ES2862398T3 - Pantalla de proyección - Google Patents
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Abstract
Pantalla de proyección para mostrar una imagen a un observador (12), que incluye: un dispositivo productor de luz que proporciona imágenes (14) dispuesto para generar una pupila de entrada (61) de luz portadora de imágenes; un conjunto de guía de ondas (50) dispuesto para recibir la pupila de entrada (61) de luz portadora de imágenes y que incluye una primera y una segunda regiones de difracción (20, 34) dispuestas respectivamente para expandir la pupila de entrada (61) en una primera y una segunda direcciones generalmente ortogonales y para emitir una pupila de salida (54) de luz portadora de imágenes expandida en la primera y la segunda dimensiones desde el conjunto de guía de ondas (50); y un combinador (16) dispuesto por separado del conjunto de guía de ondas (50) y orientado en un ángulo relativo al plano del conjunto de guía de ondas (50) para dirigir la luz portadora de imágenes desde la pupila de salida hacia un observador (12) para que se vea la luz portadora de imágenes (18) y para permitir que la luz (52) desde una escena del mundo real pase a través del combinador (16) de modo que la luz portadora de imágenes pueda percibirse por el observador (12) para superponer la luz (52) desde una escena del mundo real.
Description
DESCRIPCIÓN
Pantalla de proyección
Esta invención se refiere a una pantalla de proyección para mostrar una imagen a un observador que es particularmente adecuada, pero no exclusivamente, para su uso en un presentador de datos de cabeza alta.
Tradicionalmente, los presentadores de datos de cabeza alta, que pueden utilizarse en una aeronave u otro vehículo, utilizan un sistema de lentes esféricas convencional para generar una visualización colimada desde un proveedor de imágenes, tal como un tubo de rayos catódicos. Los rayos de luz que emanan del sistema de lentes esféricas son reflejados por un espejo plegable convencional a través de un sistema de lentes de salida esféricas y desde ahí pasan a un combinador desde el cual la imagen se refleja para proporcionar una visualización colimada al observador, tal como un piloto de una aeronave o un operador de un vehículo. Por tanto, con estas pantallas convencionales, las ópticas de colimación utilizadas, es decir, el sistema de lentes esféricas y el sistema de lentes de salida esféricas, son grandes y voluminosas, lo que puede limitar el uso de dicho presentador de datos de cabeza alta a un área de cabina con espacio suficiente para acomodar dicho presentador de datos de cabeza alta. La publicación de patente WO 99/52002 A1 desvela una pantalla de proyección de particular interés.
Más recientemente, se ha empleado el uso de una o más guías de ondas para proyectar una imagen a un usuario. El presente solicitante ha descrito dichas pantallas de guías de ondas en las anteriores solicitudes de patente WO2007/029032, WO2007/029034 y WO2010/119240. En estas pantallas de guías de ondas anteriores, se genera una pupila de entrada relativamente pequeña utilizando una micropantalla y se acopla en al menos una guía de ondas. La pupila de entrada se estira en dos direcciones generalmente ortogonales mediante las regiones de difracción respectivas y se emite desde una guía de ondas como una pupila de salida más grande para su visualización por un usuario. Una ventaja de las pantallas de guías de ondas es que ocupan menos espacio y por tanto son más adecuadas para su uso en entornos con un espacio limitado.
La patente WO2007/029032 desvela el uso de dos guías de ondas denominadas de tipo placa. La pupila de entrada se acopla en una primera guía de ondas y se propaga mediante una reflexión interna total a lo largo de la guía de ondas reflejándose entre cada uno de los dos lados opuestos y paralelos de la guía de ondas generalmente rectilínea. Se dispone una rejilla para estirar la pupila de entrada en una dimensión en la dirección de propagación y emitirla desde la primera guía de ondas. La luz se acopla en una segunda guía de ondas y se propaga mediante una reflexión interna total a lo largo de la segunda guía de ondas reflejándose entre cada uno de los dos lados opuestos y paralelos de la segunda guía de ondas generalmente rectilínea. Se dispone una rejilla adicional para estirar la pupila en una segunda dimensión, generalmente ortogonal a la primera dirección y en la dirección de propagación. En consecuencia, cuando la rejilla emite la pupila de salida desde la segunda guía de ondas, ésta es mayor tanto en la primera como en la segunda dimensiones y puede ser vista fácilmente por un usuario.
