ES2866037T3

ES2866037T3 - Sistema óptico y procedimiento para transmitir una imagen de origen

Info

Publication number: ES2866037T3
Application number: ES16819486T
Authority: ES
Inventors: Wolfgang Singer; Bernd Kleemann; Artur Degen
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2021-10-19
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: US20180299678A1; US10191288B2; DE102015122055B4; DE102015122055A1; US20190155034A1; WO2017102795A1; US10394032B2; EP3391122B1; EP3391122A1

Abstract

Sistema óptico para transmitir una imagen de origen (12; 12'; 302; 402), saliendo luz de la imagen de origen (12; 12'; 302; 402) con un espectro de ángulo de campo, con una disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 6), en la que puede propagarse luz mediante reflexión total, con una disposición de acoplamiento óptica difractiva (16; 308a-308c; 408a, 408b; 458a, 458b) para acoplar la luz procedente de la imagen de origen (12; 12'; 302; 402) en la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 456), y con una disposición de desacoplamiento óptica difractiva (17; 17';310a-310c; 410; 462) para desacoplar la luz propagada en la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 456), de la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 456), presentando la disposición de acoplamiento (16; 308a-308c; 408a, 408b; 458a, 458b) un primer elemento de acoplamiento (18; 18'; 308a; 408a; 458a), que está dispuesto para el acoplamiento de luz procedente de un primer subcampo (12a; 12a'; 252; 402a; 452a) de la imagen de origen (12; 12'; 302; 402) con ángulos de campo de un primer rango de ángulo de campo del espectro de ángulo de campo en la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 456), y por que la disposición de acoplamiento (16) presenta al menos un segundo elemento de acoplamiento (19; 19'; 308b; 8b; 458b), que está dispuesto para el acoplamiento de luz procedente de al menos un segundo subcampo (12b; 12b'; 254; 402b; 452b) diferente al menos en parte del primer subcampo (12a; 12a'; 252; 402a; 452a), de la imagen de origen (12; 12'; 302; 402) con ángulos de campo de un segundo rango de ángulo de campo diferente al menos en parte del primer rango de ángulo de campo, del espectro de ángulo de campo en la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 456), y por que el primer subcampo (12a; 12a'; 252; 402a; 452a) transmitido y el al menos un segundo subcampo (12b; 12b'; 254; 402b; 452b) transmitido de la imagen de origen (12; 12'; 302; 402), tras el desacoplamiento de la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a-306c; 406; 456), están superpuestos entre sí al menos en parte, caracterizado por que el sistema presenta un dispositivo para dividir la imagen de origen (12) en el primer y el al menos un segundo subcampo (12a, 12b), y por que el primer subcampo (252; 402a; 452a) y el al menos un segundo subcampo (254; 402b; 452b), antes del acoplamiento en la disposición de conductor de luz (15; 15'; 306a- 6c; 406; 456), tienen bordes al menos en parte arqueados, presentando el primer subcampo (252) un primer borde de campo (258) y el al menos un segundo subcampo (254; 256) un segundo borde de campo (260), siendo el primer borde de campo (258) directamente adyacente al segundo borde de campo (260), y estando el primer borde de campo arqueado de manera cóncava y el segundo borde de campo arqueado de manera convexa, o estando el primer borde de campo (258) arqueado de manera convexa y el segundo borde de campo (260) arqueado de manera cóncava.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema óptico y procedimiento para transmitir una imagen de origen

La invención se refiere a un sistema óptico para transmitir una imagen de origen, saliendo luz de la imagen de origen con un espectro de ángulo de campo, con una disposición de conductor de luz, en la que puede propagarse luz mediante reflexión total, con una disposición de acoplamiento óptica difractiva para acoplar la luz procedente de la imagen de origen en la disposición de conductor de luz, y con una disposición de desacoplamiento óptica difractiva para desacoplar la luz propagada en la disposición de conductor de luz, de la disposición de conductor de luz, según el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención se refiere además a un procedimiento para transmitir una imagen de origen.

En el artículo de Tapani Levola: “Diffractive optics for virtual reality displays”, Journal of the SID 14/5, 2006, páginas 467 a 475 se da a conocer un sistema óptico, así como un procedimiento para transmitir una imagen de origen. Por los documentos US 2014/0140653 A1, US 8.233.204 B1, US 2014/0218801 A1 se conocen sistemas ópticos adicionales, así como procedimientos para transmitir una imagen de origen, que dan a conocer un sistema óptico según el preámbulo de la reivindicación 1. Por los documentos US 2006/0221448 A1 y US 8903207 B1 se conocen sistemas ópticos adicionales para transmitir una imagen de origen.

Un sistema óptico de este tipo así como un procedimiento de este tipo se utilizan por ejemplo en un sistema de visualización, como un HUD (head-up display) o HMD (head-mounted display). Un HUD y un HMD son sistemas de visualización en los que se proyecta una imagen de origen en el campo de visión del usuario ampliando la pupila de salida. A este respecto, la imagen de origen puede ser, por ejemplo, la imagen de una visualización de un instrumento de vehículo, un teléfono móvil, una consola de juegos, un ordenador y similares. Los HUD se utilizan hoy en día, por ejemplo, en aviones y vehículos de motor para proyectar información, por ejemplo, de navegación y similares, en el campo de visión del piloto o del conductor sin que éste tenga que desviar su línea de visión de la línea de visión en línea recta. Un HMD, a diferencia de un HUD, se lleva en la cabeza del usuario. Un HMD presenta las imágenes en una pantalla cercana al ojo o las proyecta directamente sobre la retina. Otros nombres para un HMD son gafas de vídeo o de datos, casco de visualización o casco de realidad virtual.

Los componentes principales de estos sistemas de visualización son una unidad de pantalla, que proporciona la imagen de origen a partir de una fuente de datos conectada, y un sistema óptico para transmitir la imagen de origen a una imagen de destino.

Un parámetro importante de estos sistemas de visualización es el campo de visión (en inglés: Fieldof View (FOV)). El campo de visión de estos sistemas de visualización debe ser lo suficientemente grande como para transmitir toda la imagen de origen a la imagen de destino. El campo de visión es la diferencia entre los ángulos máximo y mínimo medidos en cada caso desde el centro de la imagen hasta los bordes opuestos de la misma en la dimensión horizontal (campo de visión horizontal) y en la dimensión vertical (campo de visión vertical). En la presente descripción, sólo se hace referencia al campo de visión en una dimensión.

El sistema óptico de estos sistemas de visualización, como se da a conocer en el artículo mencionado anteriormente, puede presentar, como componentes, una disposición de conductor de luz que presenta uno o varios conductores de luz, en la que la luz puede propagarse por reflexión total en las interfaces ópticas, una disposición de acoplamiento óptica difractiva, con la que la luz procedente de la imagen de origen puede acoplarse en la disposición de conductor de luz, y una disposición de desacoplamiento óptica difractiva, con la que la luz propagada en la disposición de conductor de luz puede desacoplarse de la disposición de conductor de luz, de modo que la luz pueda entrar en uno o ambos ojos del usuario. A este respecto, la disposición de conductor de luz puede presentar uno o varios conductores de luz, y la disposición de acoplamiento y la disposición de desacoplamiento pueden presentar una o varias rejillas de difracción.

En los sistemas ópticos con la construcción descrita anteriormente se ha demostrado que el campo de visión de un sistema óptico de este tipo está limitado, es decir, que el sistema óptico no puede transmitir toda la imagen de origen o, dicho de otro modo, todo el espectro de ángulo de campo de la luz, que sale de la imagen de origen. Con imágenes de origen más grandes, por ejemplo, en el formato actual de 16:9, pueden faltar zonas de borde en la imagen transmitida.

En general, en los sistemas ópticos con la construcción descrita anteriormente el campo de visión es reducido. Por el contrario, en particular en los HMD se requiere el mayor campo de visión posible con ángulos del campo de visión de más de 20°, y preferiblemente de más de 40°.

En la transmisión de imágenes de origen policromáticas, como ocurre por ejemplo en la transmisión de imágenes de vídeo, que comprenden todo el espectro visible en el rango de longitudes de onda de aproximadamente 425 nm a aproximadamente 675 nm, surge el problema de que cuanto mayor sea el rango espectral a transmitir, menor será el campo de visión. Pero incluso con la transmisión monocromática, el campo de visión está limitado.

En la transmisión policromática, la dependencia de la longitud de onda de la difracción también puede provocar que la imagen de origen transmitida no sea fiel al color de la imagen de origen a transmitir porque, por ejemplo, no se transmite todo el espectro de longitudes de onda de la imagen de origen a la imagen de destino o se transmiten diferentes rangos espectrales con diferentes intensidades.

Otra propiedad que limita el campo de visión de un sistema óptico de este tipo es la propagación de la luz en la disposición de conductor de luz por reflexión total. Sin embargo, este tipo de propagación de la luz es necesario si el sistema óptico debe ser transparente al menos en el campo de visión del usuario, como se desea en un HUD o HMD, en particular de unas gafas de datos, de modo que el usuario pueda ver la imagen de origen transmitida superpuesta al mundo real. Sin embargo, las reflexiones totales dentro de la disposición de conductor de luz sólo se producen cuando la luz que incide en la/s interfaz/interfaces óptica/s de la disposición de conductor de luz presenta un ángulo de incidencia mayor que el ángulo crítico de la reflexión total.

Hasta ahora no se ha proporcionado ningún sistema óptico con el que sea posible transmitir imágenes de origen policromáticas basándose en la difracción y reflexión total de tal modo que se alcance un campo de visión amplio, por ejemplo, un campo de visión de 40° o más, en ambas direcciones.

Por tanto, la invención se basa en el objetivo de perfeccionar o indicar un sistema óptico y un procedimiento del tipo mencionado al principio con los que puedan implementarse sistemas de visualización, que presenten un campo de visión más amplio comparado con los sistemas de visualización disponibles en el estado de la técnica.

Según la invención este objetivo se alcanza mediante un sistema óptico según la reivindicación 1.

Además, según la invención, se indica un procedimiento óptico para transmitir una imagen de origen según la reivindicación 15.

En el sistema óptico según la invención y el procedimiento según la invención no se acopla todo el campo de la imagen de origen con todo el espectro de ángulo de campo mediante un único elemento de acoplamiento en la disposición de conductor de luz, sino que la imagen de origen se divide en al menos dos subcampos, estando asociado a los subcampos individuales en cada caso un elemento de acoplamiento propio, y acoplándose los subcampos individuales separados entre sí en la disposición de conductor de luz. Mediante el primer elemento de acoplamiento sólo se acopla el primer subcampo, y mediante el al menos un segundo elemento de acoplamiento sólo se acopla el al menos un segundo subcampo. El acoplamiento de los subcampos puede producirse en un conductor de luz común, o a cada subcampo puede estar asociado un conductor de luz propio. Los elementos de acoplamiento para los diferentes subcampos pueden solaparse entre sí o pueden estar dispuestos en la disposición de conductor de luz sin solapamiento entre sí. Tras la propagación de los subcampos individuales a través de la disposición de conductor de luz se desacoplan los subcampos de la disposición de conductor de luz mediante la disposición de desacoplamiento y se superponen entre sí, de modo que el usuario ve la imagen de origen transmitida completa.

Según la invención, el primer subcampo y el al menos un segundo subcampo tienen bordes al menos en parte arqueados antes del acoplamiento en la disposición de conductor de luz. La imagen de origen, por ejemplo, una pantalla, tiene habitualmente una forma rectangular. Por las condiciones ópticas en la transmisión de la imagen de origen por medio de reflexión total en la disposición de conductor de luz sólo puede transmitirse un rango de ángulo de campo más pequeño, en caso de que la imagen de origen se dividiera en subcampos rectangulares. Por el contrario, mediante la división según la invención de la imagen de origen en subcampos, que tienen bordes arqueados, como todavía se describirá más abajo, puede transmitirse un rango de ángulo de campo más grande y así alcanzarse un campo de visión más amplio.

Con el sistema óptico según la invención y el procedimiento según la invención, de este modo pueden alcanzarse campos de visión (FOV) significativamente más amplios que con los sistemas ópticos conocidos. La invención permite un campo de visión más amplio y/o la transmisión de un rango de longitudes de onda más amplio en un único canal de transmisión. Por el contrario, en el estado de la técnica, la transmisión de un rango de longitudes de onda más amplio conlleva la limitación del campo de visión a un campo de visión más reducido. Por el contrario, el sistema óptico según la invención y el procedimiento según la invención permiten la transmisión de rangos de longitudes de onda amplios sin una pérdida del tamaño del campo de visión.

El primer subcampo presenta un primer borde de campo y el al menos un segundo subcampo un segundo borde de campo, siendo el primer borde de campo directamente adyacente al segundo borde de campo, y estando el primer borde de campo arqueado de manera cóncava y estando el segundo borde de campo arqueado de manera convexa, o estando el primer borde de campo arqueado de manera convexa y estando el segundo borde de campo arqueado de manera cóncava.

A este respecto, el primer subcampo y el segundo subcampo pueden presentar un solapamiento parcial en la zona del primer y del segundo borde de campo, cuando es necesario, para, tras el desacoplamiento de los subcampos individuales de la disposición de conductor de luz, obtener una imagen de origen transmitida completa encadenando los subcampos. En concreto, los radios de los bordes de campo arqueados pueden ser ligeramente diferentes de un subcampo a otro, de modo que un ligero solapamiento evita una pérdida de información de imagen.

El sistema óptico presenta un dispositivo para dividir el campo de imagen de origen en el primer y el al menos un segundo subcampo.

Este dispositivo puede implementarse mediante elementos de desviación del haz cerca de la imagen de origen, para dividir la luz procedente de la imagen de origen en varios subcampos. En este sentido resulta ventajoso que la imagen de origen, antes del acoplamiento en la disposición de conductor de luz, no tenga que multiplicarse en un número correspondiente al número de subcampos. Sin embargo, esto último también es posible.

En particular se prefiere que el dispositivo para dividir la imagen de origen presente una disposición óptica con al menos un diafragma de campo para la generación del primer y/o segundo subcampo con un borde de campo al menos en parte arqueado.

Para ello la imagen de origen puede proporcionarse en un número correspondiente de reproducciones, utilizándose para la generación de, en cada caso, uno de los subcampos un diafragma de campo correspondiente, que oculta una parte de la imagen de origen con borde de campo curvado.

Sin embargo, también puede estar previsto que el dispositivo para dividir la imagen de origen presente un dispositivo electrónico para la generación electrónica del primer y/o segundo subcampo con un borde de campo al menos en parte arqueado.

