【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于引导图像像素光、优选地用于诸如近眼显示器的增强现实或混合现实应用的波导。
技术介绍
1、为了创建增强现实或混合现实体验，用户通常使用例如眼镜形式的头戴式设备，其一方面允许用户看到环境，另一方面可以将附加元素插入到用户的视野中以改变所体验的现实。这样的附加元素例如可以是关于用户正在查看的对象的提示或在环境中精确定位的附加对象、等。
2、为此，增强现实或混合现实设备通常包括波导，所述波导用于将图像像素光从波导上第一位置处的输入耦合表面引导到用户视野中第二位置处的输出耦合表面。从输入耦合表面到输出耦合表面的光引导通常通过波导中的全反射来实现。
3、输入耦合表面通常相对较小，使得波导可以通过光强度的部分吸收而被局部加热。因此，在波导中可能出现不均匀的温度分布，这不仅可能是加热阶段的情况，而且还可能在热平衡的稳定情况下持续存在。由此引起的热光效应可能损害图像质量。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提供一种用于引导图像像素光的波导、增强现实或混合现实设备和/或适当的光学材料，以最小化热光效应、特别是考虑各个图像生成光源的光谱范围。
2、为此，本专利技术涉及一种用于引导图像像素光、优选地用于诸如近眼显示器的增强现实或混合现实应用的波导，所述波导包括实体、用于将图像像素光耦合到实体中的输入耦合表面以及用于将图像像素光从实体再次耦合出去的输出耦合表面，其中输入耦合表面和输出耦合表面都位于实体上。
3、实体包括光学材料，所
4、所述光学材料对于波长为460nm的光的吸收系数为k460nm，热导率为k，在20℃温度的热膨胀系数为α20℃，与氢f-线相关的折射率为nf，以及表征折射率随温度变化的导数为dnf/dt20℃。氢f-线可以描述为在486nm处。
5、优选地，参数k460nm、k、α20℃、nf和dnf/dt20℃以如下方式相关：由于吸收热和/或光辐射而导致的波导内的光程长度的热诱导变化由价值函数定量描述。
6、这具有的优点是，由热和/或光辐射引起的热光效应是可控的，例如在于不同的热光效应相互抵消。
7、波导的几何形状可以根据使用它的设备或应用而进行不同地设计。
8、然而，优选地，实体限定了纵轴和/或实体包括两个相对的表面、优选地平行于纵轴取向的两个相对的表面，其中两个相对的表面可以被配置为通过全反射沿着实体的纵轴引导图像像素光。
9、输入耦合表面优选地位于实体的两个相对的表面之一上。此外，输出耦合表面优选地位于两个相对的表面之一上。输入耦合表面和输出耦合表面可以位于相同的表面上或者位于相对的表面上。
10、在本专利技术的一个实施例中，波导还包括第一光学衍射结构，第一光学衍射结构被配置为重定向图像像素光，其中，第一光学衍射结构优选地位于实体之上或之中、更优选地位于两个相对的表面之一上、更优选地位于输入耦合表面之上或与之相对。
11、在本专利技术的一个实施例中，波导包括第二光学衍射结构，第二光学衍射结构被配置为重定向图像像素光，其中，第二光学衍射结构优选地位于实体之上或之中、更优选地位于输出耦合表面之上或与之相对。
12、光学材料的特征在于与氦d-线相关的折射率nd。折射率nd可以大于1.5、优选地大于1.6、更优选地大于1.7、更优选地大于1.8、更优选地大于1.9、更优选地大于2.0。
13、在本专利技术的一个实施例中，光学材料定义了函数fto＝(k460nm/k)((1/nf)(dnf/dt20℃)+α20℃)，表示为热光函数。
14、优选地，热光函数fto小于100/w、更优选地小于60/w、更优选地小于20/w、更优选地小于15/w。
15、在本专利技术的一个实施例中，吸收系数k460nm可以小于10/m、更优选地小于5/m、更优选地小于3/m。
16、吸收系数k460nm也可以在0.01/m至10/m的范围内、更优选地在0.01/m至5/m的范围内、更优选地在0.01/m至3/m范围内。
17、在本专利技术的一个实施例中，热导率k在0.5w/(m×k)至1.5w/(m×k)的范围内、更优选地在0.8w/(m×k)至2w/(m×k)的范围内。
18、在本专利技术的一个实施例中，热膨胀系数α20℃在0.5×10-6/k至15×10-6/k的范围内、更优选地在2×10-6k至10×10-6k的范围内、更优选地在3×10-6/k至10×10-6/k的范围内。
19、在本专利技术的一个实施例中，导数dnf/dt20℃在-1×10-6/k至+9×10-6/k的范围内、更优选地在-5×10-6/k至7×10-6/k的范围内、更优选地在-5×10-6/k至7×10-6/k的范围内。
20、波导的实体的光学材料优选地可以是光学各向同性的。
21、光学材料通常可以选自玻璃、聚合物、光陶瓷、晶体材料，其中优选地光学材料为玻璃或聚合物、特别优选地为玻璃。