La patente WO20071029034 desvela el uso de una primera guía de ondas de tipo varilla y una segunda guía de ondas de tipo placa. La pupila de entrada se acopla en una primera guía de ondas y se propaga mediante una reflexión interna total a lo largo de la guía de ondas reflejándose en secuencia desde cada uno de los cuatro lados perpendiculares de la guía de ondas generalmente rectilínea. Esta propagación en cierto modo espiral de la luz distingue una guía de ondas de tipo varilla de una guía de ondas de tipo placa y es útil para reducir el tamaño de la pantalla de guía de ondas. Se dispone una región de difracción para estirar la pupila de entrada en una dimensión y emitirla desde la primera guía de ondas. De un modo similar a la patente WO2007/029032, la luz se acopla en una segunda guía de ondas de tipo placa y se propaga mediante reflexión interna total a lo largo de la segunda guía de ondas reflejándose entre cada uno de dos lados opuestos y paralelos de la segunda guía de ondas generalmente rectilínea. Se dispone una región de difracción adicional para estirar la pupila en una segunda dimensión, generalmente ortogonal a la primera dirección y en la dirección de propagación. En consecuencia, cuando la región de difracción emite la pupila de salida desde la segunda guía de ondas, ésta es mayor tanto en la primera como en la segunda dimensiones y puede ser vista fácilmente por un usuario.
La patente WO2010/119240 desvela el uso de una sola guía de ondas de tipo placa que expande la pupila de entrada tanto en la primera como en la segunda dimensiones. Una ventaja de esta disposición es que no requiere que se fijen precisamente dos guías de ondas en una orientación relativa y las rejillas pueden formarse en una alineación más precisa. De un modo similar a las dos pantallas de guías de ondas anteriores, una pupila de entrada se acopla en la guía de ondas y se estira en una dimensión mediante una primera región de rejilla y en la segunda dimensión mediante una segunda región de rejilla que emite la pupila de salida expandida desde la guía de ondas para su visualización por un usuario.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente una pantalla de guía de ondas de acuerdo con una cualquiera de las tres pantallas descritas. La pantalla comprende un conjunto de guía de ondas 50 que tiene al menos una guía de ondas que presenta la pantalla deseada al usuario 56 al mismo tiempo que permite que se vea el mundo exterior a través de la guía de ondas. En esta figura, el usuario se encuentra en la cabina de una aeronave que tiene una cubierta transparente 51. Es una clara ventaja de las pantallas de guías de ondas que una de las guías de ondas actúe como combinador además de expandir la pupila, ya que esto da como resultado un dispositivo más compacto con menos
piezas. El usuario puede continuar observando la luz 52 de la escena del mundo exterior que se transmite a través del combinador y también ver la luz de la pupila de salida 54 que emite el conjunto de guía de ondas hacia el usuario para superponerse a la escena del mundo exterior.
También se muestra un procesador de imágenes 58 que genera una señal de imágenes 59 y la emite a una micropantalla 60. Para producir una imagen en color o multiespectral, la micropantalla puede comprender una fuente de luz multiespectral que ilumina una pantalla, que puede ser, por ejemplo, transmisiva o reflectiva, y emite una imagen colimada que porta la luz 61 que comprende una pluralidad de longitudes de onda para acoplarse en el conjunto de guía de ondas 50.