En este caso los píxeles de la imagen de origen (pantalla) se activan de tal modo que una parte de los píxeles se quede oscura, teniendo la disposición de los píxeles oscuros un borde arqueado.

Además, la disposición de acoplamiento puede presentar un tercer elemento de acoplamiento para acoplar un tercer subcampo de la imagen de origen, estando dispuesto el tercer subcampo entre el primer y el segundo subcampo, y presentando el tercer subcampo terceros bordes de campo, de los cuales uno es directamente adyacente al primer borde de campo y el otro es directamente adyacente al segundo borde de campo, y estando los dos terceros bordes de campo arqueados.

Así, en esta configuración la imagen de origen se divide en al menos tres subcampos, de los cuales los subcampos externos tienen bordes arqueados al menos en un lado y el subcampo central tiene bordes arqueados a ambos lados. Los bordes de campo arqueados individuales están arqueados en cada caso uno respecto a otro aproximadamente de manera complementaria de modo que, si un borde de campo está arqueado de manera cóncava, el borde de campo directamente contiguo está arqueado de manera convexa, o viceversa.

Sin embargo, en el marco de la presente invención no sólo es posible dividir la imagen de origen en subcampos, cuyos bordes de campo adyacentes entre sí están arqueados, sino que también es posible que el primer subcampo y/o el segundo subcampo tenga/n un borde arqueado en un borde de campo externo. Por consiguiente, en esta configuración, no sólo los bordes de campo adyacentes de los al menos dos subcampos están arqueados, sino que al menos un borde de campo de al menos uno de los subcampos que no es adyacente a un borde de campo del otro subcampo, está arqueado.

Aunque ya puede alcanzarse un campo de visión más amplio con respecto al estado de la técnica cuando la imagen de origen se divide en conjunto en sólo dos subcampos, de los cuales cada uno se transmite individualmente, en general está previsto que la disposición de acoplamiento presente un número de N elementos de acoplamiento, siendo N un número entero > 2, que están dispuestos para el acoplamiento de luz de N subcampos diferentes de la imagen de origen con ángulos de campo de N rangos de ángulo de campo diferentes, del espectro de ángulo de campo en la disposición de conductor de luz.

La división de la imagen de origen en más de dos subcampos tiene la ventaja de que pueden alcanzarse campos de visión particularmente amplios con un ancho de banda espectral amplio. No obstante, también se requieren más elementos de acoplamiento, y dado el caso entonces la disposición de conductor de luz presenta un mayor número de conductores de luz, lo que puede llevar a una mayor complejidad del sistema óptico.

Se alcanza una mejora adicional del sistema óptico según la invención porque la disposición de acoplamiento presenta preferiblemente al menos dos primeros y al menos dos segundos elementos de acoplamiento, estando dispuesto uno de los dos primeros y uno de los dos segundos elementos de acoplamiento para el acoplamiento de luz del primer subcampo o del segundo subcampo en un primer rango de longitudes de onda en la disposición de conductor de luz, y estando dispuesto el otro de los dos primeros y el otro de los dos segundos elementos de acoplamiento para el acoplamiento de luz del primer subcampo o del segundo subcampo en un segundo rango de longitudes de onda, que es diferente del primer rango de longitudes de onda, en la disposición de conductor de luz.

Con esta medida, además de la división espacial de la imagen de origen en varios subcampos también tiene lugar una división del rango espectral global procedente de la imagen de origen, en diferentes subrangos espectrales (“diferentes canales de color”). Con esta medida pueden reducirse o incluso eliminarse los efectos desventajosos descritos al principio de la dependencia de la longitud de onda de la difracción con una configuración correspondiente de los elementos de acoplamiento, de modo que en conjunto pueda alcanzarse una transmisión policromática de la imagen de origen con un campo de visión amplio.

Preferiblemente, con la medida mencionada anteriormente, el espectro de longitudes de onda se subdivide en tres rangos de longitudes de onda, preferiblemente en rojo, verde y azul. La división del rango espectral global de la luz procedente de la imagen de origen puede alcanzarse, por ejemplo, mediante filtros espectrales.

En un perfeccionamiento preferido de la medida mencionada anteriormente la disposición de conductor de luz presenta, para la propagación de luz en el primer rango de longitudes de onda, un primer conductor de luz y, para la propagación de luz en el al menos un segundo rango de longitudes de onda, al menos un segundo conductor de luz separado.

Así, para la transmisión de los diferentes rangos de longitudes de onda, según esta configuración, se utilizan canales de transmisión separados. A este respecto, los conductores de luz individuales están dispuestos uno sobre otro o apilados preferiblemente de manera transversal a la dirección de propagación de la luz en los conductores de luz.

En otra configuración preferida la disposición de conductor de luz presenta un primer conductor de luz, en el que el primer elemento de acoplamiento acopla la luz procedente del primer subcampo, y al menos un segundo conductor de luz, en el que el al menos un segundo elemento de acoplamiento acopla la luz procedente del al menos un segundo subcampo.

En esta configuración, para la transmisión de los subcampos individuales de la imagen de origen también se utiliza en cada caso un canal de transmisión propio, que pueden estar dispuestos situados uno sobre otro.

En relación con la medida mencionada anteriormente de la división espectral de la luz de la imagen de origen en tres canales de color y en caso de que la imagen de origen se divida espacialmente en dos subcampos, así, en conjunto se obtienen 2 x 3, es decir, seis canales de transmisión para la imagen de origen, según la división de la imagen de origen en dos subcampos y del espectro de longitudes de onda en tres rangos de longitudes de onda.

Sin embargo, alternativamente a la configuración mencionada anteriormente, la disposición de conductor de luz también puede presentar un conductor de luz, en el que el primer elemento de acoplamiento acople la luz del primer subcampo y el al menos un segundo elemento de acoplamiento acople la luz del al menos un segundo subcampo, estando dispuestos el primer elemento de acoplamiento y el segundo elemento de acoplamiento en zonas de extremo opuestas del conductor de luz.

En una configuración similar la disposición de conductor de luz puede presentar un conductor de luz, en el que el primer elemento de acoplamiento acople la luz procedente del primer subcampo y el al menos un segundo elemento de acoplamiento acople la luz procedente del al menos un segundo subcampo, presentando el conductor de luz dos segmentos primero y segundo paralelos entre sí y, en un primer extremo, un tercer segmento perpendicular al primer y segundo segmento, estando dispuestos el primer y segundo elemento de acoplamiento en segundos extremos libres del conductor de luz.

En estas configuraciones resulta ventajoso que la disposición de conductor de luz presente en conjunto menos conductores de luz o capas, lo que lleva a una construcción más delgada transversalmente a la propagación de la luz en la disposición de conductor de luz. Otra ventaja de estas configuraciones consiste en que se reducen las pérdidas por reflexión en la transmisión de la imagen de origen. Otra ventaja consiste en que la disposición de desacoplamiento sólo requiere unos pocos elementos de desacoplamiento.

En otra configuración preferida la disposición de desacoplamiento presenta un primer elemento de desacoplamiento, que está dispuesto para desacoplar la luz del primer subcampo de la imagen de origen, de la disposición de conductor de luz, y al menos un segundo elemento de desacoplamiento, que está dispuesto para desacoplar la luz del al menos un segundo subcampo de la imagen de origen, de la disposición de conductor de luz.

En esta configuración los al menos dos subcampos de la imagen de origen se desacoplan de la disposición de conductor de luz a través de elementos de desacoplamiento asociados específicamente al respectivo subcampo. Esto tiene particularmente la ventaja de que el respectivo elemento de desacoplamiento puede adaptarse individualmente con respecto al elemento de acoplamiento correspondiente, en particular puede estar configurado de manera simétrica al mismo o al menos con el mismo periodo de rejilla.

En relación con una de las configuraciones mencionadas anteriormente, según la cual la disposición de conductor de luz presenta al menos dos conductores de luz para la transmisión de los al menos dos subcampos, además se prefiere que el primer elemento de desacoplamiento desacople luz del primer conductor de luz y que el segundo elemento de desacoplamiento desacople luz del segundo conductor de luz.

En relación con una de las medidas mencionadas anteriormente, según la cual los al menos dos subcampos se transmiten mediante un conductor de luz común, preferiblemente está previsto que el primer elemento de desacoplamiento y el segundo elemento de desacoplamiento desacople luz de un conductor de luz.

En este contexto además se prefiere que la disposición de desacoplamiento presente una pluralidad de primeros elementos de desacoplamiento y una pluralidad de segundos elementos de desacoplamiento, estando dispuestos los primeros y los segundos elementos de desacoplamiento de manera alternante a lo largo del conductor de luz.

La medida mencionada anteriormente tiene la ventaja de una construcción particularmente compacta del sistema óptico.

En una configuración más preferida, ventajosa en particular en combinación con una o varias de las configuraciones mencionadas anteriormente, según la cual la disposición de conductor de luz presenta un conductor de luz común, en el que se acoplan los al menos dos subcampos, está previsto que la disposición de desacoplamiento sólo presente un primer elemento de desacoplamiento.

En este sentido resulta ventajoso que pueda reducirse el número de elementos de desacoplamiento, que son necesarios para el sistema óptico.

En otras configuraciones preferidas el primer elemento de acoplamiento y/o el al menos un segundo elemento de acoplamiento presenta una estructura de rejilla de difracción óptica transmisiva o una estructura de rejilla de difracción óptica reflectante.

Del mismo modo, el primer elemento de desacoplamiento y/o el al menos un segundo elemento de desacoplamiento puede presentar una estructura de rejilla de difracción óptica transmisiva o una estructura de rejilla de difracción óptica reflectante.

Las estructuras de rejilla de difracción ópticas reflectantes, en particular en forma de rejillas metálicas, tienen durante el acoplamiento la ventaja de una mayor eficacia de acoplamiento, que también es homogénea sobre el ángulo de incidencia. Para la polarización TM (transversal magnética) la eficacia de acoplamiento es casi constante, de modo que podría preferirse un acoplamiento polarizado. Por otro lado, el uso de la luz polarizada significa una pérdida del 50% de la intensidad, y un acoplamiento no polarizado es mucho más sencillo. Sin embargo, como la estructura de rejilla de difracción polariza, tras el acoplamiento puede alcanzarse una mezcla de las dos polarizaciones al colocar divisores de haz en o entre los conductores de luz, de modo que las trayectorias del haz pasen varias veces por los divisores de haz, permitiendo que el 50% pase a cada polarización, provocando así la mezcla de las dos polarizaciones.

En otra configuración preferida la estructura de rejilla de difracción presenta unos nervios, que están inclinados con respecto a la base de rejilla, o la estructura de rejilla de difracción es una rejilla en diente de sierra (Blazegitter).

Se preferirán las estructuras de rejilla de difracción con nervios inclinados y rejillas en diente de sierra para el sistema óptico de un sistema de visualización con respecto a las rejillas binarias en cuanto a su eficacia de acoplamiento o desacoplamiento. En particular, las rejillas en diente de sierra tienen la ventaja de que su eficacia de difracción puede ser máxima en un orden de difracción determinado y mínima en los demás órdenes de difracción.

En caso de que la disposición de desacoplamiento sólo presente un elemento de desacoplamiento, como puede estar previsto en una configuración mencionada anteriormente, este elemento de desacoplamiento puede presentar el mismo periodo de rejilla por su extensión a lo largo del conductor de luz, aunque una forma variable de las estructuras de rejilla para, de este modo, desacoplar los dos subcampos, que se transmiten a través de un conductor de luz, de una manera adecuada.

A este respecto puede estar previsto que la forma de las estructuras de rejilla sea simétrica en una zona central del elemento de desacoplamiento y que sea cada vez más asimétrica en zonas a ambos lados de la zona central.

Por ejemplo, la zona central del elemento de desacoplamiento puede presentar una estructura de rejilla sinusoidal, que tenga la misma eficacia de desacoplamiento para los dos subcampos, mientras que en zonas a ambos lados de la zona central la estructura de rejilla tiene cada vez más la forma en diente de sierra, y la eficacia de desacoplamiento para, en cada caso, uno de los subcampos está optimizada, siendo opuesta la inclinación de las estructuras de rejilla en diente de sierra en ambas zonas a ambos lados de la zona central.

En otra configuración preferida la estructura de rejilla de difracción del primer elemento de acoplamiento y la estructura de rejilla de difracción del primer elemento de desacoplamiento presenta el mismo periodo de rejilla, y/o la estructura de rejilla de difracción del segundo elemento de acoplamiento y la estructura de rejilla de difracción del segundo elemento de desacoplamiento presentan el mismo periodo de rejilla.

Con esta medida se alcanza una simetría entre acoplamiento y desacoplamiento, es decir, un rayo de luz, que incide desde la imagen de origen con un ángulo de campo determinado sobre la disposición de acoplamiento, se desacopla de la disposición de conductor de luz mediante la disposición de desacoplamiento con el mismo ángulo de campo. Dicho de otro modo, los ángulos de incidencia iguales se transmiten en ángulos de reflexión iguales.

En otra configuración preferida la disposición de conductor de luz es plana.

En este sentido resulta ventajoso que la disposición de conductor de luz y, en particular, la adaptación de los elementos de acoplamiento y de los elementos de desacoplamiento, es fácil de realizar porque no hay que tener en cuenta las aberraciones de frente de onda causadas por la curvatura de la disposición de conductor de luz.

En una configuración preferida alternativa la disposición de conductor de luz está curvada.

En este sentido resulta ventajoso que el sistema óptico con una disposición de conductor de luz curvada pueda integrarse más fácilmente en unas gafas utilizadas por el usuario, por ejemplo, cuando el sistema de visualización, en el que se utiliza el sistema óptico, está configurado como HDM.

Sin embargo, en relación con esto surge el problema de que debido a la curvatura de la disposición de conductor de luz aparecen aberraciones de frente de onda, cuyo origen son las reflexiones totales de la luz en las interfaces curvadas de la disposición de conductor de luz.

En un perfeccionamiento preferido de la medida mencionada anteriormente, la disposición de conductor de luz presenta una disposición de corrección difractiva entre la disposición de acoplamiento y la disposición de desacoplamiento para corregir aberraciones del frente de onda de la luz transmitida.

