[发明专利]具有体相位光栅的显示器

说明书

一种电子设备可具有产生图像的显示系统。该显示系统可具有一个或多个像素阵列，诸如硅基液晶像素阵列。来自该显示系统的图像可被输入耦合器耦合到波导中，并且可利用输出耦合器而被耦合出该波导。输入耦合器和输出耦合器可由体相位全息光栅形成。附加光栅可用于将否则会在用户视场上方或下方穿过的光朝观察者偏移。波导中的全息光栅可包括具有恒定的节距和可变的周期的条纹。光栅的给定部分处的周期可被布拉格匹配，以使给定入射角的光的衍射效率最大化。

本专利申请要求于2017年9月26日提交的临时专利申请62/563,422的权益，该专利申请据此以引用的方式全文并入本文。

背景技术

本发明整体涉及具有显示器的设备，更具体地讲，涉及头戴式显示器。

头戴式显示器可用于显示虚拟现实和增强现实内容。显示增强现实内容的头戴式显示器可在真实世界物体上叠加由计算机生成的图像。显示器和光学系统可用于创建图像并将这些图像呈现给用户。

然而，如果稍有不慎，头戴式显示器中用于为用户显示内容的部件可能未表现出期望的光学性能水平。

发明内容

一种电子设备可具有产生图像的显示系统。具有一个或多个波导以及输入耦合器系统和输出耦合器系统的光学系统可用于将图像分配给用户。

该显示系统可具有一个或多个像素阵列，诸如硅基液晶像素阵列。来自该显示系统的图像可通过输入耦合器系统耦合到一个或多个波导中，并且可使用输出耦合器系统在多个图像平面中耦合出波导。输入耦合器系统和输出耦合器系统可包括单个耦合器、耦合器堆叠和平铺耦合器阵列。耦合器可以是体相位全息光栅或用于将光耦合进和耦合出细长条形波导的上表面和下表面的其他光学耦合器。

波导中的全息光栅可包括具有恒定的节距和可变的周期的条纹。光栅的给定部分处的周期可被布拉格匹配(Bragg-matched)，以对于给定波长和入射角的光使衍射效率最大化。例如，第一组条纹可具有使与左视场相关联的入射光的衍射效率最大化的第一周期，第二组条纹可具有使与中心视场相关联的入射光的衍射效率最大化的第二周期，而第三组条纹可具有使右视场的衍射效率最大化的第三周期。

附图说明

图1是根据一个实施方案的例示性头戴式显示器的示意图。

图2是根据一个实施方案的例示性头戴式显示器的顶视图。

图3是根据一个实施方案的用于头戴式显示器的例示性光学系统和相关联的显示系统的图示。

图4是根据一个实施方案的具有恒定的节距和恒定周期的例示性体相位全息光栅的顶视图。

图5是根据一个实施方案示出对于具有恒定周期的体相位全息光栅，不同入射角可如何导致不同衍射效率的图示。

图6是根据一个实施方案的具有恒定的节距和可变的周期的例示性体相位全息光栅的顶视图。

图7是根据一个实施方案的图6所示类型的具有一个或多个体相位全息光栅的例示性光学系统的顶视图。

图8是根据一个实施方案的例示性光学系统的侧视图，该例示性光学系统包括具有恒定的节距和可变的周期的体相位全息光栅，该体相位全息光栅重新导向上视场光和下视场光，使得其朝向眼睛框离开光学系统。

图9是根据一个实施方案的具有相同节距和不同周期的体相位全息光栅的例示性叠堆的顶视图。

图10是根据一个实施方案的具有光栅贴片的例示性体相位全息光栅的顶视图，其中对于不同贴片，周期不同。

图11是根据一个实施方案的具有重叠的光栅贴片的体相位光栅的例示性叠堆的顶视图，其中对于不同贴片，周期不同。

图12是根据一个实施方案的用于对节距恒定、周期可变的体相位全息光栅进行贴片写入的例示性记录设置的图示。