Aunque las pantallas de guías de ondas descritas anteriormente proporcionan una solución de pantalla compacta en entornos con un espacio limitado, especialmente en cabinas de aeronaves donde hay un deseo de disminuir el espacio requerido para una pantalla, la tendencia en el diseño de aeronaves es incorporar grandes cubiertas panorámicas como se muestra en la Figura 2. Sin embargo, un conjunto de guía de ondas que utiliza una fuente de luz multiespectral, tal como un LED, tiene un intervalo de ángulos de salida hacia el usuario que están dispuestos en torno a 90° del plano de la guía de ondas del combinador. La orientación perpendicular es una restricción necesaria del diseño para evitar una aberración cromática. En este caso, existe espacio suficiente para proporcionar una pantalla de tamaño adecuado como se enfatiza en la figura 2 con el uso de líneas discontinuas. También se apreciará que en algunos entornos, tales como en una cabina, un piloto puede requerir un presentador de datos de cabeza baja 62 en una posición conveniente para su visualización, lo que reduce adicionalmente el espacio disponible para un presentador de datos de cabeza arriba.
La presente invención está dirigida a proporcionar una pantalla mejorada.
La presente invención proporciona una pantalla de proyección, para mostrar una imagen a un observador, que incluye un dispositivo productor de luz que proporciona imágenes dispuesto para generar una pupila de entrada de luz portadora de imágenes, un conjunto de guía de ondas dispuesto para recibir la pupila de entrada de la luz portadora de imágenes y que incluye una primera y una segunda regiones de difracción dispuestas respectivamente para expandir la pupila de entrada en una primera y segunda direcciones generalmente ortogonales y para emitir una pupila de salida de luz portadora de imágenes expandida en la primera y segunda dimensiones del conjunto de guía de ondas, y un combinador dispuesto separado del conjunto de guía de ondas y orientado en un ángulo relativo al plano del conjunto de guía de ondas para dirigir la luz portadora de imágenes desde la pupila de salida hacia un observador para visionar la luz portadora de imágenes y para permitir que la luz de una escena del mundo real pase a través del combinador de modo que la luz portadora de imágenes pueda percibirse por el observador para superponerse a la luz de la escena del mundo real.
El dispositivo productor de luz que proporciona imágenes puede disponerse para inyectar una pupila de entrada de luz multiespectral portadora de imágenes en el conjunto de guía de ondas. Las regiones de difracción del conjunto de guía de ondas pueden hacerse coincidir para causar una aberración cromática neta nula o sustancialmente nula. La primera o la segunda región de difracción puede servir como una región de difracción de salida situada en una guía de ondas del conjunto de guía de ondas y la región de difracción de salida puede estar dispuesta para emitir la pupila de salida de luz portadora de imágenes desde el conjunto de guía de ondas en un ángulo que es perpendicular a un plano de la guía de ondas.
El combinador puede tener una superficie generalmente plana que está orientada en un ángulo relativo al plano de la guía de ondas para dirigir la pupila de salida de luz portadora de imágenes hacia el observador.
La pupila de salida de luz portadora de imágenes puede incluir una pluralidad de longitudes de onda y la superficie plana del combinador puede estar configurada generalmente para reflejar la luz multiespectral portadora de imágenes de la pupila de salida y generalmente para transmitir luz desde la escena del mundo real a través del combinador. El combinador puede incluir un recubrimiento reflectante seleccionado para que sea reflectante para la luz portadora de imágenes de la pupila de salida y transmisivo para la luz de una escena del mundo exterior.
El combinador puede incluir un recubrimiento antirreflejos dispuesto para aumentar la eficacia de transmisión de luz desde una escena del mundo exterior a través del combinador.
El conjunto de guía de ondas puede incluir una guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas e incluye dichas primera y segunda regiones de difracción, estando dispuesta dicha primera región para difractar la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la primera dimensión y estando dispuesta dicha segunda región de difracción para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla de la guía de ondas como la pupila de salida.
Como alternativa, el conjunto de guía de ondas puede incluir una primera guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la primera guía de ondas de tipo placa e incluye dicha primera región de difracción dispuesta para difractar la luz portadora de imágenes de modo que se expanda en la primera dimensión y una segunda guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la segunda guía de ondas de tipo placa e incluye dicha segunda región de difracción dispuesta para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla de la segunda guía de ondas de tipo placa como la pupila de salida.