Las aberraciones de frente de onda, ya sean de naturaleza geométrica y/o cromática, que se producen por la curvatura de la disposición de conductor de luz, se compensan por medio de la disposición de corrección difractiva, que por ejemplo presenta una rejilla de difracción de corrección. La luz propagada entre el elemento de acoplamiento y el elemento de desacoplamiento a lo largo de la disposición de conductor de luz curvada, debido a la disposición de corrección difractiva, “ve” una disposición de conductor de luz plana. Esto a su vez tiene la ventaja de que para el cálculo del o de los elemento/s de acoplamiento y desacoplamiento pueden utilizarse las relaciones de una disposición de conductor de luz plana.

En otras configuraciones de este aspecto la disposición de corrección puede estar dispuesta a lo largo de la disposición de conductor de luz curvada sólo por segmentos o localmente. En este caso la disposición de corrección compensa las aberraciones acumulativas de frente de onda, que pueden producirse con las diversas reflexiones en la disposición de conductor de luz curvada. Sin embargo, alternativamente la disposición de corrección también puede estar realizada por toda la superficie de la disposición de conductor de luz curvada. Esto permite una compensación parcial de las aberraciones de frente de onda generadas en la disposición de conductor de luz curvada, por ejemplo la aberración de frente de onda generada por la respectiva reflexión directamente anterior o directamente posterior en la disposición de conductor de luz curvada. Así, en particular se corrigen aberraciones mediante la disposición de corrección, que se producen a consecuencia del conductor de luz curvado de un lugar de desacoplamiento al siguiente. Así dentro de una zona en la que se desacopla la luz por varios lugares de desacoplamiento, se garantiza una corrección completa de la trayectoria del haz de imagen y en cada lugar de desacoplamiento se ofrece al observador una imagen corregida de la imagen de origen.

La disposición de corrección puede configurarse tanto para la superficie interna (con respecto al radio de curvatura) como para la superficie externa o para ambas superficies de la disposición de conductor de luz curvada o del conductor de luz curvado. El efecto de la disposición de conductor de luz curvada sobre las aberraciones de frente de onda y aberraciones de color posiblemente inducidas pueden corregirse en una misma rejilla o en una segunda rejilla de la disposición de corrección.

A partir de la siguiente descripción y del dibujo adjunto se obtienen ventajas y características adicionales.

Se entiende que las características mencionadas anteriormente y las que todavía se explicarán a continuación, no sólo pueden utilizarse en la combinación indicada en cada caso, sino también en otras combinaciones o solas, sin apartarse del alcance de la presente invención.

En el dibujo se representan ejemplos de realización de la invención que se describirán con más detalle en lo sucesivo. Muestran:

la figura 1, un boceto esquemático para explicar las relaciones físicas del acoplamiento difractivo de dos rayos de luz en un conductor de luz y del desacoplamiento difractivo de los mismos para dos longitudes de onda diferentes; la figura 2, un conductor de luz con una disposición de acoplamiento y dos disposiciones de desacoplamiento según el estado de la técnica;

la figura 3, un diagrama, que muestra la relación máxima de la longitud de paso entre las reflexiones totales de un rayo de luz con una longitud de onda grande con respecto a la longitud de paso entre las reflexiones totales de un rayo de luz con una longitud de onda pequeña dentro de un conductor de luz para diferentes materiales de conductores de luz en función del campo de visión;

la figura 4, otro boceto esquemático para explicar las relaciones físicas con un acoplamiento difractivo de luz en un conductor de luz y la propagación de la luz mediante reflexión total en el conductor de luz;

la figura 5, un diagrama, que muestra el rango de longitudes de onda máximo transmisible en función del campo de visión;

la figura 6, un diagrama, que muestra el índice de refracción mínimo necesario del material de un conductor de luz en función del campo de visión;

la figura 7, un diagrama como en la figura 5, que muestra el rango de longitudes de onda máximo transmisible en función del campo de visión;

la figura 8, un boceto esquemático de un sistema óptico con multiplexación de colores;

la figura 9, un ejemplo de un sistema óptico, que no comprende todas las características de la presente invención; la figura 10, otro ejemplo de un sistema óptico;

la figura 11, otro ejemplo más de un sistema óptico;

las figuras 12A - E, otros ejemplos más de un sistema óptico según otro aspecto;

la figura 13, un boceto esquemático de dos formatos de imágenes de origen transmitidas o transmisibles;

la figura 14, un boceto esquemático de un sistema óptico para la transmisión de una imagen de origen;

la figura 15, dos bocetos esquemáticos de un espectro de ángulo de campo en el espacio k para ilustrar los rangos de ángulo de campo transmisibles de una imagen de origen;

la figura 16, otro boceto esquemático para explicar las relaciones de los ángulos de campo transmisibles en el espacio k;

la figura 17, bocetos esquemáticos adicionales para ilustrar ángulos de campo transmisibles en el espacio k;

la figura 18, un boceto esquemático similar al boceto inferior en la figura 17 con una imagen de origen dibujada; la figura 19, seis bocetos esquemáticos según los bocetos esquemáticos en la figura 17 para tres conductores de luz dispuestos uno detrás de otro en la línea de visión de un observador con tres periodos de rejilla diferentes de una respectiva rejilla de desacoplamiento;

la figura 20, tres bocetos esquemáticos de diferentes subcampos ligeramente solapados según los bocetos esquemáticos en la figura 19;

la figura 21, dos bocetos esquemáticos más para ilustrar rangos de ángulo de campo con bordes arqueados en la transmisión de una imagen de origen;

la figura 22, un boceto esquemático de un sistema óptico según la invención para la transmisión de una imagen de origen con tres conductores de luz, tres elementos de acoplamiento y tres elementos de desacoplamiento;

las figuras 23a) y b), dispositivos para la generación de un subcampo a partir de una imagen de origen con bordes arqueados en dos variantes de realización;

la figura 24, un boceto esquemático similar al boceto esquemático derecho en la figura 20 para ilustrar el efecto cuando la imagen de origen no se divide en varios subcampos con bordes arqueados;

la figura 25, un boceto esquemático de un sistema óptico para la transmisión de una imagen de origen según otro aspecto;

la figura 26, un boceto esquemático de otro sistema óptico para la transmisión de una imagen de origen con acoplamiento final de los subcampos de la imagen de origen;

la figura 27, un fragmento central del sistema óptico de la figura 26 para ilustrar una posibilidad de configuración de un elemento de desacoplamiento del sistema óptico en la figura 26;

la figura 28, un boceto esquemático para ilustrar los rangos de ángulo de campo transmisibles del sistema óptico en la figura 26 en una representación en el espacio k;

la figura 29, tres bocetos esquemáticos del encadenamiento de los subcampos transmitidos en el espacio k según los rangos de ángulo de campo transmisibles en la figura 28; y

la figura 30, un boceto esquemático de otro sistema óptico para la transmisión de una imagen de origen según otro aspecto.

Para entender mejor las configuraciones según la invención que todavía se describirán más abajo, de los sistemas ópticos para transmitir una imagen de origen, en primer lugar, con respecto a las figuras 1 a 8, se explicarán las relaciones físicas de un acoplamiento difractivo de luz en un conductor de luz, de la propagación de la luz en el conductor de luz y del desacoplamiento difractivo de la luz, del conductor de luz.

La figura 1 muestra en primer lugar una disposición de conductor de luz 100 con un conductor de luz 102, que está configurado como placa plana-paralela. En la disposición de conductor de luz 100 está dispuesta una disposición de acoplamiento difractiva 104 y una disposición de desacoplamiento difractiva 106.

La disposición de acoplamiento difractiva 104 presenta una estructura de rejilla de difracción transmisiva 108, que está configurada por ejemplo como rejilla en diente de sierra, y que está dispuesta en una primera superficie 110 del conductor de luz 102.

La disposición de desacoplamiento 106 presenta una estructura de rejilla de difracción 112, que está dispuesta en una superficie 114 opuesta a la superficie 110 y que también es transmisiva.

Además, en la figura 1 se muestran dos rayos de luz 116, 118, que inciden en perpendicular sobre la disposición de acoplamiento 104. Los dos rayos de luz 116 y 118 se acoplan en el conductor de luz 102 bajo difracción en la disposición de acoplamiento 104. Dentro del conductor de luz 102 se propagan los dos rayos de luz 116, 118 mediante reflexión total en las superficies 110 y 114. Una vez que los rayos de luz 116, 118 llegan a la disposición de desacoplamiento 112, se desacoplan del conductor de luz 102 bajo difracción. En este caso se supone que la luz del rayo de luz 118 tiene una longitud de onda mayor que la luz del rayo de luz 116. Por la dependencia de la longitud de onda de la difracción, en la disposición de acoplamiento 104 el rayo de luz 118 sufre una difracción del mismo orden de difracción con un ángulo de difracción mayor que el rayo de luz 116, como se deduce por la figura 1.

Por normal general, por medio del acoplamiento difractivo de luz en la disposición de conductor de luz 100 puede expandirse la pupila de salida de una imagen de origen, como se indica en la figura 1 con la zona EAP (pupila de salida expandida).

Cuando las estructuras de rejilla de difracción 108 y 112 son simétricas entre sí, se desacoplan los rayos de luz 116, 118 del conductor de luz 102 con un ángulo de reflexión, que es idéntico al ángulo de incidencia de los rayos de luz 116 y 118 sobre la disposición de acoplamiento 104, como se muestra en la figura 1 para una incidencia perpendicular de los rayos de luz 116, 118 sobre la disposición de acoplamiento 104. Sin embargo, esto también se aplica para la incidencia no perpendicular sobre la disposición de acoplamiento 104.

En la figura 1 se muestran dos zonas sombreadas 120a y 120b, que no son útiles para el acoplamiento de luz. La zona 120a no es útil porque la luz que sufre una difracción a esta zona no puede propagarse hacia la disposición de desacoplamiento 106. La zona 120b no es útil porque la luz que sufre una difracción a esta zona incide sobre la superficie 114 con un ángulo de incidencia que es menor que el ángulo crítico 122 de la reflexión total, de modo que la luz que sufre una difracción a esta zona sale de la superficie 114 al menos en parte y así tampoco puede propagarse hacia la disposición de desacoplamiento sin una pérdida de intensidad.

Como se deduce adicionalmente por la figura 1, por el múltiple desacoplamiento se desacopla menos luz con la menor longitud de onda (rayo de luz 116) que la luz con la mayor longitud de onda (rayo de luz 118). Esto lleva a una transmisión no fiel al color de imágenes de origen policromáticas.

La figura 2 muestra una disposición de conductor de luz 124 con una disposición de acoplamiento difractiva 126 y dos disposiciones de desacoplamiento difractivas 128 y 130. En el artículo mencionado al inicio de Tapani Levola: “Diffractive optics for virtual reality displays” se describe una disposición de este tipo. Esta disposición puede utilizarse para la transmisión binocular de una imagen de origen a una imagen de destino binocular. 0 y j designan los ángulos de un rayo de luz incidente 132 con respecto a un eje y o a un eje x.

Para que mediante la disposición de acoplamiento 126 sólo se acople el orden de difracción de orden 0 y ± 1, el periodo de rejilla d de la disposición de acoplamiento difractiva 126 tiene que cumplir con la siguiente condición:

siendo a = sen0 co s j y l la longitud de onda de la luz.

El orden de difracción de orden 0 quedará por debajo del ángulo crítico de la reflexión total, de modo que el orden de difracción de orden 0 no es útil, mientras que el orden de difracción de orden 1 puede propagarse hacia la disposición de desacoplamiento 128 y el orden de difracción de orden -1 hacia la disposición de desacoplamiento 130 y aquí puede desacoplarse respectivamente.

Así, a0,max es una medida para el ángulo de incidencia máximo de luz sobre la disposición de acoplamiento 126 con un periodo de rejilla d predeterminado de la disposición de acoplamiento 126, cuando sólo se utilice el orden de difracción 1 o -1. Deberán evitarse órdenes de difracción mayores, porque pueden producir imágenes fantasma. Como se explicó anteriormente con respecto a la figura 1, sin embargo, los ángulos de difracción para diferentes longitudes de onda de la luz son diferentes. Esto también ocurre para el orden de difracción de orden 1 así como el orden de difracción de orden -1. Esto tiene como consecuencia que, como se representa en la figura 1, la longitud de paso de los rayos de luz con diferente longitud de onda dentro del conductor de luz 102 entre, en cada caso, dos reflexiones totales sucesivas es diferente.

Cuando se considera el rango de longitudes de onda del espectro visible, que va de aproximadamente 425 nm (azul) a aproximadamente 675 nm (rojo), entonces se obtiene una diferencia nada despreciable en el tamaño de paso entre las reflexiones totales de los rayos de luz en el rango espectral rojo y los rayos de luz en el rango espectral azul. En la figura 3 se muestra un diagrama, en el que se muestra un coeficiente R, que indica la relación máxima de la longitud de paso entre las reflexiones totales de un rayo de luz con una longitud de onda máxima (en el rango visible) con respecto a la longitud de paso entre las reflexiones totales de un rayo de luz con una longitud de onda mínima (en el rango visible) dentro de un conductor de luz para diferentes materiales de conductores de luz en función del campo de visión (FOV) para diferentes materiales con diferentes índices de refracción. Se representan las curvas de coeficientes R para materiales con índices de refracción n=1,49; n=1,53; n=1,59; n=1,71 y n=1,85. Por la figura 3 se deduce que, a medida que aumenta el campo de visión, lo que conlleva ángulos de incidencia cada vez mayores sobre la disposición de acoplamiento, aumenta el coeficiente R, siendo sin embargo el aumento menor a medida que aumenta el índice de refracción. R no debería ser mayor de 5. Para R < 5, para el índice de refracción de n=1,49 más pequeño considerado en la figura 3, pueden alcanzarse sólo campos de visión de aproximadamente 15°, para el índice de refracción 1,85 más grande considerado en la figura 3, campos de visión de aproximadamente 32,5°.

Para el índice de refracción n=1,71, que presenta por ejemplo el material MGC171, es posible alcanzar un campo de visión de aproximadamente 25° con R=5, cuando la luz en el rango espectral rojo y la luz en el rango espectral verde/azul se transmiten por separado en conductores de luz separados y apilados.

Mediante la figura 4 se explican en general las relaciones de un acoplamiento difractivo de luz en una disposición de conductor de luz 136 y la propagación de la luz en la disposición de conductor de luz 136 por medio de reflexión total. Para ello, en la figura 4 se muestran dos rayos de luz incidentes 138 y 140, que inciden desde un medio con un índice de refracción n0 bajo los ángulos de incidencia ai,max y ai,min y se acoplan bajo difracción en la disposición de conductor de luz 136, que presenta un índice de refracción m.

