ES2960230T3

ES2960230T3 - Retroiluminación concentradora de luz y sistema de pantalla cercana al ojo que la utiliza

Info

Publication number: ES2960230T3
Application number: ES16842476T
Authority: ES
Inventors: David A Fattal
Original assignee: Leia Inc
Current assignee: Leia Inc
Priority date: 2015-09-05
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: TW201804178A; WO2017039825A1; US10698217B2; TWI647489B; EP3345039C0; WO2017039820A1; CN108139589A; CN108027510A; EP3345040C0; CA2993939A1; KR102262225B1; EP3345039A1; JP6804522B2; JP6779984B2; EP3345040B1; EP3345040A4; US20180180793A1; KR102274753B1; EP3345039B1; US11048085B2

Abstract

Una retroiluminación concentradora de luz incluye una guía de luz para guiar la luz y una rejilla de difracción configurada para acoplar difractivamente una porción de la luz guiada como luz difractivamente acoplada y para concentrar la luz difractivamente acoplada en una caja ocular. Un sistema de visualización cercano al ojo incluye la guía de luz y la rejilla de difracción, e incluye además un conjunto de válvulas de luz configuradas para modular la luz acoplada difractivamente para formar una imagen en el ojo. La imagen formada está configurada para que un usuario la pueda ver dentro del ojo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Retroiluminación concentradora de luz y sistema de pantalla cercana al ojo que la utiliza

FONDO

[0001] Las pantallas electrónicas son un medio casi omnipresente para comunicar información a los usuarios de una amplia variedad de dispositivos y productos. Entre las pantallas electrónicas más utilizadas figuran los tubos de rayos catódicos (CRT), los paneles de visualización de plasma (PDP), las pantallas de cristal líquido (LCD), las pantallas electroluminiscentes (EL), las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) y las pantallas OLED de matriz activa (AMOLED), las pantallas electroforéticas (EP) y diversas pantallas que emplean la modulación electromecánica o electrofluídica de la luz (por ejemplo, los dispositivos digitales de microespejos, las pantallaselectrowetting,etc.). En general, las pantallas electrónicas pueden clasificarse como pantallas activas (es decir, pantallas que emiten luz) o pantallas pasivas (es decir, pantallas que modulan la luz proporcionada por otra fuente). Entre los ejemplos más evidentes de pantallas activas están CRT, PDP y OLED/AMOLED. Las pantallas que suelen clasificarse como pasivas cuando se considera la luz emitida son las LCD y las pantallas EP. Las pantallas pasivas, aunque a menudo presentan características de rendimiento atractivas que incluyen, entre otras, un consumo de energía inherentemente bajo, pueden tener un uso algo limitado en muchas aplicaciones prácticas debido a la falta de capacidad para emitir luz.

[0002] Además de clasificarse como activas o pasivas, las pantallas electrónicas también pueden caracterizarse en función de la distancia de visualización prevista de la pantalla electrónica. Por ejemplo, la gran mayoría de las pantallas electrónicas están pensadas para situarse a una distancia que se encuentra dentro de un rango de acomodación normal o "natural" del ojo humano. De este modo, la pantalla electrónica puede verse de forma directa y natural sin necesidad de ópticas adicionales. Por otra parte, algunas pantallas están diseñadas específicamente para situarse más cerca del ojo del usuario que el rango normal de acomodación. Estas pantallas electrónicas suelen denominarse "cercanas al ojo" y suelen incluir algún tipo de óptica para facilitar la visualización. Por ejemplo, la óptica puede proporcionar una imagen virtual de la pantalla electrónica física que esté dentro del rango de acomodación normal para permitir una visualización cómoda, aunque la pantalla electrónica física en sí no pueda verse directamente. Entre los ejemplos de aplicaciones que emplean pantallas cercanas al ojo se incluyen, entre otros, las pantallas montadas en la cabeza (HMD, por sus siglas en inglés) y pantallas portátiles similares, así como algunas pantallas de visualización frontal. Varios sistemas de realidad virtual, así como sistemas de realidad aumentada, a menudo incluyen pantallas cercanas al ojo, ya que la pantalla cercana al ojo puede proporcionar una experiencia más inmersiva que las pantallas convencionales en tales aplicaciones. Computational Augmented Reality Eyeglasses, de Maimone y Fuchs, IEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality 2013, Science and Technology Proceedings, páginas 29-38 divulga una de estas pantallas cercanas al ojo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0003] Varias características de ejemplos y formas de realización de acuerdo con los principios aquí descritos pueden entenderse más fácilmente con referencia a la siguiente descripción detallada tomada en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que números de referencia similares designan elementos estructurales similares, y en los que:

La figura 1A ilustra una vista lateral de una retroiluminación concentradora de luz en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 1B ilustra una vista transversal de una parte de la retroiluminación concentradora de luz de la figura IA en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 1C ilustra una vista transversal de otra porción de la retroiluminación concentradora de luz de la figura IA en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 1D ilustra una planta de la retroiluminación concentradora de luz de la figura 1A en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 2 ilustra un gráfico del espaciado de las características difractivas en función de la distancia en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 3 A ilustra una vista transversal de una porción de una retroiluminación concentradora de luz en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 3B ilustra una vista transversal de una porción de una retroiluminación concentradora de luz en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 3C ilustra una vista transversal de una porción de una retroiluminación concentradora de luz en un ejemplo, según otra forma de realización de los principios aquí descritos.

La figura 4A ilustra una vista lateral de una retroiluminación concentradora de luz que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 4B ilustra una planta de una retroiluminación concentradora de luz que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 4C ilustra una planta de una retroiluminación concentradora de luz que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 4D ilustra una planta de una retroiluminación concentradora de luz que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 5A ilustra una vista lateral de un sistema de pantalla cercana al ojo en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 5B ilustra una vista en perspectiva de un sistema de pantalla cercana al ojo en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 6 ilustra una vista lateral de un sistema de pantalla cercana al ojo que tiene dos matrices de válvulas de luz en un ejemplo, de acuerdo con una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 7 ilustra una vista lateral de un sistema de pantalla cercana al ojo que tiene dos matrices de válvulas de luz en un ejemplo, de acuerdo con otra forma de forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 8 ilustra una vista en perspectiva del sistema de pantalla cercana al ojo configurado como una pantalla montada en la cabeza (HMD) en un ejemplo, de acuerdo con una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 9 ilustra una vista en perspectiva del sistema de pantalla cercana al ojo configurado como una pantalla montada en la cabeza (HMD) en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

La figura 10 ilustra un diagrama de flujo de un método de funcionamiento de la pantalla cercana al ojo en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento.

[0004]Ciertos ejemplos y formas de realización tienen otras características que son una o además de y en lugar de las características ilustradas en las figuras arriba referenciadas. Estas y otras características se detallan a continuación con referencia a las figuras mencionadas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0005]La presente invención se refiere a una pantalla cercana al ojo que comprende una retroiluminación concentradora de luz, tal como se define en la reivindicación 1. Según la invención, la retroiluminación concentradora de luz emplea una red de difracción configurada para acoplar difractivamente la luz fuera de una guía de luz. Además, la red de difracción está configurada para concentrar la luz acoplada difractivamente en una caja ocular. En algunas formas de realización, la caja ocular tiene una anchura predeterminada, mientras que en otras formas de realización la caja ocular puede tener tanto una anchura como una longitud predeterminada. La retroiluminación concentradora de luz se utiliza en un sistema de pantalla cercana al ojo. En particular, los sistemas de pantalla cercana al ojo, incluidos, entre otros, los sistemas de realidad aumentada y los sistemas de realidad virtual, pueden realizarse utilizando la retroiluminación concentradora de luz descrita en el presente documento, según algunas formas de realización.

[0006]En el presente documento, una "red de difracción" se define generalmente como una pluralidad de características (es decir, características difractivas) dispuestas para proporcionar la difracción de la luz que incide en la red de difracción. En algunos ejemplos, la pluralidad de características puede estar dispuesta de forma periódica o cuasi-periódica. Por ejemplo, la red de difracción puede incluir una pluralidad de características (por ejemplo, una pluralidad de ranuras en una superficie de material) dispuestas en una matriz unidimensional (1D). En otros ejemplos, la red de difracción puede ser una matriz bidimensional (2D) de características. La red de difracción puede ser una matriz 2D de protuberancias o agujeros en la superficie de un material, por ejemplo.

[0007]Como tal, y por definición en el presente documento, la red de difracción es una estructura que proporciona la difracción de la luz incidente en la red de difracción. Si la luz incide en la red de difracción a través de una guía de luz, la difracción o dispersión difractiva puede dar lugar a un "acoplamiento difractivo", ya que la red de difracción puede acoplar la luz fuera de la guía de luz por difracción. La red de difracción también redirige o cambia un ángulo de la luz por difracción (es decir, en un ángulo difractivo). En particular, como resultado de la difracción, la luz que sale de la red de difracción generalmente tiene una dirección de propagación diferente a la dirección de propagación de la luz que incide en la red de difracción (es decir, la luz incidente). El cambio en la dirección de propagación de la luz por difracción se denomina aquí "redirección difractiva". Por lo tanto, la red de difracción puede entenderse como una estructura que incluye características difractivas que redirigen difractivamente la luz que incide en la red de difracción y, si la luz incide desde una guía de luz, la red de difracción también puede acoplar difractivamente la luz desde la guía de luz.

