本发明专利技术公开了一种输入耦合器元件(61)，其包括：输入偏振体光栅(12)，该输入偏振体光栅被配置为以全内反射方式将输入的偏振电磁波(11)偏转入波导(13)；以及输入偏振管理层(14)，该输入偏振管理层将偏转的电磁波的偏振调整到与要被输入偏振体光栅(12)偏转的电磁波的偏振状态不同的偏振状态。本发明专利技术还公开了一种光学显示系统(60、72)，其包括所述输入耦合器元件(61)；以及一种电子装置(70)，其包括所述光学显示系统(60、72)。72)。72)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】输入耦合器元件、光显示系统和电子装置
[0001]本公开涉及光显示的
，更具体地，涉及输入耦合器元件、光显示系统和电子装置。
技术介绍
[0002]光显示系统包括输入耦合器和输出耦合器。输入耦合器将图像光引入波导，该图像光是一种电磁波。电磁波在波导中行进到输出耦合器。输出耦合器将电磁波从波导导出并导入观察者的眼睛。
[0003]这种光显示系统可以在许多应用中使用，例如近眼显示器(NED)。近眼显示器(NED)利用放大光元件将显示图像放大并投影到可视尺寸/距离。透视型NED也被称为增强现实(AR)显示，其中显示的图像覆盖具有光透视装置的环境。对于这种类型的NED，观看者可以同时看到显示的图像和环境。因此，除了放大光元件外，AR系统还需要光学组合器来组合所显示的图像和环境。光学组合器可以是简单的偏振/非偏振分光棱镜，部分反射凹面反射镜或全息光栅(HG)耦合波导。对于前两者，部分反射元件以一定角度地物理布置，使得显示的光可以按一定角度反射向观察者而不会遮挡环境。然而，这种类型的装置在形状因子和视场(FOV)之间存在权衡。这种装置的示例是Google GlassTM，其中小分束器作为组合器，使得形状因子小且FOV窄。这种装置的对应产品是Meta 2TM，其中使用大的部分反射偏离轴凹面镜，使得形状因子大且FOV宽。
[0004]对于使用HG耦合波导的AR装置，HG的薄膜用作耦入光栅，以将准直显示的光引导到紧凑的波导中，然后由耦出光栅将光偏转向用户的眼睛。该配置能够实现纤薄的设计，因此是用于AR装置的优选方法。常见的HG由各向同性材料制成，具有高折射率和低折射率的交替倾斜层。单个HG的角带宽由折射率对比度来确定。基于二色特异性明胶的HG可以提供高达0.15的折射率对比度。然而，这种类型的HG对湿度、温度和其他环境条件敏感，这使得它极其不稳定并且导致光栅结构中的缺陷。如今，大多数显示应用选择光敏聚合物作为记录介质，折射率对比度约为0.035。由此，这种偏转具有高的角度/波长选择性。低对比度HG能够实现几乎100％的环境光透射率；然而，这也意味着显示光的低效率和接受角小，导致视场小(<5
°
)和能耗更高。为了在保持薄剖面同时具有更大的视场，利用具有多层结构的HG，这不仅降低了透射率，而且显着提高了成本。Microsoft HololensTM中采用了基于表面浮凸结构的HG。这种类型的HG是通过压印(imprint)以产生倾斜的聚合物结构来实现。由于聚合物和空气之间的对比度很大，因此这种类型的HG较之基于光敏聚合物的HGS具有优异的性能。然而，表面浮凸HG非常难以制造。因此，与其他解决方案相比，成本仍然非常高。
技术实现思路
[0005]本公开的一个目的是提供一种用于光显示系统的新技术解决方案。
[0006]根据本公开的第一方面，提供一种输入耦合器元件，包括：输入偏振体光栅，其被配置为以全内反射方式将输入的偏振电磁波偏转入波导；以及输入偏振管理层，其将偏转
的电磁波的偏振调整到与要被输入偏振体光栅偏转的电磁波的偏振状态不同的偏振状态。
[0007]根据本公开的第二方面，提供一种光显示系统，包括：根据一个实施例的输入耦合器元件；以及输出耦合器元件。
[0008]根据本公开的第三方面，提供一种包括根据实施例的光显示系统的电子装置。
[0009]根据本公开的实施例，能够提高输入耦合器的性能。
[0010]从下文参考附图对根据本公开的示例性实施例的详细描述中，将显见到本公开的其他特征和其优点。
附图说明
[0011]并入本说明书并构成本说明书一部分的附图示出本公开的实施例，并且结合其描述，用于解释本专利技术的原理。
[0012]图1是根据本专利技术的示例性增强现实应用实施例的光显示系统的顶部示意性平面图。
[0013]图2是根据本专利技术的示例性增强现实应用实施例的光显示系统的顶部示意性平面图。
[0014]图3是比较不同配置的光显示系统的曲线图。
