Dispositivo de visualización por proyección con dos guías de onda coplanares en forma de placa que incluyen rejillas.

Dispositivo de visualización por proyección, para mostrar visualmente una imagen a un espectador,

que incluye una primera guía de ondas en forma de placa (7) hecha de material transmisor de luz, un dispositivo fuente de luz que proporciona una imagen (10) dispuesto para inyectar una luz que porta una imagen en la primera guía de ondas en forma de placa; una rejilla de entrada dentro de la primera guía de ondas en forma de placa para recibir la luz que porta una imagen y dirigir la luz para que se propague internamente mediante reflexión interna total; una rejilla de transmisión (13) en o dentro de la primera guía de ondas en forma de placa dispuesta para dirigir dicha luz que porta una imagen interiormente a lo largo de la primera guía de ondas en forma de placa (7) y a través de la cual la luz que porta una imagen es emitida desde la primera guía de ondas en forma de placa; y una segunda guía de ondas en forma de placa (81) hecha de material transmisor de luz y transparente, incluyendo dicha segunda guía de ondas en forma de placa una rejilla de acoplamiento (17) dispuesta para recibir la luz que porta una imagen procedente de la primera guía de ondas en forma de placa, incluyendo también dicha segunda guía de ondas en forma de placa una rejilla de salida (18) dispuesta para difractar la luz que porta una imagen recibida de la segunda guía de ondas en forma de placa, caracterizado por que la dispersión por difracción asociada a la rejilla de entrada está adaptada a lo opuesto de la dispersión asociada a la rejilla de transmisión, haciendo de ese modo que la dispersión cromática neta de la salida de luz de la primera guía de ondas en forma de placa se aproxime o sea sustancialmente igual a cero, y la rejilla de acoplamiento (17) y la rejilla de salida (18) tienen sustancialmente la misma frecuencia espacial, de tal manera que la dispersión por difracción asociada a la rejilla de acoplamiento está adaptada a lo opuesto de la dispersión asociada a la rejilla de salida, haciendo de ese modo que la dispersión cromática neta de la salida de luz de la segunda guía de ondas en forma de placa se aproxime o sea sustancialmente igual a cero, de manera que la imagen cromática que se muestra al espectador está sustancialmente libre de aberración cromática.

Dispositivo de visualización por proyección con dos guías de onda coplanares en forma de placa que incluyen rejillas La presente invención se refiere a un dispositivo de visualización por proyección para mostrar visualmente una imagen a un espectador que es en particular, aunque no exclusivamente, adecuada para su uso en un dispositivo de presentación visual de cabeza alzada, un dispositivo de presentación visual integrado en un casco o un dispositivo de presentación visual montado en la cabeza.

De manera tradicional, los dispositivo de presentación visual de cabeza alzada, que pueden ser utilizados en una aeronave, como se muestra en la figura 1 de los dibujos que se acompañan, utilizan un sistema de lente esférica de convención 1 para generar una imagen colimada a partir de un suministrador de imágenes tal como un tubo de rayos catódicos 2. Los rayos de luz que emanan del sistema de lente esférica 1 son reflejados por un espejo plegable convencional 3 a través de un sistema de lente de salida esférica 4 y desde allí son pasados a un combinador 5 desde el cual es reflejada la imagen para proporcionar una imagen colimada al espectador 6 que puede ser un piloto de una aeronave. Así, con estos dispositivos de visualización por proyección convencionales, la óptica de colimación utilizada, es decir el sistema de lente esférica 1 y el sistema de lente de salida esférica 4, es innecesariamente grande y voluminosa, lo que no resulta conveniente. Por ejemplo, un campo de visión de treinta grados para mostrar al espectador 6 puede requerir un sistema de lente de salida 4 de seis pulgadas de diámetro. Esto significa que el tamaño físico del dispositivo de presentación visual de cabeza alzada convencional que se muestra en la figura 1, que incluye el combinador 5 para superponer la representación visual proyectada para ser vista por un espectador 6 que mire a través del combinador 5, puede limitar el uso de tal dispositivo de presentación visual de cabeza alzada en un área de cabina con espacio insuficiente para dar cabida a un dispositivo de presentación visual de cabeza alzada.

