[发明专利]在使用宽谱成像器的近眼显示器中的扩大视野

说明书

在包括波导和配置用于输入耦合、出射光瞳扩张和输出耦合的衍射光学元件(DOE)的近眼光学显示系统中，宽谱成像器生成输入耦合到具有经扩大的视野(FOV)的输入光瞳的系统的成像光。宽谱成像光在入射角范围内入射输入耦合DOE。由于输入耦合DOE中的色散导致不同的波长以不同的角度传播，对于给定的输入光瞳入射角，成像光谱中的至少一部分满足使得在波导中以全内反射(TIR)的方式传播而不泄漏到外部的临界角条件。因此，成像光谱的不同部分可被用于FOV的不同区域。

背景

衍射光学元件(DOE)是具有周期性结构的光学元件，其通常被用于范围从生物技术，材料处理、传感和测试到技术光学及光学计量的应用中。例如，通过将DOE结合到激光或发射显示器的光学领域中，光的“形状”可根据应用需要而被灵活地控制和改变。

概述

在包括波导和配置用于输入耦合、出射光瞳扩张和输出耦合的衍射光学元件(DOE)的近眼光学显示系统中，宽谱成像器生成输入耦合到具有经扩大的视野(FOV)的输入光瞳的系统的成像光。宽谱成像光在入射角范围内照射在输入耦合DOE上。由于输入耦合DOE中的色散导致不同的波长以不同的角度传播，对于给定的输入光瞳入射角，成像光谱中的至少一部分满足使得在波导中以全内反射(TIR)的方式传播而不泄漏到外部的临界角条件。对输入耦合DOE处引起的色散的补偿在输出耦合DOE处执行。因此，成像光谱的不同部分可被用于FOV的不同区域。例如，成像光谱的长部分可被耦合到波导以用于FOV的一些角度，而光谱的短部分可被用于填充FOV的其余部分，并且与窄谱成像相比整体FOV可显著增加。

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用作辅助确定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一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。

附图简述

图1示出了使用宽谱成像器的具有扩大视野(FOV)的说明性近眼显示系统的框图；

图2示出了光在波导中通过全内反射(TIR)的传播；

图3示出了波导中发生TIR的临界角；

图4示出了说明性出射光瞳扩展器的视图；

图5示出了其中出射光瞳沿两个方向被扩展的说明性出射光瞳扩展器的视图；

图6示出了到出射光瞳扩展器的说明性输入光瞳，其中FOV由水平和垂直角描述；

图7示出了色散，其中DOE中的光的相速是与波长有关的；

图8示出了耦合到波导中的长波长光，其中TIR传播取决于输入耦合DOE处的入射角；

图9示出了短波长光在输入耦合DOE处在入射角范围内耦合到波导中并以TIR的方式传播；

图10示出了宽谱光在输入耦合DOE处在广角输入光瞳内耦合到波导中并以TIR的方式传播；

图11示出了被配置成用于输入耦合、出射光瞳扩展、和输出耦合的三种DOE的说明性布置；

图12示出了说明性方法；

图13是虚拟现实或混合现实头戴式显示(HMD)设备的说明性示例的图形视图。

图14示出了虚拟现实或混合现实HMD设备的说明性示例的框图；以及

图15示出了结合出射光瞳扩展器的说明性电子设备的框图。

各附图中相同的附图标记指示相同的元素。除非另外指明否则各元素不是按比例绘制的。