均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器制造技术

本申请涉及均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器。一种波导显示器包括多个衍射光学元件(DOE)，该多个DOE被配置为耦入图像光、提供在两个方向上扩展的出射光瞳、以及将图像光耦出至用户。耦入DOE被配置为将图像光的全视场(FOV)分为左部分和右部分。左FOV部分和右FOV部分在中间DOE中分别在左方向和右方向上侧向地传播，中间DOE包括上部部分和下部部分。中间DOE在水平方向上提供出射光瞳扩展，同时将光耦合到耦出DOE。耦出DOE在垂直方向上提供出射光瞳扩展，并且将用于全FOV的具有扩展出射光瞳的图像光耦出。中间DOE部分被配置为使图像光转向回到波导的中心，以避免耦出DOE的部分中的暗区或条纹。免耦出DOE的部分中的暗区或条纹。免耦出DOE的部分中的暗区或条纹。

【技术实现步骤摘要】
均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器
[0001]相关申请引用
[0002]本申请是国际申请号为PCT/US2018/024699、国际申请日为2018年3月28日、进入中国国家阶段日期为2019年9月29日、中国国家申请号为201880022935.6、专利技术名称为“均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器”的专利技术专利申请的分案申请。


[0003]本申请波导显示器领域。

技术介绍

[0004]衍射光学元件(DOE)是具有周期性结构的光学元件，其通常用于范围从生物技术、材料处理、感测以及测试到技术光学和光学计量的应用。例如，通过将DOE并入在激光器或发射显示器的光场中，可以根据应用需求灵活控制和改变光的“形状”。