En general para un procedente de un medio con el ángulo ai con el índice de refracción n0 en la disposición de conductor de luz 136 con el índice de refracción m con acoplamiento difractivo transmisivo en el lugar de acoplamiento A se aplica la ecuación de Fresnel:

X

«i sen a m = m — h n() sen a¡ ,

d

siendo m el orden de difracción, am el ángulo de difracción en el orden de difracción de orden m, d el periodo de rejilla de la disposición de acoplamiento y l la longitud de onda de la luz.

Para el orden de difracción de orden 0 (m=0) la ecuación de Fresnel se reduce a la ley de refracción de Snellius. En este caso am=0 es el ángulo de refracción. Para m = ±1, ±2, ... se deduce que el ángulo de difracción am es proporcional a la longitud de onda l (en comparación, la dependencia de la longitud de onda del índice de refracción ni es insignificante).

Para que un rayo de luz acoplado en la disposición de conductor de luz 136 pueda propagarse en la disposición de conductor de luz 136 mediante reflexión total, una condición adicional es que el ángulo de difracción am sea mayor que el ángulo crítico de la reflexión total aT.

El rayo de luz 140 en la figura 4 incide bajo el ángulo de incidencia máximo ai,max, que todavía sufre una difracción bajo el ángulo de difracción am,max a la disposición de conductor de luz 136. Sin embargo, como se deduce por la figura 4, este rayo de luz se propaga a lo largo de la superficie de la disposición de conductor de luz 136, y así ya no puede sufrir una reflexión total. El rayo de luz 138 incide bajo el ángulo de incidencia ai,min sobre la disposición de conductor de luz 136, y sufre una difracción bajo el ángulo de difracción am,min a la disposición de conductor de luz 136. Sin embargo, el ángulo de difracción am,min ya es el ángulo crítico de la reflexión total aT. Así, los rayos de luz 138 y 140 representan los rayos críticos teóricos más externos que pueden transmitirse mediante acoplamiento difractivo a la disposición de conductor de luz 136 a través de la disposición de conductor de luz. El ángulo entre estos dos rayos de luz 140, 138 es el espectro de ángulo de campo, o el campo de visión FOV máximo, que por tanto puede transmitirse.

Por la dependencia de los ángulos de difracción de la longitud de onda de la luz y a la condición, de que el acoplamiento de luz en la disposición de conductor de luz debe satisfacer la condición de la reflexión total, resulta que el espectro de ángulo de campo transmisible y, por tanto, el campo de visión, así como el espectro de longitudes de onda transmisible, están limitados. Para un material de la disposición de conductor de luz que tiene un índice de refracción comparativamente alto, como es el caso del material de policarbonato con un índice de refracción de 1,588, ni siquiera es posible transmitir todo el espectro de longitudes de onda visibles con un ancho espectral de 255 nm (425 nm a 680 nm) en un campo de visión de 0°.

En la figura 5 se ilustra esta circunstancia, en la que se representa el espectro de longitudes de onda A l que puede transmitirse en función del campo de visión (FOV) para una disposición de conductor de luz de policarbonato (n = 1,588). La línea continua muestra la curva para el espectro de longitudes de onda A l que puede transmitirse en teoría, y la línea discontinua la curva para el espectro de longitudes de onda A l que puede transmitirse en la práctica, en la que con respecto a la curva teórica se tuvo en cuenta una desviación de 5° con respecto a los ángulos de incidencia de los rayos críticos en teoría posibles (138, 140, véase la figura 4). Para el material de policarbonato puede alcanzarse un campo de visión teórico de casi 30° sólo con una transmisión absolutamente monocromática, y un espectro de longitudes de onda A l con un ancho espectral de 250 nm puede transmitirse incluso teóricamente sólo con un campo de visión de 0°. Los límites prácticos son incluso inferiores a los dos valores mencionados anteriormente, como se deduce por la figura 5 (línea discontinua).

La zona dibujada de manera sombreada en la figura 5 indica que pueden transmitirse longitudes de onda en un rango espectral con un ancho de 100 nm con un campo de visión de como máximo 14°.

La figura 6 muestra un diagrama, que ilustra el índice de refracción mínimo n en función del campo de visión a transmitir, cuando debe transmitirse todo el rango espectral visible A l con un ancho espectral de 255 nm.

La línea continua muestra la curva teórica del índice de refracción mínimo n, la línea discontinua 144 la curva práctica. La figura 6 muestra que para la transmisión de campos de visión amplios con todo el espectro de longitudes de onda visible son necesarios índices de refracción claramente superiores a 2. Así, para transmitir un campo de visión de 20° en todo el rango espectral de longitudes de onda visible, en la práctica es necesario un índice de refracción de 2,16 (línea vertical 146). Sin embargo, esto no puede conseguirse con los materiales habituales para fines ópticos. Por ejemplo, una línea 148 en la figura 6 muestra el índice de refracción de PTU, un episulfuro, y una línea 150 el índice de refracción de policarbonato, que en general son más adecuados como materiales ópticos. Además, debe considerarse que el uso de materiales con un índice de refracción claramente mayor de 2 tiene el inconveniente de que en la disposición de conductor de luz también pueden acoplarse órdenes de difracción de orden 2 y órdenes mayores, lo que, sin embargo, como ya se mencionó anteriormente, debería evitarse para evitar imágenes fantasma.

La figura 7 muestra de nuevo el diagrama en la figura 5, aunque ahora hay una zona sombreada que indica que puede transmitirse un espectro de longitudes de onda A l con un ancho de banda espectral de menos de 50 nm con un campo de visión de 20°.

Para poder transmitir una imagen de origen de manera policromática, es decir, en todo el rango espectral visible, se consideró el uso de, en cada caso, un canal de transmisión propio para la transmisión de rangos espectrales individuales, para solucionar el problema de diferentes longitudes de paso con diferentes longitudes de onda. Esto se ilustra en la figura 8.

La figura 8 muestra un sistema óptico 160 para transmitir una imagen de origen, con una disposición de conductor de luz 162, una disposición de acoplamiento difractiva 164 y una disposición de desacoplamiento difractiva 166. La disposición de conductor de luz 162 presenta tres conductores de luz 168, 170, 172 en una disposición apilada. Entre los conductores de luz 168 y 170, 172 se encuentra en cada caso un volumen de aire 169, 171, pudiendo estar ocupados sin embargo los volúmenes de aire 169, 171 también por un medio, cuyo índice de refracción es menor que los índices de refracción de los conductores de luz 168, 170, 172.

La disposición de acoplamiento 164 presenta tres elementos de acoplamiento 174, 176, 178, que en cada caso presentan estructuras de rejilla de difracción.

La disposición de desacoplamiento 166 presenta elementos de desacoplamiento 180, 182 y 184.

Los elementos de acoplamiento 174, 176, 178 están adaptados en cada caso a un rango de longitudes de onda determinado. El elemento de acoplamiento 174 está adaptado de tal modo que se acopla la luz (rayo 186) en el rango espectral rojo en el primer orden de difracción en el conductor de luz 168, mientras que la luz en el rango espectral verde y azul pasa sin sufrir difracción. El elemento de acoplamiento 176 está adaptado para producir una difracción de la luz (rayo 188) en el rango espectral verde, acoplándose la luz verde de manera correspondiente en el primer orden de difracción en el conductor de luz 170, mientras que la luz azul pasa sin sufrir difracción, y el elemento de acoplamiento 171 está adaptado para producir una difracción de la luz (rayo 190) en el rango espectral azul hacia el conductor de luz 172.

El elemento de desacoplamiento 180 está adaptado para desacoplar la luz en el rango espectral rojo del conductor de luz 168 de manera difractiva, mientras que los elementos de desacoplamiento 182 y 184 están adaptados para dejar pasar la luz en el rango espectral rojo sin difracción. De manera correspondiente el elemento de desacoplamiento 182 está adaptado para desacoplar la luz en el rango espectral verde de manera difractiva del conductor de luz 170, y el elemento de desacoplamiento 184 está adaptado para desacoplar la luz en el rango espectral azul del conductor de luz 172 de manera difractiva.

Los elementos de acoplamiento 174, 176, 178 están adaptados además de modo que la luz del respectivo rango espectral se acople en el conductor de luz 168, 170, 172 correspondiente aproximadamente con el mismo ángulo de difracción, de modo que el tamaño de paso entre reflexiones totales individuales dentro de los conductores de luz 168, 170, 172 sea igual.

El orden de la disposición de las rejillas 174, 176 y 178 para la difracción de los diferentes rangos espectrales no tiene que corresponder al orden en la figura 8 y puede estar adaptado a las necesidades y por ejemplo ser a la inversa.

Mediante la multiplexación de colores implementada con el sistema óptico 160 en la figura 8 puede transmitirse todo el espectro de longitudes de onda visible de una imagen de origen, sin embargo, el campo de visión del sistema óptico 160 sigue estando limitado a un rango angular inferior a 20°. Esto se deduce por las figuras 5 y 7, en las que se observa que por cada canal de transmisión con un rango espectral transmitido de un ancho espectral de 50 nm sólo puede alcanzarse un campo de visión de 20°, y con un rango espectral transmitido de un ancho espectral de 100 nm por canal incluso sólo un campo de visión de 14°.

Un estrechamiento adicional de los rangos espectrales individuales no es deseable en relación con las pantallas RGB como sensores de imagen y, además, como se muestra en las figuras 5 y 7, no conduce a ángulos de campo suficientemente grandes con FOV > 20°.

Con respecto a la figura 9 se describirá un ejemplo de un sistema óptico con el que pueden alcanzarse campos de visión de más de 20°.

La figura 9 muestra un sistema óptico 10 para transmitir una imagen de origen 12. El sistema óptico 10 presenta una disposición de conductor de luz 15, en la que puede propagarse luz mediante reflexión total. Además, el sistema óptico 10 presenta una disposición de acoplamiento óptica difractiva 16 para acoplar la luz 14 procedente de la imagen de origen 12, en la disposición de conductor de luz 15. El sistema óptico 10 presenta además una disposición de desacoplamiento óptica difractiva 17 para desacoplar la luz propagada en la disposición de conductor de luz 15, de la disposición de conductor de luz 15. La disposición de acoplamiento 16 presenta un primer elemento de acoplamiento difractivo 18 y un segundo elemento de acoplamiento difractivo 19. El primer elemento de acoplamiento difractivo 18 está dispuesto en un primer conductor de luz 20 de la disposición de conductor de luz 15, y el segundo elemento de acoplamiento difractivo 19 está dispuesto en un segundo conductor de luz 21 de la disposición de conductor de luz 15. En este sentido los dos conductores de luz 20 y 21 están dispuestos de manera apilada.

A diferencia de los sistemas ópticos descritos hasta ahora, la imagen de origen 12 se divide espacialmente en al menos dos subcampos 12a y 12b, acoplándose el primer subcampo 12a mediante el primer elemento de acoplamiento 18 en el conductor de luz 20, mientras que el segundo subcampo 12b se acopla separado del primer subcampo 12a mediante el segundo elemento de acoplamiento 19 en el segundo conductor de luz 21.

Según la división de la imagen de origen 12 en al menos dos subcampos 12a, 12b, ..., en el presente ejemplo exactamente en dos subcampos 12a y 12b, el espectro de ángulo de campo procedente de la imagen de origen 12 también se divide de manera correspondiente en varios, en este caso dos, rangos de ángulo de campo 22a y 22b. Así, de la primera subimagen 12a sale luz 14 con ángulos de campo de un primer rango de ángulo de campo 22a, y del segundo subcampo 12b sale luz 14 con ángulos de campo de un segundo rango de ángulo de campo 22b. Por ejemplo, el espectro de ángulo de campo procedente de la imagen de origen 12, con una división de la imagen de origen 12 en dos subcampos, puede dividirse en un primer rango de ángulo de campo con ángulos de campo en un rango de -a a 0° y en un segundo rango de ángulo de campo con ángulos de campo en un rango de 0° a a, correspondiendo un ángulo de campo de 0° a una dirección de incidencia de un rayo de luz en paralelo al eje óptico OA de un sistema óptico de imagen 25a, 25b.

Por ejemplo la división de la imagen de origen se realiza de forma que el primer subcampo 12a incluye ángulos de campo en un rango de ángulo de campo de 0° a 20°, mientras que el segundo subcampo 12b incluye ángulos de campo en un rango de ángulo de campo de -20° a 0°.

El primer subcampo 12a se acopla en el conductor de luz 20 mediante la primera disposición de acoplamiento 18, llegando mediante reflexión total a un primer elemento de desacoplamiento 23, mediante el cual se desacopla el primer subcampo 12a del conductor de luz 20.

El segundo subcampo 12b se acopla en el segundo conductor de luz 21 mediante el elemento de acoplamiento 19, al llegar mediante reflexión total a un segundo elemento de desacoplamiento 24, mediante el cual se desacopla el segundo subcampo 12b del conductor de luz 21. Tras el desacoplamiento de ambos subcampos 12a y 12b de la disposición de conductor de luz 15, los subcampos 12a y 12b transmitidos están superpuestos entre sí y se unen a toda la imagen de origen transmitida, siendo el campo de visión la suma de los rangos de ángulo de campo de las subimágenes 12a, 12b.

Así, mediante la división de la imagen de origen 12 en varios subcampos puede implementarse el sistema óptico 10 con un campo de visión más amplio, en el presente ejemplo con un campo de visión de 2 x 20° = 40°. Dicho de otro modo, mediante la división de la imagen de origen 12 en varios subcampos 12a, 12b, ... puede transmitirse todo el espectro de ángulo de campo de la imagen de origen 12.

Mientras que en el ejemplo mostrado la imagen de origen 12 se divide exactamente en dos subcampos, en general es posible dividir la imagen de origen 12 en N subcampos, siendo N un número entero > 2, presentando entonces la disposición de acoplamiento 16 N elementos de acoplamiento.

El concepto de la división de la imagen de origen 12 en una pluralidad de subcampos puede combinarse ahora además ventajosamente con la multiplexación de colores descrita con respecto a la figura 8. Esto puede implementarse dividiendo el primer subcampo 12a según la figura 8 en cuanto a su espectro de longitudes de onda en dos rangos de longitudes de onda (rojo y azul/verde) o en tres rangos de longitudes de onda (rojo, verde, azul) como se representa en la figura 8, asociándose por cada subimagen 12a, 12b a cada rango de longitudes de onda un elemento de acoplamiento propio como los elementos de acoplamiento 174, 176, 178 en la figura 8, y de manera correspondiente tres conductores de luz, como los conductores de luz 168, 170 y 172 en la figura 8.