[0008]Además, por definición en el presente documento, las características de una red de difracción se denominan "características difractivas" y pueden ser una o más de, en y sobre una superficie de material (es decir, un límite entre dos materiales). La superficie puede ser una superficie de una guía de luz, por ejemplo. Las características difractivas pueden incluir cualquiera de una variedad de estructuras que difractan la luz incluyendo, pero no limitado a, uno o más de ranuras, crestas, agujeros y protuberancias en, dentro o sobre la superficie. Por ejemplo, la red de difracción puede incluir una pluralidad de ranuras sustancialmente paralelas en la superficie del material. En otro ejemplo, la red de difracción puede incluir una pluralidad de crestas paralelas que sobresalen de la superficie del material. Las características difractivas (por ejemplo, ranuras, crestas, agujeros, protuberancias, etc.) pueden tener cualquiera de una variedad de formas de sección transversal o perfiles que proporcionan difracción incluyendo, pero no limitado a, uno o más de un perfil sinusoidal, un perfil rectangular (por ejemplo, una red de difracción binaria), un perfil triangular y un perfil de diente de sierra (por ejemplo, una red autocolimada).

[0009]El término "acomodación", tal como se emplea aquí, se refiere a un proceso de enfoque sobre un objeto o elemento de la imagen mediante el cambio de una potencia óptica del ojo. En otras palabras, la acomodación es la capacidad del ojo para enfocar. En este caso, el "rango de acomodación" o, de forma equivalente, la "distancia de acomodación" se define como la distancia mínima de un objeto al ojo a la que éste puede ver una imagen nítida o "enfocada" del objeto. En otras palabras, el ojo es generalmente incapaz de enfocar con claridad un objeto que está más cerca del ojo que la distancia de acomodación, por definición aquí indicada. Aunque el rango de acomodación puede variar de un individuo a otro, aquí se asume, por ejemplo, a modo de simplificación, una distancia mínima de acomodación "normal" de aproximadamente veinticinco (25) centímetros (cm). Así, para que un objeto se encuentre dentro del denominado "rango de acomodación normal", se entiende generalmente que el objeto está situado a más de aproximadamente 25 cm del ojo. Además, por definición, una pantalla cercana al ojo es una pantalla que tiene al menos una parte de la pantalla situada a menos de 25 cm del ojo de un usuario de la pantalla cercana al ojo.

[0010]En el presente documento, por "caja ocular" se entiende una región o volumen de espacio en el que puede verse una imagen formada por una pantalla u otro sistema óptico (por ejemplo, un sistema de lentes). En otras palabras, la caja ocular define una ubicación en el espacio dentro de la cual se puede colocar el ojo de un usuario para ver una imagen producida por el sistema de pantalla. En algunas formas de realización, la caja ocular puede representar una región bidimensional del espacio (por ejemplo, una región con longitud y anchura, pero sin profundidad sustancial), mientras que en otras formas de realización, la caja ocular puede incluir una región tridimensional del espacio (por ejemplo, una región con longitud, anchura y profundidad). Además, aunque se denomine "caja", la caja ocular puede no limitarse a una caja de forma poligonal o rectangular. Por ejemplo, la caja ocular puede comprender una región cilíndrica de espacio, en algunas formas de realización.

[0011]El "factor de colimación", denominado a, se define como el grado de colimación de la luz. En particular, un factor de colimación define una dispersión angular de los rayos de luz dentro de un haz de luz colimado, por definición en el presente documento. Por ejemplo, un factor de colimación a puede especificar que la mayoría de los rayos de luz de un haz de luz colimado se encuentren dentro de una dispersión angular determinada (por ejemplo, /- a grados con respecto a una dirección angular central o principal del haz de luz colimado). Los rayos de luz del haz de luz colimado pueden tener una distribución gaussiana en términos de ángulo y la dispersión angular puede ser un ángulo determinado a la mitad de un pico de intensidad del haz de luz colimado, según algunos ejemplos.

[0012]Tal como se utiliza en el presente documento, el artículo "a" tiene su significado habitual en el ámbito de las patentes, a saber, "uno o más". Por ejemplo, "una red" significa una o más redes y, como tal, "la red" significa "la(s) red(s)" en el presente documento. Asimismo, cualquier referencia en el presente documento a "arriba", "abajo", "superior", "torre", "arriba", "abajo", "delante", "detrás", "primero", "segundo", "izquierda" o "derecha" no pretende ser una limitación en el presente documento. En el presente documento, el término "aproximadamente" cuando se aplica a un valor generalmente significa dentro del rango de tolerancia del equipo utilizado para producir el valor, o en algunos ejemplos, significa más o menos 10%, o más o menos 5%, o más o menos 1%, a menos que se especifique expresamente lo contrario. Además, el término "sustancialmente", tal como se utiliza aquí, significa una mayoría, o casi todo, o todo, o una cantidad dentro de un rango de aproximadamente 51% a aproximadamente 100%, por ejemplo. Además, los ejemplos aquí expuestos son meramente ilustrativos y se presentan con fines de debate y no limitativos.

[0013]De acuerdo con algunas formas de realización de los principios aquí descritos, se proporciona una retroiluminación concentradora de luz. La figura 1A ilustra una vista lateral de una retroiluminación concentradora de luz 100 en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 1B ilustra una vista transversal de una parte de la retroiluminación concentradora de luz 100 de la figura IA en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 1C ilustra una vista transversal de otra porción de la retroiluminación concentradora de luz 100 de la figura 1A en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 1D ilustra una planta de la retroiluminación concentradora de luz 100 de la figura 1A en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra, la retroiluminación concentradora de luz 100 está configurada para proporcionar o emitir luz, denominada en el presente documento luz 102 "acoplada difractivamente" que se dirige hacia fuera de la retroiluminación concentradora de luz 100. Además, la retroiluminación concentradora de luz 100 está configurada para concentrar la luz proporcionada o emitida en una región predefinida adyacente a (por ejemplo, por encima de) la retroiluminación concentradora de luz 100. En particular, la luz 102 acoplada difractivamente puede ser concentrada por la retroiluminación concentradora de luz 100 en una caja ocular 108 que está adyacente a la retroiluminación concentradora de luz 100, como se describe con más detalle a continuación.

[0014]Según diversas formas de realización, la retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en las figuras 1A-1D comprende una guía de luz 110. La guía de luz 110 puede ser una guía de luz de placa 110, en algunas formas de realización (por ejemplo, como se ilustra aquí). La guía de luz 110 está configurada para guiar la luz como luz guiada 104 (véase la figura 1C). En particular, la luz guiada 104 puede propagarse en una dirección longitudinal (por ejemplo, una dirección x, como se ilustra) a lo largo de una longitud de la guía de luz 110, de acuerdo con diversas formas de realización.

Además, la luz guiada 104 puede propagarse generalmente lejos de un borde de entrada de luz 112 de la guía de luz 110, como se ilustra en las Figuras 1A y 1C. En la figura 1 A, las flechas dentro de la guía de luz 110 y que apuntan hacia fuera del borde de entrada de luz 112 ilustran tanto la propia luz guiada 104 como la propagación de la luz guiada 104 en la dirección longitudinal, por ejemplo, a lo largo de la longitud de la guía de luz.

[0015]Según diversas formas de realización, la guía de luz 110 está configurada para guiar la luz guiada 104 utilizando o de acuerdo con la reflexión interna total. En particular, la guía de luz 110 puede ser una guía de ondas óptica que comprende una lámina o losa extendida, sustancialmente plana, de material dieléctrico ópticamente transparente. Como guía de ondas óptica de placa, la guía de luz 110 puede comprender cualquiera de un número de diferentes materiales ópticamente transparentes, incluyendo, pero no limitado a, varios tipos de vidrio, tales como vidrio de sílice, vidrio de aluminosilicato alcalino, vidrio de borosilicato, así como plásticos o polímeros sustancialmente ópticamente transparentes, tales como, pero no limitado a, poli (metacrilato de metilo) o vidrio acrílico, y policarbonato. En algunas formas de realización, la guía de luz 110 puede incluir una capa de revestimiento en al menos una parte de una superficie de la guía de luz 110 (no ilustrada) para facilitar aún más la reflexión interna total.

[0016]En diversas formas de realización, la luz puede acoplarse a la guía de luz 110 a lo largo del borde de entrada de luz 112 de la misma. En particular, la luz puede ser inyectada o acoplada en un ángulo predeterminado para propagarse dentro de la guía de luz 110 como la luz guiada 104. Además, la luz puede acoplarse en o tener un rango predeterminado de ángulos o factor de colimacióna.Es decir, la luz guiada 104 puede ser luz colimada y el rango de ángulos de o definidos por el factor de colimaciónapuede representar una distribución angular de rayos de luz dentro de la luz acoplada que finalmente se propaga dentro de la guía de luz de placa 110 como la luz guiada 104. Según diversas formas de realización, la luz 102 acoplada difractivamente puede incluir un rango de ángulos sustancialmente similar o al menos determinado por el factor de colimación a, o un rango de ángulos definido en el mismo. Por ejemplo, las flechas discontinuas adyacentes a las flechas sólidas que representan la luz 102 acoplada difractivamente en la Figura 1A ilustran un rango de ángulos de varios haces o rayos de luz dentro de la luz 102 acoplada difractivamente.

