[发明专利]用于增强现实系统的基于波导的光学系统和方法

权利要求书

1.一种用于在操作波长处在增强现实系统中使用的增强现实光学系统，包括：

具有在所述操作波长处的折射率n_S、顶表面和底表面的基板；

输入光栅和输出光栅，各自形成在所述基板的所述顶表面中或所述顶表面上，并且彼此横向间隔开；

波导层，具有主体、顶表面、底表面以及厚度1μm≤THG≤100μm，其中所述波导层的所述底表面被支持在所述基板的所述顶表面上，使得所述输入光栅和所述输出光栅延伸到所述波导层中，并且其中所述波导层在所述操作波长处具有折射率n_G≥n_S并且支持多个导模；并且

其中所述输入光栅和所述输出光栅提供相位匹配，使得入射到所述输入光栅上的输入光耦合到所述波导层中并且以所述导模行进到所述输出光栅，并且由所述输出光栅耦合出所述波导层作为输出光。

2.根据权利要求1所述的增强现实系统，其特征在于，在所述操作波长处，所述基板折射率n_S≤1.5并且所述波导层折射率n_G≥2，并且其中所述多个导模的数量在500和1000之间。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述基板包括玻璃材料，其中所述输入光栅和所述输出光栅包括聚合物，并且其中所述波导层包括氧化物材料、或氧化物材料和氟化物材料的组合。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述基板包括聚合物材料，并且所述波导层包括氧化物材料、或氧化物材料和氟化物材料的组合。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，(1)所述波导层和所述基板各自是平面的，或者(2)所述波导层和所述基板中的至少一个具有弯曲表面。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，进一步包括设置在所述波导层的所述顶表面上的盖层，其中所述盖层具有折射率n_Cn_G。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述输入光栅包括二维输入光栅元件，并且其中所述输出光栅包括二维输出光栅元件。

8.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述输出光具有在50°≤FOV≤70°范围内的视场(FOV)。

9.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述输入光是多色的或单色的中的一种。

10.根据权利要求1-2中任一项所述的增强现实光学系统，其特征在于，所述基板包括低折射率层，所述低折射率层限定所述基板的顶表面，其中所述低折射率层具有折射率n_Ln_S。

11.一种用于观看对象或场景的增强现实系统，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的并且具有前区域和后区域的增强现实光学系统；

显示装置，设置在所述后区域中并生成所述输入光；以及

耦合光学系统，相对于所述显示装置可操作地布置，并且被配置为在输入视场上将所述输入光引导到所述增强现实光学系统的所述输入光栅。

12.根据权利要求11所述的增强现实系统，进一步包括成像光学系统，可操作地布置在所述后区域中以在输出视场上从所述输出光栅接收所述输出光。

13.根据权利要求11或12所述的增强现实系统，其特征在于，来自所述对象或所述场景的光通过所述输出光栅从所述前区域向所述后区域并向所述成像光学系统传输，并且其中所述成像光学系统将所述输出光和来自所述对象或所述场景的所述光进行组合以形成增强图像。