выше, более легкую и компактную носимую дисплейную систему можно реализовать, минимизируя количество оптических компонентов и сократив сложность и себестоимость при производстве таких дисплейных систем. Кроме того, дисплейная система может производиться крупными партиями, если волновод, решетки и окуляры будут выполнены в одном корпусе заодно, и, кроме того, с помощью парных решеток можно устранить хроматическую аберрацию.