[0017]En un ejemplo, el factor de colimaciónapuede representar una dispersión angular igual o inferior a aproximadamente cuarenta grados (es decir,a<± 40°). En otros ejemplos, el factor de colimaciónapuede representar una dispersión angular igual o inferior a aproximadamente treinta grados (es decir,a<± 30°), igual o inferior a aproximadamente veinte grados (es decir,a<± 20°), igual o inferior a aproximadamente diez grados (es decir, a< ± 10°), o igual o inferior a aproximadamente diez grados (es decir, a< ± 10°). En otros ejemplos, el factor de colimaciónapuede representar una dispersión angular inferior a aproximadamente cinco grados (es decir,a<± 5°), dando lugar a una caja ocular 108 relativamente pequeña, como se describe a continuación con respecto a la ecuación (1). En algunas formas de realización, la luz guiada 104 puede estar configurada para propagarse con un ángulo de propagación distinto de cero (por ejemplo, menor que un ángulo crítico de la guía de luz de placa 110) además de tener el factor de colimación predeterminadoa.

[0018]Como se ilustra, la retroiluminación concentradora de luz 100 comprende además una red de difracción 120. En diversas formas de realización, la red de difracción 120 está acoplada ópticamente a la guía de luz 110. Por ejemplo, la red de difracción 120 puede estar situada sobre, en o adyacente a una superficie de la guía de luz 110. La superficie puede ser una o ambas de una superficie "superior" (por ejemplo, una superficie emisora de luz) y una superficie "inferior" de la guía de luz 110, por ejemplo. En las figuras 1A-1D, la red de difracción 120 se ilustra en la superficie superior de la guía de luz 110, a modo de ejemplo y no de limitación.

[0019]Según diversas formas de realización, la red de difracción 120 está configurada para acoplar difractivamente una porción de la luz guiada 104 desde el interior de la guía de luz 110. En particular, la porción de luz guiada 104 puede acoplarse difractivamente como la luz 102 acoplada difractivamente. Además, la red de difracción 120 está configurada para concentrar la luz acoplada difractivamente en una caja ocular 108 situada adyacente a la superficie de la guía de luz y separada de ella (por ejemplo, por encima de la superficie superior, como se ilustra). Por ejemplo, la Figura IA ilustra la luz 102 acoplada difractivamente como flechas que representan rayos o haces de luz que se extienden desde la superficie de la guía de luz hasta la caja ocular 108. Como se ilustra con las líneas discontinuas que se extienden desde los bordes o extremos opuestos de la guía de luz 110 hasta la caja ocular 108, la luz acoplada difractivamente puede concentrarse<en la región predeterminada y sustancialmente localizada del espacio que representa la caja ocular>108<, situada adyacente>a (es decir, por encima de) la superficie de la guía de luz 110. Además, la luz 102 acoplada difractivamente puede estar sustancialmente confinada a una región (por ejemplo, una región cónica/piramidal o cono 106 de transmisión de luz) entre la guía de luz 110 y la caja ocular 108 por los efectos concentradores de la red de difracción 120, según diversas formas de realización.

[0020]La parte de la retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la vista transversal de la figura 1B muestra las características difractivas de la red de difracción 120 como crestas 124, que sobresalen en una dirección z. Además, las crestas 124 están separadas entre sí por ranuras 122, como se ilustra. La combinación de una ranura 122 y una cresta adyacente 124 puede denominarse en el presente documento "característica difractiva". Alternativamente, las propias crestas 124 y ranuras 122 pueden denominarse características difractivas. La anchura de una ranura 122 se denota porWgy la anchura de una cresta 124 se denota porwr.La suma de la anchura de la ranuraWgy la anchura de la crestaWrse define aquí como "espaciado de características" y se denota por A, como se ilustra. Una definición alternativa de "espaciado de características" puede ser una distancia de centro a centro entre un par adyacente de crestas 124 (separadas por una ranura 122) o un par adyacente de ranuras 122 (separadas por una cresta 124), por ejemplo. Según algunas formas de realización (por ejemplo, como se muestra en la Figura 1D, descrita a continuación), las anchuras de las ranuras 122 y las crestas 124 pueden ser sustancialmente constantes a lo largo de una longitud de las características difractivas (por ejemplo, la longitud de las ranuras 122 y las crestas 124). Además, en algunas formas de realización, el espaciado A de las características a lo largo de la longitud de las características difractivas puede ser sustancialmente constante, por ejemplo, también como se ilustra en la Figura 1D.

[0021]La vista transversal de la figura 1C ilustra una porción de la retroiluminación concentradora de luz 100, en particular, la guía de luz 110 cerca del borde de entrada de luz 112. Como se ilustra en la misma, la luz que se acopla a la guía de luz 110 a lo largo del borde de entrada de luz 112 se propaga dentro de la guía de luz 110 como la luz guiada 104 en la dirección indicada por varias flechas extendidas. En particular, parte de la luz guiada 104, 104a está configurada para permanecer dentro de la guía de luz 110 debido a la reflexión interna total. Otras porciones de la luz guiada 104, 104b pueden ser acopladas por la red de difracción 120 para convertirse en la luz 102 acoplada difractivamente, como se ilustra en la Figura 1C. Además, la dirección de la luz guiada está en una dirección general de disminución del espaciado A de la red de difracción 120, como se describe a continuación.

[0022]Por ejemplo, una flecha extendida en la figura 1C puede representar una trayectoria de un rayo de luz guiado 104a dentro del factor de colimaciónapredeterminado que permanece sustancialmente atrapado dentro de la guía de luz 110 por reflexión interna total. En particular, la trayectoria del rayo puede "rebotar" o alternar entre las superficies superior e inferior de la guía de luz 110, como se ilustra. Es decir, en varios puntos de reflexión de las superficies superior e inferior opuestas, la luz guiada 104a puede incidir sobre las superficies opuestas en ángulos inferiores a un ángulo crítico de la guía de luz 110. De este modo, la luz guiada 104a queda atrapada por la reflexión interna total dentro de la guía de luz 110.

[0023]Otra flecha extendida en la figura 1C puede representar una trayectoria de otro rayo de luz guiada 104, 104b dentro del factor de colimaciónapredeterminado que se acopla-hacia fuera de la guía de luz 110 por la red de difracción 120 como la luz 102 acoplada difractivamente hacia fuera, por ejemplo, como un rayo de luz 102 acoplado difractivamente hacia fuera. Según diversas formas de realización, la luz guiada 104b que interactúa con la red de difracción 120 puede acoplarse difractivamente fuera de la guía de luz 110 como un haz de difracción de primer orden. Es decir, la red de difracción 120 está configurada para acoplar difractivamente la porción de luz guiada según un primer orden de difracción. En diversas formas de realización, un haz de luz de difracción de orden cero y haces de luz de difracción de orden superior pueden suprimirse sustancialmente. Por ejemplo, la luz 102 acoplada difractivamente puede representar luz difractada de primer orden que se acopla difractivamente fuera de la guía de luz 110 en un ángulo de difracción 0 con respecto a una normal de superficie de la guía de luz 110.

[0024]En algunas formas de realización (no ilustradas), la red de difracción 120 puede comprender características difractivas que son sustancialmente rectas. Las características difractivas sustancialmente rectas (por ejemplo, tanto las ranuras rectas 122 como las crestas 124) pueden proporcionar una caja ocular 108 que es sustancialmente unidimensional. Es decir, la caja ocular 108 puede tener una anchura (por ejemplo, en la dirección longitudinal) y además puede tener otra dimensión (por ejemplo, una longitud) que está en una dirección que es ortogonal a la dirección de la anchura. La otra dimensión o longitud puede ser sustancialmente ilimitada o limitada por una extensión similar de la guía de luz 110, por ejemplo.

[0025]En otras formas de realización, la red de difracción 120 puede comprender características difractivas curvas o características difractivas dispuestas para aproximarse a una curva. La planta de la figura 1D ilustra la red de difracción 120 en la superficie de la guía de luz 110 de la retroiluminación concentradora de luz 100. Un patrón de difracción de la red de difracción 120 se representa como bandas alternas en blanco y negro que representan características difractivas de la red de difracción 120, por ejemplo, una o ambas de las ranuras 122 y crestas 124 en una superficie de la guía de luz 110. Además, como se ilustra en la Figura 1D, las características difractivas son características difractivas curvas a modo de ejemplo y no de limitación. En particular, como se muestra en la Figura 1D, las líneas curvas concéntricas negras y blancas representan características difractivas curvas concéntricas (por ejemplo, tanto de crestas curvas concéntricas como de ranuras curvas concéntricas) en la superficie de la guía de luz. Las características difractivas curvadas concéntricas tienen un centro de curvatura C, que está situado más allá de un borde de la guía de luz 110. En algunas formas de realización, las características difractivas curvadas de la red de difracción 120 pueden representarse mediante semicírculos (es decir, pueden ser características difractivas curvadas semicirculares), mientras que en otras formas de realización puede emplearse otra curva sustancialmente no circular para realizar las características difractivas curvadas. La curva de las características difractivas puede estar configurada para concentrar la luz acoplada difractivamente en dos direcciones ortogonales en un plano de la caja ocular 108. Como tal, las características difractivas curvadas pueden configurarse para proporcionar una caja ocular bidimensional 108. En diversas formas de realización, la caja ocular bidimensional 108 puede estar situada en un plano paralelo a la superficie de la guía de luz (por ejemplo, véase la Figura 5B, descrita a continuación).