En otra disposición, el conjunto de guía de ondas puede incluir una guía de ondas de tipo varilla a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total desde cada uno de los cuatro lados de la guía de ondas de tipo varilla a su vez e incluye dicha primera región de difracción dispuesta para difractar la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la primera dimensión y una guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas de tipo placa e incluye dicha segunda región de difracción dispuesta para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla desde la guía de ondas de tipo placa como la pupila de salida.
Una aeronave o vehículo incluye una cubierta o parabrisas transparente y una pantalla de proyección como se ha descrito anteriormente, en la que puede situarse el combinador para permitir que un ocupante vea una escena del mundo real fuera de la cubierta o parabrisas transparente a través del combinador con luz portadora de imágenes generada mediante la pantalla de proyección superpuesta a la escena del mundo real. El combinador puede incorporarse en la cubierta o el parabrisas si es lo suficientemente reflectante y ópticamente plano.
La pantalla de proyección puede formar parte de un presentador de datos de cabeza alta (HUD del inglés Head Up Display), particularmente para su uso en una aeronave o vehículo.
Ahora la invención se describirá únicamente a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una ilustración esquemática de una pantalla de guía de ondas de la técnica anterior en forma de un presentador de datos de cabeza alta.
La figura 2 es una ilustración esquemática similar a la mostrada en la figura 1 que muestra el problema con las pantallas conocidas en un entorno de espacio restringido;
La figura 3 es una ilustración esquemática de una pantalla de proyección de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 4 muestra tres vistas de una disposición de un conjunto de guía de ondas para la pantalla mostrada en la figura 3; y
La figura 5 muestra una sección de un combinador para la pantalla mostrada en la figura 3.
En referencia a la figura 3, se muestra una pantalla de proyección 10 para mostrar una imagen a un observador 12. La pantalla de proyección 10 comprende un conjunto de guía de ondas 50 como se ha descrito anteriormente y se ha desvelado con detalle en nuestras solicitudes de patente previas WO2007/029032, WO2007/029034 y WO2010/119240, junto con una disposición de fuente de luz que proporciona imágenes 14 que comprende un procesador de imágenes 58 y un dispositivo de visualización 60 también como se han descrito anteriormente. La disposición 14 inyecta una pupila de entrada 61 de luz multiespectral portadora de imágenes en el conjunto de guía de ondas 50. El conjunto de guía de ondas 50 comprende una pluralidad de rejillas de difracción, descritas con mayor detalle más adelante, dispuestas para acoplar luz en el conjunto de guía de ondas 50, que expande la pupila de entrada 61 en una primera y segunda direcciones generalmente ortogonales y que emite una pupila de salida 54 expandida en la primera y segunda dimensiones desde el conjunto de guía de ondas 50. Un combinador 16 está dispuesto para dirigir la pupila de salida 54 hacia el observador 12 para que vea una imagen 18 y para transmitir la luz 52 desde una escena del mundo real a través del combinador 16 de modo que la imagen 18 se superpone a la luz 52 de la escena del mundo real.
El uso de un combinador 16 con un conjunto de guía de ondas 50 es contradictorio puesto que el conjunto de guía de ondas 50 ya tiene un combinador incorporado en forma de una guía de ondas de salida. Sin embargo, como se describe en el presente documento, el combinador 16 adicional de la invención proporciona ventajas para la proyección de luz multiespectral que no se realiza en los aparatos proyectores conocidos. Se apreciará adicionalmente que el tamaño físico general del conjunto de guía de ondas 50 de la pantalla de proyección 10 es más pequeño que las anteriores pantallas que incorporan y, por lo tanto, dependiendo de los requisitos de espacio, puede ser deseable utilizar un combinador 16 con dicho conjunto de guía de ondas 50 para mostrar imágenes monocromáticas.
La primera o la segunda rejilla de difracción sirve como una rejilla de salida situada en una guía de ondas del conjunto de guía de ondas 50 y la rejilla de salida está dispuesta para emitir la pupila de salida desde el conjunto de guía de ondas 50 en un ángulo que es generalmente perpendicular a un plano del conjunto de guía de ondas 50.