Entonces, en conjunto, con una división de la imagen de origen 12 en cuanto al espectro de ángulo de campo en dos subcampos 12a, 12b y con una división adicional del espectro de longitudes de onda procedente de la imagen de origen 12 en tres rangos de longitudes de onda, se obtienen seis canales de transmisión con seis conductores de luz y seis elementos de acoplamiento. Entonces, del mismo modo está previsto un número correspondiente de seis elementos de desacoplamiento für los seis canales de transmisión.

Con respecto de nuevo a la figura 9 se han optimizado los elementos de acoplamiento 18 y 19 en cuanto a sus eficacias de difracción en el orden de difracción de orden 1 o -1. El primer elemento de acoplamiento 18 se ha optimizado para el acoplamiento del primer subcampo 12a en cuanto a su eficacia de difracción en el primer orden de difracción al rango de ángulo de campo 22a. El segundo elemento de acoplamiento 19 se ha optimizado para el acoplamiento del segundo subcampo 12b en cuanto a su eficacia de difracción en el primer orden de difracción al rango de ángulo de campo 22b, debiendo considerar en este caso la orientación de los ángulos de incidencia opuesta con respecto a los ángulos de incidencia del primer rango de ángulo de campo 22a con respecto al eje óptico OA, del rango de ángulo de campo 22b. Además, los elementos de acoplamiento 18 y 19 están adaptados de tal modo que los ángulos de difracción de los rayos de luz procedentes de los dos subcampos 12a, 12b, que menos el signo tienen el mismo ángulo de incidencia sobre los elementos de acoplamiento 18 y 19, se acoplan con el mismo ángulo de difracción en los conductores de luz 20 y 21, de modo que las longitudes de paso de estos rayos de luz entre las reflexiones totales son iguales, como se muestra en la figura 9.

El elemento de desacoplamiento 23 es simétrico al elemento de acoplamiento 18, de modo que los rayos de luz incidentes desde el subcampo 12a sobre el elemento de acoplamiento 18 con un ángulo de campo determinado se desacoplan del elemento de desacoplamiento 23 con el mismo ángulo de campo. Lo mismo ocurre con la adaptación del elemento de desacoplamiento 24 al elemento de acoplamiento 19 para el segundo subcampo 12b. La simetría mencionada anteriormente se alcanza en particular porque el periodo de rejilla del elemento de desacoplamiento 23 es igual al periodo de rejilla del elemento de acoplamiento 18. Del mismo modo el elemento de desacoplamiento 24 presenta un periodo de rejilla que es igual que el periodo de rejilla del elemento de acoplamiento 19.

Además, se minimiza la eficacia de difracción del elemento de desacoplamiento 24 en cuanto a la luz procedente del primer subcampo 12a, de modo que la luz procedente del subcampo 12a pueda pasar a través del elemento de desacoplamiento 24 sin sufrir una difracción o esencialmente sin sufrir una difracción.

A este respecto, los rangos espectrales y los periodos de rejilla necesarios dependen del índice de refracción del conductor de luz 21. A continuación se indican ejemplos para policarbonato. Si para el rango espectral se elige el rango espectral azul con longitudes de onda entre aproximadamente 430 nm y 470 nm, entonces para la primera rejilla 18 se obtiene un periodo de rejilla de aproximadamente 300 nm y para la segunda rejilla 19 un periodo de rejilla de aproximadamente 390 nm. Para el rango espectral verde con longitudes de onda entre 520 nm y 570 nm se obtienen periodos de rejilla de 360 nm o 470 nm. Por el contrario, para el rango espectral rojo entre 600 nm y 660 nm, los periodos de rejilla a elegir se encuentran en el rango de 420 nm o 550 nm para la primera o segunda rejilla 18 o 19 en cada caso. Los periodos de rejilla de las rejillas de desacoplamiento 23, 24 se configurarán en cada caso de manera análoga a las rejillas de acoplamiento 18, 19.

En el ejemplo mostrado en la figura 9 los elementos de acoplamiento 18, 19 y los elementos de desacoplamiento 23 y 24 están configurados en cada caso como elementos de acoplamiento o desacoplamiento transmisivos, y de manera correspondiente presentan estructuras de rejilla de difracción ópticas transmisivas.

Sin embargo, también es posible prever elementos de acoplamiento reflectantes y/o elementos de desacoplamiento reflectantes en lugar de elementos de acoplamiento transmisivos y elementos de desacoplamiento transmisivos, que entonces, de manera correspondiente, a diferencia de la disposición mostrada en la figura 9, se disponen en las superficies opuestas de los conductores de luz 20 o 21. En particular las rejillas en diente de sierra reflectantes han resultado ventajosas porque presentan una eficacia de difracción en el primer orden de difracción, prácticamente constante por el rango de ángulo de campo de 0° a 20° y de -20° a 0°. Los dos rangos de ángulo de campo pueden ser igual de grandes, aunque también pueden ser diferentes. Los dos rangos de campo pueden ser adyacentes entre sí o solaparse parcialmente. La homogeneidad del rango solapado puede ajustarse mediante la señal representada en la pantalla.

Las estructuras de rejilla de difracción mencionadas anteriormente pueden estar configuradas como rejillas en diente de sierra en el caso de estructuras de rejilla de difracción tanto transmisivas como reflectantes, o presentar nervios trapezoidales o rectangulares, inclinados con respecto a la base de rejilla.

La división de la imagen de origen 12 en varios subcampos 12a, 12b, ... puede implementarse proporcionando un número correspondiente de imágenes de origen 12 idénticas, consiguiéndose por ejemplo por medio de diafragmas que desde cada una de estas imágenes de origen sólo salga luz de un subcampo.

En la figura 10 se muestra otra posibilidad para la división de la imagen de origen 12 en subcampos 12a, 12b, .... Según la figura 10 la imagen de origen 12 se divide por medio de elementos de desviación ópticos 30a, 30b, ... en los subcampos 12a, 12b, .... En este caso la imagen de origen sólo tiene que proporcionarse una vez.

Por lo demás la descripción con respecto a la figura 9 también es válida para la figura 10.

La figura 11 muestra otro ejemplo de un sistema óptico 10’, en el que los elementos, comparables o idénticos a los elementos de los ejemplos en las figuras 9 y 10 tienen el mismo número de referencia, al que se ha añadido u n ......

El sistema óptico 10’ presenta una disposición de conductor de luz 15’, que sólo presenta un conductor de luz 20’, que sirve para la transmisión del subcampo 12a’ y del subcampo 12b’. El subcampo 12a’ se acopla mediante un elemento de acoplamiento difractivo 18’ y el subcampo 12b’ se acopla mediante un elemento de acoplamiento difractivo 19’ en el conductor de luz 20’ común.

La disposición de desacoplamiento 17’ presenta una pluralidad de elementos de desacoplamiento difractivos 24’ y una pluralidad de elementos de desacoplamiento difractivos 23’, que están dispuestos de manera alternante a lo largo del conductor de luz 20’, como se muestra a modo de ejemplo en la figura 11. Los elementos de desacoplamiento 24’ y 23’ individuales deberían presentar en cada caso una extensión de aproximadamente 1 mm. La extensión está limitada para un sistema óptico montado en la cabeza por el diámetro de pupila del observador. La pupila presenta aproximadamente un diámetro de 3-4 mm. Para que las dos subimágenes sean visibles al mismo tiempo, la extensión debe elegirse menor que el diámetro de pupila (división de pupila). Por otro lado, la extensión de los elementos de desacoplamiento limita la resolución óptica de la imagen transmitida, de modo que es deseable una extensión lo más grande posible. Se ha demostrado que una extensión de 0,6 mm - 1,5 mm permite un compromiso ideal con respecto a resolución y homogeneidad de la impresión visual.

En la figura 11 los elementos de acoplamiento y los elementos de desacoplamiento presentan en cada caso el mismo periodo de rejilla. En otra forma de realización los dos elementos de desacoplamiento 23’ y 24’ pueden estar configurados como rejilla sinusoidal. De este modo se garantiza que en cada lugar el elemento de desacoplamiento desacople luz de ambos subcampos 12a’ y 12b’ con una eficacia media. De este modo se evitan las desventajas indicadas anteriormente de la división de pupila y la homogeneidad de la impresión visual. A este respecto, la forma de surco exacta de la rejilla sinusoidal puede variar simétricamente por la zona de desacoplamiento, para garantizar un desacoplamiento homogéneo por toda la zona de desacoplamiento. A este respecto, se aumenta en cada caso la eficacia del desacoplamiento de los rayos de luz de la subimagen más alejada en el trayecto de la luz, por ejemplo el elemento de desacoplamiento en la zona izquierda está configurado de manera similar a la forma de una rejilla en diente de sierra para la radiación de la mitad de campo derecha 12b’ (comparable a 24’), por el contrario, en la zona derecha está configurado similar a la forma de una rejilla en diente de sierra para la radiación de la mitad de campo izquierda 12a’ (comparable a 23’), en el centro como una rejilla sinusoidal simétrica y entremedias, en cada caso, hay una transición continua.

En conjunto se obtiene una disposición simétrica del sistema óptico 10’, y en combinación con la multiplexación de colores según la figura 8, el número de conductores de luz de la disposición de conductor de luz 15’ se divide a la mitad, es decir, con una división del espectro de longitudes de onda en tres rangos de longitudes de onda transmitidos por separado son necesarios en conjunto sólo tres conductores de luz.

Las disposiciones de conductor de luz 15 y 15’ descritas anteriormente están configuradas en cada caso como disposiciones de conductor de luz planas. Esto simplifica el cálculo y la optimización de los elementos de acoplamiento 18 o 18’ así como 19 o 19’ y de los elementos de desacoplamiento 23 o 23’ y 24 o 24’ en cuanto a sus propiedades de difracción para el uso descrito anteriormente. Sin embargo, para una integración de los sistemas ópticos 10 o 10’ en unas gafas utilizadas por el usuario, que habitualmente presentan cristales curvados, es deseable que las disposiciones de conductor de luz 15 o 15’ puedan estar curvadas.

En las figuras 12A a 12E se muestran ejemplos de sistemas ópticos 40 con una disposición de conductor de luz curvada 42 con un conductor de luz curvado 44. La luz 47, que procede de una imagen de origen no representada, se acopla en el conductor de luz 44 mediante una disposición de acoplamiento 46 y se vuelve a desacoplar del mismo mediante una disposición de desacoplamiento 48. Entre la disposición de acoplamiento 46 y la disposición de desacoplamiento 48 se encuentra una disposición de corrección 50, que está configurada para corregir las aberraciones geométricas y/o cromáticas del frente de onda, que se producen por las reflexiones totales a lo largo del trayecto curvado de la disposición de conductor de luz 42.

La disposición de corrección 50 es en este caso una disposición de corrección difractiva, que presenta una estructura de rejilla de difracción. El punto principal de la configuración en la disposición de corrección 50 es el efecto de corrección de las aberraciones de frente de onda. La estructura de rejilla de difracción de la disposición de corrección puede calcularse de manera correspondiente a las aberraciones a corregir. Las figuras 12A a 12E muestran diferentes ejemplos de disposiciones de corrección 50.

En un primer ejemplo según la figura 12A de una disposición de corrección 50 configurada sólo por segmentos, la disposición de corrección 50 compensa las aberraciones acumulativas de frente de onda, que se producen en las también varias reflexiones en el conductor de luz curvado 44. En la figura 12C se muestra otra disposición de corrección 50 configurada sólo por segmentos. En este caso por ejemplo es posible configurar la rejilla de corrección 50a para la corrección del color y la rejilla de corrección 50 para la corrección geométrica del frente de onda.

En otro ejemplo según la figura 12B, la disposición de corrección 50 está realizada por toda la superficie del conductor de luz curvado 44. Esto permite una compensación parcial de las aberraciones de frente de onda generadas en el conductor de luz curvado 44, por ejemplo, la aberración de frente de onda generada por la respectiva reflexión directamente anterior o directamente posterior en el conductor de luz curvado. Así, en particular se corrigen aberraciones mediante la disposición de corrección 50, que se producen por el conductor de luz curvado de un lugar de desacoplamiento al siguiente (véase para ello también los ejemplos en las figuras 12D y E, en los que se muestran varios rayos de luz desacoplados). Así, dentro de una zona en la que se desacopla la luz por varios lugares de desacoplamiento, se garantiza una corrección completa de la trayectoria del haz de imagen y en cada lugar de desacoplamiento se ofrece al observador una imagen corregida de la imagen de origen. Las figuras 12D y 12E muestran ejemplos de una disposición de corrección 50 que se extiende al menos por segmentos también por la zona de desacoplamiento 48.

La disposición de corrección 50 puede configurarse tanto para la superficie interna (con respecto al radio de curvatura) como para la superficie externa o para ambas superficies del conductor de luz curvado. El efecto del conductor de luz curvado sobre las aberraciones de frente de onda y aberraciones de color posiblemente inducidas pueden corregirse en una misma rejilla o en una segunda rejilla de la disposición de corrección.

Mediante el elemento de corrección 50 es posible calcular la disposición de acoplamiento 46 y la disposición de desacoplamiento 48 ventajosamente como para una disposición de conductor de luz plana, tal como se muestra en los ejemplos anteriores.

El aspecto descrito anteriormente puede preverse en los ejemplos según las figuras 9 a 11, de modo que las disposiciones de conductor de luz 15 o 15’ también pueden estar curvadas.

Sin embargo, el presente aspecto también puede utilizarse independientemente de los aspectos descritos en relación con las figuras 9 a 11.

A continuación, con respecto a las figuras 13 a 30, se describirán aspectos y ejemplos de realización adicionales de sistemas ópticos para la transmisión de una imagen de origen. En la medida en que a continuación se utilicen las asignaciones espaciales “arriba”, “abajo”, “lateral”, “izquierda”, “derecha”, estos términos sólo se eligen por razones de comprensión más sencilla. Estos términos espaciales se refieren al caso en el que un sistema óptico para transmitir una imagen de origen es llevado por un usuario en la cabeza, por ejemplo, a modo de gafas.

En la descripción anterior, en cada caso se ha indicado una limitación de un campo de visión o ángulo de campo alcanzable de, por ejemplo 20°. Esta limitación, como resulta evidente por la descripción anterior, se aplica en la dirección, en la que la luz se acopla en la disposición de conductor de luz y se guía a lo largo de la disposición de conductor de luz. En esta dirección, el guiado de la luz está sujeto a las condiciones de la reflexión total, como se describió anteriormente. Esta dirección también se denomina dirección crítica. Se entiende que el campo de visión o el ángulo del campo de imagen de la imagen de origen transmitida sólo están limitados en la dirección crítica. En la otra dirección perpendicular el ángulo del campo de imagen puede aumentar.

