用于显示泄漏减少的梯度折射率光栅制造技术

一种波导显示器包括波导、被配置为将显示光耦合到波导中的输入耦合器、以及在波导上并且被配置为将显示光从波导耦合向在波导的第一侧上的波导显示器的眼盒。表面起伏光栅被形成在具有均匀或非均匀厚度分布的多个光栅层中。多个光栅层由随着光栅层与波导的距离的增加而增加并且然后减小的折射率调制表征。加而增加并且然后减小的折射率调制表征。加而增加并且然后减小的折射率调制表征。

Gradient index grating for showing leakage reduction

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于显示泄漏减少的梯度折射率光栅

技术介绍

[0001]人工现实系统，诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统，通常包括近眼显示器(例如，以头戴式耳机或眼镜的形式)，该近眼显示器被配置为经由例如在用户眼前约10
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20mm内的电子或光学显示器向用户呈现内容。近眼显示器可以显示虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象组合，如在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)应用中。例如，在AR系统中，用户可以例如通过透明显示眼镜或透镜(通常称为光学透视)来查看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围环境的图像两者。
[0002]光学透视AR系统的一个示例可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以被耦合到波导(例如，透明基板)中，在波导内传播，并且在不同位置被耦合出波导。在一些实现中，投影图像的光可以使用诸如光栅等衍射光学元件被耦合进或耦合出波导。来自周围环境的光也可以穿过波导的透明区域并且到达用户的眼睛。

