超高分辨率扫描光纤显示器的制造方法
【专利说明】超高分辨率扫描光纤显示器
[0001]相关申请数据
[0002]本申请要求2013年I月15日提交的基于35 U.S.C.§119的美国临时申请号N0.61/752，972的权益。前述申请在此通过引用以其整体并入到本申请中。
技术领域
[0003]本发明通常涉及用于在捕获和/或投影图像中使用的紧凑成像系统，而且更具体而言，涉及通过多个光纤芯参与图像处理的配置。
【背景技术】
[0004]对于军事人员、以及平民、飞行员，情境感知具有首要重要性。例如可控飞行撞地(CFIT)事故源于缺少关于即将发生与环境的灾难性碰撞的信息。飞行员的通过驾驶舱的视野可能会受到能见度条件(黑夜、恶劣的天气)，或者由于对通过窗帘或座舱罩的电子制暗有意地模糊视野以防范定向能威胁的需求的阻碍。
[0005]关于飞机系统的状态、飞行路径、高度、空气速度、姿态、和许多其它飞行参数的信息对于总体情境感知也是重要的。另外，现在具有大量数据通过非机载或机载数据库对飞行员是可获得的，如驾驶舱中的实时信息(RTIC)的概念，包括但不限于天气信息、敌对力量的位置、空对空和地面对空的威胁、任务信息、和地形细节。另一信息源来自高分辨率机载传感器，例如，前视红外(FLIR)和夜视传感器。可获得数据的大量流入可通过头下显示器(HDD)、头上显示器(HUD)或者两者的一些结合呈现给工作人员。HDD具有飞行员头向下而非参与并专注于驾驶舱外的景象的明显缺点。HUD的缺点在于信息仅通过通常固定在飞机的视轴(bore sight)上的眼盒(eyebox)可见的。
[0006]光学地传递来自于一个或多个头盔安装微显示器的输出以在飞行员的视场(FOV)中显示图像的头戴显示器(HMD)允许飞行员保持专注驾驶舱外，同时呈现相关情境数据作为覆盖在视觉场景的顶部的视觉线索或符号，或甚至在受损的能见度的情况下作为驾驶舱外地形和场景的充分人工渲染。因为显示系统随飞行员头部移动，他/她可以始终在他们视场(FOV)中保持显示的信息。
[0007]为了充分利用人类视觉系统的广阔能力，HMD应该提供大的水平和垂直F0V、高的空间分辨率、和大的颜色深度。另外，亮度(luminance)是非常重要的，因为透视显示器必须足够亮以便针对高眩光背景清楚地显示信息。飞机空速、附近快速移动的物体和信息、以及飞行员的快速头部运动意味着高帧率也是必要的。
[0008]HMD的FOV可以由微显示器图像尺寸和观察光学部件共同确定。人类视觉系统具有总共约200°水平乘130°垂直的F0V，但是大部分HMD提供40° FOV的数量级。对于合成的视觉应用，其中大量的可操作数据是可获得的，一个更大的接近人类视觉能力的视场将使能外围视觉线索的呈现，其减少飞行员的头部扫描并增加他们的自我稳定性的感知。约50-60弧秒的角分辨率是对于20/20视敏度性能的阈值，并且其由微显示器的像素密度确定。为了最佳匹配平均人类视觉系统的能力，HMD应该提供跨过40°乘40° FOV的20/20的视敏度，因此在50弧秒的角分辨率下，其等于大约8百万像素(Mpx)。为将其增加到期望的120°乘80° FOV将需要将近50Mpx。
[0009]由于现今具有许多HMD系统在使用，它们中的许多围绕具有为该显示器尺寸设计的传递和观察光学部件的12mm对角图像源被标准化，在该包封中适配新的显示技术并且与已经存在的微显示器基本可以互换以便达到最大的利用是有用的。
[0010]为了在该12mm格式中适配8MPX，像素尺寸可以是3微米或更小。在HMD微型显示技术中本领域的现状不能以所需要的高帧率提供足够的分辨率和FOV来为将来的飞行员HMD提供最小期望(20/20敏度)的视觉要求。目前部署的图像源例如AMOLED、AM-LCDjPLCOS的像素密度受最小可实现像素尺寸限制。对于这些技术的每一个，彩色显示器需要3个并排元件，进一步限制了有效像素间距和结果角分辨率，所以新的使能技术必须被开发。
