[发明专利]具有部分反射器的波导

说明书

提供了一种波导，例如图像复制波导。波导包括具有两个外表面的基板，用于通过从外表面反射光束，来在基板中传播图像光的光束。衍射光栅由基板支撑，并被配置用于衍射入射光束。部分反射器设置在基板中，在第一表面和第二表面之间并且平行于第一表面和第二表面。部分反射器被配置用于分离入射光束，增加波导中光束部分的数量，从而提高输出光瞳密度。

技术领域

本公开涉及光学组件，并且具体涉及可用于可佩戴显示器的波导。

背景

头戴式显示器(HMD)、近眼显示器和其他可佩戴显示系统可用于提供虚拟场景，或者用动态信息、数据或虚拟对象来增强真实场景。虚拟场景或增强场景可以是三维(3D)的，以增强体验并使虚拟对象与用户观察到的真实3D对象匹配。在一些显示系统中，实时跟踪在3D空间中的用户的眼睛位置和凝视方向和/或取向，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环境中的更佳体验。

重量轻且紧凑的近眼显示器减小了对用户的头部和颈部的压力，且佩戴起来通常更舒适的且容易的。这种显示器的光学器件可能是整个系统中最重的模块。可以采用紧凑的平面光学组件(诸如波导、光栅、菲涅耳透镜等)，以减小光学块的尺寸和重量。然而，紧凑的平面光学器件可能具有与图像质量、出射光瞳尺寸和均匀性、生成的影像(imagery)的视场、视觉伪像、光瞳游移(pupil swim)等相关的限制。

附图简述

现在将结合附图描述示例性实施例，其中：

图1是包括本公开的波导的近眼显示器的侧视截面图；

图2A和图2B分别是光瞳孔(pupil hole)尺寸和光瞳填充因子(pupil fillfactor)的曲线图，该曲线图被绘制为没有部分反射器的1.5mm厚的光瞳复制波导(pupil-replicating waveguide)的视角的函数；

图3A和图3B分别是光瞳孔尺寸和光瞳填充因子的曲线图，该曲线图被绘制为没有部分反射器的2mm厚的光瞳复制波导的视角的函数；

图4A是沿着没有部分反射器的光瞳复制波导的辐照度(irradiance)图；

图4B是沿着具有部分反射器的光瞳复制波导的辐照度图；

图5A是本公开的波导的部分反射器的反射率的曲线图，该曲线图被绘制为入射角的函数；

图5B是本公开的波导的部分反射器的反射率的曲线图，其中反射率随着入射角的增加而增大；

图6A、图6B和图6C是第一实施例的波导在不同制造阶段的侧视截面图；

图6D是示出反射和衍射光线的第一实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图7A是第二实施例的波导的侧视截面分解图；

图7B是示出反射和衍射光线的第二实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图8A是第三实施例的波导的侧视截面分解图；

图8B是第三实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图9A是第四实施例的波导的侧视截面分解图；

图9B是示出反射和衍射光线的第四实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图10是包括表面浮雕衍射光栅的波导的侧视截面图；

图11A是合并了本公开的波导的眼镜形状因子(form factor)近眼AR/VR显示器的等距视图；

图11B是图11A的显示器的侧视截面图；以及

图12是合并了本公开的波导的头戴式显示器(HMD)的等距视图。