La figura 13 muestra campos de imagen alcanzables en formato vertical “3:4” y en formato horizontal “16:9” con diferentes direcciones de acoplamiento o direcciones críticas indicadas por flechas.

Para una representación en formato vertical con relación de aspecto de 3:4, con un acoplamiento desde la derecha o izquierda para materiales típicos de la disposición de conductor de luz, se obtiene un campo de imagen máximo de aproximadamente 20° x 27° con una diagonal de 33°. En este caso, la dirección crítica es la dirección horizontal. Para una representación en formato horizontal con relación de aspecto de 16:9, con un acoplamiento desde arriba o abajo, se obtiene un campo de imagen máximo o campo de visión de 36° x 20° con un campo de visión diagonal de 41 °. En este caso, la dirección crítica es la dirección vertical. A este respecto, el límite se aplica en cada caso para disposiciones de conductor de luz con conductores de luz de policarbonatos con un índice de refracción de 1,588, con episulfuros como PTU con índices de refracción de hasta 1,78 pueden alcanzarse campos de visión más amplios en aproximadamente 10°. Mediante el principio según la invención de la composición de varios rangos de ángulo de campo o subcampos de la imagen de origen pueden alcanzarse campos de visión o ángulos de campo más amplios. Así, en el formato horizontal con la dirección vertical como dirección crítica puede alcanzarse por ejemplo aproximadamente 60° x 34° con una diagonal de 80°.

La figura 14 muestra un boceto esquemático de un sistema óptico 200 para la transmisión de una imagen de origen en una disposición para el ojo derecho con un acoplamiento horizontal lateral de una imagen de origen. La luz de una pantalla o imagen de origen 202 se dirige mediante un sistema óptico 204 hacia un elemento de acoplamiento 208 dispuesto en un conductor de luz 206, por medio de reflexión total se guía a través del conductor de luz 206 y mediante un elemento de desacoplamiento 210 se desacopla en el ojo derecho 212 del usuario. La luz procedente de la imagen de origen 202 hasta el ojo 212 del usuario se ilustra con una línea discontinua 214. Un sistema de coordenadas 216 en la figura 14 muestra la dirección del eje x y del eje z. Este último indica la línea de visión del ojo. Según la definición anterior, el eje x y el eje z definen un plano horizontal. Así, la figura 14 es una vista en planta del sistema 200 de arriba abajo.

La figura 15 muestra los ángulos de campo transmitidos en el conductor de luz 206 en el dominio de frecuencia espacial o espacio k. Los índices “x” y “z” se refieren al sistema de coordenadas 216 en la figura 14. La siguiente consideración se aplica para una longitud de onda l . La subimagen superior en la figura 15 muestra un corte a través de las esferas de Ewald en el plano kz-kx, y la subimagen inferior en la figura 15 un corte a través de las esferas de Ewald en el plano ky-kx vertical.

El círculo pequeño 218 con radio 2p/1 representa en cada caso un corte a través de la esfera de Ewald de la luz por fuera del conductor de luz 206 con índice de refracción 1. El círculo grande 220 con radio n2p/1 representa en cada caso un corte a través de la esfera de Ewald de la luz dentro del conductor de luz 206 con índice de refracción n. Para que la luz se guíe en el conductor de luz 206 mediante reflexión total, la componente x del vector K en el conductor de luz 206 tiene que ser mayor de 2p/1. Este ángulo crítico se representa mediante una línea discontinua perpendicular 222. El espectro angular guiado de la luz 214 se extiende entonces hasta un ángulo de propagación paralelo a la interfaz 224 (figura 14) del conductor de luz 206. Por motivos prácticos, para la luz 214 guiada se elige un rango angular algo menor, por ejemplo, como ángulo más pequeño un ángulo que es 5° mayor que el ángulo crítico de la reflexión total, y como ángulo más grande un ángulo que es 15° menor que el ángulo paralelo a las interfaces, como ya se describió anteriormente por ejemplo con respecto a las figuras 5 a 7. Estos dos ángulos críticos se representan mediante líneas de puntos 226, 228.

De este modo se obtiene un rango angular guiado en el conductor de luz 206 en el espacio k, que está limitado en la dirección crítica (horizontal) a un rango angular que, en la subimagen superior en la figura 15, se representa con líneas transversales y que tiene el número de referencia 230. En la dirección no crítica (plano x-y, subimagen inferior en la figura 15) no hay limitaciones, porque la luz se guía en cada dirección en el conductor de luz 206 mediante reflexión total.

El espectro angular guiado en el rango angular 230 a través del conductor de luz 206 puede sufrir ahora una difracción mediante un elemento de desacoplamiento 210 adecuado, por ejemplo, en forma de rejilla lineal, fuera del conductor de luz 206 y proporcionarse al ojo 212 del observador. Esto se representa en las figuras adicionales que se describirán a continuación.

En primer lugar, en la figura 16 se muestra un vector de onda Ki que incide sobre el elemento de desacoplamiento 210 en forma de rejilla de desacoplamiento. Para la difracción en la rejilla tiene que cumplirse la ecuación de Laue:

Por tanto, el vector de onda Ks difractado en la rejilla sólo puede distinguirse del vector de onda Ki incidente por un vector de rejilla G. Para el caso en el que el elemento de desacoplamiento 210 es una rejilla lineal monofrecuencia, situada paralela a la superficie 224 del conductor de luz 206, los posibles vectores de rejilla para, en cada caso, un orden de difracción de la rejilla de desacoplamiento, se sitúan en una línea perpendicular 232. El vector de onda difractado Ks (flecha 234) termina partiendo del extremo del vector de onda incidente Ki en un punto de intersección de la esfera de Ewald con radio n2p/1 y la línea perpendicular 232 de los posibles vectores de rejilla. Mediante la difracción en la interfaz 224 del conductor de luz 206 no cambia la componente transversal del vector de onda, de modo que el vector de onda de la luz por fuera de la guía de ondas 206 partiendo del extremo del vector de onda incidente Ki termina en un punto de intersección de la esfera de Ewald con radio 2p/1 y la línea perpendicular 232 de los posibles vectores de rejilla, como se representa con una flecha 236. Con esta construcción según la figura 16, como se explica a continuación, puede representarse el ángulo de campo transmitido por un conductor de luz, como el conductor de luz 206 con un elemento de desacoplamiento 210 en forma de rejilla lineal.

Para ello la figura 17 muestra la representación del espacio k como en la figura 15, estando representadas adicionalmente la línea 232 de los posibles vectores de rejilla y las líneas 226 y 228 de los ángulos críticos del rango de ángulo de campo transmitido por fuera del conductor de luz 206. En la subimagen inferior de la figura 17 se representa el rango de ángulo de campo transmitido mediante la representación del espacio k en una proyección. El rango de ángulo de campo transmitido se obtiene a partir del solapamiento de la proyección de la esfera de Ewald con radio 2p/1, que está centrada con respecto a la línea de frecuencia de rejilla 232, y el rango angular guiado en el conductor de luz 206 de la figura 15. Así, el rango de ángulo de campo está limitado de manera arqueada a cada lado (en la dirección del eje x) y presenta en conjunto una forma curvada, como se muestra en la subimagen inferior de la figura 15 con la zona sombreada. La zona sombreada representa el rango de ángulo de campo transmisible.

La figura 18 muestra un rectángulo 240 dibujado en el rango de ángulo de campo 238 arqueado transmisible con una relación de aspecto de 16:9 (formato vertical). Un rango de ángulo de campo rectangular con relación de aspecto de 16:9 asciende, en el caso de utilizar policarbonato y las distancias angulares indicadas anteriormente con respecto al respectivo ángulo crítico, a aproximadamente 20° x 35°, lo que corresponde a una diagonal de imagen de aproximadamente 40°.

Las observaciones hasta el momento han hecho referencia a un periodo de rejilla determinado o una frecuencia de rejilla determinada de la rejilla de desacoplamiento 210 en la figura 14. Mediante la configuración de la rejilla de desacoplamiento puede cambiarse el rango de ángulo de campo transmisible. Esto se muestra en la figura 19 para tres rejillas de desacoplamiento diferentes con tres periodos de rejilla diferentes con, en cada caso, un 60% de la longitud de onda l , 78% de la longitud de onda l y 107% de la longitud de onda l (en vacío), existiendo en lugar del conductor de luz 206 en la figura 14 tres conductores de luz, que están dispuestos uno detrás de otro en la dirección del eje z (como se muestra por ejemplo en la figura 22), estando asociada a cada uno de estos conductores de luz una de las rejillas de desacoplamiento mencionadas anteriormente.

La figura 19 muestra una realización de este tipo de una triple multiplexación en el espacio angular, es decir, la división de la imagen de origen en tres subcampos, con un acoplamiento de los subcampos desde un lateral (como se muestra en la figura 14 para la imagen de origen 202 no dividida, o como se muestra en la figura 22). A este respecto, la figura 19 muestra el ejemplo de un diagrama de espacio angular para el ojo derecho como en la figura 14. La fila superior de subimágenes en la figura 19 muestra la consideración del espacio angular en una sección transversal con respecto al respectivo conductor de luz, la fila inferior representa una consideración angular en la línea de visión (eje z), es decir, perpendicular al respectivo conductor de luz o la disposición de conductor de luz. Los círculos 220 son en cada caso las proyecciones de las esferas de Ewald dentro de (círculos grandes con radio n2p/1) y los círculos 218 fuera de (círculos pequeños con radio 2p/1) del respectivo conductor de luz. Las líneas discontinuas perpendiculares 232, 232’ y 232” en la fila superior de subimágenes en la figura 19 representan la línea de frecuencia de la respectiva rejilla de desacoplamiento. Hacia la derecha o izquierda en la figura 19 se extiende en cada caso la dirección de acoplamiento o desacoplamiento. El ejemplo del desacoplamiento se representa mediante una respectiva rejilla de desacoplamiento en transmisión. Las direcciones hacia arriba y abajo en las subimágenes de la fila inferior de la figura 19 también se denominan direcciones de difracción cónicas. Los rangos de ángulo de campo diferentes transmitidos en cada caso en las tres subimágenes inferiores se obtienen a partir de las respectivas líneas de corte de los ángulos críticos en el respectivo conductor de luz y los círculos pequeños desplazados por la frecuencia de rejilla. Al aprovechar la difracción cónica, los rangos de ángulo de campo transmisibles máximos adquieren forma de arco.

Como se deduce por la fila inferior de subimágenes en la figura 19, los rangos de ángulo de campo transmisibles para los tres periodos de rejilla diferentes de las respectivas rejillas de desacoplamiento en el espacio k están desplazados entre sí lateralmente.

Como ya se ha mencionado, la representación en la figura 19 corresponde a la representación en la figura 17 para tres rangos de campo diferentes, aunque ligeramente solapados, de una imagen de origen, que se transmitirán a través de conductores de luz dispuestos uno detrás de otro, con tres periodos de rejilla diferentes de la respectiva rejilla de desacoplamiento de, en cada caso, un 60% de la longitud de onda, 78% de la longitud de onda y 107% de la longitud de onda (en vacío). Así, por ejemplo, para una longitud de onda de 550 nm se obtienen periodos de rejilla de la respectiva rejilla de desacoplamiento de aproximadamente 330 nm, 430 nm y 590 nm.

La figura 20 muestra en la subimagen izquierda los tres rangos de campo 242, 244 y 246 diferentes, aunque ligeramente solapados, tal como los percibe el observador cuando se juntan para formar una imagen global.

En la subimagen central de la figura 20 se ha dibujado un rectángulo 248 con una relación de aspecto de 16:9, que representa un rango de ángulo de campo global o un campo de imagen o campo de visión, que puede transmitirse con un acoplamiento de tres subcampos de manera correspondiente a los rangos de ángulo de campo 242, 244, 246 de la imagen de origen desde un lateral en la dirección horizontal (como se muestra, por ejemplo, en la figura 14 o 22). El rango de ángulo de campo global o la imagen, que puede transmitirse con esta disposición, tiene un tamaño de 62° x 35°, lo que corresponde a una diagonal de imagen de aproximadamente 71°.

La subimagen derecha de la figura 20 muestra con un rectángulo 250 un rango de ángulo de campo global, que puede transmitirse con un acoplamiento de tres subcampos de manera correspondiente a los rangos de ángulo de campo 242’, 244’, 246’ desde arriba o abajo, es decir, en vertical y con una relación de aspecto de 16:9. Para ello, la representación en la subimagen derecha de la figura 20 se ha girado 90°. El rango de ángulo de campo global, que puede transmitirse con esta disposición, asciende a 100° x 56°, lo que corresponde a una diagonal de imagen de aproximadamente 115°.

Siguiendo estas relaciones, un sistema óptico y un procedimiento según la invención para transmitir una imagen de origen se basan ahora en dividir la imagen de origen en al menos dos subcampos, de los cuales al menos uno tiene bordes al menos en parte arqueados antes del acoplamiento en la disposición de conductor de luz. Concretamente, como se deduce a partir de las explicaciones anteriores, pueden obtenerse campos de visión particularmente amplios, cuando los rangos de ángulo de campo tienen bordes arqueados al menos en un lado. Esto se representa esquemáticamente de nuevo en la figura 21, para tres rangos de ángulo de campo 252, 254, 256 que, encadenados, forman un campo de visión máximo. Como los rangos de ángulo de campo transmisibles para cada conductor de luz están arqueados, puede alcanzarse un rango de ángulo de campo global más amplio en la transmisión, cuando se aprovechan completamente los rangos transmisibles individuales. Esto puede alcanzarse según la invención cuando los rangos de ángulo de campo adyacentes entre sí están configurados de manera arqueada al menos en una limitación de los rangos de ángulo de campo individuales que se solaparán. Para ello, en la subimagen derecha de la figura 21 se han representado los tres rangos de ángulo de campo 252, 254, 256, que en conjunto forman el rango de ángulo de campo global de 62° x 35° realizado en la subimagen izquierda de la figura 21 o en la subimagen central de la figura 20. Así, la división de la imagen de origen, por ejemplo como se muestra en la figura 21 en la subimagen derecha, puede producirse en tres subcampos, concretamente el primer subcampo 252, el segundo subcampo 254 y el tercer subcampo 256, estando configurados un borde de campo 258 del subcampo 252 y un borde de campo 260 del subcampo 254 así como otro borde de campo 262 del subcampo 254 y un borde de campo 264 del subcampo 256, en cada caso, arqueado de manera cóncava o convexa. Como se deduce por la subimagen derecha de la figura 21, los radios de los bordes de campo 258 a 264 arqueados no son idénticos, de modo que los subcampos 252, 254 y 256, como se muestra en la subimagen izquierda de la figura 21, deberían solaparse parcialmente. A este respecto, los bordes de campo 258 y 260 son directamente adyacentes entre sí, al igual que los bordes de campo 262 y 264 arqueados.