[0026]Según diversas formas de realización, un espaciado de las características difractivas en la red de difracción 120 puede variar en función de la distancia a lo largo de la longitud de la guía de luz o en la dirección de propagación de la luz dentro de la guía de luz 110. Por ejemplo, como se muestra en la planta de la Figura 1D, el espaciado de características A de la red de difracción 120 disminuye con el aumento de la distancia desde el centro de curvatura C. De forma equivalente, el espaciado de características A se ilustra disminuyendo como una función de la distancia desde el borde de entrada de luz 112 de la guía de luz 110 en la Figura 1D. La distancia desde el centro de curvatura o desde el borde de entrada de luz 112 puede medirse a lo largo de un radio R, por ejemplo. La disminución del espaciado de las características A en función de la distancia puede denominarse"chirp"y la red de difracción 120 ilustrada en la figura 1D puede ser una red de difracción "de frecuencia de impulsos", por ejemplo. Además, en algunas formas de realización, la disminución de la separación de características A puede representar una función lineal de la distancia. En otras formas de realización, el espaciado de las características puede disminuir según otra función (es decir, no lineal) de la distancia, incluyendo, entre otras, una función exponencial de la distancia y una función hiperbólica de la distancia.

[0027]La figura 2 ilustra un gráfico del espaciado de las características difractivas en función de la distancia en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra, un eje horizontal representa la distancia (por ejemplo, una distancia radial desde el centro de curvatura C) a lo largo de un radio R en la Figura 1D, por ejemplo, donde un punto etiquetado como "0" en el eje horizontal puede representar una intersección del radio R y el borde de entrada de luz 112 de la guía de luz 110. Un eje vertical en el gráfico representa el espaciado A de las características difractivas de la red de difracción. Las curvas 130, 140 y 150 representan formas en las que el espaciado de las características difractivas puede disminuir con el aumento de la distancia desde el centro de curvatura C. La curva 130 representa una disminución exponencial en el espaciado de las características con el aumento de la distancia desde el centro de curvatura C. La curva 140 representa una disminución lineal en el espaciado de las características en función del aumento de la distancia desde el centro de curvatura C. La curva 150 representa una disminución hiperbólica en el espaciado de las características con el aumento de la distancia desde el centro de curvatura C.

[0028]En el ejemplo de red de difracción ilustrado en la figura 1D, así como en otras ilustraciones del presente documento, las vistas transversales de las características difractivas se representan mediante ranuras y crestas de forma rectangular para facilitar la ilustración y no a modo de limitación. En particular, de acuerdo con diversas formas de realización, las características difractivas de la red de difracción 120 pueden tener cualquiera de una variedad de otras formas de sección transversal, incluyendo, pero no limitado a, una forma de diente de sierra, una forma trapezoidal, o una forma semiesférica. Por ejemplo, las características difractivas de la red de difracción 120 pueden tener crestas con una sección transversal trapezoidal.

[0029]De acuerdo con diversas formas de realización, la red de difracción 120 puede proporcionarse de acuerdo con cualquiera de las muchas técnicas diferentes de microfabricación o fabricación a nanoescala, incluyendo, pero no limitado a, grabado húmedo, fresado iónico, fotolitografía, litografía de impresión, grabado anisotrópico, grabado de plasma, o una combinación de uno o más de los mismos. Por ejemplo, como se muestra en las Figuras 1A-1D, la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100 puede proporcionarse en una superficie de una losa de material dieléctrico ópticamente transparente de la guía de luz 110 utilizando fresado iónico o grabado por plasma. En otra forma de realización, la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100 puede proporcionarse depositando una capa de material dieléctrico o un metal sobre una superficie de la guía de luz 110. El depósito de la capa puede ir seguido del grabado de la capa depositada para formar la red de difracción 120, por ejemplo. En otro ejemplo, la red de difracción 120 puede formarse en una capa de material que posteriormente se fija a una superficie de la guía de luz 110.

[0030]La figura 3 A ilustra una vista transversal de una porción de una retroiluminación concentradora de luz 100 en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. En particular, la porción ilustrada de la retroiluminación concentradora de luz 100 comprende una guía de luz 110 formada a partir de una losa de material dieléctrico (es decir, una guía de luz de placa 110). Se ilustra además una red de difracción 120 en una superficie (por ejemplo, una superficie superior) de la guía de luz de placa 110. La red de difracción 120 comprende crestas 124 provistas en la superficie superior de la guía de luz de placa 110, como se ilustra. De acuerdo con la realización de la Figura 3 A, las crestas 124 pueden comprender un material (es decir, material dieléctrico o metal) que es diferente del de la losa de material dieléctrico de la guía de luz de placa 110, por ejemplo, como se ilustra mediante rayado cruzado en la Figura 3A. El material diferente de las crestas 124 de la figura 3A puede proporcionarse depositando el material en la superficie superior de la placa guía de luz 110, por ejemplo. En otras formas de realización (por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 1A-1C) las ranuras 122 y las crestas 124 pueden comprender un material de la guía de luz 110, por ejemplo, la losa de material dieléctrico.

[0031]En otras formas de realización, la red de difracción 120 puede estar situada en la superficie inferior de la guía de luz 110 de la retroiluminación concentradora de luz 100, o dentro de ella. La figura 3B ilustra una vista transversal de una porción de una retroiluminación concentradora de luz 100 en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. En particular, la figura 3B ilustra una porción de la retroiluminación concentradora de luz 100 que comprende la guía de luz de placa 110 y la red de difracción 120. Sin embargo, en la figura 3B la red de difracción 120 se proporciona en una superficie inferior de una losa de material dieléctrico de la guía de luz de placa 110. Como se ilustra, una capa 126 de material cubre sustancialmente las características difractivas (por ejemplo, las ranuras 122 en el material de la guía de luz de la placa) de la red de difracción 120 y rellena sustancialmente las ranuras 122. De acuerdo con varios ejemplos, la capa de material 126 puede incluir, pero no se limita a, un metal, un material reflectante, o un material dieléctrico con un índice de refracción más bajo que el índice de refracción de la guía de luz de la placa 110. La red de difracción 120 ilustrada en la figura 3B puede representar una red de difracción en modo de reflexión, por ejemplo. Cuando la red de difracción 120 es una red de difracción de modo de reflexión, la luz 102 acoplada difractivamente puede salir o ser emitida desde la guía de luz 110 a través de una superficie superior opuesta a la superficie inferior que tiene la red de difracción 120.

[0032]La figura 3C ilustra una vista transversal de una porción de la retroiluminación concentradora de luz 100 en un ejemplo, según otra forma de realización de los principios aquí descritos. Como se ilustra en la Figura 3C, la porción de retroiluminación concentradora de luz comprende la guía de luz de placa 110 con la red de difracción 120 en una superficie inferior. En esta forma de realización, las ranuras 122 se rellenan con un metal o con un material dieléctrico que tiene un índice de refracción más bajo que el índice de refracción de la placa guía de luz 110. Además, una capa reflectante 128 (por ejemplo, una capa metálica o una capa de material dieléctrico de índice de refracción más bajo) cubre la superficie inferior de la guía de luz de placa 110, como se ilustra.

[0033]Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1 A, como se ha descrito anteriormente y como se ilustra, el espaciado de las características de la red de difracción 120 está configurado para concentrar la luz en la caja ocular 108 situado a una distanciafde la retroiluminación concentradora de luz 100. Por ejemplo, la distanciafpuede medirse desde la superficie superior de la guía de luz 110, como se ilustra. Según diversas formas de realización, una anchura aproximadaweyeboxde la caja ocular 108 puede estar dada por un producto de la distanciafy el factor de colimaciónade la luz que se propaga dentro de la guía de luz 110 o, equivalentemente, el factor de colimaciónaen el que la luz entra en la guía de luz 110 a lo largo del borde de entrada de luz 112. En particular, la anchuraweyeboxde la caja ocular puede ser dada por la ecuación (1) como:

En algunas formas de realización, la anchuraweyeboxde la caja ocular en la dirección longitudinal (por ejemplo, la dirección de propagación de la luz) puede ser inferior a aproximadamente veinticinco milímetros (25 mm). Una anchuraweyeboxde la caja ocular de 25 mm puede corresponder aproximadamente a la anchura media de un ojo del usuario que ve la retroiluminación concentradora de luz 100 o una pantalla que emplea la retroiluminación concentradora de luz 100, por ejemplo. En particular, cuando el ojo del usuario se encuentra dentro de la caja ocular 108 para ver la retroiluminación concentradora de luz 100, el ojo del usuario puede ser sustancialmente similar en tamaño a la caja ocular 108, de acuerdo con algunas formas de realización.