La figura 4 muestra un conjunto de guía de ondas 50 que tiene una sola guía de ondas 40 según se describe en la patente WO2010/119240 y que tiene las regiones de difracción 26, 34 dispuestas respectivamente para expandir la pupila de entrada de luz portadora de imágenes en la primera y segunda dimensiones 25, 31. Este ejemplo también incluir una primera región de difracción de entrada 22 para acoplar la pupila de entrada de luz portadora de imágenes en el conjunto de guía de ondas 50 para su propagación mediante reflexión interna total. La primera región de difracción de entrada 22 y la segunda región de difracción 26 están formadas por la misma rejilla 20. La tercera región de difracción 34 está formada por otra rejilla. En referencia a las figuras 3 y 4, en uso, una pupila de entrada 61 se acopla en el conjunto de guía de ondas 50 y se dirige hacia la superficie reflectante 24 donde es reflejada hacia la segunda región de difracción 26. La segunda región de difracción 26 expande la pupila de entrada 61 en una primera dimensión 25 y la gira hacia la tercera región de difracción 34. La tercera región de difracción 34 expande la pupila de entrada 61 en una segunda dimensión 31, generalmente ortogonal a la primera dimensión 25, y emite la luz portadora de imágenes expandida desde el conjunto de guía de ondas 50 como la pupila de salida 54.
En mayor detalle, la orientación de las ranuras de la rejilla 20 está inclinada en un ángulo de 60° con respecto al eje x de modo que la luz portadora de imágenes incidente en la primera rejilla de difracción de entrada 22 se difracta y se propaga a la superficie reflectante 24 y desde ahí se refleja de modo que el rayo principal de la luz portadora de imágenes se propaga e incide en las ranuras de la segunda región de difracción a 30° con respecto a la normal de las ranuras, recuadro A. La luz portadora de imágenes se difracta parcialmente y se expande en una primera dimensión, aquí la dimensión x, y se gira para propagarse a través del conjunto de guía de ondas 50 a una tercera rejilla de difracción 34 de baja eficiencia (del 2 % al 20 %) que tiene la orientación de sus ranuras tendida en la dirección x. Los rayos difractados de luz portadora de imágenes inciden normalmente en esta rejilla 34 (recuadro B) y se difractan parcialmente dura del conjunto de guía de ondas 50, la difracción parcial sirve para expandir la pupila de entrada 61 en una segunda dimensión, aquí la dimensión y.
En general, una superficie o rejilla de difracción puede mostrar grandes cantidades de dispersión de la luz portadora de imágenes incidente. Esto puede dar como resultado rayos de luz que tengan ángulos de campo iguales o similares, pero que se diferencian en cuanto a la longitud de onda, difractándose en diferentes ángulos en, dentro o desde un conjunto de guía de ondas 50, causando cantidades potencialmente grandes de aberración cromática en una salida de una pantalla de proyección 10. Sin embargo, si la dispersión asociada con una rejilla de entrada a una guía de ondas coincide sustancialmente en un sentido opuesto con la dispersión asociada con una rejilla de salida desde la guía de ondas, entonces la dispersión cromática neta se aproximará o será sustancialmente igual a cero. La coincidencia correcta de las rejillas de difracción del conjunto de guía de ondas 50 tiene el efecto de mitigar la aberración cromática. En la figura 4, en el conjunto de guía de ondas 50, la aberración cromática neta causada por las tres regiones de difracción 22, 26, 34 debe ser cero o sustancialmente cero. Por ejemplo, la rejilla 20 que forma la primera y la segunda regiones de difracción 22, 26 debe hacerse coincidir con la rejilla de la tercera región de difracción 34 para proporcionar una dispersión cromática neta de sustancialmente cero. Este resultado es ventajoso para una pantalla de proyección 10 utilizada en aplicaciones montadas en la cabeza o montadas en el casco que incorporan dicho conjunto de guía de ondas 50 puesto que este permite el uso de una fuente de luz generadora de imágenes de banda ancha pequeña y barata en lugar de una fuente de luz monocromática de alta potencia, voluminosa y relativamente cara, por ejemplo un láser, para iluminar el conjunto de guía de ondas 50. Dicho resultado también permite que la pantalla de proyección 10 presente correctamente múltiples colores o una imagen de pantalla a todo color 18 o información a un observador 12.