Existe por tanto la necesidad de un dispositivo de visualización por proyección que sea de menor tamaño que el convencional con el fin de que encaje en espacios más pequeños y por tanto que sea más adecuado para entornos de espacio restringido tal como una cabina de avión, una pantalla integrada en un casco o una pantalla montada en la cabeza.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de visualización por proyección para mostrar visualmente una imagen a un espectador, que incluye una primera guía de ondas en forma de placa hecha de material transmisor de luz, un dispositivo fuente de luz que proporciona una imagen dispuesto para inyectar una luz que porta una imagen en la primera guía de ondas en forma de placa; una rejilla de entrada dentro de la primera guía de ondas en forma de placa para recibir la luz que porta una imagen y dirigir la luz para que se propague internamente mediante reflexión interna total; una rejilla de transmisión en o dentro de la primera guía de ondas en forma de placa dispuesta para dirigir dicha luz que porta una imagen interiormente a lo largo de la primera guía de ondas en forma de placa y a través de la cual es emitida la luz que porta una imagen desde la primera guía de ondas en forma de placa; y una segunda guía de ondas en forma de placa hecha material transmisor de luz y transparente, incluyendo dicha segunda guía de ondas en forma de placa una rejilla de acoplamiento dispuesta para recibir la luz que porta una imagen procedente de la primera guía de ondas en forma de placa, incluyendo también dicha segunda guía de ondas en forma de placa una rejilla de salida dispuesta para difractar la luz que porta una imagen recibida de la segunda guía de ondas en forma de placa, caracterizado por que la dispersión por difracción asociada a la rejilla de entrada está adaptada a lo opuesto de la dispersión asociada a la rejilla de transmisión, haciendo de ese modo que la dispersión cromática neta de la salida de luz de la primera guía de ondas en forma de placa se aproxime o sea sustancialmente igual a cero, y la dispersión por difracción asociada a la rejilla de acoplamiento está adaptada a lo opuesto de la dispersión asociada a la rejilla de salida, haciendo de ese modo que la dispersión cromática neta de la salida de luz de la segunda guía de ondas en forma de placa se aproxime o sea sustancialmente igual a cero, de manera que la imagen cromática que se muestra al espectador está sustancialmente libre de aberración cromática.

Los anteriores rasgos precaracterísticos se dan a conocer en el documento WO2004/109349 en combinación con el documento US 2005/0180687. La rejilla de entrada es una superficie semireflectante o región de holograma dentro del material de la primera guía de ondas en forma de placa.

De manera ventajosa, el material transmisor de luz a partir del cual se hace la primera guía de ondas en forma de placa o el material transmisor de luz y transparente a partir del cual se hace la segunda guía de ondas en forma de placa puede ser vidrio o plástico.

De este modo, un espectador es capaz de mirar a través de al menos parte del material de la segunda guía de ondas en forma de placa y el material también será capaz de transmitir una luz que porta una imagen recibida de la primera guía de ondas en forma de placa. También se entenderá que el usuario puede ser capaz o no de ver a través del material de la primera guía de ondas en forma de placa dependiendo de la configuración del dispositivo de visualización por proyección y de su ubicación.

Preferiblemente, la imagen que proporciona el dispositivo fuente de luz puede incluir una fuente de luz que genera una imagen.

De manera conveniente, el dispositivo de visualización por proyección puede incluir un medio óptico, situado entre la fuente de luz que genera una imagen y la primera guía de ondas en forma de placa, que se puede utilizar para colimar luz recibida de la fuente de luz que genera una imagen y para inyectar la luz que porta la imagen colimada en la primera de guía de ondas en forma de placa.

De manera ventajosa, la rejilla de transmisión puede ser tal que la luz que porta una imagen incidente recibida es difractada desde allí, siendo el ángulo de incidencia de la luz difractada en superficies internas de la primera guía de ondas en forma de placa mayor que el ángulo crítico para el material a partir del cual se hace la primera guía de ondas en forma de placa. De esta manera, la luz difractada se propaga internamente dentro de la primera guía de ondas en forma de placa y se refleja en dichas superficies internas de la primera guía de ondas en forma de placa.

La rejilla de transmisión puede ser una rejilla de baja eficiencia.

De manera preferible, la rejilla de acoplamiento puede ser tal que la luz que porta una imagen incidente es difractada desde allí, siendo el ángulo de incidencia de la luz difractada en superficies internas de la segunda guía de ondas en forma de placa mayor que el ángulo crítico para el material a partir del cual se hace la segunda guía de ondas en forma de placa.

De manera conveniente, la potencia de difracción de la rejilla de acoplamiento es girada 90° con respecto a la potencia de difracción de la rejilla de transmisión.

De manera preferible, la segunda guía de ondas en forma de placa incluye un revestimiento reflectante selectivo de banda estrecha dispuesto sobre una superficie de la segunda guía de ondas en forma de placa separado de forma paralela de la rejilla de salida, estando dicho revestimiento reflectante dispuesto para reflejar luz difractada desde la rejilla de salida de vuelta a la rejilla de salida. Aumentando de ese modo la eficiencia de la representación visual.

De manera ventajosa, la primera guía de ondas en forma de placa y/o la segunda guía de ondas en forma de placa pueden ser curvadas.

Una placa de media onda puede estar situada entre la primera y la segunda guía de ondas en forma de placa. Esto puede aumentar la eficiencia óptica del dispositivo de visualización por proyección.

El dispositivo de visualización por proyección puede formar parte de un Dispositivo de Presentación Visual de Cabeza Alzada, un Dispositivo de Presentación Visual Integrado en un Casco o un Dispositivo de Presentación Visual Montado en la Cabeza.