[0034]Como se ha indicado anteriormente, la luz 102 acoplada difractivamente proporcionada por la retroiluminación concentradora de luz 100 puede concentrarse sustancialmente en la caja ocular 108 o, de forma equivalente, concentrarse sustancialmente dentro de una región cónica o "cono de transmisión de luz" 106 delineado por líneas discontinuas en la figura 1 A. Como resultado de la concentración de la luz 102 acoplada difractivamente, la luz producida por la retroiluminación concentradora de luz 100 puede "enfocarse" en el ojo del usuario cuando el ojo del usuario está situado dentro de la caja ocular 108. Por ejemplo, el diámetro medio de un ojo humano típico es de aproximadamente 25 mm. En algunos ejemplos, la retroiluminación concentradora de luz 100 puede configurarse para proporcionar la caja ocular 108 que tiene una anchuraweyeboxde la caja ocular en el rango de aproximadamente catorce milímetros a aproximadamente veintisiete milímetros (14 mm - 27 mm) con el fin de concentrar la luz en el ojo del usuario ubicado en la caja ocular 108. En otro ejemplo, un iris de un ojo humano típico oscila entre aproximadamente diez milímetros y aproximadamente trece milímetros (10 mm -13 mm) de diámetro, siendo el diámetro medio del iris de aproximadamente doce milímetros (12 mm). En algunos ejemplos, la retroiluminación concentradora de luz 100 puede estar configurada para proporcionar una anchuraweyeboxde la caja ocular en un rango de aproximadamente nueve milímetros a aproximadamente catorce milímetros (9 mm - 14 mm) con el fin de concentrar la luz 102 acoplada difractivamente sobre el iris del ojo del usuario situado en el interior de la caja ocular 108. En otros ejemplos, el diámetro medio de una pupila humana puede oscilar entre aproximadamente 1,5 mm con luz brillante y aproximadamente 8 mm con luz tenue, y la retroiluminación concentradora de luz 100 puede estar configurada para proporcionar a la caja ocular 108 una anchuraweyeboxde caja ocular que sea inferior a aproximadamente ocho milímetros (8 mm) para corresponder al rango pupilar de entre uno coma cinco milímetros y ocho milímetros (1,5 mm - 8 mm).

[0035]Cabe señalar que la acción de la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100 generalmente confina la luz 102 acoplada difractivamente al cono de transmisión de luz 106 y a la caja ocular 108. Como tal, la luz de la retroiluminación concentradora de luz 100 puede no entrar en el ojo del usuario cuando el ojo del usuario está situado fuera de la caja ocular 108 o fuera del cono de transmisión de luz 106, de acuerdo con diversas formas de realización. Como tal, la retroiluminación concentradora de luz 100 y, en particular, la red de difracción 120 pueden parecer sustancialmente negras (es decir, no iluminadas) cuando se ven desde fuera de la caja ocular 108 o desde fuera del cono de transmisión de luz 106, por ejemplo.

[0036]La retroiluminación concentradora de luz 100 puede denominarse retroiluminación "cercana al ojo" en el sentido de que la caja ocular 108 puede estar situada más cerca que una distancia de acomodación normal de la retroiluminación concentradora de luz 100, según algunas formas de realización. En particular, en algunas formas de realización, la retroiluminación concentradora de luz 100 como "retroiluminación cercana al ojo" puede configurarse para proporcionar la caja ocular 108 a una distanciafinferior a aproximadamente veinticinco centímetros (25 cm) de la retroiluminación concentradora de luz 100. En otras formas de realización, la distanciafpuede ser inferior a una distancia de acomodación normal de una matriz de válvulas de luz situada, por ejemplo, entre la guía de luz 110 y la caja ocular 108, y utilizado para modular la luz 102 acoplada difractivamente y para formar una imagen (por ejemplo, como se describe a continuación) que se visualizará en la caja ocular 108. Dado que la retroiluminación concentradora de luz 100 concentra la luz 102 acoplada difractivamente en la caja ocular 108, un usuario que visualiza la imagen puede percibir una imagen enfocada cuando el ojo del usuario está dentro de la caja ocular 108, según diversas formas de realización.

[0037]En algunas formas de realización (por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 1A y 1D), la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100 puede ser una sola red de difracción configurada para cubrir sustancialmente una porción emisora de luz de la guía de luz 110. En otras formas de realización, la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100 puede comprender una pluralidad de segmentos de red de difracción, cada uno de los cuales está situado en una región diferente de la guía de luz 110. En algunas formas de realización, los segmentos de red de difracción pueden estar separados entre sí (es decir, por espacios o áreas en la guía de luz 110 sin características difractivas). En varias formas de realización, la pluralidad de segmentos de red de difracción está configurada para concentrar cooperativamente la luz 102 acoplada difractivamente hacia el interior de la caja ocular 108.

[0038]La figura 4A ilustra una vista lateral de una retroiluminación concentradora de luz 100 que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción 120' en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. En particular, la figura 4A ilustra la red de difracción 120 que comprende una pluralidad de segmentos de red de difracción 120' (con segmentos 120'a, 120'b, 120'c etiquetados individualmente a efectos de discusión más adelante). Además, los segmentos de red de difracción 120' de la pluralidad están espaciados entre sí en una superficie de una guía de luz 110, como se ilustra. En la retroiluminación concentradora de luz 100 de la figura 4A, la luz puede acoplarse a la guía de luz 110 a lo largo del borde de entrada de luz 112 con o que tiene elade difracción angular de reflexión interna. La pluralidad de segmentos de red de difracción 120' está configurada para acoplar difractivamente una porción de la luz guiada en la guía de luz 110 como la luz 102 acoplada difractivamente. Además, los segmentos de red de difracción 120' de la pluralidad están configurados para concentrar cooperativamente la luz 102 acoplada difractivamente en la caja ocular 108 a una distancia/desde la guía de luz 110.

[0039]La figura 4B ilustra una planta de una retroiluminación concentradora de luz 100 que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción 120' en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la figura 4B puede ser sustancialmente similar a la retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la figura 4A, por ejemplo. En particular, como se ilustra en la Figura 4B, los segmentos de red de difracción 120', por ejemplo, incluyendo los segmentos etiquetados individualmente 120'a, 120'b, 120'c, forman tiras a través de la superficie de la guía de luz en una dirección y. Además, como se ilustra, se proporcionan espacios entre los adyacentes de las tiras que forman los segmentos de red de difracción 120'. Los espacios pueden representar, por ejemplo, regiones no estampadas o no grabadas de la superficie de la guía de luz. Juntos, los segmentos de la red de difracción 120' pueden aproximarse a una única red de difracción 120, por ejemplo, sustancialmente similar a una versión segmentada de la red de difracción 120 ilustrada en la Figura 1D.

[0040]La figura 4C ilustra una planta de una retroiluminación concentradora de luz 100 que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción 120' en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. En particular, como se ilustra en la Figura 4C, los segmentos de red de difracción 120' comprenden regiones (por ejemplo, regiones rectangulares de una o ambas ranuras curvas y crestas curvas) separadas por espacios que discurren tanto en la dirección x como en la dirección y. La retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la figura 4C puede ser sustancialmente similar a la retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la figura 4A, por ejemplo. En particular, como se ilustra en la Figura 4C, los segmentos de red de difracción 120', por ejemplo, incluyendo los segmentos etiquetados individualmente 120'a, 120'b, 120'c, forman un conjunto bidimensional a través de la superficie de la guía de luz tanto en la dirección x como en la dirección y. También como en la Figura 4B, los segmentos de red de difracción 120' ilustrados en la Figura 4C pueden aproximarse a una única red de difracción 120, por ejemplo, que es sustancialmente similar a otra versión segmentada de la red de difracción 120 ilustrada en la Figura 1D.

[0041]En algunas formas de realización, los segmentos de red de difracción 120' pueden comprender características difractivas sustancialmente rectas dispuestas en la guía de luz 110 para aproximar características difractivas curvas. La figura 4D ilustra una planta de una retroiluminación concentradora de luz 100 que tiene una pluralidad de segmentos de red de difracción 120' en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra en la Figura 4D, los diferentes segmentos de la red de difracción 120' tienen diferentes espaciamientos entre las características y diferentes orientaciones de la red de difracción que se aproximan colectivamente a las características difractivas curvadas (aunque, curvadas a trozos) de una red de difracción 120. Por ejemplo, las características difractivas curvas aproximadas, en combinación, pueden aproximarse sustancialmente a las características difractivas curvas de la red de difracción 120 ilustrada en la Figura 1D. Además, la retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la figura 4D puede ser sustancialmente similar a la retroiluminación concentradora de luz 100 ilustrada en la figura 4A, por ejemplo. En particular, como se ilustra en la Figura 4D, los segmentos de red de difracción 120', por ejemplo, incluyendo los segmentos etiquetados individualmente 120'a, 120'b, 120'c, forman otro conjunto bidimensional a través de la superficie de la guía de luz tanto en la dirección x como en la direccióny.

