具有经调制表面起伏光栅的光学系统技术方案

一种显示器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有经调制表面起伏光栅的光学系统
[0001]本申请要求于
2021
年5月6日提交的美国临时专利申请
63/185,198
号的优先权，该美国临时专利申请据此全文以引用方式并入本文
。

技术介绍

[0002]本公开整体涉及光学系统，并且更具体地，涉及用于具有显示器的电子设备的光学系统
。
[0003]电子设备通常包括靠近用户的眼睛呈现图像的显示器
。
例如，虚拟现实和增强现实头戴式耳机可包括具有允许用户观看显示器的光学元件的显示器
。
[0004]诸如这些设备的设备可能在设计上具有挑战性
。
如果稍有不慎，用于在这些设备中显示图像的部件可能是难看且笨重的，并且可能无法表现出期望的光学性能
。

技术实现思路

[0005]一种电子设备可具有显示系统
。
该显示系统可包括波导
、
输入耦合器和表面起伏光栅
(SRG)
结构
。
该输入耦合器可将图像光耦合到该波导中
。
该图像光可经由全内反射沿该波导传播
。
该
SRG
结构可以执行交叉耦合操作，其中该
SRG
结构沿垂直于传播方向的方向扩展该图像光
。
该
SRG
结构还可执行输出耦合操作，其中该
SRG
结构将经扩展的图像光耦合出该波导并且朝向适眼区
。
该
SRG
结构可以在其横向区域上被调制以使该系统的光学效率最大化
。
[0006]例如，该
SRG
结构可包括至少第一
SRG
和第二
SRG。
该第二
SRG
可在一层或多层
SRG
基底中至少部分地与第一
SRG
重叠
。
该第一
SRG
可沿第一方向扩展图像光
。
该第二
SRG
可沿与该第一方向相反的第二方向扩展图像光
。
该第一
SRG
可将由该第二
SRG
扩展的图像光耦合出波导
。
该第二
SRG
可将由该第一
SRG
扩展的图像光耦合出波导
。
该第一
SRG
可具有从该
SRG
结构的眉部区域到面颊区域减小的光栅强度
。
该第二
SRG
可具有从该面颊区域到该眉部区域减小的光栅强度
。
该第一
SRG
和该第二
SRG
可在该眉部区域与该面颊区域之间的区域中表现出相同的光栅强度
。
可以使用任何期望的调制函数来调制该
SRG
结构中的
SRG
的光栅强度
。
如果需要，该
SRG
结构的衍射效率可附加地或可另选地在该
SRG
结构的鼻部区域与太阳穴区域之间变化
。
附图说明
[0007]图1是根据一些实施方案的具有显示器的例示性系统的图示
。
[0008]图2是根据一些实施方案的用于显示器的例示性光学系统的顶视图，该光学系统具有波导和光耦合器
。
[0009]图
3A
至图
3C
是根据一些实施方案的设置有表面起伏光栅结构的例示性波导的顶视图
。
[0010]图4是根据一些实施方案的具有用于执行光扩展和输出耦合的多个表面起伏光栅的例示性表面起伏光栅结构的前视图
。
[0011]图5是根据一些实施方案的具有用于执行光扩展和输出耦合的多个表面起伏光栅的例示性表面起伏光栅结构的透视图
。
[0012]图6是根据一些实施方案的例示性表面起伏光栅结构的前视图，该表面起伏光栅结构具有在其区域上进行调制的表面起伏光栅
。
[0013]图7是根据一些实施方案的示出例示性表面起伏光栅结构的衍射效率可如何在其区域上进行调制的一个示例的前视图
。
[0014]图8是根据一些实施方案的示出经调制表面起伏光栅结构的操作的
k
空间图
。
[0015]图9是根据一些实施方案的示出可以在经调制表面起伏光栅结构的区域内形成的凹槽图案的一个示例的前视图
。
具体实施方式
[0016]图1的系统
10
可以是具有一个或多个显示器的头戴式设备
。
系统
10
中的显示器可包括安装在支撑结构
(
外壳
)8
内的近眼显示器
20。
支撑结构8可具有一副眼镜或护目镜
(
例如，支撑框架
)
的形状，可形成具有头盔形状的外壳，或者可具有用于帮助将近眼显示器
20
的部件安装和固定在用户的头部上或眼睛附近的其他构型
。
近眼显示器
20
可包括一个或多个显示模块诸如显示模块
20A
，以及一个或多个光学系统诸如光学系统
20B。
显示模块
20A
可安装在支撑结构诸如支撑结构8中
。
每个显示模块
20A
可以发射光
38(
图像光
)
，使用光学系统
20B
中的相关联的一个将该光朝适眼区
24
处的用户眼睛重定向
。
[0017]可使用控制电路
16
来控制系统
10
的操作
。
控制电路
16
可包括用于控制系统
10
的操作的存储和处理电路
。
电路
16
可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置
