[发明专利]具有扩展视场的波导

说明书

光波导的输入耦合器将与图像相对应并且具有对应FOV的光耦合到光波导中，并且输入耦合器通过在朝向第一中间组件的第一方向上衍射与图像相对应的光的一部分，并且在朝向第二中间组件的第二方向上衍射与图像相对应的光的一部分，来将耦合到光波导中的图像的FOV分成第一部分和第二部分。波导的输出耦合器组合与FOV的第一部分和第二部分相对应的光，并且将与FOV的组合的第一部分和第二部分相对应的光耦合出光波导，使得与图像和FOV的组合的第一部分和第二部分相对应的光从光波导输出。中间组件和输出耦合器也提供光瞳扩展。

背景技术

各种类型的计算、娱乐和/或移动设备可以利用透明或半透明显示器来实现，设备的用户可以通过显示器查看周围环境。可以称为透视、混合现实显示设备系统或增强现实(AR)系统的这样的设备使得用户能够透过设备的透明或半透明显示器来观察周围环境，并且还看到虚拟对象(例如，文本、图形、视频等)的图像，这些虚拟对象被生成用于显示以看起来是周围环境的一部分和/或覆盖在周围环境上。可以实现为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴显示设备但不限于此的这些设备通常利用光波导将例如由显示引擎产生的图像复制到增强现实环境中设备的用户可以将图像认为是虚拟图像的位置。由于这仍然是一种新兴技术，因此利用波导向用户显示虚拟对象的图像存在一些挑战。

在HMD和利用光波导的其他类型的成像设备中，诸如平视显示器(HUD)，光仅在有限的内角范围内传播通过光波导。根据定义，平行于表面传播的光将沿着波导行进而不会回弹。没有平行于表面传播的光将沿着波导行进同时在表面之间来回回弹，只要相对于表面法线的入射角大于与制造光波导的材料相关联的某个临界角。例如，对于BK-7玻璃，该临界角约为42度。通过使用反射涂层或通过使用具有更高折射率的材料(这通常更昂贵)，可以略微降低该临界值。无论如何，光将传播通过光波导的内角的范围不会变化很大，并且对于玻璃，内角的最大范围通常低于50度。这通常导致离开波导的角度范围(即，空气中的角度)小于40度，并且当考虑其他设计因素时通常甚至更小。例如，在包括用于光瞳扩展的中间组件(其不同于波导的输入耦合器和输出耦合器)的光波导中，中间组件通常将可以通过基于光波导的显示器来支持的对角视场(FOV)限制为不超过35度。

发明内容

本技术的某些实施例涉及一种用于将与输入光瞳相关联的图像复制到扩展输出光瞳的装置。根据一个实施例，该装置包括光波导，光波导包括输入耦合器、第一中间组件和第二中间组件以及输出耦合器。输入耦合器包括衍射光栅，并且被配置为将光耦合到光波导中，光对应于与输入光瞳相关联的图像相对应并且具有对应视场(FOV)，在朝向第一中间组件的第一方向上衍射与图像相对应的光的一部分，使得FOV的第一部分从输入耦合器通过光波导向第一中间组件行进，并且在朝向第二中间组件的第二方向上衍射与图像相对应的光的一部分，使得FOV的第二部分从输入耦合器通过光波导向第二中间组件行进，其中第一方向和第二方向彼此不同，并且其中FOV的第一部分和第二部分彼此不同。第一中间组件被配置为朝向输出耦合器衍射与FOV的第一部分相对应的光，FOV的第一部分从输入耦合器通过光波导向第一中间组件行进。第二中间组件被配置为朝向输出耦合器衍射与FOV的第二部分相对应的光，FOV的第二部分从输入耦合器通过光波导向第二中间组件行进。输出耦合器被配置为组合与FOV的第一部分和第二部分相对应的光，FOV的第一部分和第二部分从第一中间组件和第二中间组件通过光波导向输出耦合器行进，并且将与FOV的组合的第一部分和第二部分相对应的光耦合出光波导，使得与图像和与FOV的组合的第一部分和第二部分相对应的光从光波导输出并且从输出光瞳可查看。另外，第一中间组件和第二中间组件中的每个被配置为执行水平光瞳扩展或垂直光瞳扩展中的一项，并且输出耦合器被配置为执行水平光瞳扩展或垂直光瞳扩展中的另一项。这样，输出光瞳(也称为出射光瞳)相对于输入光瞳(也称为入射光瞳)扩展并且因此更大。输入耦合器通过在朝向第一中间组件的第一方向上衍射与图像相对应的光的一部分并且在朝向第二中间组件的第二方向上衍射与图像相对应的光的一部分来将FOV分离为第一部分和第二部分。输出耦合器通过组合与FOV的第一部分和第二部分相对应的光来统一由输入耦合器分离的FOV。有利地，与通过输出耦合器耦合出光波导的光相关联的统一FOV大于第一中间组件和第二中间组件中的每个自己可以支持的最大FOV。统一FOV也可以称为组合FOV。