[0042]De acuerdo con otras formas de realización coherentes con los principios descritos en el presente documento, se proporciona un sistema de pantalla cercana al ojo. La figura 5A ilustra una vista lateral de un sistema 200 de pantalla cercana al ojo en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. La figura 5B ilustra una vista en perspectiva de un sistema 200 de pantalla cercana al ojo en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. En algunas formas de realización, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede emplear una retroiluminación concentradora de luz sustancialmente similar a la retroiluminación concentradora de luz 100, descrita anteriormente. En particular, de acuerdo con varias formas de realización, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo está configurado para proporcionar luz 202 acoplada difractivamente y concentrar la luz 202 acoplada difractivamente hacia y dentro de una caja ocular 208. Además, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo está configurado para modular la luz 202 acoplada difractivamente para formar una imagen en la caja ocular 208. La imagen formada puede ser visualizada por un usuario dentro de la caja ocular208, según diversas formas de realización. Además, la caja ocular 208 puede ser una caja ocular bidimensional, como se ilustra.

[0043]Como se ilustra en las figuras 5A y 5B, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo comprende una guía de luz 210. La guía de luz de placa 210 está configurada para guiar la luz y en alguna forma de realización puede ser una guía de luz de placa 210. Según algunas formas de realización, la guía de luz 210 puede ser sustancialmente similar a la guía de luz 110 descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación concentradora de luz 100. Por ejemplo, la guía de luz 110 puede comprender una losa de material transparente configurada para guiar la luz por reflexión interna total. Además, por ejemplo, la luz guiada por la guía de luz 210 puede tener un factor de colimacióna.

[0044]El sistema 200 de pantalla cercana al ojo ilustrado en las figuras 5A-5B comprende además una red de difracción 220. La red de difracción 220 está acoplada ópticamente a la guía de luz 210. Además, la red de difracción 220 está configurada para acoplar difractivamente una porción de la luz guiada en la guía de luz y para concentrar la luz 202 acoplada difractivamente hacia y dentro de la caja ocular 208. Según diversas formas de realización, la caja ocular 208 es adyacente a una superficie de la guía de luz 210. Según algunas formas de realización, la red de difracción 220 puede ser sustancialmente similar a la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100, descrita anteriormente. En particular, la red de difracción 220 comprende una pluralidad de características difractivas configuradas tanto para acoplar como para concentrar la luz 202 acoplada difractivamente hacia y dentro de la caja ocular 208. Además, la caja ocular 208 está situada a una distancia/lejos de la superficie de la guía de luz, como se ilustra en la figura 5A. Según algunas formas de realización, la distancia/es menor que un rango de acomodación normal (por ejemplo, 25 cm) de un ojo de un usuario del Sistema 200 de pantalla cercana al ojo. Además, la red de difracción 220 puede comprender una pluralidad de segmentos de red de difracción configurados para concentrar cooperativamente la luz 202 acoplada difractivamente en la caja ocular 208, en algunas formas de realización.

[0045]Además, la red de difracción 220 tiene características difractivas que tienen un espaciado entre características difractivas adyacentes que disminuye con el aumento de la distancia desde un borde de entrada de luz 212 de la guía de luz 210. Es decir, en algunas formas de realización la red de difracción 220 puede ser una red de difracción de frecuencia de impulsos, sustancialmente similar a algunas formas de realización de la red de difracción 120, descrita anteriormente. En algunas formas de realización, el espaciado de la característica difractiva disminuye como una función lineal de la distancia, mientras que, en otras formas de realización, la disminución representa una función sustancialmente no lineal de la distancia.

[0046]En algunas formas de realización (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 5B), la red de difracción 220 comprende características difractivas curvas 222. Las características difractivas curvadas 222 (por ejemplo, una o ambas de las ranuras curvadas y crestas curvadas) pueden configurarse para concentrar la luz 202 acoplada difractivamente en dos direcciones ortogonales para proporcionar una caja ocular bidimensional (2D) 208. La figura 5B ilustra un ejemplo de caja ocular 2D 208 que tiene dos direcciones ortogonales (es decir, una dirección x y una direccióny)situadas en un plano paralelo a la superficie de la guía de luz. Además, las flechas que representan los rayos de la luz 202 acoplada difractivamente se ilustran convergiendo y concentrándose en la caja ocular 2D 208 proporcionada por las características difractivas curvas 222.

[0047]El Sistema 200 de pantalla cercana al ojo comprende además una matriz de válvulas de luz 230. La matriz de válvulas de luz 230 está situada entre la guía de luz 210 y la caja ocular 208. La matriz de válvulas de luz 230 está configurada para modular la luz 202 acoplada difractivamente para formar una imagen en la caja ocular 208. En particular, las válvulas de luz individuales de la matriz de válvulas de luz 230 pueden configurarse independientemente para proporcionar píxeles que juntos forman la imagen en la caja ocular 208. En algunas formas de realización, una distanciaddesde la matriz de válvulas de luz 230 a la caja ocular 208 es menor que la distancia de acomodación normal. Es decir, una o ambas de la distanciafy la distancia d, como se ilustra en la Figura 5A, pueden ser inferiores a una distancia de acomodación normal (por ejemplo, aproximadamente 25 cm) de un ojo de un usuario del Sistema 200 de pantalla cercana al ojo.

[0048]De acuerdo con varias formas de realización, la imagen formada puede ser visible por un usuario dentro de la caja ocular 208. Como tal, el usuario puede ver la imagen formada cuando el usuario coloca un ojo dentro de la caja ocular 208. Según diversas formas de realización, la imagen formada puede no ser visible cuando el ojo del usuario está fuera de la caja ocular 208. Además, la concentración de la luz 202 acoplada difractivamente en la caja ocular 208 puede facilitar la acomodación por parte del ojo del usuario para permitir que la imagen formada se vea enfocada incluso cuando la caja ocular 208 está situada a menos de una distancia de acomodación normal de una o ambas de la guía de luz 210 y de la matriz de válvulas de luz 230. En particular, dado que la luz 202 acoplada difractivamente modulada por la matriz de válvulas de luz 230 para formar la imagen se concentra o "enfoca" en la caja ocular 208, el usuario puede seguir viendo cómodamente la imagen formada, aunque la caja ocular 208 esté a menos de la distancia normal de acomodación, según diversas formas de realización.

[0049]De acuerdo con varias formas de realización, la matriz de válvulas de luz 230 puede comprender sustancialmente cualquiera de una variedad de válvulas de luz incluyendo, pero no limitado a, válvulas de luz de cristal líquido, válvulas de luz deelectrowettingy válvulas de luz electroforéticas. Además, como se muestra en las Figuras 5A y 5B, la matriz de válvulas de luz 230 puede orientarse sustancialmente paralela a la guía de luz 210 para intersectar un cono (o pirámide) de transmisión de luz formado por la luz 202 acoplada difractivamente. Por ejemplo, la matriz de válvulas de luz 230 puede comprender una matriz de válvulas de luz de cristal líquido, cada una de las cuales puede funcionar individualmente como un píxel mediante la modulación de una cantidad de luz que pasa a través de una válvula de luz. En algunas formas de realización, las válvulas de luz pueden ser válvulas de luz de color (es decir, una válvula de luz puede incluir un filtro de color). Por ejemplo, la matriz de válvulas de luz 230 puede comprender una pluralidad de válvulas de luz roja, una pluralidad de válvulas de luz verde y una pluralidad de válvulas de luz azul. Juntas, las válvulas de luz roja, verde y azul de la matriz de válvulas de luz 230 pueden proporcionar una imagen formada a "todo color" basada en el rojo-verde-azul (RGB) modulando la luz 202 acoplada difractivamente, por ejemplo. En particular, la luz 202 acoplada difractivamente que pasa a través de cada una de las válvulas de luz de la matriz de válvulas de luz 230 puede modularse selectivamente para crear una imagen a todo color o en blanco y negro que se concentra en la retina del ojo del espectador cuando el ojo del usuario está situado en la caja ocular 208.

[0050]En algunas formas de realización (por ejemplo, como se ilustra en la figura 5B), el Sistema 200 de pantalla cercana al ojo comprende además una fuente de luz 240 acoplada ópticamente a la guía de luz 210. Por ejemplo, la fuente de luz 240 puede estar acoplada ópticamente a la guía de luz 210 a lo largo del borde de entrada de luz 212, como se ilustra en la figura 5B. La fuente de luz 240 está configurada para generar e inyectar luz 242 en la guía de luz 210 como luz guiada que tiene el factor de colimación a, según diversas formas de realización. La fuente de luz 240 incluye un emisor óptico como, por ejemplo, un diodo emisor de luz (LED), un LED orgánico (OLED), un LED de polímero, un emisor óptico basado en plasma, una lámpara fluorescente o una lámpara incandescente. Según diversas formas de realización, la salida de luz por la fuente de luz 240 puede comprender luz monocromática o luz policromática. Por ejemplo, la luz puede comprender un solo color de luz (por ejemplo, luz roja, luz verde o luz azul), una pluralidad de colores de luz o luz que es sustancialmente luz blanca. Como se muestra en las figuras 5A-5B, la luz 242 procedente de la fuente de luz 240 se acopla a la guía de luz 210 a lo largo del borde de entrada de luz 212 para propagarse en una dirección 204 dentro de la guía de luz 210 que está sustancialmente alejada del borde de entrada de luz 212. En otras palabras, la luz 242 se acopla a la guía de luz 210 de modo que la luz 242 se propaga dentro de la guía de luz 210 en la dirección general de la disminución del espaciado de las características difractivas de la red de difracción 220, según diversas formas de realización.