Para un conjunto de guía de ondas 50 descrito en el presente documento, una primera rejilla de difracción puede tener una región de rejilla que puede usarse para acoplar la luz portadora de imágenes incidente en el conjunto de guía de ondas 50, teniendo una segunda rejilla dos regiones de rejilla que pueden usarse para estirar la pupila de entrada y emitirla desde el conjunto de guía de ondas 50. Como alternativa, una primera rejilla de difracción puede tener dos regiones de rejilla que pueden usarse para acoplar la luz portadora de imágenes incidente en el conjunto de guía de ondas 50 y alargar la pupila de entrada en una primera dimensión, tendiendo una segunda rejilla de difracción una región de rejilla usada para estirar la pupila de entrada en la segunda dimensión y emitirla desde el conjunto de guía de ondas 50. Puede verse que el ángulo de salida 90 está relacionado con el ángulo de entrada 9¡ mediante la ecuación:
Donde di y do son los periodos de las rejillas de entrada y de salida, respectivamente. En consecuencia, si los periodos de los límites de las rejillas son iguales, lambda se anula y 9o es igual a 9i. Por tanto, los periodos de las rejillas deben hacerse coincidir para evitar la aberración cromática para fuentes de luz distintas de las fuentes monocromáticas, tales como un láser. Se apreciará que si se necesita hacer coincidir las rejillas de esta manera para evitar una aberración cromática, la luz debe emitirse desde el conjunto de guía de ondas 50 generalmente en perpendicular y, siendo este el caso, no es posible hacer coincidir las rejillas ni tampoco emitir la luz en un ángulo distinto generalmente de 90 grados. Por lo tanto, se verá que aunque el conjunto de guía de ondas 50 comprenda un combinador incorporado, el
combinador incorporado no puede inclinarse con respecto al observador 12. Es decir, si va a alojarse el aparato de proyección de la técnica anterior en un entorno de espacio limitado, el combinador incorporado no puede orientarse selectivamente para que ocupe el espacio de la manera más eficiente. Sin embargo, en la presente invención, el combinador adicional 16 puede orientarse para que ocupe el espacio de un modo eficiente y, por lo tanto, la invención proporciona una ventaja considerable.
La figura 5 muestra una sección tomada a través del combinador 16. El combinador comprende un sustrato plano ópticamente transparente 36 hecho típicamente de cristal. Se proporciona un recubrimiento ópticamente reflectante 38 en una superficie del sustrato. El recubrimiento puede ser un recubrimiento dieléctrico multicapa que tenga un espesor y propiedades dieléctricas seleccionadas para que sea reflectante para las longitudes de onda presentes en la luz multiespectral de la pupila de salida 54 que se emite desde el conjunto de guía de ondas 50, pero transmisivo para longitudes de onda en la luz 52 desde una escena del mundo exterior. Se proporciona una capa antirreflectante 42 sobre una superficie opuesta del sustrato 36 configurada para aumentar la eficacia de transmisión de la luz 52 a través del combinador 16. La capa antirreflectante 42 puede tener, por ejemplo, un espesor de un cuarto de la longitud de onda diseñado para producir una interferencia para permitir una transmisión mayor.
El recubrimiento selectivo de la longitud de onda 38 en el combinador 16 mejora la eficiencia aumentando la reflectancia de las longitudes de onda usadas por el dispositivo de visualización 60 a la vez que también permite la transmisión de la escena del mundo exterior. También podría usarse un recubrimiento de densidad neutra pero no sería tan eficiente. En algunas disposiciones, el parabrisas o cubierta 61 puede usarse como combinador si este proporciona una reflexión adecuada y es ópticamente plano.