La invención se describirá ahora, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 es una ilustración esquemática de un dispositivo de visualización por proyección convencional de la técnica anterior en la forma de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de visualización por proyección, para mostrar visualmente una imagen a un espectador, que incluye una primera guía de ondas en forma de placa (7) hecha de material transmisor de luz, un dispositivo fuente de luz que proporciona una imagen (10) dispuesto para inyectar una luz que porta una imagen en la primera guía de ondas en forma de placa; una rejilla de entrada dentro de la primera guía de ondas en forma de placa para recibir la luz que porta una imagen y dirigir la luz para que se propague internamente mediante reflexión interna total; una rejilla de transmisión (13) en o dentro de la primera guía de ondas en forma de placa dispuesta para dirigir dicha luz que porta una imagen interiormente a lo largo de la primera guía de ondas en forma de placa (7) y a través de la cual la luz que porta una imagen es emitida desde la primera guía de ondas en forma de placa; y una segunda guía de ondas en forma de placa (81) hecha de material transmisor de luz y transparente, incluyendo dicha segunda guía de ondas en forma de placa una rejilla de acoplamiento (17) dispuesta para recibir la luz que porta una imagen procedente de la primera guía de ondas en forma de placa, incluyendo también dicha segunda guía de ondas en forma de placa una rejilla de salida (18) dispuesta para difractar la luz que porta una imagen recibida de la segunda guía de ondas en forma de placa, caracterizado por que la dispersión por difracción asociada a la rejilla de entrada está adaptada a lo opuesto de la dispersión asociada a la rejilla de transmisión, haciendo de ese modo que la dispersión cromática neta de la salida de luz de la primera guía de ondas en forma de placa se aproxime o sea sustancialmente igual a cero, y la rejilla de acoplamiento (17) y la rejilla de salida (18) tienen sustancialmente la misma frecuencia espacial, de tal manera que la dispersión por difracción asociada a la rejilla de acoplamiento está adaptada a lo opuesto de la dispersión asociada a la rejilla de salida, haciendo de ese modo que la dispersión cromática neta de la salida de luz de la segunda guía de ondas en forma de placa se aproxime o sea sustancialmente igual a cero, de manera que la imagen cromática que se muestra al espectador está sustancialmente libre de aberración cromática.

2. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la rejilla de entrada es una superficie semireflectante o una región de holograma dentro del material de la primera guía de ondas en forma de placa.

3. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el material transmisor de luz a partir del cual se hace la primera guía de ondas en forma de placa (7) o el material transmisor de luz y transparente a partir del cual se hace la segunda guía de ondas en forma de placa (8) es vidrio o plástico.

4. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo fuente de luz que proporciona una imagen incluye una fuente de luz que genera una imagen (10) .

5. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con la reivindicación 4, que incluye un medio óptico (11) situado entre la fuente de luz que genera una imagen y la primera guía de ondas en forma de placa (7) , que se puede utilizar para colimar luz recibida de la fuente de luz que genera una imagen y para inyectar la luz que porta la luz de una imagen colimada en la primera de guía de ondas en forma de placa.

6. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la rejilla de transmisión (13) es tal que la luz que porta una imagen incidente recibida es difractada desde allí, siendo el ángulo de incidencia de la luz difractada en superficies internas de la primera guía de ondas en forma de placa (7) mayor que el ángulo crítico para el material a partir del cual se hace la primera guía de ondas en forma de placa.

7. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la rejilla de transmisión (13) es una rejilla de baja eficiencia.

8. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la rejilla de acoplamiento (17) es tal que la luz que porta una imagen incidente es difractada desde allí, siendo el ángulo de incidencia de la luz difractada en superficies internas de la segunda guía de ondas en forma de placa (8) mayor que el ángulo crítico para el material a partir del que se hace la segunda guía de ondas en forma de placa.

9. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la potencia de difracción de la rejilla de acoplamiento (17) es girada 90° con respecto a la potencia de difracción de la rejilla de transmisión (13) .

10. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda guía de ondas en forma de placa (8) incluye un revestimiento reflectante selectivo de banda estrecha dispuesto sobre una superficie (19) de la segunda guía de ondas en forma de placa separado de forma paralela de la rejilla de salida, estando dicho revestimiento reflectante dispuesto para reflejar luz difractada desde la rejilla de salida (18) de vuelta a la rejilla de salida.

11. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera guía de ondas en forma de placa (7) es curvada.

12. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda guía de ondas en forma de placa (8) es curvada.

13. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la entrada de difracción de la primera o la segunda guía de ondas en forma de placa (7, 8) y la salida de

difracción de la primera o la segunda guía de ondas en forma de placa están sustancialmente adaptadas sobre dos ejes ortogonales.

14. Dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una placa de media onda (20) está situada entre la primera y la segunda guía de ondas en forma de placa (7, 8) .

15. Dispositivo de Presentación Visual de Cabeza Alzada que incluye un dispositivo de visualización por proyección 10 de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Dispositivo de Presentación Visual Integrado en un Casco que incluye un dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

17. Dispositivo de Presentación Visual Montado en la Cabeza que incluye un dispositivo de visualización por proyección de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.