技术实现思路

[0005]一种波导显示器包括多个衍射光学元件(DOE)，该多个DOE被配置为在近眼光学显示系统中耦入来自成像器的入射图像光、提供在两个方向上扩展的出射光瞳、并且将图像光耦出至用户。耦入DOE被配置为将图像光的全视场(FOV)分为左部分和右部分。左FOV部分和右FOV部分在中间DOE中分别在左方向和右方向上侧向地传播，中间DOE包括上部部分和下部部分。中间DOE在第一(例如，水平)方向上提供出射光瞳扩展，同时将光耦合到耦出DOE。耦出DOE在第二(例如，垂直)方向上提供出射光瞳扩展，并且将用于全FOV的具有扩展出射光瞳的图像光从波导耦出。中间DOE部分被配置为使图像光转向回到波导的中心，以避免位于耦入DOE下方的耦出DOE的部分中的暗区或条纹。
[0006]波导显示器可以进一步被配置为在波导中将图像光选择性地向下耦合，而波导中的光分量之间没有交叉耦合，该波导包括多个波导板，以支持RGB(红色、绿色、蓝色)颜色模型。例如，耦入DOE被配置作为在每个表面上具有不同光栅矢量的两面光栅，以耦入入射图像光并且在波导中使第一衍射级的耦入图像光向下转向，而不会向下耦合在波导中渐逝的零级衍射光。由于光必须经过对于绿色波导板中的红光是渐逝的第一衍射级，所以红光不会向下耦合。这种选择性耦合减少了红色图像光在FOV的中心部分内交叉耦合到绿色波导板中。
[0007]在一个例示性实施例中，右上和左下中间DOE中的光栅矢量的方向相同或相似，以使得图像光能够朝向波导的中心散布，以减少暗区或条纹。在另一例示性实施例中，左和右中间DOE的下部部分可以组合成单面光栅或两面光栅。第一表面的光栅矢量的方向与顶部右中间DOE的光栅矢量的方向相同或相似，而相对的第二表面的光栅矢量的方向与顶部中间DOE的光栅矢量的方向相同或相似。备选地，组合光栅可以被配置作为单面或两面交叉(即，二维)光栅。
[0008]提供本
技术实现思路
以便以简化形式介绍一系列概念，这些概念下面在具体实施方式
中进一步描述。本
技术实现思路
既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现方式。
附图说明
[0009]图1示出了例示性近眼显示系统的框图；
[0010]图2示出了光通过全内反射(TIR)在波导中的传播；
[0011]图3示出了例示性出射光瞳扩展器的视图；
[0012]图4示出了例示性出射光瞳扩展器的视图，其中出射光瞳沿着两个方向被扩展；
[0013]图5示出了出射光瞳扩展器的例示性输入光瞳，其中通过水平、垂直或对角定向上的角度描述视场(FOV)；
[0014]图6示出了支持不同波长的光的传播的例示性波导板，该不同波长的光作为RGB(红色、绿色、蓝色)颜色模型的分量；
[0015]图7示出了密封遮阳板的绘画性前视图，该密封遮阳板可以用作头戴式显示器(HMD)设备的组件；
[0016]图8示出了密封遮阳板的部分分解图；
[0017]图9和图10示出了被配置用于耦入、出射光瞳扩展、以及耦出的衍射光学元件(DOE)的例示性布置，其提供延展视场(FOV)。
[0018]图11示出了第一例示性耦入DOE的边缘视图；
[0019]图12示出了第二例示性耦入DOE的边缘视图；
[0020]图13示出了在波导显示器的FOV内以某些角度可见的亮带和暗带的例示性描绘；
[0021]图14示出了其中中间DOE包括上部部分和下部部分的例示性布置，上部部分和下部部分便于图像光朝向波导显示器的中心散布；
[0022]图15示出了使用单面或双面耦入DOE的例示性布置，该单面或双面耦入DOE向下耦合图像光，而不会针对FOV内的某些角度向左耦合图像光；
[0023]图16示出了使用双面耦入DOE的例示性布置，其使得图像光能够向下耦合，但是在颜色分量之间没有交叉耦合；
[0024]图17示出了具有直光栅的例示性衍射光栅的一部分的轮廓；
[0025]图18示出了具有非对称光栅或倾斜光栅的例示性衍射光栅的一部分的非对称轮廓；
[0026]图19至图22示出了各种例示性二维衍射光栅；
[0027]图23示出了例示性方法；
[0028]图24是虚拟现实或混合现实HMD设备的例示性示例的绘画性视图；
[0029]图25示出了虚拟现实或混合现实HMD设备的例示性示例的框图；以及
[0030]图26示出了并入出射光瞳扩展器的例示性电子设备的框图。
[0031]在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。除非另有说明，否则元件未按比例绘制。
具体实施方式
[0032]图1示出了例示性近眼显示系统100的框图，该例示性近眼显示系统100可以并入衍射光学元件(DOE)的组合，这些衍射光学元件提供入射光到波导中的耦入、在两个方向上的出射光瞳扩展、以及光离开波导的耦出。近眼显示系统通常用于例如工业、商业和消费者应用中的头戴式显示器(HMD)设备中。如下所述，其他设备和系统还可以使用近眼系统。近眼显示系统100是一个示例，其用于提供上下文，并且说明均匀性增加并且颜色之间的交叉耦合减少的本波导显示器的各种特征和方面。
[0033]系统100可以包括一个或多个成像器(由附图标记105代表性地指示)，一个或多个成像器与光学系统110一起工作，以作为虚拟显示器将图像递送给用户的眼睛115。例如，成像器105可以包括RGB(红色、绿色、蓝色)发光二极管(LED)、LCOS(硅上液晶)设备、OLED(有机发光二极管)阵列、MEMS(微机电系统)设备、或以透射、反射或发射操作的任何其他合适的显示器或微显示器。成像器105还可以包括镜和其他组件，这些组件使得能够构成虚拟显示器并且向光学系统提供一个或多个输入光束。光学系统110通常可以包括放大光学器件120、光瞳形成光学器件125、以及一个或多个波导130。在一些实现方式中，成像器105可以包括或并入照明单元和/或光引擎(未示出)，照明单元和/或光引擎可以被配置为提供波长和强度范围内的照明。
[0034]在近眼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子设备，被配置用于显示全角视场FOV中的虚拟图像的图像光，所述全角FOV包括第一部分FOV和第二部分FOV，所述全角FOV具有水平方向和垂直方向，所述电子设备包括：波导，多个衍射光学元件DOE被设置在所述波导上，所述波导包括多个板，所述多个板被配置为分别引导所述图像光的红色颜色分量、绿色颜色分量和蓝色颜色分量；耦入DOE，所述耦入DOE被设置在所述波导上，并且被配置具有在所述耦入DOE的第一部分上的光栅特征以及在所述耦入DOE的第二部分上的光栅特征，所述第一部分上的所述光栅特征具有与所述第二部分上的光栅特征不同的光栅矢量，所述第一部分上的所述光栅特征被配置为将图像光耦入到所述波导中，并且所述第二部分上的所述光栅特征被配置为使所述垂直方向上的耦入的所述图像光转向，同时使所述颜色分量之间的交叉耦合最小；第一中间DOE，其被配置为在所述水平方向上扩展所述第一部分FOV；以及第二中间DOE，其被配置为在所述水平方向上扩展所述第二部分FOV，其中所述第一部分FOV和所述第二部分FOV是所述全角FOV的独特角部分。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述耦入DOE的所述第一部分包括第一表面，并且所述耦入DOE的所述第二部分包括第二表面，并且所述耦入DOE被配置作为两面DOE，并且所述第一表面和所述第二表面位于相对侧。3.根据权利要求2所述的电子设备，其中在所述耦入DOE的所述第一表面或所述第二表面的光栅特征以分开倾斜配置被布置，所述分开倾斜配置包括在所述第一表面或所述第二表面上被分成两个部分的光栅特征，其具有在相反方向上倾斜的光栅特征。4.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述两面耦入DOE的所述第一表面上的光栅特征是线性的并且呈平行配置。5.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述两面耦入DOE的所述第二表面上的光栅特征是线性的并且呈人字形配置。6.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述耦入DOE的所述第一表面或所述第二表面上的光栅特征被布置作为以下之一：折射率调制的光栅、折射率可切换的光栅、或偏振敏感光栅。7.根据权利要求5所述的电子设备，其中第一表面被配置为将入射在所述耦入DOE上的光耦入到所述波导中。8.根据权利要求3所述的电子设备，还包括：耦出DOE，其被设置在所述波导上，并且被配置为在所述垂直方向上扩展所述第一部分FOV和所述第二部分FOV中的每个部分FOV的所述图像光，并且进一步被配置为相对于耦入的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：