El principio de la división de la imagen de origen en al menos dos subcampos, de los cuales al menos uno, preferiblemente los dos son arqueados en sus bordes de campo dirigidos uno hacia otro, evidentemente también puede aplicarse a los ejemplos según las figuras 9 y 10, al igual que al ejemplo en la figura 11, describiéndose para este último más adelante todavía una variante.

La figura 22 muestra un ejemplo de realización de un sistema óptico 300 para transmitir una imagen de origen 302, que también emplea el principio según la invención descrito anteriormente.

El sistema óptico 300 en la figura 22 se muestra en una vista en planta desde arriba.

El sistema óptico 300 presenta tres conductores de luz 306a, 306b y 306c, que están dispuestos uno detrás de otro en la dirección del eje z (véase el sistema de coordenadas en la figura 22). Al conductor de luz 306a está asociado un elemento de acoplamiento 308a y un elemento de desacoplamiento 310a. Al conductor de luz 306b está asociado un elemento de acoplamiento 308b y un elemento de desacoplamiento 310b. Al conductor de luz 306c está asociado un elemento de acoplamiento 308c y un elemento de desacoplamiento 310c.

Cada uno de los conductores de luz 306a a 306c transmite un subcampo de la imagen de origen 302, es decir, un respectivo rango de ángulo de campo del espectro de ángulo de campo de la imagen de origen 302, siendo los rangos de ángulo de campo diferentes al menos en parte entre sí, como se muestra por ejemplo en la figura 21.

En la figura 22 se muestra el ojo 312 de un observador que, mediante desacoplamiento de los subcampos transmitidos de la imagen de origen 302, de los conductores de luz 306a, 306b, 306c, puede percibir la imagen de origen 302 completa mediante composición de los tres subcampos transmitidos. En los conductores de luz 306a, 306b, 306c se utiliza en cada caso un rango angular entre aproximadamente 45° y 75° de la luz guiada. Los elementos de acoplamiento 308a, 308b, 308c y los elementos de desacoplamiento 310a, 310b, 310c están realizados como rejillas de difracción, siendo los periodos de rejilla de los elementos de acoplamiento 308a, 308b, 308c diferentes entre sí, y siendo los periodos de rejilla de los elementos de desacoplamiento 310a, 310b, 310c también diferentes entre sí. Por el contrario, los periodos de rejilla de los elementos de desacoplamiento y elementos de acoplamiento correspondientes entre sí son iguales. En el ejemplo de realización mostrado, los elementos de acoplamiento 308a, 308b, 308c y los elementos de desacoplamiento 310a, 310b, 310c están realizados como rejillas de difracción enterradas en los conductores de luz 306a, 306b, 306c.

Además, en la figura 22 se muestran los sistemas ópticos 304a, 304b y 304c. En esta configuración la imagen de origen 302 se proporciona por triplicado, de manera correspondiente a tres imágenes de origen 302a, 302b y 302c idénticas. Sin embargo, desde cada imagen de origen 302a, 302b, 302c no se acopla todo el rango de ángulo de campo en el respectivo conductor de luz 306a, 306b, 306c, sino que desde cada una de las imágenes de origen 302a, 302b, 302c idénticas entre sí sólo se acopla en el respectivo conductor de luz 306a, 306b, 306c un subcampo con bordes arqueados en uno o ambos lados. Dicho de otro modo, la imagen de origen 302 se divide en tres subcampos con diferentes rangos de ángulo de campo. De manera correspondiente el sistema óptico 300 presenta un dispositivo 314 para dividir la imagen de origen 302 rectangular en tres subcampos. El dispositivo 314 presenta para ello una disposición óptica con tres diafragmas de campo 314a, 314b y 314c, teniendo los diafragmas de campo 314a, 314b y 314c bordes arqueados de manera correspondiente a los bordes de campo 258, 260, 262, 264 arqueados.

En la figura 23b) se muestra el diafragma de campo 314a a modo de ejemplo. El diafragma de campo 314a presenta un borde 316a arqueado, con el que se genera el subcampo 252 con el borde de campo 258 arqueado. El diafragma de campo 314b presenta de manera correspondiente a los bordes de campo 260 y 262, de manera correspondiente, a ambos lados un borde arqueado, y el diafragma de campo 314c presenta un borde arqueado, que sirve para la generación del subcampo 256 con el borde de campo 264 arqueado.

Alternativamente a una generación de rangos de ángulo de campo con bordes arqueados por medio de diafragmas de campo, la división de la imagen de origen 302 en los subcampos también puede implementarse de manera electrónica, no activándose los píxeles correspondientes de la respectiva imagen de origen 302a, 302b, 302c (en cada caso una pantalla), que no deben transmitirse, de manera correspondiente o activándose de modo que se queden oscuros. En la figura 23a), la zona de los píxeles no activados está dotada del número de referencia 317.

De nuevo con respecto a la figura 22 cabe indicar que, en principio, el grosor de los conductores de luz 306a, 306b y 306c puede ser muy reducido, por ejemplo, de 200 pm. Por motivos prácticos puede ser ventajoso un grosor mayor, por ejemplo, un grosor de 500 pm para cada uno de los conductores de luz 306a, 306b, 306c. Los conductores de luz 306a, 306b, 306c deberían montarse alejados con un espacio de aire de al menos unos pocos micrómetros, por ejemplo, de 5 pm. Esto puede alcanzarse con pequeños distanciadores 320, que pueden estar implementados como esferas pequeñas u otras estructuras en los conductores de luz 306a, 306b, 306c.

De este modo, también con un triple cosido de campos (Fieldstitching, es decir, división de la imagen de origen en tres subcampos) en combinación con una triple multiplexación de colores, como se describió con respecto a la figura 8, con en conjunto por ejemplo nueve conductores de luz pueden alcanzarse grosores relativamente reducidos por debajo de 2 mm. Cuando para la multiplexación de colores se utilizan en cada caso los mismos conductores de luz y los colores se separan en cada caso a través de las rejillas incrustadas, se reduce el grosor necesario de nuevo a por debajo de 2 mm.

Si, como se muestra en la figura 20, subimagen derecha, se implementa un acoplamiento de los subcampos de la imagen de origen 302 en los conductores de luz 306a, 306b, 306c desde arriba o desde abajo, el rango de ángulo de campo global transmisible se vuelve aún mayor, como se deduce a partir de una comparación de la subimagen derecha en la figura 20 con la subimagen central en la figura 20.

Si, por el contrario, en lugar de subcampos con bordes arqueados se utilizan subcampos delimitados de manera rectangular, como se muestra en la figura 24, entonces con un triple cosido de campos, es decir, una división de la imagen de origen en tres subcampos rectangulares con un acoplamiento desde arriba en cada conductor de luz 306a, 306b, 306c sólo puede transmitirse un ángulo de campo de como máximo 80° x 15°, y mediante encadenamiento de los tres rangos de ángulo de campo se obtiene un rango de campo global resultante de sólo 80° x 45° con una diagonal de 92° con respecto a un rango de campo de 100° x 56° en el uso según la invención de segmentos de rango de ángulo de campo o subcampos con bordes arqueados. Por tanto, con el cosido de campos resulta ventajoso transmitir y encadenar subcampos arqueados. Así pueden transmitirse imágenes de origen con ángulos de campo amplios y así con un campo de visión amplio con pocos conductores de luz, por ejemplo, sólo dos o tres conductores de luz.

La figura 25 muestra otro aspecto de la invención. La figura 25 muestra tres conductores de luz 326a, 326b y 326c dispuestos en la línea de visión uno detrás de otro para la transmisión de tres segmentos de ángulo de campo adyacentes entre sí, de una imagen de origen como se describió con respecto a la figura 22. En la figura 25 no se representa el sistema óptico de acoplamiento. Los conductores de luz 326a, 326b, 326c iluminan el Eyebox del ojo 328 de un observador, siendo el Eyebox la superficie que barre la pupila del ojo que pasa por todo el ángulo de campo. En el sistema óptico 325 están previstos tres elementos de desacoplamiento 330a, 330b, 330c, de los cuales en cada caso uno está asociado al respectivo conductor de luz 326a, 326b, 326c. Los elementos de desacoplamiento 330a, 330b, 330c, que pueden estar configurados como rejillas de difracción, según este aspecto de la invención, pueden estar dispuestos desplazados entre sí de modo que para cada conductor de luz 326a, 326b, 326c y el rango de ángulo de campo o segmento de ángulo de campo transmitido por éste sólo se ilumine en cada caso el Eyebox. Así, mediante la realización delimitada lateralmente en una disposición desplazada de los elementos de desacoplamiento 330a, 330b, 330c se consigue que se pierda menos luz.

Además, por motivos estéticos, la disposición de conductor de luz con los conductores de luz 326a, 326b, 326c está dispuesta inclinada delante del ojo 328, concretamente por un ángulo de, por ejemplo, entre 10° y 20°. También es posible (no se muestra), inclinar la disposición de conductor de luz plana con los conductores de luz 326a, 326b, 326c en la otra dirección en perpendicular al plano del dibujo con el denominado ángulo pantoscópico entre 10° y 20°. Técnicamente son posibles ángulos de inclinación mayores en ambas direcciones, pero no se prefieren por motivos estéticos.

Con más de tres conductores de luz o materiales con un índice de refracción mayor como por ejemplo PTU (poliuretano) o episulfuros con índices de refracción de hasta 1,76, a través de rangos angulares arqueados adyacentes entre sí puede transmitirse casi todo el semiespacio. Así también son posibles campos de visión con una diagonal por encima de 115°. A este respecto, según la invención en al menos dos canales, es decir, en al menos dos conductores de luz puede transmitirse un segmento de ángulo de campo delimitado de manera arqueada en al menos un lado respectivamente.

Como se describió anteriormente, para la transmisión de rangos de ángulo de campo amplios con tres colores para cada rango de ángulo de campo y cada color puede emplearse un conductor de luz con rejillas correspondientes. Por tanto, con tres rangos o segmentos de ángulo de campo y tres colores puede implementarse un sistema óptico según la invención con nueve conductores de luz. Como los conductores de luz pueden realizarse delgados, por ejemplo, de 200 pm, así puede implementarse una disposición de conductor de luz delgada con un grosor total de 2 mm para sistemas ópticos llevados en la cabeza. No obstante, las numerosas interfaces, por ejemplo 18 con 9 conductores de luz, llevan a pérdidas elevadas por reflexión. Por tanto, resulta ventajoso que los conductores de luz sean antirreflectantes con capas antirreflectantes para la luz que pasa. Las necesidades con respecto a las capas antirreflectantes pueden reducirse cuando para cada rango de ángulo de campo se incrustan las rejillas para los tres rangos de color en un conductor de luz. Así se reduce el número de conductores de luz a tres con sólo seis interfaces. En este sentido, para la multiplexación de colores se emplean en cada caso los mismos conductores de luz y los colores se separan en cada caso mediante rejillas diferentes con periodos de rejilla diferentes para las diferentes longitudes de onda. Así, se reduce el número de interfaces, sin embargo, en el ejemplo explicado son necesarias nueve rejillas.

Para la transmisión policromática también es posible emplear un conductor de luz con una rejilla de acoplamiento para un primer rango de ángulo de campo para un primer color y un segundo rango de ángulo de campo para un segundo color. Así, en policarbonato, con un periodo de rejilla de 430 nm, en cada caso en la dirección de acoplamiento crítica, con una longitud de onda de 445 nm, puede transmitirse un rango de ángulo de campo de 0° a 20°, y con una longitud de onda de 650 nm, un rango de ángulo de campo de -20° a 0°. De este modo puede reducirse el número de rejillas de acoplamiento necesarias para una transmisión de ángulos de campo amplios con tres colores y puede aumentarse la transmisión de todo el sistema. Por ejemplo, es posible transmitir un rango espectral amplio con sólo cuatro rejillas de acoplamiento y cuatro conductores de luz en lugar de nueve rejillas de acoplamiento en tres conductores de luz.

Con respecto a las figuras adicionales se describirá otra forma de realización de un sistema óptico según la invención.

La figura 26 muestra un sistema óptico 400 para transmitir una imagen de origen, que está configurado de manera similar al sistema óptico 10’ en la figura 11.

El sistema 400 sirve para transmitir una imagen de origen 402 dividida en dos subcampos 402a y 402b a un ojo 412 de un observador. A los subcampos 402a y 402b está asociado en cada caso un sistema óptico 404a y 404b. El sistema 400 presenta un conductor de luz 406 individual, en el que se acoplan los dos subcampos 402a y 402b desde lados opuestos del conductor de luz 406, por ejemplo, desde arriba y abajo o la izquierda y derecha.

Al conductor de luz 406, de manera correspondiente en lados opuestos, están asociados en cada caso elementos de acoplamiento 408a y 408b.

La construcción del sistema 400 está realizada de manera simétrica. Para el desacoplamiento de los dos rangos de ángulo de campo de los subcampos 402a, 402b en este caso sólo se utiliza un elemento de desacoplamiento 410, es decir, el elemento de desacoplamiento 410, por ejemplo, en forma de rejilla de difracción, sirve para desacoplar los dos subcampos 402a, 402b transmitidos, es decir, los rangos de ángulo de campo correspondientes diferentes al menos en parte entre sí, de la imagen de origen 402.

