[发明专利]多层波导显示元件

说明书

本发明涉及一种波导显示元件，用于将图像从该元件的第一横向区域引导到该元件的第二横向区域，该元件包括多个彼此叠置的波导层(40A‑E)。该元件还包括布置在所述波导层中的两个波导层之间的至少一个中间衍射光学元件(44AB、44BC、44AD、44DE)。中间衍射光学元件(44AB、44BC、44AD、44DE)适于改变传播的光功率在层之间的分布。本发明还涉及包括这种元件的衍射显示设备。

技术领域

本发明涉及衍射波导显示元件，其可以用在个人显示设备诸如头戴式显示器(HMD)和平视式显示器(HUD)中。

背景技术

衍射波导元件通常包括单个波导层或多个堆叠层。在若干层的情况下，待显示的图像的视场中的不同颜色或不同部分可以被引导到不同层中。在该情况下，每个层包括用于将图像的一部分耦合到层的单独的耦入光栅，以及用于将图像的一部分耦合到元件之外的单独的耦出光栅。

US2017131546A1、D2_EP2733517A1和CN106526730A公开了可以具有多层的波导。

考虑到人们可以做出的设计选择，所公开的方案是相对有限的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的限制并且提供了给出新的设计自由的波导。

本发明是以提供多层波导为基础的，在该多层波导中，在层之间存在一个或多个光栅或其他的衍射光学元件，以用于在光于波导中传播的同时使光功率在层之间重新分布。因此，沿着光的传播路径，在一个横向点处的层之间的光功率的比与另一横向点处的层之间的光功率的比不同。这与其中在同一层中一旦光耦入直到光从该层耦出都保持不变的现有方案相反。

特别地，本发明由独立权利要求中所陈述的内容表征。

因此，根据一个方面，本发明提供了用于将图像从元件的第一横向区域引导到元件的第二横向区域的波导显示元件，该元件包括多个彼此叠置(on top of each other，一个叠一个、一层压一层)的波导层。元件还包括布置在所述波导层中的两个波导层之间的至少一个中间衍射光学元件。中间衍射光学元件适于改变传播的光功率在层之间的分布。

本发明给出了显著的益处。最为重要的，本发明提供了新的设计自由。一经耦合以在一个层中传播的光直到被耦出都不必须停留在该层，而是可以移动到相邻层一次或多次。这允许完全实现新的显示产品。

通过将功率从下面的层选择性地传输到耦出层，人们可以控制耦出光在空间上的量。因此，可以通过一个或多个中间DOE代替耦出光栅的直接调制来实施耦出调制。

在阶梯状轮廓的波导的情况下，中间DOE可以用于使光“攀爬”阶梯。在阶梯之间，更多的层可以用于光传播和/或耦入/耦出，并且在不连续的阶梯区，光被聚集(pack，打包、缩整)到较少数量的层或仅一个层。可替代地，或者除此以外，在阶梯的位置处可以准确地进行从一个层到另一层的目标过渡。阶梯状轮廓是有益的，例如当实施具有明确的聚焦平面的波导时。

在耦入中，本发明可以用于帮助激光束的倍增，以便在耦出时提供较密集的光束场，以用于防止用户看到图像分条(striping，条带化)。

还存在其他用于本发明的使用情况。本发明可以用在窄波长波导诸如激光照射波导中，但也能够应用于宽带应用中。

应该注意的是，本发明涉及改变传播的光的功率分布。也就是说，例如耦合到波导之外的且穿过中间层而未在其中传播的——或者其不意在在中间层中传播达显著程度的——光并不是本发明的焦点，且在呈现方面不会改变功率分布。

从属权利要求针对于本发明选择性的实施方式。