[发明专利]包括体布拉格光栅的波导

说明书

提供波导用于传送图像光。该波导包括用于接收在波长段中承载图像的图像光的第一光束的输入端口。该波导的第一衍射光栅包括多个体布拉格光栅(VBG)，该多个体布拉格光栅(VBG)被配置为沿着第一轴扩展第一光束，并将第一光束重定向到波导的第二衍射光栅。第二衍射光栅包括多个VBG，该多个VBG被配置为从第一衍射光栅接收第一光束，并且沿着第二轴向外耦合第一光束的第一波长段的不同部分，从而沿着第二轴扩展第一光束以供用户观察图像。

技术领域

本公开涉及光学部件和模块，且尤其涉及可用于显示系统的基于光波导的部件和模块。

背景

头戴式显示器(HMD)、近眼显示器和其他种类的可穿戴显示系统可用于向用户提供虚拟场景，或者用附加信息或虚拟对象来增强真实场景。虚拟或增强的场景可以是三维的(3D)，以增强体验，并将虚拟对象与用户观察到的真实3D场景相匹配。在一些显示系统中，实时跟踪用户的头部和/或眼睛定位和取向，并且根据用户的头部取向和凝视方向动态调整显示的场景，以提供沉浸在模拟或增强的3D环境中的体验。

轻巧且紧凑的近眼显示器减少了用户头部和颈部的压力(strain)，并且佩戴起来通常更舒适。光学器件可能是显示器中最重的模块。紧凑型平面光学部件(例如波导、光栅、菲涅尔透镜等)可用于减小光学块的尺寸和重量。然而，紧凑型平面光学器件可能在图像分辨率、图像质量、通过显示器看到真实世界的能力、所生成的图像的视野等方面存在限制。

附图简述

现在将结合附图描述示例性实施例，在附图中：

图1A是包括本公开的波导的近眼显示器(NED)的平面(XY平面)图；

图1B是图1A的NED的侧视截面图；

图2A是图1A和图1B的波导的一个实施例的平面光线跟踪图(ray-trace view)，在顶部光栅中包括反射式体布拉格光栅(VBG)；

图2B和图2C分别是图2A的波导沿着线B-B和线C-C的侧视剖面图；

图3是可用于本公开的波导的单一体布拉格光栅(VBG)的示例衍射效率谱；

图4A是包括VBG层的波导的侧视截面图；

图4B是对于不同VBG周期的FOV对(vs.)波长的曲线图；

图5是包括本公开的波导的NED的侧视截面图，示出了通过波长分割(wavelengthdivision)的光瞳扩展(pupil expansion)的原理；

图6是图1A和图1B的波导的实施例的平面光线跟踪图，在顶部光栅中包括透射式衍射VBG；

图7A和图7B是图6的波导的衍射光栅的最大和最小VBG周期图(period map)；

图8是波导的平面光线跟踪图，该波导被配置为承载在波导上不同位置注入的三个颜色通道，顶部光栅包括反射式衍射VBG；

图9是波导的平面光线跟踪图，该波导被配置为承载在波导上不同位置注入的三个颜色通道，顶部光栅包括透射式衍射VBG；

图10是波导尺寸对(vs.)对角线视场(FOV)的曲线图；

图11A是包括波导的近眼显示器(NED)的平面图，该波导具有用于两个FOV半部(FOV half)的两个输入端口；

图11B是图11A的NED的侧视截面图；

图12是图11A和图11B的波导的实施例的平面光线跟踪图，顶部光栅包括反射式衍射VBG，该反射式衍射VBG将光从左投影仪发送到右FOV半部，反之亦然；