[发明专利]用于使波长通过的NED偏振系统

说明书

背景技术

透视近眼显示(NED)单元可用于将虚拟图像与物理环境中的现实物体混合起来显示。这种NED单元包括用于生成图像的光引擎，以及部分透射、部分反射的光学元件。为了允许来自外部世界的光到达观察者的眼睛，该光学元件是透射的，并且为了允许来自光引擎的光到达观察者的眼睛，该光学元件还是部分反射的。该光学元件可以在平面波导内包括衍射光学元件(DOE)或全息图，以使来自微显示器的图像衍射到用户的眼睛衍射。

实际上，NED单元可包括多个波导的堆叠，每个波导被分配一个波长分量。具体来说，通过控制波导内的DOE的各方面，该波导可以被匹配或者优化，以便以最高的效率与特定波长分量耦合。针对可见光谱的不同色彩来优化不同的DOE，以允许NED单元提供全色彩体验。

在多个波导的堆叠中，与堆叠中的远端波导(即距光引擎最远的那些波导)匹配的波长分量通过该堆叠中的较邻近波导。通常针对远端波导的波长分量耦合在较邻近的波导中，而不是直接通过较邻近的波导。这导致亮度损失，导致从NED单元到达观察者的各色彩不均匀，以及所再现的虚拟图像的质量的降级。

发明内容

本发明技术的实施例涉及一种用于在不同的波长带穿过NED单元中的各波导时选择性地改变这些不同波长带的偏振态的系统和方法。各波导之上或之内的DOE是对偏振敏感的。通过将波长带的偏振改变为波导上的DOE对其较不敏感的状态，该波长带可以最大程度或者完全通过该DOE而没有衰减。控制波长带的偏振使其处于使得光在进入波导之前通过DOE耦合在其所预期的波导中的状态。

在一个示例中，本发明的技术涉及一种用于呈现图像的方法，该方法包括：(a)将来自光源的光投影到光学元件中，所述的光至少包括第一波长带和第二 波长带，并且该光学元件至少包括第一波导和第二波导，第一波导和第二波导各自具有至少一个光栅；(b)控制入射到第一波导上的第一波长带的偏振，使其与入射到第一波导上的除第一波长带以外的其他波长带的偏振不同，从而使第一波长带与除第一波长带之外的其他波长带相比，可以以更大程度耦合在第一波导中；以及(c)控制入射到第二波导上的第二波长带的偏振，使其与入射到第二波导上的除第二波长带以外的其他波长带的偏振不同，从而使第二波长带与除第二波长带以外的其他波长带相比，可以以更大程度的耦合在第二波导中。

在另一个示例中，本发明的技术涉及一种用于呈现图像的方法，该方法包括：(a)将来自光源的光投影到光学元件中，所述光包括2到n个波长带，且该光学元件包括2到m个波导，第i个波长带与第j个波导匹配，其中i＝1到n，j＝1到m；和(b)使2到n个波长带中的一个或多个波长带通过多个偏振态生成器，每个偏振态生成器与2到m个波导中的一个波导相关联，所述多个偏振态生成器控制通过其中的一个或多个波长带的偏振，以促进将第i个波长带耦合在第j个波导中，同时防止将剩余的波长带耦合成通过第j个波导的状态。

在另一个示例中，本发明的技术涉及一种用于将来自光源的光传输到眼框(eye box)的光学元件，该光学元件包括：第一波导，该第一波导至少包括第一光栅，该第一光栅用于接收来自光源的光，并使所述光的第一部分耦合在第一波导中；第二波导，该第二波导至少包括第二光栅，该第二光栅用于接收来自光源的光，并使所述光的第二部分耦合在第二波导中；处于光源与第一波导之间的第一偏振态生成器，该第一偏振态生成器修改要耦合在第一波导中的光的第一部分的偏振；以及处于第一衍射光栅与第二衍射光栅之间的第二偏振态生成器，该第二偏振态生成器修改要耦合在第二波导中的光的第二部分的偏振。

提供该发明内容以便通过简化的形式来介绍将在下面的具体实施例方式中进一步描述的概念。该发明内容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。

附图说明

图1说明用于向一个或多个用户呈现虚拟环境的系统的一个实施例的示例组件。

图2为头戴式NED单元的一个实施例的透视图。

图3为头戴式NED单元的一个实施例的一部分的侧视图。

图4为NED单元中的光学元件的边视图，该光学元件包括具有衍射光栅的波导。

图5为表面凹凸(surface relief)的衍射光栅的结构的局部放大视图。

图6为包括具有多个波导的光学元件的头戴式NED单元的一个实施例的一部分的侧视图。

图7示出了入射到衍射光栅上的光的入射平面。