[发明专利]具有二向色性反射器的双通道成像光导

说明书

一种用于传达虚拟图像的成像光导有具有用于朝向观看者眼箱指引第一和第二波长范围的光的第一和第二色彩通道的波导。每个色彩通道都具有用来将承载图像的光束衍射到波导中的入耦合衍射光学器件和具有部分反射表面和平行的二向色性滤波器表面的反射器阵列。反射器阵列表面在第一维度上扩展来自入耦合衍射光学器件的通道的相应光束，并且朝向出耦合衍射光学器件引导经扩展的光束。该二向色性表面朝向反射表面反射色彩通道的光并且使其他光透射离开光导。该出耦合衍射光学器件与第一维度正交地扩展承载图像的光束并且朝向观看者眼箱引导进一步扩展的光束。

技术领域

本发明大体涉及用于将多个色彩通道中的承载图像的光传达至观看者以特别在视频护目镜或者增强或虚拟现实近眼显示器中使用的光学光导。

背景技术

包括以类似于常规眼镜或太阳镜的形式的近眼显示器的头戴式显示器（HMD）正被研发用于各种各样不同的用途，包括军事、商业、工业、消防和娱乐应用。对于这些应用中的许多应用，存在形成虚拟图像方面的特定值，所述虚拟图像可以在视觉上叠覆在位于HMD用户的视场中的真实世界图像之上。并入各种类型波导的光导将承载图像的光中继给窄空间中的观看者，充当用于将虚拟图像再引导到观看者的瞳孔的出瞳扩展器并且使得能够实现其叠加功能。

在常规光导中，来自图像源的经准直的角度相关光束通过输入光学耦合件（诸如，入耦合衍射光栅）耦合至光导衬底（一般被称为波导）中，所述输入光学耦合件可以形成在衬底的表面上或者埋在衬底内。其它类型的衍射光学器件可以用作输入耦合件，包括由交替的可变折射率材料形成的衍射结构，诸如，全息聚合物分散液晶（HPDLC）或者体积全息图。衍射光学器件还可以形成为表面释放衍射光栅。经准直的光束可以通过类似的输出光学耦合件而从波导引导出来，该输出光学耦合件也可以采取衍射光学器件的形式。从波导射出的经准直的角度相关射束在距波导的良视距（eye relief distance）处重叠，形成在其内可以观看由图像源生成的虚拟图像的出瞳。在良视距处通过其可以观看虚拟图像的出瞳的区域被称为“眼箱”。

输出耦合件还可以布置用于放大出瞳。例如，通过在经准直的射束以其沿输出耦合件传播的方向上使经准直的射束的反射部分部分地偏移，或者通过沿波导从不同位置射出不同角度的经准直的射束，以便在距波导的良视距处更加高效地重叠经准直的射束，可以在一个维度上放大经准直的射束。

沿波导位于输入耦合件和输出耦合件之间的所谓的“转向光学器件”可以用于在第二维度上扩展光瞳尺寸。通过使经准直的射束的反射部分偏移以放大射束本身的第二维度，或者通过将经准直的射束引导至输出耦合件的不同区域，使得从不同位置射出不同角度的经准直的射束以便在眼箱内更加高效地重叠，可以实现扩展。转向光学器件还可以采取衍射光学器件的形式，并且特别地，当位于输入耦合件和输出耦合件的衍射光栅之间时，也可以被称为中间光栅。

尽管常规光导机构已经提供在显示光学器件的体积、重量和总体成本方面的显著降低，但是仍存在要解决的问题。需要色彩通道的适当分离以便防止在其中色彩被处理并且从错误的色彩通道显示的串扰。串扰可能导致彩色图像数据和所显示的色彩之间的差异，并且还可以是跨图像场可感受到的不良色移的起因。校正该问题的尝试已经包括堆叠方法，在其中将多个波导与可选滤波器堆叠在一起以防止色彩被指引到错误通道。然而，堆叠导致更厚的设备，添加重量，降低亮度，并且尚未提供高度满意的结果。

因而，可以领会到，存在对仍提供光学光导的瞳孔扩展能力的改进的设计的需要，但是在不使图像质量和色彩平衡妥协的情况下允许这些设备变得更薄并且更轻量。

发明内容

本公开的目标是提出当使用紧凑的头戴式设备以及类似的成像装置时的图像呈现技术。有利地，本公开的实施例提供了能够在单一厚度的衬底内处理两个色彩通道的双侧射束扩展器。

本发明的这些和其它方面、目标、特征和优点将从随附权利要求和优选实施例的以下详细描述的概览以及通过参照附图而更加清楚地理解和领会。