超高分辨率掃描光纖顯示器的制造方法
【專利說明】超高分辨率掃描光纖顯示器
[0001]相關(guān)申請數(shù)據(jù)
[0002]本申請要求2013年I月15日提交的基于35 U.S.C.§119的美國臨時申請?zhí)朜0.61/752，972的權(quán)益。前述申請在此通過引用以其整體并入到本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及用于在捕獲和/或投影圖像中使用的緊湊成像系統(tǒng)，而且更具體而言，涉及通過多個光纖芯參與圖像處理的配置。
【背景技術(shù)】
[0004]對于軍事人員、以及平民、飛行員，情境感知具有首要重要性。例如可控飛行撞地(CFIT)事故源于缺少關(guān)于即將發(fā)生與環(huán)境的災(zāi)難性碰撞的信息。飛行員的通過駕駛艙的視野可能會受到能見度條件(黑夜、惡劣的天氣)，或者由于對通過窗簾或座艙罩的電子制暗有意地模糊視野以防范定向能威脅的需求的阻礙。
[0005]關(guān)于飛機系統(tǒng)的狀態(tài)、飛行路徑、高度、空氣速度、姿態(tài)、和許多其它飛行參數(shù)的信息對于總體情境感知也是重要的。另外，現(xiàn)在具有大量數(shù)據(jù)通過非機載或機載數(shù)據(jù)庫對飛行員是可獲得的，如駕駛艙中的實時信息(RTIC)的概念，包括但不限于天氣信息、敵對力量的位置、空對空和地面對空的威脅、任務(wù)信息、和地形細(xì)節(jié)。另一信息源來自高分辨率機載傳感器，例如，前視紅外(FLIR)和夜視傳感器?？色@得數(shù)據(jù)的大量流入可通過頭下顯示器(HDD)、頭上顯示器(HUD)或者兩者的一些結(jié)合呈現(xiàn)給工作人員。HDD具有飛行員頭向下而非參與并專注于駕駛艙外的景象的明顯缺點。HUD的缺點在于信息僅通過通常固定在飛機的視軸(bore sight)上的眼盒(eyebox)可見的。
[0006]光學(xué)地傳遞來自于一個或多個頭盔安裝微顯示器的輸出以在飛行員的視場(FOV)中顯示圖像的頭戴顯示器(HMD)允許飛行員保持專注駕駛艙外，同時呈現(xiàn)相關(guān)情境數(shù)據(jù)作為覆蓋在視覺場景的頂部的視覺線索或符號，或甚至在受損的能見度的情況下作為駕駛艙外地形和場景的充分人工渲染。因為顯示系統(tǒng)隨飛行員頭部移動，他/她可以始終在他們視場(FOV)中保持顯示的信息。
[0007]為了充分利用人類視覺系統(tǒng)的廣闊能力，HMD應(yīng)該提供大的水平和垂直F0V、高的空間分辨率、和大的顏色深度。另外，亮度(luminance)是非常重要的，因為透視顯示器必須足夠亮以便針對高眩光背景清楚地顯示信息。飛機空速、附近快速移動的物體和信息、以及飛行員的快速頭部運動意味著高幀率也是必要的。
[0008]HMD的FOV可以由微顯示器圖像尺寸和觀察光學(xué)部件共同確定。人類視覺系統(tǒng)具有總共約200°水平乘130°垂直的F0V，但是大部分HMD提供40° FOV的數(shù)量級。對于合成的視覺應(yīng)用，其中大量的可操作數(shù)據(jù)是可獲得的，一個更大的接近人類視覺能力的視場將使能外圍視覺線索的呈現(xiàn)，其減少飛行員的頭部掃描并增加他們的自我穩(wěn)定性的感知。約50-60弧秒的角分辨率是對于20/20視敏度性能的閾值，并且其由微顯示器的像素密度確定。為了最佳匹配平均人類視覺系統(tǒng)的能力，HMD應(yīng)該提供跨過40°乘40° FOV的20/20的視敏度，因此在50弧秒的角分辨率下，其等于大約8百萬像素(Mpx)。為將其增加到期望的120°乘80° FOV將需要將近50Mpx。
[0009]由于現(xiàn)今具有許多HMD系統(tǒng)在使用，它們中的許多圍繞具有為該顯示器尺寸設(shè)計的傳遞和觀察光學(xué)部件的12mm對角圖像源被標(biāo)準(zhǔn)化，在該包封中適配新的顯示技術(shù)并且與已經(jīng)存在的微顯示器基本可以互換以便達(dá)到最大的利用是有用的。
[0010]為了在該12mm格式中適配8MPX，像素尺寸可以是3微米或更小。在HMD微型顯示技術(shù)中本領(lǐng)域的現(xiàn)狀不能以所需要的高幀率提供足夠的分辨率和FOV來為將來的飛行員HMD提供最小期望(20/20敏度)的視覺要求。目前部署的圖像源例如AMOLED、AM-LCDjPLCOS的像素密度受最小可實現(xiàn)像素尺寸限制。對于這些技術(shù)的每一個，彩色顯示器需要3個并排元件，進一步限制了有效像素間距和結(jié)果角分辨率，所以新的使能技術(shù)必須被開發(fā)。