[0011]存在对改进的紧凑成像系统的需求，该成像系统可以被应用到多种应用中，例如HMD应用。各种实施例在此提出以解决该挑战。
【发明内容】
[0012]—个实施例涉及一种用于扫描电磁成像辐射的紧凑系统，包括第一波导和第二波导，其中每一个是可操作地被耦合到至少一个电磁辐射源并被配置以致于来自所述第一和第二波导的输出是亮度调制的并且沿一个或多个轴被扫描以至少形成图像的一部分。所述第一或者第二波导的至少其中一个可以包括光纤。所述光纤可包括包层和至少一个芯。所述光纤可包括占据相同包层的两个或更多个芯。所述光纤可以是单模光纤。所述光纤可以是多模光纤。所述光纤可以是阶跃折射率光纤。所述光纤可以是渐变折射率光纤。所述光纤可以是光子晶体光纤。所述至少一个电磁辐射源可以被配置为产生具有在紫外到红外范围内的波长的电磁辐射。所述至少一个电磁辐射源可被配置为产生可见光电磁辐射。所述第一和第二波导可以共同位于相同的主介质中。所述第一和第二波导可以共同位于单独的主介质中。所述系统进一步可以包括扫描致动器，其可操作地被耦合到所述第一和第二波导中的至少一个并且被配置为物理地移动所述第一和第二波导的所述至少一个。所述扫描致动器可以包括压电致动元件。所述扫描致动器可以被耦合到所述第一和第二波导两者并被配置为物理地将它们共同移动。第一扫描致动器可被耦合到所述第一波导，以及第二扫描致动器可被耦合至所述第二波导，以致于所述第一和第二波导可以被独立地致动。所述系统进一步可包括第一扫描致动器和第二扫描致动器，所述第一扫描致动器可操作地被親合到并被配置为物理地移动所述第一波导连同至少一个其它互相耦合波导，所述第二扫描致动器可操作地被耦合到并被配置为物理地移动所述第二波导连同至少一个其它互相耦合波导。所述第一波导和至少一个其它互相耦合波导可以包括单一多芯光纤。来自所述第一和第二波导的输出可以被传输到被配置为沿所述一个或多个轴扫描所述输出的扫描元件。所述扫描元件可以选自包括以下的组=MEMS镜扫描仪、可变形薄膜镜、扫描棱镜、和扫描透镜。所述至少一个电磁辐射源可以包括两个独立的电磁辐射源，第一电磁辐射源可操作地耦合到所述第一波导，并且第二电磁辐射源可操作地耦合到所述第二波导。所述至少一个电磁辐射源可以包括复合源，其被配置成将多个波长的辐射发射到所述第一或第二波导的至少一个中。所述复合源可以被配置为发射红色、绿色和蓝色可见光辐射波长。所述复合源可以包括与组合器可操作地耦合在一起的多个单个源。所述组合器可以包括波分复用器。所述至少一个电磁辐射源可以包括直接可调发射器。所述直接可调发射器可以包括二极管激光器。所述直接可调发射器可包括发光二极管。所述至少一个电磁辐射源可以包括可操作地耦合到调制器的发射器。所述调制器可以包括干涉调制器。所述调制器可以包括Mach-Zehnder干涉调制器。所述调制器可以包括声光调制器。所述调制器可以包括快门。来自所述第一和第二波导的输出可以以螺旋扫描样式扫描。在所述图像平面处的图像可具有大于所述第一和第二波导的组合横截面几何测量的直径。所述系统进一步可以包括多个附加波导，所述第一、第二、和多个附加波导以六角堆积阵列配置布置。与所述第一、第二、和多个附加波导的输出相关联的图像场区可以通过三个相等圆的公共交点确定的最小量重叠。在以多于一个芯(即，所谓的“多芯”配置)为特征的配置中，所述芯可以以六角堆积阵列配置布置。所述系统可以进一步包括耦合到所述第一和第二波导的第一和第二透镜，以致于传输通过所述第一和第二波导的成像辐射在被输出以形成所述图像部分之前穿过所述第一和第二透镜。所述第一和第二透镜可以包括渐变折射率透镜。所述第一和第二透镜可以包括折射透镜。
【附图说明】
[0013]图1显示一个被操作者的手支撑的光纤扫描显示器。
[0014]图2显示相对于硬币以证明特定实施例的尺寸的光纤扫描显示器。
[0015]图3显示根据本发明的系统配置的一个实施例。
[0016]图4显示交叠的配置。
[0017]图5显示根据一个实施例的投影显示区域。
[0018]图6