[发明专利]用于增强现实显示系统的光组合器

说明书

技术领域

本公开涉及用于将具有不同波长的光和来自分立输入的光组合成单个输出通道的系统和方法。

背景技术

现代计算技术和显示技术已经促进了用于所谓“虚拟现实”或者“增强现实”体验的系统的发展，其中，数字再现的图像或者其部分以看起来是真实的或者可感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对于其它实际的真实世界视觉输入并不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，作为对用户周围的实际世界的可视化的增强。

例如，参考图1，描绘了增强的现实场景4，其中，AR技术的用户看见了以在背景中的人、树、建筑为特征的真实世界公园状的设置6和实体平台1120。除了这些项以外，AR技术的用户还感知到他“看到”站在真实世界的平台1120上的机器人雕像1110，以及正在飞行的卡通式的头像角色2，通过其看起来是大黄蜂的拟人化，即使这些元素2、1110在真实世界中不存在。事实证明，人类视觉感知系统很复杂，产生一种促进虚拟图像元素在其它虚拟或现实世界图像元素中的舒适的、感觉自然的、丰富的呈现的VR或AR技术具有挑战。

在一些实施例中，为了显示类似于图1所示的场景，可以使用光纤扫描显示(“FSD”)将一组光线送入到将光传送到用户的眼睛的一组光学器件。光纤扫描显示以一个角度来回扫描窄光束以通过透镜或其它光学元件来投影图像。光学元件可以基于将要显示的图像和用户的调节来收集角度扫描的光并相应地聚焦它。

呈现现实的增强现实体验可以通过确保显示现实的彩色图像来改进。通过使用光纤扫描显示的系统，这可以通过使用可以组合成单个输出的红/绿/蓝(“RGB”)激光来实现。对于可见波长，最常见的类型是RGB组合器。如本申请中所使用的，“可见波长”包括从大约400nm至大约700nm的波长。这些波长可用于产生用于显示技术的整个色版(color palate)。应当理解，每个RGB激光与其自己的特定波长相关联并且将三个或多个分立的激光组合成一个可能形成许多挑战。

在设计光组合器时，必须考虑光组合器的尺寸和重量。这些事实在头戴式增强现实显示系统的背景下尤其重要。小尺寸组合器便于美观地吸引消费者的设备设计。类似地，轻重量的组合器也是期望的，因为AR显示设备可以被配置为直接佩戴在用户的头上，由此设备的重量直接影响头戴式AR显示设备的用户的舒适性和吸引力。

因此，需要一种更好的解决方案，以将多个波长的激光组合成将要传送到输出通道的单个光束，同时将AR设备的尺寸和重量保持在可接受的水平。

发明内容

本发明的实施例涉及用于将具有不同波长的光组合成单个光束以便于用于一个或多个用户的虚拟现实和/或增强现实显示的设备、系统和方法。如上所述，配置成组合可见光的光组合器对于用于头戴式AR显示设备可能太大和太重。在此描述的实施例使用平面波导和与其相关联的光学元件解决了可见光组合器的尺寸和重量限制。

在一个实施例中，平面光组合器包括其中具有平面波导的平面基板。平面波导包括第一通道和第二通道。第一通道被配置成至少传播具有第一波长的第一光。第二通道被配置为至少传播具有第二波长的第二光。第一通道与第二通道相交，以使得第一光与第二光组合。

在一个或多个实施例中，第一和第二波长中的每一个在大约400nm至大约700nm的范围内。第二通道可以被配置为传播具有第一波长的第一光。

在一个或多个实施例中，平面基板包括输入侧和输出侧。第二通道可跨越输入侧和输出侧之间的平面基板。第一和第二通道可以包括在输入侧的各自的第一和第二输入。第二通道还可以包括在输出侧的输出通道。输出通道可以是单模通道。第一个通道可以不延伸到输出侧。

在一个或多个实施例中，平面光组合器是整体的。平面基板中的平面波导可以具有比平面基板的非波导部分中的非波导折射率更高的至少一个波导折射率。第一光可以通过倏逝波耦合与第二光组合。第一光可以与第二光组合以形成复用波长光。第一和第二通道可以是单模通道。

在一个或多个实施例中，平面波导还包括第三通道。第三通道被配置成至少传播具有第三波长的第三光。第三通道与第二通道相交，以使得第三光与第二光组合。