技术实现思路

[0003]本专利技术总体上涉及人工现实显示。更具体地，本文中公开的技术涉及减少用于增强现实或混合现实系统的光学透视波导显示器中的显示泄漏。在一个实施例中，一种基于波导的近眼显示器可以包括光栅耦合器，该光栅耦合器可以将显示光衍射耦合进或耦合出波导并且使环境光折射地透射通过波导。每个光栅耦合器可以包括两个或更多个光栅层，光栅层具有不同的相应折射率和/或厚度分布，以减少显示光从波导显示器向周围环境的耦合。本文中描述了各种创造性实施例，包括设备、系统、方法、材料等。
[0004]根据某些实施例，一种波导显示器可以包括波导和被配置为将显示光耦合到波导中的输入耦合器。波导显示器还可以包括一个或多个表面起伏光栅，该一个或多个表面起伏光栅在波导上并且被配置为将显示光从波导耦合向在波导的第一侧上的波导显示器的眼盒。一个或多个表面起伏光栅可以在多个光栅层中被形成。多个光栅层可以包括：第一光栅层，由第一厚度分布和第一折射率表征；第二光栅层，由第二厚度分布和不同于第一折射率的第二折射率表征；以及第三光栅层，由特征在于第三厚度分布和不同于第二折射率的第三折射率表征。第二光栅层可以在第一光栅层与第三光栅层之间。第一厚度分布、第一折射率、第二厚度分布、第二折射率、第三厚度分布和第三折射率可以被配置为减少显示光到波导的与第一侧相对的第二侧的耦合。
[0005]在波导显示器的一些实施例中，多个光栅层的特征可以在于随着距所述波导的距离的增加而增加并且然后减小的折射率调制。在一些实施例中，多个光栅层的特征可以在于随着距波导的距离的增加而增加并且然后减小的折射率。例如，第二折射率可以大于波导的第一折射率、第三折射率和第四折射率中的每一个。第一折射率可以与第三折射率相同或不同。在一些实施例中，多个光栅层的特征可以在于随着距波导的距离的增加而减小并且然后增加的折射率。例如，第二折射率可以低于第一折射率和第三折射率中的每一个。第二光栅层的特征可以在于大于约0.1的折射率调制。显示光到波导的第二侧的耦合的效率可以小于约1.0％。在一些实施例中，第一厚度分布可以不同于第二厚度分布。第一厚度
分布可以包括一维或二维的均匀或非均匀厚度分布。
[0006]在一些实施例中，一个或多个表面起伏光栅可以包括倾斜的表面起伏光栅，该倾斜的表面起伏光栅包括在多个光栅层中的多个光栅凹槽。多个光栅凹槽的特征可以在于非均匀深度。多个光栅凹槽中的每个光栅凹槽可以延伸穿过多个光栅层中的所有光栅层。一个或多个表面起伏光栅还可以包括在多个光栅层上的外涂层，其中外涂层可以填充多个光栅凹槽并且特征可以在于不同于(例如，大于或低于)第一折射率、第二折射率和第三折射率的第四折射率。在一些实施例中，一个或多个表面起伏光栅中的至少一个表面起伏光栅的特征可以在于非均匀光栅周期或非均匀占空比中的至少一个。
[0007]根据某些实施例，一种表面起伏光栅耦合器可以包括基板和在基板上的多个光栅层。多个光栅层可以包括：第一光栅层，由第一厚度分布和第一折射率表征；第二光栅层，其特征在于第二厚度分布和不同于第一折射率的第二折射率；以及第三光栅层，由第三厚度分布和不同于第二折射率的第三折射率表征。第二光栅层可以在第一光栅层与第三光栅层之间。多个光栅层可以包括被形成在多个光栅层中的多个光栅凹槽，其中多个光栅凹槽可以相对于基板倾斜并且特征可以在于非均匀深度。表面起伏光栅耦合器还可以包括在多个光栅层上的外涂层，外涂层填充多个光栅凹槽。
[0008]在一些实施例中，多个光栅层的特征可以在于随着距基板的距离的增加而增加并且然后减小的折射率调制。在一些实施例中，第一厚度分布可以包括第一非均匀厚度分布，并且第二厚度分布可以包括第二非均匀厚度分布。在一些实施例中，多个光栅凹槽中的每个光栅凹槽可以延伸穿过多个光栅层中的所有光栅层。在一些实施例中，多个光栅凹槽的特征可以在于非均匀深度、非均匀节距或非均匀宽度中的至少一个。
[0009]本
技术实现思路
既不旨在确定所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。该主题应当通过参考本专利技术的整个说明书的适当部分、任何或所有附图、以及每个权利要求来理解。前述内容连同其他特征和示例将在以下说明书、权利要求和附图中更详细地描述。
附图说明
[0010]下面参考附图详细描述说明性实施例。
[0011]图1是根据某些实施例的包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。
[0012]图2是用于实现本文中公开的示例中的一些示例的头戴式显示器(HMD)设备形式的近眼显示器的示例的透视图。
[0013]图3是用于实现本文中公开的示例中的一些示例的眼镜形式的近眼显示器的示例的透视图。
[0014]图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统的示例。
[0015]图5示出了在波导显示器的示例中显示光和外部光的传播。
[0016]图6示出了根据某些实施例的波导显示器中的倾斜光栅耦合器的示例。
[0017]图7A示出了基于波导的近眼显示器的示例，其中用于所有视场的显示光从波导显示器的不同区域基本均匀地输出。
[0018]图7B示出了根据某些实施例的基于波导的近眼显示器的示例，其中显示光可以在
波导显示器的不同区域中以不同角度被耦合出波导显示器。
[0019]图8A示出了根据某些实施例的具有可变蚀刻深度的倾斜光栅的示例。
[0020]图8B示出了根据某些实施例的具有可变蚀刻深度的所制造的倾斜光栅的示例。
[0021]图9A示出了波导显示器中的显示光泄漏的示例。
[0022]图9B示出了波导显示器中的显示光的泄漏的另一示例。
[0023]图10A示出了波导显示器中的显示光的泄漏的示例。
[0024]图10B包括示出作为入射角的函数的图10A的光栅耦合器的反射衍射的输出耦合效率的图。
[0025]图10C包括示出作为入射角的函数的图10A的光栅耦合器的透射衍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种波导显示器，包括：波导；输入耦合器，被配置为将显示光耦合到所述波导中；以及一个或多个表面起伏光栅，在所述波导上并且被配置为将所述显示光朝向在所述波导的第一侧上的所述波导显示器的眼盒从所述波导耦合出，所述一个或多个表面起伏光栅被形成在多个光栅层中，其中所述多个光栅层包括：第一光栅层，由第一厚度分布和第一折射率表征；第二光栅层，由第二厚度分布和不同于所述第一折射率的第二折射率表征；以及第三光栅层，由第三厚度分布和不同于所述第二折射率的第三折射率表征，所述第二光栅层位于所述第一光栅层与所述第三光栅层之间，其中所述第一厚度分布、所述第一折射率、所述第二厚度分布、所述第二折射率、所述第三厚度分布和所述第三折射率被配置为减少所述显示光到所述波导的与所述第一侧相对的第二侧的耦合。2.根据权利要求1所述的波导显示器，其中所述多个光栅层的由折射率调制表征，所述折射率调制随着距所述波导的距离的增加而增加并且然后减小。3.根据权利要求1或2所述的波导显示器，其中所述第二折射率大于所述第一折射率、所述第三折射率和所述波导的第四折射率中的每一个。4.根据权利要求1或2所述的波导显示器，其中：所述第二折射率低于所述第一折射率和所述第三折射率中的每一个；以及所述第一折射率与所述第三折射率相同或不同。5.根据前述权利要求中任一项所述的波导显示器，其中所述多个光栅层由随着距所述波导的距离的增加而增加并且然后减小的折射率表征；或者优选地，其中所述多个光栅层由随着距所述波导的距离的增加而减小并且然后增加的折射率表征。6.根据前述权利要求中任一项所述的波导显示器，其中所述第二光栅层由大于0.1的折射率调制表征；和/或优选地，其中所述显示光到所述波导的所述第二侧的所述耦合的效率小于1.0％。7.根据前述权利要求中任一项所述的波导显示器，其中所述第一厚度分布不同于所述第二厚度分布。8.根据前述权利要求中任一项所述的波导显示器，其中所述第一厚度分布包括一维或二维的非均匀厚度分布。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：