22、在一些实施例中，光学材料可以包括环烯烃共聚物(coc)、聚碳酸酯(pc)和/或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
23、本专利技术还涉及一种包括如上所述的波导的增强现实或混合现实设备、优选地为近眼显示器，或者如上所述的波导在增强现实或混合现实设备中、优选地在近眼显示器中的用途。
24、这种增强现实或混合现实设备优选地还包括图像光源，所述图像光源用于传递图像像素光以耦合到波导的实体中。
25、图像光源优选地被配置为传递强度在0.01w/cm2到10w/m2的范围内的图像像素光。
26、增强现实或混合现实设备或用途可以被配置为使得在耦合到波导中的图像像素光的传递期间，在实体中、特别是在沿着实体的纵轴的方向上，获得了温度梯度|grad t|，其中|grad t|在1k/cm至10k/cm的范围内。
27、本专利技术还涉及一种光学材料、优选地用于如上所述的波导或增强现实或混合现实设备的光学材料。
28、所述光学材料对于波长为460nm的光的吸收系数为k460nm，热导率为k，在20℃温度的热膨胀系数为α20℃，与钠f-线相关的折射率为nf，以及导数为dnf/dt20℃。
29、参数k460nm、k、α20℃、nf和dnf/dt20℃以如下方式相关：由于吸收热和/或光辐射而导致的波导内的光程长度的热诱导变化由价值函数定量描述。
30、光学材料的特征在于与氦d-线相关的折射率nd。折射率nd可以大于1.5、优选地大于1.6、更优选地大于1.7、更优选地大于1.8、更优选地大于1.9、更优选地大于2.0。
31、在本专利技术的一个实施例中，光学材料定义了函数fto＝(k460nm/k)((1/nf)(dnf/dt20℃)+α20℃)，表示为热光函数。
32、优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于引导图像像素光(210)、优选地用于诸如近眼显示器的增强现实或混合现实应用的波导(100)，所述波导包括：
2.根据前述权利要求所述的波导，
3.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
4.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
5.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
6.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
7.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
8.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
9.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的波导(100)的增强现实或混合现实设备(10)、优选地为近眼显示器，或根据前述权利要求中任一项所述的波导(100)在增强现实或混合现实设备(10)中、优选地在近眼显示器中的用途，
10.根据前述权利要求所述的增强现实或混合现实设备(10)或用途，
11.一种光学材料、优选地用于根据前述权利要求中任一项所述的波导(100)或增强现实或混合现实设备(10)的光学材料，
12.根据前述权利要求所述的光学材料，
...【技术特征摘要】
1.一种用于引导图像像素光(210)、优选地用于诸如近眼显示器的增强现实或混合现实应用的波导(100)，所述波导包括：
2.根据前述权利要求所述的波导，
3.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
4.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
5.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
6.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
7.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
8.根据前述权利要求中任一项所述的波导，
9.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的波导(100)的增强现实或混合现实设备(10)、优选地为近眼显示器，或根据前述权利要求中任一项所述的波导(100)在增强现实或混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：FT·雷特斯，C·欧特曼，S·魏德利希，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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