En referencia de nuevo a la figura 3, el combinador 16 está orientado en un ángulo relativo al plano del conjunto de guía de ondas 50 para dirigir la pupila de salida 54 hacia el observador 12. En el ejemplo mostrado, el combinador 16 está orientado aproximadamente a 45° del plano del conjunto de guía de ondas 50, aunque se apreciará que pueden ser adecuados otros ángulos dependiendo de las orientaciones relativas del conjunto de guía de ondas 50, el combinador 16 y el observador 12. Por ejemplo, el conjunto de guía de ondas 50 puede estar en ángulo con respecto al observador 12 y, en cuyo caso, el combinador 16 puede estar orientado a menos de 45° con respecto al plano del conjunto de guía de ondas 50. Se apreciará que la orientación del combinador 16 puede coincidir más estrechamente con el ángulo del parabrisas 61 de lo que es posible con el uso de un conjunto de guía de ondas 50 como se muestra en las solicitudes de patente anteriores que no incorporan dicho combinador adicional 16. Es decir, desde la perspectiva del observador 12, la pieza del parabrisas a través del cual viaja la luz 52 está inclinada desde observador 12 en un ángulo de aproximadamente 30° con respecto a la horizontal. El combinador 16 está inclinado desde el observador 12 en aproximadamente 45° con respecto a la horizontal. Un conjunto de guía de ondas 50 sin ningún combinador adicional 16 estaría inclinado 90° con respecto a la horizontal. En consecuencia, la pantalla de proyección 10 de la invención puede ser más compacta.
El combinador 16 puede montarse en una orientación fija con respecto al conjunto de guía de ondas 50 de cualquier manera adecuada, por ejemplo, puede montarse en el conjunto de guía de ondas 50 u otra pieza de la aeronave o vehículo o, si la pieza de una cubierta de aeronave es fija, este puede montarse a esa pieza de la cubierta.
El conjunto de guía de ondas 50 en la figura 4 puede modificarse en otra realización de la invención y según se describe en detalle en la patente WO2007/029032. Este conjunto de guía de ondas 50 comprende una primera guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas y que tiene dicha primera región de difracción para difractar la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la primera dimensión y una segunda guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas y que tiene dicha segunda región de difracción para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla desde la guía de ondas como la pupila de salida.
El conjunto de guía de ondas en la figura 4 también puede modificarse en una realización adicional de la invención y según se describe en detalle en la patente WO2007/029032. Este conjunto de guía de ondas comprende una primera guía de ondas de tipo varilla a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total desde cada uno de los cuatro lados de la guía de ondas a su vez y que tiene dicha primera región de difracción para difractar la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la primera dimensión y una segunda guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas y que tiene dicha segunda región de difracción para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla desde la guía de ondas como la pupila de salida.
La pantalla de proyección ilustrada de acuerdo con la invención puede formar parte de un presentador de datos de cabeza alta, en particular para su uso en una aeronave.
Claims (11)
1. Pantalla de proyección para mostrar una imagen a un observador (12), que incluye:
un dispositivo productor de luz que proporciona imágenes (14) dispuesto para generar una pupila de entrada (61) de luz portadora de imágenes;
un conjunto de guía de ondas (50) dispuesto para recibir la pupila de entrada (61) de luz portadora de imágenes y que incluye una primera y una segunda regiones de difracción (20, 34) dispuestas respectivamente para expandir la pupila de entrada (61) en una primera y una segunda direcciones generalmente ortogonales y para emitir una pupila de salida (54) de luz portadora de imágenes expandida en la primera y la segunda dimensiones desde el conjunto de guía de ondas (50); y
un combinador (16) dispuesto por separado del conjunto de guía de ondas (50) y orientado en un ángulo relativo al plano del conjunto de guía de ondas (50) para dirigir la luz portadora de imágenes desde la pupila de salida hacia un observador (12) para que se vea la luz portadora de imágenes (18) y para permitir que la luz (52) desde una escena del mundo real pase a través del combinador (16) de modo que la luz portadora de imágenes pueda percibirse por el observador (12) para superponer la luz (52) desde una escena del mundo real.
