[实用新型]在增强现实或虚拟现实设备中使用的光学设备

说明书

公开了一种在增强现实或虚拟现实设备中使用的光学设备或显示器。该显示器包括波导(2)、输出元件(4)和多个输入衍射光栅(6、8、10、12)。来自多个投射器(16、18、20、22)的光由输入光栅(6、8、10、12)衍射，使得光通过全内反射被耦合到波导(2)中。输入光栅(6、8、10、12)相对于y轴线被设置成与输出元件(4)有关的交错配置。每个输入光栅和具有距输出元件(4)不同的间隔距离的另一输入光栅相邻。这可以改善来自输出元件(4)的照明的均匀性。

技术领域

本实用新型涉及与增强现实或虚拟现实设备一起使用的光学设备。特别地，本实用新型涉及用于增强现实设备(例如，平视显示器)的宽屏显示器。

背景技术

在增强现实设备中，透明波导被设置在用户的眼睛前方。投光器朝波导传输光。光可以通过输入衍射光栅被耦合到波导中。然后，光通过全内反射在波导内传播，并且输出衍射光栅将光耦合出波导并朝向观看者。在使用中，观看者可以看到来自其外部环境的、透过透明波导的光以及来自投射器的投射的光。这可以提供增强现实体验。这些设备可以被用在包括工业和汽车的各种各样应用的平视显示器中。

WO2016/020643描述了用于在增强现实显示器中在两个维度上扩展输入光的光学设备。在这种布置中，输入衍射光学元件被配置成将输入光耦合到波导中，并且两个衍射光学元件在波导中或波导上彼此交叠。交叠的衍射光学元件中的每一个的线相对于来自输入衍射光栅的光线呈对称角度。交叠的衍射光学元件中的每一个可以接收来自输入衍射光学元件的光并且将光朝向该对中的另一衍射光学元件耦合，该另一衍射光学元件则可以用作将光朝观看者地耦合出波导的输出衍射光学元件。以这种方式，光学设备可以实现输入光源的二维扩展，同时将光耦合出波导使得用户可以观看到光。

期望在宽屏增强现实显示器中使用WO2016/020643中描述的技术。开发这样的显示器的一个挑战是确保可以均匀地提供向外耦合的级。本实用新型的目的是提供解决该挑战的布置。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于在增强现实或虚拟现实设备中使用的光学设备或显示器，该光学设备或显示器包括：波导；多个输入衍射光学元件，其被配置成将光耦合到波导中；输出元件，其被配置成沿第一轴线方向接收来自多个输入衍射光学元件的光，其中，输出元件包括在波导中或波导上彼此交叠的两个衍射光学元件，其中，两个衍射光学元件中的每一个被配置成从输入衍射光学元件接收光，并且朝另一衍射光学元件耦合光，该另一衍射光学元件可以用作朝观看者提供向外耦合的级的输出衍射光学元件；其中，多个输入衍射光学元件被设置在相对于第一轴线的至少两个相应位置处。

以这种方式，来自相应的输入衍射光学元件的光可以在相对于第一轴线的不同位置处遇到输出元件。这可以有利地改善能够朝观看者提供的向外耦合的级的均匀度。优选地，对于来自第一输入衍射光学元件的光，向外耦合的级与来自第二输入衍射光学元件的光的向外耦合的级不一致。

优选地，沿第一轴线在输出元件与相应的输入衍射光学元件之间设置第一间隔距离和第二间隔距离。以这种方式，可以在输入衍射光学元件与输出元件之间设置间隙。以这种方式，来自输入衍射光学元件的光可以在输入衍射光学元件与输出元件之间的波导中进行全内反射。可以想到的是，在一些实施方式中，第一间隔距离或第二间隔距离可以为零。在另一种布置中，第一间隔距离和第二间隔距离中的一者约等于波导中的全内反射阶段。

可以将多个输入衍射光学元件设置成交错配置，使得相邻的输入衍射光学元件被设置在相对于第一轴线的第一位置和第二位置处。因此，在一些布置中，可以沿着波导的宽度顺序地为输入衍射光学元件设置第一间隔距离和第二间隔距离。有利地，这可以使得从第一输入衍射光学元件产生的向外耦合的级之间的间隙被从相邻的输入衍射光学元件产生的向外耦合的级填充。在一些实施方式中，对于输入衍射光学元件可以存在不止两个间隔距离。