[0015]图4是根据本专利技术的示例性增强现实应用实施例的光显示系统的顶部示意性平面图。
[0016]图5是偏振体光栅中不同液晶分子取向配置的示意图。
[0017]图6是比较具有不同液晶分子取向的偏振体光栅的角性能的曲线图。
[0018]图7示出根据实施例的光显示系统的示意图。
[0019]图8示出根据实施例的电子装置的示意图。
具体实施方式
[0020]现在将参考附图详细描述本公开的多种示例性实施例。应当注意，在这些实施例中阐述的部件和步骤、数值表达式和数值的相对设置并不会限制本公开的范围，除非另有明确地陈述。
[0021]下文对至少一个示例性实施例的描述本质上仅是说明性，绝对无意限制本专利技术、其应用或用途。
[0022]相关领域的技术人员公知的技术、方法和装置可能未做详细论述，但是在适当的情况下理应作为本专利技术的一部分。
[0023]在本文图示和论述的所有示例中，任何具体值应该被解释为仅是说明性和非限制性的。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
[0024]要注意，相似的引用数字和字母指代后续附图中的相似的项，并且因此一旦在一个附图中定义一项，后续附图中可能不一定作进一步论述。
[0025]图1示意性地图示波导的输入侧。波导的输入侧是输入耦合器元件。输入耦合器元件可以是离散的或集成到光显示系统中。
[0026]如图1所示，输入耦合器元件包括输入偏振体光栅12和输入偏振管理层14。
[0027]输入偏振体光栅12被配置为以全内反射方式将输入的偏振电磁波11偏转入波导
13。输入偏振体光栅12是例如，反射偏振体光栅。它能够在采用薄波导情况下减小输入侧的漏光。
[0028]输入偏振管理层14将偏转的电磁波的偏振调整到与要被输入偏振体光栅12偏转的电磁波的偏振状态不同的偏振状态。
[0029]在这样的基于波导的光显示系统(例如基于波导的AR装置)中，在波导的输入侧，由耦入光栅偏转的光通常将通过波导中的全内反射(TIR)来引导。在不采用本文公开的输入偏振管理层14的情况下，如果被引导的光沿相反方向照射耦入光栅，则由于光路的可逆性而漏光，这降低了整体光效率。为了防止再次照射耦入光栅，最常见的解决方案是减小耦入光栅的尺寸或将波导保持在足够的厚度(≥1mm)。
[0030]在图1中，电磁波11，如来自输入源的光线，被输入偏振体光栅12偏转。输入偏振体光栅12是偏振选择性的。输入源能够通过多种方式提供期望的偏振电磁波11。偏振电磁波11可以是直线偏振的或圆偏振的。例如，输入源可以包括可编程/可控的(虚拟)图像生成元件，其被调适成生成偏振图像输出。由于输入源不是本公开中所关注的，因此省略其描述。例如，输入偏振体光栅12具有轴向上的扭转结构，其是针对图像生成系统(输入源)的波长和视场而设计的。例如，该扭转结构具有轴向上改变的扭距。再者，该扭转结构具有轴向上逐本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种输入耦合器元件，包括：输入偏振体光栅，所述输入偏振体光栅被配置为以全内反射方式将输入的偏振电磁波偏转入波导；以及输入偏振管理层，所述输入偏振管理层将偏转的电磁波的偏振调整到与要被所述输入偏振体光栅偏转的电磁波的偏振状态不同的偏振状态。2.根据权利要求1所述的元件，其中，所述波导具有上侧和下侧，所述输入的偏振电磁波从所述下侧被输入，并且所述输入偏振管理层被设置在所述输入偏振体光栅的背面与所述波导的上侧之间。3.根据权利要求1或2所述的元件，其中，所述输入偏振管理层将被偏转的电磁波的偏振调整为与要被所述输入偏振体光栅偏转的电磁波的偏振状态相反的偏振状态。4.根据权利要求1所述的元件，其中，所述输入偏振体光栅将左旋或右旋偏振电磁波偏转，并且所述输入偏振管理层将所述电磁波的偏振调整为右旋或左旋偏振状态。5.一种光学显示系统，包括：根据权利要求1至4中任一项所述的输入耦合器元件；以及输出耦合器元件。6.根据权利要求5所述的光学显示系统，其中，所述输出耦合器元件包括：输出偏振体光栅，所述输出偏振体光栅选择性地将由所述波导引导的所述偏振电磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昀翰，谭冠军，湛韬，尹坤，熊江浩，吴诗聪，刘晟，杨佶林，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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