Para conseguir esto, para el desacoplamiento en el elemento de desacoplamiento 410 sólo es necesario un periodo de rejilla, aunque puede cambiarse la forma de las estructuras de rejilla del elemento de desacoplamiento 410 por su extensión. Para alcanzar un desacoplamiento homogéneo de la luz, resulta ventajoso, para la luz acoplada en la figura 26 desde la izquierda, permitir que aumente la eficacia de desacoplamiento del elemento de desacoplamiento 410 de izquierda a derecha, y para la luz acoplada en la figura 26 desde la derecha, permitir que aumente la eficacia de desacoplamiento del elemento de desacoplamiento 410 de derecha a izquierda. Esto, como se representa en la figura 27, puede conseguirse porque la rejilla de difracción del elemento de desacoplamiento 410 en una zona central 410m está configurada como rejilla sinusoidal simétrica, siendo en esta zona idénticas las eficacias de desacoplamiento para ambas direcciones de acoplamiento (izquierda y derecha), mientras que el elemento de desacoplamiento 410, a ambos lados de la zona central 410m, adopta formas cada vez más asimétricas de una rejilla de difracción, que cada vez adoptan más la forma de una rejilla en diente de sierra. En la figura 27 se muestra esquemáticamente para una zona 410l y una zona 410r, estando dispuestas ambas por fuera de la zona central 410m. Del mismo modo, en la figura 27 se muestra esquemáticamente que las direcciones de inclinación de la rejilla cada vez más en diente de sierra en las zonas externas 410l y 410r son contrarias entre sí.

La figura 28 muestra los dos rangos de ángulo de campo transmitidos por el sistema óptico 400 de manera correspondiente a los subcampos 402a y 402b con un periodo de rejilla determinado del elemento de desacoplamiento 410 de 498 nm y con policarbonato como material del conductor de luz 406 para una longitud de onda l de 550 nm. Los rangos de campo transmitidos o transmisibles se muestran en la figura 28 de manera sombreada y están designados con el número de referencia 414 y 416. La representación en el espacio k según la figura 28 corresponde a una representación, que es similar a la figura 19, subimágenes inferiores.

La figura 29, subimagen izquierda, representa los dos rangos de ángulo de campo 414 y 416 compuestos como proyección del espacio k. En la subimagen central de la figura 29 se ha dibujado un campo 418 rectangular con una relación de aspecto de 16:9. De este modo puede alcanzarse un ángulo de campo o campo de visión de 65° x 36° con una diagonal de 75°.

Según el concepto según la invención también es posible transmitir un rango de ángulo de campo más amplio, cuando los rangos de ángulo de campo o al menos uno de los rangos de ángulo de campo tiene o tienen bordes al menos en parte arqueados. Esto se representa con un ejemplo en la subimagen derecha en la figura 29 para el ojo derecho. En este caso, a modo de ejemplo, el rango de ángulo de campo del subcampo 402b o el subcampo 402b, en su lado inferior, tiene un borde de campo 420 arqueado. Por tanto, la disposición de bordes arqueados no se produce en este caso como en los ejemplos de realización hasta ahora en los bordes de campo dirigidos unos hacia otros, de los rangos de ángulo de campo individuales, sino en un borde externo de al menos uno de los subcampos.

La configuración según la subimagen derecha en la figura 29 es deseable por ejemplo para ampliar el ángulo de campo en el semiespacio derecho para el ojo derecho.

Al mismo tiempo puede ampliarse el rango de ángulo de campo para el aumento del hemisferio inferior mediante bordes arqueados en el rango de campo transmitido. Evidentemente son concebibles variantes adicionales, como una ampliación adicional del campo de visión mediante bordes arqueados en el hemisferio superior, es decir, el subcampo 402a.

Para la configuración con un acoplamiento de los subcampos desde arriba y abajo o la izquierda y derecha resulta ventajoso disponer el acoplamiento en un lado del conductor de luz, como se muestra en la figura 30 para una modificación del sistema óptico 400, que se dota del número de referencia 450. El sistema óptico 450 presenta de nuevo sólo un conductor de luz 456, que presenta un primer segmento 456a, un segundo segmento 456b y un tercer segmento 456c. Los segmentos 456a y 456b discurren paralelos entre sí, mientras que el segmento 456c une los dos segmentos 456a y 456b preferiblemente de manera integral y discurre perpendicular a estos dos segmentos. Ahora, los elementos de acoplamiento 458a y 458b están dispuestos en el mismo lado en los extremos libres del primer segmento 456a o del segundo segmento 456b del conductor de luz 456.

El subcampo 402a de la imagen de origen se acopla en el primer segmento 456a del conductor de luz 456 mediante el elemento de acoplamiento 458a, guiándose la luz acoplada de este modo mediante reflexión total y en el tercer segmento 456c mediante una superficie 460 con revestimiento reflectante o retrorreflectores aquí presentes al segundo segmento 456b, en el que se desacopla mediante el elemento de desacoplamiento 462 común como en el caso del sistema 400 junto con el otro subcampo 452b.

De este modo puede alcanzarse un rango de ángulo de campo amplio o un campo de visión amplio con sólo un elemento de desacoplamiento difractivo 462 por cada rango de longitudes de onda y puede aumentarse la transmisión del sistema óptico 450, estando dispuestos al mismo tiempo los elementos de acoplamiento 458a y 458b y los sistemas ópticos 454a y 454b correspondientes sólo en un lado del sistema de transmisión óptico, en este caso, del conductor de luz 456. Con una multiplexación de colores con diferentes elementos de desacoplamiento para los tres colores rojo, verde y azul en sólo un conductor de luz, así, según la invención, puede implementarse un elemento de transmisión en forma de conductor de luz de policarbonato con un rango de ángulo de campo amplio de hasta 65° x 36° con sólo un conductor de luz y tres rejillas de desacoplamiento en la dirección de transmisión. En episulfuros o PTU con un índice de refracción de n=1,76 pueden implementarse rangos de ángulo de campo globales transmisibles de 90° x 51 ° con una diagonal de 103°.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema óptico para transmitir una imagen de origen (12; 12’; 302; 402), saliendo luz de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402) con un espectro de ángulo de campo, con una disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), en la que puede propagarse luz mediante reflexión total, con una disposición de acoplamiento óptica difractiva (16; 308a-308c; 408a, 408b; 458a, 458b) para acoplar la luz procedente de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402) en la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), y con una disposición de desacoplamiento óptica difractiva (17; 17’;310a-310c; 410; 462) para desacoplar la luz propagada en la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), de la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), presentando la disposición de acoplamiento (16; 308a-308c; 408a, 408b; 458a, 458b) un primer elemento de acoplamiento (18; 18’; 308a; 408a; 458a), que está dispuesto para el acoplamiento de luz procedente de un primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a) de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402) con ángulos de campo de un primer rango de ángulo de campo del espectro de ángulo de campo en la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), y por que la disposición de acoplamiento (16) presenta al menos un segundo elemento de acoplamiento (19; 19’; 308b; 408b; 458b), que está dispuesto para el acoplamiento de luz procedente de al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) diferente al menos en parte del primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a), de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402) con ángulos de campo de un segundo rango de ángulo de campo diferente al menos en parte del primer rango de ángulo de campo, del espectro de ángulo de campo en la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), y por que el primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a) transmitido y el al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) transmitido de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402), tras el desacoplamiento de la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), están superpuestos entre sí al menos en parte, caracterizado por que el sistema presenta un dispositivo para dividir la imagen de origen (12) en el primer y el al menos un segundo subcampo (12a, 12b), y por que el primer subcampo (252; 402a; 452a) y el al menos un segundo subcampo (254; 402b; 452b), antes del acoplamiento en la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456), tienen bordes al menos en parte arqueados, presentando el primer subcampo (252) un primer borde de campo (258) y el al menos un segundo subcampo (254; 256) un segundo borde de campo (260), siendo el primer borde de campo (258) directamente adyacente al segundo borde de campo (260), y estando el primer borde de campo arqueado de manera cóncava y el segundo borde de campo arqueado de manera convexa, o estando el primer borde de campo (258) arqueado de manera convexa y el segundo borde de campo (260) arqueado de manera cóncava.

2. Sistema óptico según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer subcampo (252) y el segundo subcampo (254) presentan un solapamiento parcial en la zona del primer y del segundo borde de campo (258, 260).

3. Sistema óptico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la disposición de acoplamiento presenta un tercer elemento de acoplamiento (308c) para acoplar un tercer subcampo (254) de la imagen de origen, estando dispuesto el tercer subcampo (254) entre el primer y el segundo subcampo (252, 256), y presentando el tercer subcampo (254) terceros bordes de campo (260, 262), de los cuales uno es directamente adyacente al primer borde de campo (258) y el otro es directamente adyacente al segundo borde de campo (264), y por que los dos terceros bordes de campo (260, 262) están arqueados.

4. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el primer subcampo (416) y/o el segundo subcampo (414) tiene/n bordes arqueados en un borde de campo externo (420).

5. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la disposición de acoplamiento presenta un número de N elementos de acoplamiento, siendo N un número entero > 2, que están dispuestos para el acoplamiento de luz de N subcampos diferentes (12a, 12b, ...; 12a’, 12b’, ...) de la imagen de origen con ángulos de campo de N rangos de ángulo de campo (22a, 22b, ...; 22a’, 22b’, ...) al menos en parte diferentes, del espectro de ángulo de campo en la disposición de conductor de luz (15; 15’).

6. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la disposición de acoplamiento presenta al menos dos primeros y al menos dos segundos elementos de acoplamiento, estando dispuesto uno de los dos primeros y uno de los dos segundos elementos de acoplamiento para el acoplamiento de luz del primer subcampo (12a; 12a’) o del segundo subcampo (12b; 12b’) en un primer rango de longitudes de onda en la disposición de conductor de luz (15; 15’), y estando dispuesto el otro de los dos primeros y el otro de los dos segundos elementos de acoplamiento para el acoplamiento de luz del primer subcampo (12a; 12a’) o del segundo subcampo (12b; 12b’) en un segundo rango de longitudes de onda, que es diferente del primer rango de longitudes de onda, en la disposición de conductor de luz (15; 15’).

7. Sistema óptico según la reivindicación 6, caracterizado por que la disposición de conductor de luz (15) presenta, para la propagación de luz en el primer rango de longitudes de onda, un primer conductor de luz y, para la propagación de luz en el al menos un segundo rango de longitudes de onda, al menos un segundo conductor de luz separado.

8. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la disposición de conductor de luz (15) presenta un primer conductor de luz (20), en el que el primer elemento de acoplamiento (18) acopla la luz procedente del primer subcampo (12a), y al menos un segundo conductor de luz (21), en el que el al menos un segundo elemento de acoplamiento (19) acopla la luz procedente del al menos un segundo subcampo (12b).

9. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la disposición de conductor de luz (15’) presenta un conductor de luz (20’), en el que el primer elemento de acoplamiento (18’) acopla la luz procedente del primer subcampo (12a’) y el al menos un segundo elemento de acoplamiento (19’) acopla la luz procedente del al menos un segundo subcampo (12b’), estando dispuestos el primer elemento de acoplamiento (18’; 408a) y el segundo elemento de acoplamiento (19’; 408b) en zonas de extremo opuestas del conductor de luz (20’; 406).

10. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la disposición de conductor de luz (15’) presenta un conductor de luz (456), en el que el primer elemento de acoplamiento (458a) acopla la luz procedente del primer subcampo (452a) y el al menos un segundo elemento de acoplamiento (458b) acopla la luz procedente del al menos un segundo subcampo (452b), presentando el conductor de luz (456) dos segmentos primero y segundo (456a, 456b) paralelos entre sí y, en un primer extremo, un tercer segmento (456c) perpendicular al primer y segundo segmento (456a, 456b), y estando dispuestos el primer y segundo elemento de acoplamiento (458a, 458b) en segundos extremos libres del conductor de luz (456).

11. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la disposición de desacoplamiento (17) presenta un primer elemento de desacoplamiento (23), que está dispuesto para desacoplar la luz procedente del primer subcampo (12a) de la imagen de origen (12), de la disposición de conductor de luz (15), y al menos un segundo elemento de desacoplamiento (24), que está dispuesto para desacoplar la luz procedente del al menos un segundo subcampo (12b) de la imagen de origen (12), de la disposición de conductor de luz (15).

12. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que el dispositivo para dividir la imagen de origen presenta una disposición óptica con al menos un diafragma de campo (314a, 314b, 314c) para la generación del primer y/o segundo subcampo (252, 254, 256) con un borde de campo (258, 260, 262, 264) al menos en parte arqueado, o por que el dispositivo presenta un dispositivo electrónico para la generación electrónica del primer y/o segundo subcampo (252, 254, 256) con un borde de campo (258, 260, 262, 264) al menos en parte arqueado.

13. Sistema óptico según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la disposición de conductor de luz (42) está curvada.

14. Sistema óptico según la reivindicación 13, caracterizado por que la disposición de conductor de luz (42) presenta una disposición de corrección difractiva (50) entre la disposición de acoplamiento (46) y la disposición de desacoplamiento (48) para corregir aberraciones del frente de onda de la luz transmitida.

15. Procedimiento óptico para transmitir una imagen de origen (12; 12’; 302; 402), saliendo de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402) luz con un espectro de ángulo de campo, con las etapas de:

dividir la luz procedente de la imagen de origen (12;12’; 302; 402) en un primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a), presentando la luz del primer subcampo (12a; 252; 402a; 452a) ángulos de campo en un primer rango de ángulo de campo del espectro de ángulo de campo, y en al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b), presentando la luz del al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) ángulos de campo en un segundo rango de ángulo de campo (22b; 22b’) del espectro de ángulo de campo, al menos en parte diferente del primer rango de ángulo de campo (22a; 22a’), teniendo el primer subcampo (252; 402a; 452a) y el al menos un segundo subcampo (254; 402b; 452b) bordes al menos en parte arqueados, presentando el primer subcampo (252) un primer borde de campo (258) y el al menos un segundo subcampo (254; 256) un segundo borde de campo (260), siendo el primer borde de campo (258) directamente adyacente al segundo borde de campo (260), y estando el primer borde de campo arqueado de manera cóncava y el segundo borde de campo arqueado de manera convexa, o estando el primer borde de campo (258) arqueado de manera convexa y el segundo borde de campo (260) arqueado de manera cóncava,

acoplar de manera difractiva la luz del primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a) y, por separado del acoplamiento de la luz del primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a), acoplar de manera difractiva el al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) en una disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456) y propagar la luz del primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a) y del segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) en la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456),

desacoplar de manera difractiva el primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a) y el al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) de la disposición de conductor de luz (15; 15’; 306a-306c; 406; 456) de modo que el primer subcampo (12a; 12a’; 252; 402a; 452a) transmitido y el al menos un segundo subcampo (12b; 12b’; 254; 402b; 452b) transmitido de la imagen de origen (12; 12’; 302; 402), tras el desacoplamiento de la disposición de conductor de luz (15; 15’), estén superpuestos al menos en parte entre sí.