[发明专利]具有相干光源的光波导

说明书

波导增加了从相干光源接收的一部分的光的光路。波导包括第一元件，其允许来自相干光源的出射光瞳的光进入波导，以及第二元件，该第二元件引导一些进入的光通过第一组光瞳从波导出射。波导包括附加元件，该附加元件使剩余的光在通过第二组光瞳出射之前增加通过波导和第二元件的附加路径以增加出射光的路径。第一组和第二组的光瞳交错排列，以使从光瞳出射的光不会干涉经由相邻光瞳出射的光。

背景技术

光波导可以被用于在一个或两个维度上扩展或复制成像系统的出射光瞳。典型地，来自成像系统的出射光瞳的光通过入口或内耦合被接收在波导中，并通过波导在一个方向上行进，而一些光从波导的光栅结构出射，从而形成扩展的光瞳。没有从光栅结构出射的剩余光被浪费，并且通常从波导的边缘出射或在波导的边缘处被吸收。当前的波导通常使用低效率的单通光栅结构来实现光瞳均匀性和视场均匀性，这导致大量的浪费的光。

当前基于波导的出射光瞳扩展器的一个问题是它们被设计为使用非相干光源。非相干光源是一种光源，其光包含较宽频率范围，因此其相干长度较短，大约为10个周期。不相干光源的示例是LED。另一方面，相干光源是包含较窄频率范围并因此具有较长相干长度的光源。如果光的每个光路所经过的光路长度之差小于与相干光源相关联的相干长度，则相干光源在分离成多个路径时通常会在重组时相互干涉。相干光源的示例是激光器。

为了获得扩展的光瞳的均匀显示强度，波导的每个出射光瞳之间的距离通常较小，以使观察者从多个光瞳接收重叠光。然而，由于光瞳的紧密度以及从每个光瞳接收到的光的相似光路，当波导与相干光源一起被使用时，重叠光会干涉其自身，并可能导致用户的体验减弱。

发明内容

提供了一种光波导，其增加了一部分的光相对于从相干光源接收的另一部分的光的相对光路长度。在一个示例中，波导包括第一光学元件和第二光学元件，该第一光学元件允许来自相干光源的出射光瞳的光进入波导，第二光学元件引导一些进入的光通过第一组出射光瞳从波导出射。波导包括一个或多个附加的光学元件，其使得剩余光在通过第二组出射光瞳出射之前形成穿过波导和第二光学元件的附加路径，以增加该光的光路。第一组和第二组的出射光瞳交错排列，以使从光瞳出射的光与从来自同一组的出射光瞳出射的光不重叠。因为从第二组光瞳出射的光比从第一组光瞳出射的光具有更大的光路，所以来自第一组和第二组的出瞳的光不能互相干涉，因此可以靠近放置。

在一种实现中，提供了一种光波导。波导包括前表面和后表面。光波导还包括第一光学元件和第二光学元件。第一光学元件被配置为允许来自相干光源的光通过前表面或后表面进入光波导，其中光源与相干长度相关联。第二光学元件被配置为允许光的第一部分以第一光路长度通过前表面或后表面从光波导出射，并且允许光的第二部分以第二光路长度通过前表面或后表面从光波导出射，其中第一光路长度和第二光路长度之间的差大于相干长度。

在一种实现中，提供了一种头戴式显示设备。头戴式显示设备包括：相干光源，其中相干光源与相干长度相关联；控制器，被耦合至相干光源，并被配置为使相干光源投射包括显示图像的光；以及多个光波导。每个光波导包括：第一端；第二端；第一光学元件，其被配置为允许光进入光波导并使光在第一方向上朝向第一端行进；第二光学元件，其被配置为从第一光学元件接收在第一方向上行进的光，并允许在第一方向上行进的光的第一部分射出光波导，其中光的第一部分具有第一光路长度；以及第三光学元件，其被配置为：从第二光学元件接收在第一方向上行进的光的第二部分；并且使光的第三部分在第二方向上朝向第二端行进，其中第二光学元件还被配置为从第三光学元件接收在第二方向上行进的光的第三部分，并且允许在第二方向上行进的光的第四部分射出光波导，其中光的第四部分具有第二光路长度，并且进一步地，其中第一光路长度和第二光路长度之间的差大于相干长度。