[发明专利]在一块板上支持红色、绿色和蓝色的大视场波导

说明书

一种用于在单个波导中组合RGB光信号的光学设备。该设备包括多个DOE。第一DOE被配置为以输入传播角接收光信号并且基于光谱来衍射该光信号，使得一个光谱的光主要在第一方向和路径上被衍射并且第二光谱的光主要在不同的第二方向和路径上被衍射。第一DOE被配置为将光衍射到第二DOE中。第二DOE被配置为将光衍射到第三DOE中。第三DOE被配置为将光衍射到眼动范围中，该眼动范围保持输出传播角与输入传播角基本平行。针对每个路径的光栅矢量的总和基本等于零。

背景和相关技术

最近，人们对虚拟现实(VR)和增强现实(AR)设备以及其他这样的近眼设备的兴趣已经重新兴起。这些设备通常包括某种类型的视频发射器(诸如光引擎)以及被耦合到视频发射器的光学器件，该视频发射器被配置为使用该设备将图像发射到用户的眼睛。具体地，用户将佩戴头戴式耳机或类似设备，该头戴式耳机或类似设备包括光学地耦合到一个或多个波导的视频发射器，其中波导被配置为将图像光学地耦合到用户。

这种设备的制造商需要解决的一个问题是与有限视场(FoV)有关的问题。在本文所示的上下文中，FoV是假定眼睛位置固定时的可视高角度的度数。在水平方向上，人的FoV约为135°。但是，通常虚拟现实和增强现实设备的可用FoV会低得多。从设备可用的 FoV越低，设备的体验就越不现实。

已经实现了试图扩大FoV的技术。一种这样的技术是使用衍射光栅，这些衍射光栅按波长散布光以增加FoV。也就是说，衍射光栅是色散的，这表示它会产生衍射级数，以使得所有非零阶的颜色在不同方向上传播。尽管该行为例如在光谱应用中非常有益，但是在基于衍射波导的AR/VR设备中，这是不希望有的，因为在波导中承载和扩展图像内容需要三个(或在某些情况下为两个)单独的波导，除非FoV非常小。

具有多个波导使制造过程极大地复杂化。不仅必须制造几个波导，而且制造公差也变得更加严格。另外，必须将多个板(plate) 精确地放置在光栅堆中，这带来了另外的制造步骤，这些步骤要求很高精度和增加的成本。

本文中所要求保护的主题不限于解决上述的任何缺点或仅在诸如上述环境中操作的实施例。而是，仅提供本背景以说明可以实践本文中描述的一些实施例的一个示例性技术领域。

发明内容

本文中示出的一个实施例包括一种用于在单个波导中组合RGB 光信号的光学设备。该设备包括多个DOE。该设备包括第一DOE，该第一DOE被配置为：以输入传播角接收光信号，并且基于光谱来衍射该光信号，使得一个光谱的光主要在第一方向上被衍射并且第二光谱的光主要在不同的第二方向上被衍射，以使得光信号的不同部分采用包括至少两个不同路径的不同路径。该设备包括第二DOE。第一DOE被配置为将光衍射到第二DOE中。该设备包括第三DOE。第二DOE还被配置为将光衍射到第三DOE中。第二DOE和第三 DOE被配置为引起基本非并行的扩展。第三DOE被配置为将光衍射到眼动范围(eye box)中，其将输出传播角保持在输入传播角的某个预定阈值内。多个DOE与光栅矢量相关联。针对至少两个不同路径中的每个路径的光栅矢量的总和基本等于零。

提供本“发明内容”以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“发明内容”既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

其他特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分特征将从描述中变得很清楚，或者可以通过本文中的教导的实践而获知。本发明的特征和优点可以通过所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获取。根据以下描述和所附权利要求书，本发明的特征将变得更加完全清楚，或者可以通过下文中所述的本发明的实施而获知。

附图说明

为了描述可以获取上述和其他优点和特征的方式，将通过参考在附图中示出的特定实施例来对以上简要描述的主题进行更具体的描述。理解这些附图仅描绘了典型的实施例，因此不应当被视为对范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释实施例，在附图中：