2. La pantalla de proyección, según la reivindicación 1, en la que la primera o la segunda región de difracción (20, 34) sirve como región de difracción de salida situada en una guía de ondas del conjunto de guía de ondas (50) y la región de difracción de salida está dispuesta para emitir la pupila de salida (54) de luz portadora de imágenes desde el conjunto de guía de ondas (50) en un ángulo que es perpendicular a un plano del conjunto de guía de ondas (50).
3. La pantalla de proyección, según la reivindicación 2, en la que el combinador (16) tiene una superficie generalmente plana que está orientada en un ángulo con respecto al plano del conjunto de guía de ondas (50) para dirigir la pupila de salida (54) de luz portadora de imágenes hacia el observador (12).
4. La pantalla de proyección, según la reivindicación 3, en la que la superficie plana del combinador (16) está configurada generalmente para reflejar la luz portadora de imágenes de la pupila de salida (54) y generalmente para transmitir luz (52) desde la escena del mundo real a través del combinador (16).
5. La pantalla de proyección, según la reivindicación 4, en la que el combinador (16) incluye un recubrimiento reflectante (38) seleccionado para que sea reflectante para la luz portadora de imágenes de la pupila de salida (54) y transmisivo a la luz (52) desde la escena del mundo real.
6. La pantalla de proyección, según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en la que el combinador (16) incluye un recubrimiento antirreflejos (42) dispuesto para aumentar la eficacia de transmisión de luz (52) desde la escena del mundo real a través del combinador (16).
7. La pantalla de proyección, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el conjunto de guía de ondas (50) incluye una guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas e incluye dichas primera y segunda regiones de difracción (20, 34), estando dispuesta dicha primera región (20) para difractar la luz portadora de imágenes (61) de modo que la expanda en la primera dimensión y estando dispuesta dicha segunda región de difracción (34) para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla desde la guía de ondas como la pupila de salida (54).
8. La pantalla de proyección, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el conjunto de guía de ondas (50) incluye una primera guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la primera guía de ondas de tipo placa e incluye dicha primera región de difracción dispuesta para difractar la luz portadora de imágenes (61) de modo que la expanda en la primera dimensión y una segunda guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la segunda guía de ondas de tipo placa e incluye dicha segunda región de difracción dispuesta para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla desde la segunda guía de ondas de tipo placa como la pupila de salida (54).
9. La pantalla de proyección, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el conjunto de guía de ondas (50) incluye una guía de ondas de tipo varilla a lo largo de la cual puede propagarse la luz portadora de imágenes mediante reflexión interna total desde cada uno de los cuatro lados de la guía de ondas de tipo varilla a su vez e incluye dicha primera región de difracción dispuesta para difractar la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la primera dimensión y una guía de ondas de tipo placa a lo largo de la cual puede propagarse la portadora de imágenes mediante reflexión interna total entre lados opuestos y paralelos de la guía de ondas de tipo placa e incluye dicha segunda región de difracción dispuesta para difractar adicionalmente la luz portadora de imágenes de modo que la expanda en la segunda dimensión y para liberarla desde la guía de ondas de tipo placa como la pupila de salida (54).
10. La pantalla de proyección, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho dispositivo productor de luz que proporciona imágenes (14) está dispuesto para inyectar una pupila de entrada (61) de luz portadora de imágenes cromáticas en el conjunto de guía de ondas (50) y las regiones de difracción (20, 34) del conjunto de guía de ondas (50) son coincidentes para provocar una aberración cromática nula o sustancialmente nula.
11. Una aeronave o vehículo que incluye una cubierta o parabrisas transparente y una pantalla de proyección, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que un combinador (16) de la pantalla de proyección está situado para permitir que un ocupante (12) vea una escena del mundo real fuera de la cubierta o parabrisas transparente a través del combinador (16), emitiéndose luz portadora de imágenes (54) colimadas mediante una disposición de guía de ondas (50) de la pantalla de proyección solapada con la escena del mundo real.
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