[0051]En algunas formas de realización, el Sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede incluir otra (por ejemplo, una segunda) matriz de válvulas de luz además de la matriz de válvulas de luz 230 descrita anteriormente con respecto a las figuras 5A-5B. La figura 6 ilustra una vista lateral de un Sistema 200 de pantalla cercana al ojo que tiene dos matrices de válvulas de luz en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra en la figura 6, además del conjunto de válvulas luminosas 230 (es decir, un primer conjunto de válvulas luminosas 230), el Sistema 200 de pantalla cercana al ojo comprende además otro conjunto de válvulas luminosas 250 (es decir, un segundo conjunto de válvulas luminosas 250) situado entre la guía luminosa 210 y la caja ocular 208. En particular, el otro conjunto de válvulas luminosas 250 está situado entre el conjunto de válvulas luminosas 230 y la caja ocular 208, como se ilustra en la figura 6 a modo de ejemplo y no de limitación. Por ejemplo, la otra matriz de válvulas de luz 250 puede estar a una distancia efe de la caja ocular 208, mientras que la matriz de válvulas de luz 230 puede estar a una distancia efe de la caja ocular 208 (por ejemplo, donde efe < efe), como se ilustra en la figura 6. En algunas formas de realización, la otra matriz de válvulas de luz 250 puede ser sustancialmente similar a la matriz de válvulas de luz 230. Sin embargo, la otra matriz de válvulas de luz 250 puede tener una menor densidad de válvulas de luz o una menor resolución de modulación que la matriz de válvulas de luz 230, en algunas formas de realización.

[0052]Según diversas formas de realización, la otra matriz de válvulas de luz 250 puede configurarse para modular aún más la luz 202 acoplada difractivamente para formar la imagen en la caja ocular 208. Es decir, la otra matriz de válvulas de luz 250 puede modular aún más la luz 202 acoplada difractivamente que también es modulada por la matriz de válvulas de luz 230. Como tal, la imagen formada puede comprender luz modulada de ambos matrices de válvulas de luz 230, 250. En algunas formas de realización, la modulación adicional de la luz 202 acoplada difractivamente está configurada para proporcionar señales de acomodación ocular a un usuario. Por ejemplo, las válvulas de luz de cada uno de los dos matrices de válvulas de luz 230, 250 pueden controlarse de forma independiente para modular el brillo de la luz que entra en una pupila del ojo del usuario situada en la caja ocular 208. Como resultado, se puede utilizar una combinación de las dos matrices de válvulas de luz 230, 250 para proporcionar acomodación ocular mostrando cooperativamente objetos dentro de la imagen formada para tener diferentes cantidades de desenfoque dependiendo de si los objetos mostrados en la imagen formada están destinados a aparecer más cerca o más lejos del ojo del usuario.

[0053]En otras formas de realización, la otra matriz de válvulas de luz 250 puede ser una matriz de válvulas de luz especializada. La figura 7 ilustra una vista lateral de un Sistema 200 de pantalla cercana al ojo que tiene dos matrices de válvulas de luz en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. En particular, la Figura 7 ilustra la otra matriz de válvulas de luz 250 como una matriz de válvulas de luz especializada que comprende una lente de contacto pixelada configurada para ser llevada en un ojo del usuario. Según varias formas de realización, la lente de contacto pixelada puede tener válvulas de luz individuales (o píxeles) que están configuradas operativamente para controlar una cantidad de luz que entra en el ojo del usuario cuando el ojo del usuario está situado dentro de la caja ocular 208. Mediante el control de la luz que entra en el ojo del usuario utilizando las válvulas de luz individuales, pueden proporcionarse al usuario, por ejemplo, señales de acomodación.

[0054]Por ejemplo, la lente de contacto pixelada que comprende la otra matriz de válvulas de luz 250 puede comprender un conjunto de entre dos (2) y nueve (9) válvulas de luz (es decir, entre 2 y 9 píxeles) por área pupilar que se accionan encendiendo una sola válvula de luz (es decir, haciéndola transparente) a la vez, mientras que las válvulas de luz restantes se apagan (es decir, haciéndolas opacas). La lente de contacto pixelada puede ser una lente "biónica" con válvulas de luz controladas de forma independiente, por ejemplo. En algunas formas de realización, la lente de contacto pixelada que comprende la otra matriz de válvulas de luz 250 puede utilizar válvulas de luz de cristal líquido para modular la cantidad de luz que pasa a través de la lente de contacto pixelada y al ojo del usuario. En algunos ejemplos, las válvulas de luz de la matriz de válvulas de luz 230 y las válvulas de luz de la lente de contrato pixelada de la otra matriz de válvulas de luz 250 pueden modularse independientemente para controlar una dirección en la que la luz 202 modulada acoplada difractivamente entra en el ojo del usuario. El control de esta dirección también puede proporcionar señales de acomodación ocular al ojo del usuario. Por ejemplo, encendiendo sólo una válvula luminosa cada vez, se puede cambiar la dirección de la luz que entra en la pupila del ojo del usuario. El cambio puede permitir que diferentes imágenes formadas se muestren en diferentes ubicaciones en una retina del ojo del usuario. Como resultado, puede desencadenarse una respuesta de enfoque del ojo del usuario para crear un efecto de objetos que se encuentran a diferentes distancias del ojo del usuario (es decir, una respuesta de acomodación).

[0055]De acuerdo con varias formas de realización de los principios aquí descritos, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo descrito anteriormente puede incorporarse a una pantalla montada en la cabeza para proporcionar una o ambas imágenes de realidad virtual (RV) e imágenes de realidad aumentada (RA) a un usuario. Como tal, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede ser uno de un sistema de realidad aumentada (AR) y un sistema de realidad virtual (VR).

[0056]La figura 8 ilustra una vista en perspectiva del sistema 200 de pantalla cercana al ojo configurado como una pantalla montada en la cabeza (HMD) en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra en la figura 8, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo comprende además un auricular 260 configurado para colocar el sistema 200 de pantalla cercana al ojo delante de un ojo de un usuario como una HMD. En particular, el auricular 260 está configurado para sostener o posicionar un conjunto óptico 200' que comprende la guía de luz 210, la red de difracción 220 y la matriz de válvulas de luz 230 frente al ojo del usuario, por ejemplo, en un campo de visión del ojo del usuario. Además, el auricular 260 está configurado para colocar la caja ocular en el ojo del usuario (por ejemplo, en el iris del ojo del usuario), de acuerdo con diversas formas de realización. Por ejemplo, el auricular 260 puede incluir una montura parecida a la montura de un par de gafas, como se ilustra en la figura 8. El conjunto óptico 200' del sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede montarse en la montura de los auriculares en lugar de una lente del par de gafas, por ejemplo. En la figura 8, el conjunto óptico 200' está situado en el lugar de una de las lentes y no se ilustra otra de las lentes. En algunos ejemplos, no se incluye ninguna otra lente. En otros ejemplos, la otra lente puede ser una lente de gafas estándar.

[0057]En algunas formas de realización, el conjunto óptico 200' puede ser sustancialmente transparente ópticamente en una dirección ortogonal a la superficie de la guía de luz. El conjunto óptico ópticamente transparente 200' puede proporcionar una imagen formada en la caja ocular como una imagen superpuesta a una vista de un entorno físico más allá de la caja ocular. En particular, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede estar configurado para aumentar una vista del entorno físico con la imagen formada proporcionada dentro de la caja ocular. En esta configuración, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede servir como pantalla AR de un sistema A r , por ejemplo.

[0058]La figura 9 ilustra una vista en perspectiva del sistema 200 de pantalla cercana al ojo configurado como una pantalla montada en la cabeza (HMD) en un ejemplo, según otra forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra en la figura 9, el auricular 260 puede estar configurado para alojar un par de conjuntos ópticos 200'. En particular, cada conjunto óptico 200' del par puede colocarse delante de un ojo diferente del usuario, por ejemplo, uno delante de cada ojo. El auricular 260 ilustrado en la figura 9 puede parecerse a un par de gafas, por ejemplo. Con el par de conjuntos ópticos 200', el sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede proporcionar un par estereoscópico de imágenes formadas para simular una imagen tridimensional para el usuario. Además, el sistema de pantalla cercana al ojo 200 ilustrado en la figura 9 puede servir como pantalla de RV de un sistema de RV bloqueando sustancialmente una vista del entorno más allá de los conjuntos ópticos 200', por ejemplo. En particular, el sistema 200 de pantalla cercana al ojo puede configurarse para suplantar o al menos suplantar sustancialmente una vista de un entorno físico (es decir, una vista del "mundo real") con las imágenes formadas en cada una de las cajas oculares, por ejemplo, bloqueando un campo de visión de los ojos del usuario. Al suplantar la vista del entorno físico, se proporciona al usuario una vista de realidad virtual proporcionada por el sistema 200 de pantalla cercana al ojo (por ejemplo, las imágenes formadas) en lugar de la vista del entorno físico.

