公开了一种用于增强现实或虚拟现实显示器中的波导。该波导包括光子晶体中的多个光学结构。多个光学结构被布置在阵列中以提供至少两个衍射光学元件。这两个衍射光学元件中的每一个被配置成：接收来自输入方向的光并且将所述光朝向另一个衍射光学元件耦合，所述另一个衍射光学元件然后能够充当输出衍射光学元件，提供朝向观察者的耦出级。当在波导的平面中被观察时，多个光学结构分别具有如下形状：包括十二个大致上直的边，这十二个边中的六个边在第一角度处具有各自的法向量，并且这十二个边中的另外六个边在与第一角度不同的第二角度处具有各自的法向量。处具有各自的法向量。处具有各自的法向量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强现实或虚拟现实的改进的角度均匀性波导
[0001]本专利技术涉及用于增强现实或虚拟现实显示器中的波导。特别地，本专利技术涉及如下波导，在所述波导中，输入光在输出元件中在两个正交方向上扩展并且朝向观察者耦出波导。这可以允许在增强现实显示器中眼动范围的物理扩展。
技术介绍
[0002]增强现实显示器允许用户观察其周围环境以及投影图像。在军事或运输应用中，投影图像可以被叠加在由用户感知的真实世界上。这些显示器的其他应用包括视频游戏和诸如眼镜的可穿戴设备。
[0003]在正常的增强现实装置中，在用户的前方设置透明的显示屏幕，使得用户可以连续观看物理世界。显示屏幕通常是玻璃波导，并且投影仪被设置到一侧。来自投影仪的光通过衍射光栅耦合到波导中。投射的光在波导内被全内反射。然后，光通过另一个衍射光栅耦出波导，使得可以由用户观察到光。投影仪可以提供增强用户对物理世界的观察的信息和/或图像。
[0004]在WO 2016/020643中公开了一种用于在增强现实显示器中在两个维度中扩展输入光的光学设备。设置了输入衍射光学元件，以用于将来自投影仪的输入光耦合到波导中。光学设备还包括输出元件，该输出元件具有在波导中彼此叠加的两个衍射光学元件，使得两个衍射光学元件中的每一个都可以接收来自输入衍射光学元件的光并将接收到的光朝向该对中的另一衍射光学元件耦合，该另一衍射光学元件可以用作将光朝向观察者耦出波导的输出衍射光学元件。在一个实施方式中，在光子晶体中设置有彼此叠加的两个衍射光学元件。这通过以下来实现：使柱状物的阵列布置在波导内或布置在波导的表面上，使柱状物的阵列相对于周围的波导介质具有增加的折射率。当从观察者的角度在波导的平面中观察时，WO 2016/020643中的柱状物被描述为具有圆形截面形状。已经发现这种布置在同时在两个维度中扩展光以及将光耦出波导方面是非常有效的。有利地，这可以改进波导上的空间的使用，从而可以降低制造成本。
[0005]已经认定已知波导具有一个问题，原因是已经观察到输出图像中的中间带具有比其他部分更高的相对亮度。对用户而言，这种“条纹”效应是不期望的，并且本专利技术的目的是克服和减轻这个问题。
[0006]在WO 2018/178626中公开的光学设备旨在解决这个问题。在这种布置中，WO 2016/020643的柱状物被用成不同形状的多边形例如平行四边形或修改的平行四边形的阵列替代。
[0007]尽管能够减少中间“条纹效应”，但是这些波导仍然遭受跨视场的颜色的角度均匀性降低的问题。朝向视场的边缘的区域比靠近中心的区域显示更低的强度。期望的是，角度均匀性跨用户的视场是一致的，来为用户提供最增强的观察体验。期望在防止中间“条纹效应”的同时还能确保改善的角度均匀性的布置。
技术实现思路
[0008]根据本专利技术的一方面，提供了一种用于增强现实或虚拟现实显示器中的波导，该波导包括：在光子晶体中的多个光学结构；其中，所述多个光学结构被布置在阵列中以提供至少两个衍射光学元件，其中，两个衍射光学元件中的每一个被配置成：接收来自输入方向的光并且将所述光朝向另一个衍射光学元件耦合，所述另一个衍射光学元件然后能够充当输出衍射光学元件，提供朝向观察者的耦出级；其中，当在波导的平面中被观察时，所述多个光学结构分别具有如下形状：包括十二个大致上直的边，十二个边中的六个边在第一角度处具有各自的法向量，并且十二个边中的另外六个边在与第一角度不同的第二角度处具有各自的法向量。
[0009]以这种方式，光学结构的布置可以提供改进的跨视场的颜色的角度均匀性。这改进了波导的性能，原因是跨整个角度范围从波导耦出的光的强度更加均匀。这为用户提供了跨他们的整个观察范围的更均匀的显示器。
[0010]此外，波导可以降低被衍射成导致条纹效应的级的光的比例。这可以改进叠加的衍射光学元件的衍射效率，从而增加转动并朝向另一个衍射光学元件耦合的光的比例。这可以减轻已经被观察到的具有圆形截面形状的光学结构的已知波导的条纹效应。这也可以通过控制朝向用户耦合以用于观察的光来改进波导的整体效率。