[0011]存在對改進的緊湊成像系統(tǒng)的需求，該成像系統(tǒng)可以被應(yīng)用到多種應(yīng)用中，例如HMD應(yīng)用。各種實施例在此提出以解決該挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]—個實施例涉及一種用于掃描電磁成像輻射的緊湊系統(tǒng)，包括第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)，其中每一個是可操作地被耦合到至少一個電磁輻射源并被配置以致于來自所述第一和第二波導(dǎo)的輸出是亮度調(diào)制的并且沿一個或多個軸被掃描以至少形成圖像的一部分。所述第一或者第二波導(dǎo)的至少其中一個可以包括光纖。所述光纖可包括包層和至少一個芯。所述光纖可包括占據(jù)相同包層的兩個或更多個芯。所述光纖可以是單模光纖。所述光纖可以是多模光纖。所述光纖可以是階躍折射率光纖。所述光纖可以是漸變折射率光纖。所述光纖可以是光子晶體光纖。所述至少一個電磁輻射源可以被配置為產(chǎn)生具有在紫外到紅外范圍內(nèi)的波長的電磁輻射。所述至少一個電磁輻射源可被配置為產(chǎn)生可見光電磁輻射。所述第一和第二波導(dǎo)可以共同位于相同的主介質(zhì)中。所述第一和第二波導(dǎo)可以共同位于單獨的主介質(zhì)中。所述系統(tǒng)進一步可以包括掃描致動器，其可操作地被耦合到所述第一和第二波導(dǎo)中的至少一個并且被配置為物理地移動所述第一和第二波導(dǎo)的所述至少一個。所述掃描致動器可以包括壓電致動元件。所述掃描致動器可以被耦合到所述第一和第二波導(dǎo)兩者并被配置為物理地將它們共同移動。第一掃描致動器可被耦合到所述第一波導(dǎo)，以及第二掃描致動器可被耦合至所述第二波導(dǎo)，以致于所述第一和第二波導(dǎo)可以被獨立地致動。所述系統(tǒng)進一步可包括第一掃描致動器和第二掃描致動器，所述第一掃描致動器可操作地被親合到并被配置為物理地移動所述第一波導(dǎo)連同至少一個其它互相耦合波導(dǎo)，所述第二掃描致動器可操作地被耦合到并被配置為物理地移動所述第二波導(dǎo)連同至少一個其它互相耦合波導(dǎo)。所述第一波導(dǎo)和至少一個其它互相耦合波導(dǎo)可以包括單一多芯光纖。來自所述第一和第二波導(dǎo)的輸出可以被傳輸?shù)奖慌渲脼檠厮鲆粋€或多個軸掃描所述輸出的掃描元件。所述掃描元件可以選自包括以下的組=MEMS鏡掃描儀、可變形薄膜鏡、掃描棱鏡、和掃描透鏡。所述至少一個電磁輻射源可以包括兩個獨立的電磁輻射源，第一電磁輻射源可操作地耦合到所述第一波導(dǎo)，并且第二電磁輻射源可操作地耦合到所述第二波導(dǎo)。所述至少一個電磁輻射源可以包括復(fù)合源，其被配置成將多個波長的輻射發(fā)射到所述第一或第二波導(dǎo)的至少一個中。所述復(fù)合源可以被配置為發(fā)射紅色、綠色和藍(lán)色可見光輻射波長。所述復(fù)合源可以包括與組合器可操作地耦合在一起的多個單個源。所述組合器可以包括波分復(fù)用器。所述至少一個電磁輻射源可以包括直接可調(diào)發(fā)射器。所述直接可調(diào)發(fā)射器可以包括二極管激光器。所述直接可調(diào)發(fā)射器可包括發(fā)光二極管。所述至少一個電磁輻射源可以包括可操作地耦合到調(diào)制器的發(fā)射器。所述調(diào)制器可以包括干涉調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括Mach-Zehnder干涉調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括聲光調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括快門。來自所述第一和第二波導(dǎo)的輸出可以以螺旋掃描樣式掃描。在所述圖像平面處的圖像可具有大于所述第一和第二波導(dǎo)的組合橫截面幾何測量的直徑。所述系統(tǒng)進一步可以包括多個附加波導(dǎo)，所述第一、第二、和多個附加波導(dǎo)以六角堆積陣列配置布置。與所述第一、第二、和多個附加波導(dǎo)的輸出相關(guān)聯(lián)的圖像場區(qū)可以通過三個相等圓的公共交點確定的最小量重疊。在以多于一個芯(即，所謂的“多芯”配置)為特征的配置中，所述芯可以以六角堆積陣列配置布置。所述系統(tǒng)可以進一步包括耦合到所述第一和第二波導(dǎo)的第一和第二透鏡，以致于傳輸通過所述第一和第二波導(dǎo)的成像輻射在被輸出以形成所述圖像部分之前穿過所述第一和第二透鏡。所述第一和第二透鏡可以包括漸變折射率透鏡。所述第一和第二透鏡可以包括折射透鏡。
【附圖說明】
[0013]圖1顯示一個被操作者的手支撐的光纖掃描顯示器。
[0014]圖2顯示相對于硬幣以證明特定實施例的尺寸的光纖掃描顯示器。
[0015]圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)配置的一個實施例。
[0016]圖4顯示交疊的配置。
[0017]圖5顯示根據(jù)一個實施例的投影顯示區(qū)域。
[0018]圖6