[0059]De acuerdo con otras formas de realización de los principios descritos en el presente documento, se proporciona un método de funcionamiento de pantalla cercana al ojo. La figura 10 ilustra un diagrama de flujo de un método 300 de funcionamiento de la pantalla cercana al ojo en un ejemplo, según una forma de realización coherente con los principios descritos en el presente documento. Como se ilustra, el método 300 de operación de visualización cercana al ojo comprende guiar 310 luz en una guía de luz (por ejemplo, una guía de luz de placa) como luz guiada. En algunas formas de realización, la luz guiada puede ser guiada 310 a lo largo de una longitud de la guía de luz. Por ejemplo, la luz puede guiarse en dirección longitudinal. Según algunas formas de realización, la guía de luz puede ser sustancialmente similar a la guía de luz 110 descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación concentradora de luz 100. Por ejemplo, la guía de luz puede ser una guía de luz de placa que comprende una losa de material ópticamente transparente que está configurada para guiar 310 luz utilizando reflexión interna total. Además, la luz guiada puede tener un factor de colimación predeterminado que es sustancialmente similar al factor de colimación a, descrito anteriormente con respecto a la guía de luz 110.

[0060] Como se ilustra en la figura 10, el método 300 de funcionamiento de la pantalla cercana al ojo comprende además concentrar 320 luz en una caja ocular situada junto a la guía de luz utilizando una red de difracción para acoplar difractivamente y dirigir una parte de la luz guiada hacia la caja ocular. En algunas formas de realización, la red de difracción utilizada para concentrar la luz 320 puede estar situada en una superficie de la guía de luz. Además, el ocular en el que se concentra la luz 320 puede estar situado junto a la superficie de guía de luz. En particular, en algunas formas de realización, la caja ocular está situada a una distancia de la superficie de la guía de luz que es inferior a una distancia de acomodación normal del ojo de un usuario. La red de difracción utilizada para concentrar 320 la luz puede ser sustancialmente similar a la red de difracción 120 de la retroiluminación concentradora de luz 100, descrita anteriormente. En particular, la red de difracción puede ser una red de difracción de frecuencia de impulsos que comprende características difractivas que tienen un espaciamiento característico que disminuye con el aumento de la distancia desde un borde de entrada de luz de la guía de luz. Además, la red de difracción puede incluir características difractivas curvas. Las características difractivas curvadas pueden configurarse para concentrar la luz acoplada difractivamente en dos direcciones ortogonales para proporcionar, por ejemplo, una caja ocular bidimensional (2D). Además, en algunas formas de realización, la caja ocular puede ser sustancialmente similar a la caja ocular 108, descrita anteriormente.

[0061] El método 300 de funcionamiento de la pantalla cercana al ojo ilustrado en la figura 10 comprende además la modulación 330 de la luz concentrada mediante una matriz de válvulas de luz. La matriz de válvulas de luz está situada entre la guía de luz y la caja ocular. Modulando 330 la luz concentrada forma una imagen dentro de la caja ocular. Según algunas formas de realización, la matriz de válvulas de luz utilizada en la modulación 330 puede ser sustancialmente similar a la matriz de válvulas de luz 230 descrita anteriormente con respecto al sistema 200 de pantalla cercana al ojo. En particular, en algunas formas de realización, puede utilizarse una única matriz de válvulas de luz para modular 330 la luz acoplada difractivamente. En otras formas de realización, se puede utilizar un par de matrices de válvulas de luz para modular 330 la luz acoplada difractivamente.

[0062] En algunas formas de realización (no ilustradas en la figura 10), el método de funcionamiento de la visualización cercana al ojo puede comprender además el acoplamiento óptico de luz en la guía de luz en el borde de entrada de luz como luz guiada, por ejemplo, utilizando una fuente de luz. En alguna forma de realización, la fuente de luz puede ser sustancialmente similar a la fuente de luz 240 del sistema 200 de pantalla cercana al ojo, descrito anteriormente. En particular, según algunas formas de realización, el acoplamiento óptico de la luz en la guía de luz puede comprender proporcionar a la luz guiada un factor de colimación predeterminado, como se ha descrito anteriormente.

[0063] Así pues, se han descrito ejemplos y formas de realización de una retroiluminación concentradora de luz, un sistema de pantalla cercana al ojo y un método de funcionamiento de la pantalla cercana al ojo que proporcionan luz acoplada difractivamente que se concentra en una caja ocular. Debe entenderse que los ejemplos descritos anteriormente son meramente ilustrativos de algunos de los muchos ejemplos específicos que representan los principios aquí descritos. Evidentemente, los expertos en la materia pueden idear fácilmente otras numerosas disposiciones sin apartarse del ámbito definido por las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una pantalla cercana al ojo (200) que comprende:

una retroiluminación concentradora de luz (100) que comprende:

una guía de luz (110,210) configurada para guiar la luz (104,204) a lo largo de una longitud de la guía de luz; y

una red de difracción (120,220) en una superficie de la guía de luz, estando la red de difracción configurada para acoplar difractivamente una porción de la luz guiada desde la guía de luz como luz acoplada difractivamente hacia fuera (102) y para concentrar la luz acoplada difractivamente hacia fuera en una caja ocular (108,208) situada adyacente y separada de la superficie de la guía de luz;y

una matriz de válvulas de luz (230) situada entre la guía de luz y la caja ocular, estando la matriz de válvulas de luz configurado para modular la luz acoplada difractivamente para proporcionar una imagen en la caja ocular, en la que la imagen está configurada para ser visualizada dentro de la caja ocular por un usuario.

2. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, en la que la caja ocular es una caja ocular bidimensional situada en un plano paralelo a la superficie de la guía de luz, y en la que la red de difracción comprende una pluralidad de características difractivas curvadas configuradas para concentrar la luz acoplada difractivamente en dos direcciones ortogonales en el plano paralelo de la caja ocular.

3. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 2, en la que la pluralidad de características difractivas curvas comprende una o ambas crestas curvas concéntricas y ranuras curvas concéntricas con un centro de curvatura.

4. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, en la que la red de difracción comprende características difractivas que tienen un espaciado entre características difractivas adyacentes que disminuye con el aumento de la distancia desde un borde de entrada de luz de la guía de luz, opcionalmente en la que el espaciado disminuye linealmente.

5. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, en la que la red de difracción está configurada para acoplar difractivamente la porción de luz guiada según un primer orden de difracción.

6. La retroiluminación concentradora de luz de la reivindicación 1, en la que una anchura de la caja ocular es inferior a aproximadamente veinticinco milímetros (25 mm).

7. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, en la que la caja ocular está situada a una distancia de la guía de luz inferior a la distancia normal de acomodación del ojo de un usuario.

8. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, en la que la red de difracción comprende una pluralidad de segmentos de red de difracción separados por espacios, estando los segmentos de red de difracción de la pluralidad configurados para concentrar cooperativamente la luz acoplada difractivamente hacia la caja ocular.

9. La pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, en la que la retroiluminación concentradora de luz es ópticamente transparente en una dirección ortogonal a la superficie de la guía de luz.

10. El sistema de pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, comprende además una fuente de luz acoplada ópticamente a un borde de entrada de luz de la guía de luz, estando configurada la fuente de luz para inyectar luz en la guía de luz como luz guiada con un factor de colimación predeterminado.

11. El sistema de pantalla cercana al ojo de la reivindicación 1, que comprende además otra matriz de válvulas de luz (250) situada entre la guía de luz y la caja ocular, estando la otra matriz de válvulas de luz configurada para modular aún más la luz acoplada difractivamente para formar la imagen en la caja ocular, en la que la modulación adicional de la luz acoplada difractivamente está configurada para proporcionar señales de acomodación ocular a un usuario.

12. El sistema de pantalla cercana al ojo de la reivindicación 11, en el que la otra matriz de válvulas de luz comprende una lente de contacto pixelada configurada para ser usada en un ojo del usuario, la lente de contacto pixelada que tiene válvulas de luz individuales que están configuradas operativamente para controlar una cantidad de luz que entra en el ojo del usuario cuando el ojo del usuario se encuentra dentro de la caja ocular.

13. El sistema de pantalla cercana al ojo 1, que comprende además un auricular (260) configurado para colocar el sistema de pantalla cercana al ojo delante del ojo de un usuario como una pantalla montada en la cabeza, el sistema de pantalla cercana al ojo está situado por el auricular para colocar el ojo del usuario dentro de la caja ocular, en el que el sistema de pantalla cercana al ojo es uno de un sistema de realidad aumentada y un sistema de realidad virtual.

14. El sistema de pantalla cercana al ojo de la reivindicación 13, en el que el sistema de pantalla cercana al ojo es ópticamente transparente en una dirección ortogonal a una dirección de propagación de la luz guiada dentro de la guía de luz, siendo el sistema de pantalla cercana al ojo el sistema de realidad aumentada configurado para superponer la imagen formada en una vista de un entorno físico.

15. Un método (300) de funcionamiento de pantalla cercana al ojo, el método comprende:

guiar la luz en una guía de luz como luz guiada (310);

concentrar la luz en una caja ocular situada junto a la guía de luz utilizando una red de difracción para acoplar difractivamente y dirigir una parte de la luz guiada hacia la caja ocular (320); y

modular la luz concentrada mediante una matriz de válvulas de luz entre la guía de luz y la caja ocular para formar una imagen dentro de la caja ocular (330).