[0011]优选地，至少两个衍射光学元件在波导中或在波导上彼此叠加。
[0012]光学结构可以具有交叉型形状。交叉形状由两条基本上彼此成120度的相交线构成。
[0013]优选地，该形状具有可以总计达大致1800
°
的内角。以这种方式，光学结构中的每一个的形状可以大致上是十二边形。该形状可以具有四个大致60
°
的内角、四个大致120
°
的内角、两个大致240
°
的内角以及两个大致300
°
的内角。
[0014]阵列中的光学结构可以在平行于光学元件的方向上彼此间隔一定的间隙。光学结构可以具有在平行于光学元件的方向上延伸的物理范围，其中，物理范围和间隙之和限定了晶格常数并且间隙可以被限定为晶格常数的比率。在一些布置中，间隙是晶格常数的10％。在其他布置中，间隙是晶格常数的20％。在其他布置中，间隙可以在晶格常数的1％到50％之间。
[0015]使用这种布置，在多个光学结构中的每一个之间都存在间距。换言之，光学结构中的每一个彼此没有直接接触。晶格常数限定了单位晶格的一个边，其中单位晶格限定了光学结构的布置。
[0016]优选地，第一角度和第二角度与输入方向大致成
±
30
°
。已经发现，这种布置可以有利地将衍射效率提高到所需的级中并且减轻条纹，而且进一步改进角度均匀性。
[0017]多个光学结构中的至少一些可以分别包括被附接至相应的相邻光学结构的边的边。在一些布置中，多个光学结构中的至少一些被附接至其四个最靠近的相邻光学结构。
[0018]以这种方式，具有交叉形状的相邻光学结构在它们的四个边处接合至最靠近的相邻的成交叉形状的光学结构。这导致形成网格形状的光学结构。换言之，相邻的光学结构之间的间距为零。可以认为，通过相邻的光学结构的边中的四个边在这些相邻的光学结构之间存在连续连接。
[0019]有利地，具有网格形状可以提高制造光学结构的容易性。另外，通过更有效地利用
输入光，这种布置可以提供改进的提取效率。然而，在一些情况下，最大的角度均匀性可以由多个光学结构提供，每个光学结构具有交叉结构并且彼此间隔开。
[0020]优选地，波导包括输入衍射光学元件，该输入衍射光学元件与在波导中彼此叠加的所述至少两个衍射光学元件隔开，该输入衍射光学元件被配置成：将光耦合到波导中并且在输入方向上向阵列中的多个光学结构提供光。
[0021]输入衍射光学元件优选地是在波导的一个表面上的包括凹槽的衍射光栅。优选地，输入光栅具有用于将光耦合到波导中的高效率。
[0022]波导中的光学结构的阵列可以被称为光子晶体。波导可以被设置在光学显示器中。
[0023]多个光学结构可能在折射率方面与周围波导介质存在差异。以这种方式，由于该结构和波导介质之间的折射率的差异，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增强现实或虚拟现实显示器中的波导，包括：在光子晶体中的多个光学结构；其中，所述多个光学结构被布置在阵列中以提供至少两个衍射光学元件，其中，所述两个衍射光学元件中的每一个被配置成：接收来自输入方向的光并且将所述光朝向另一个衍射光学元件耦合，所述另一个衍射光学元件然后能够充当输出衍射光学元件，提供朝向观察者的耦出级；其中，当在所述波导的平面中被观察时，所述多个光学结构分别具有如下形状：包括十二个大致上直的边，所述边中的六个边在第一角度处具有各自的法向量，并且所述边中的另外六个边在与所述第一角度不同的第二角度处具有各自的法向量。2.根据权利要求1所述的波导，其中，所述形状具有总计达大致1800
°
的内角。3.根据任一前述权利要求所述的波导，其中，所述阵列中的相邻光学结构在与所述光学元件平行的方向上彼此间隔一定的间隙。4.根据权利要求3所述的波导，其中，所述光学结构具有在与所述光学元件平行的方向上延伸的物理范围，其中，晶格常数由所述物理范围和所述间隙之和来限定，并且所述间隙在所述晶格常数的范围的1％至50％之间。5.根据任一前述权利要求所述的波导，其中，所述第一角度和所述第二角度与所述输入方向大致成
±
30
°
。6.根据任一前述权利要求所述的波导，其中，所述多个光学结构中的至少一些光学结构分别包括附接至相应的相邻光学结构的边的边。7.根据权利要求6...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔谢尼，
申请(专利权)人：威福光学有限公司，
类型：发明
国别省市：
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