、
非易失性存储器
(
例如，被配置为形成固态驱动器的电可编程只读存储器
)、
易失性存储器
(
例如，静态或动态随机存取存储器
)
等
。
控制电路
16
中的处理电路可基于一个或多个微处理器
、
微控制器
、
数字信号处理器
、
基带处理器
、
电源管理单元
、
音频芯片
、
图形处理单元
、
专用集成电路以及其他集成电路
。
软件代码可存储在电路
16
中的存储器上，并且在电路
16
中的处理电路上运行，以实现用于系统
10
的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种显示系统，包括：波导，所述波导被配置为经由全内反射沿第一方向传播图像光；和所述波导处的表面起伏光栅
(SRG)
结构，其中所述
SRG
结构具有横向区域并且包括：第一
SRG
，所述第一
SRG
被配置为使所述图像光的第一部分沿不同于所述第一方向的第二方向衍射，和第二
SRG
，所述第二
SRG
至少部分地与所述第一
SRG
重叠并且被配置为使所述图像光的第二部分沿不同于所述第一方向和所述第二方向的第三方向衍射，其中所述第一
SRG
被配置为将已被所述第二
SRG
衍射的所述图像光的所述第二部分衍射出所述波导，所述第二
SRG
被配置为将已被所述第一
SRG
衍射的所述图像光的所述第一部分衍射出所述波导，并且所述第一
SRG
具有在所述
SRG
结构的所述横向区域上被调制的光栅强度
。2.
根据权利要求1所述的显示系统，其中所述第二
SRG
具有在所述
SRG
结构的所述横向区域上被调制的附加光栅强度
。3.
根据权利要求2所述的显示系统，其中所述
SRG
结构具有第一边缘和与所述第一边缘相对的第二边缘，所述第一
SRG
的所述光栅强度在所述第一边缘处具有第一值并且在所述第二边缘处具有第二值，并且所述第二值小于所述第一值
。4.
根据权利要求3所述的显示系统，其中所述第二
SRG
的所述附加光栅强度在所述第二边缘处具有第三值并且在所述第一边缘处具有第四值，所述第四值小于所述第三值
。5.
根据权利要求4所述的显示系统，其中所述第一
SRG
的所述光栅强度从所述第一边缘到所述第二边缘以线性梯度减小，并且其中所述第二
SRG
的所述附加光栅强度从所述第二边缘到所述第一边缘以线性梯度减小
。6.
根据权利要求4所述的显示系统，其中所述
SRG
结构具有第三边缘和与所述第三边缘相对的第四边缘，所述第一
SRG
和所述第二
SRG
被配置为在所述第三边缘处表现出第一衍射效率，并且所述第一
SRG
和所述第二
SRG
被配置为在所述第四边缘处表现出第二衍射效率，所述第二衍射效率大于所述第一衍射效率
。7.
根据权利要求6所述的显示系统，其中所述
SRG
结构的所述第一边缘和所述第二边缘平行于所述第一方向延伸
。8.
根据权利要求1所述的显示系统，还包括：层叠在所述波导的侧表面上的
SRG
基底，其中所述第一
SRG
和所述第二
SRG
形成在所述
SRG
基底中
。9.
根据权利要求1所述的显示系统，其中所述
SRG
结构还包括：第三
SRG
，所述第三
SRG
至少部分地与所述第一
SRG
重叠并且被配置为减轻所述第一
SRG
对所述图像光的背反射
。10.
一种显示系统，包括：波导，所述波导被配置为经由全内反射传播图像光；和位于所述波导上的表面起伏光栅
(SRG)
结构，其中：所述
SRG
结构具有第一区域
、
第二区域和第三区域，所述第二区域横向插置在所述第一区域与所述第三区域之间，
所述
SRG
结构包括第一
SRG
，所述第一
SRG
被配置为对所述第一区域中的所述图像光贡献第一衍射量
、
对所述第二区域中的所述图像光贡献第二衍射量，并且对所述第三区域中的所述图像光贡献第三衍射量，所述第二衍射量小于所述第一衍射量并且所述第三衍射量小于所述第二衍射量，所述
SRG
结构包括至少部分地与所述第一
SRG
重叠的第二
SRG
，所述第二
SRG
被配置为对所述第一区域中的所述图像光贡献所述第三衍射量
、
对所述第二区域中的所述图像光贡献所述第二衍射量，并且对所述第三区域中的所述图像光贡献所述第一衍射量，并且所述
SRG
结构被配置为将所述图像光耦合出所述波导
。11.
根据权利要求
10
所述的显示系统，其中所述第一
SRG
和所述第二
SRG
各自被配置为扩展所述图像光
。12.
根据权利要求
11
所述的显示系统，其中所述第一
SRG
被配置为沿第一方向扩展所述图像光，所述第二
SRG
被配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：