[实用新型]用于增强现实或虚拟现实显示器的设备及头戴式耳机

说明书

公开了用于增强现实或虚拟现实显示器的设备及头戴式耳机，设备包括波导、从投影仪接收光并将其耦合到波导中的输入衍射光学结构和输出衍射光学结构。中间衍射光学结构从输入衍射光学结构接收光，提供接收的光的一维扩展并向输出衍射光学结构耦合经扩展的光。输出衍射光学结构从中间衍射光学结构接收光并向观看者耦合光。中间衍射光学结构包括衍射构件，其以与接收的光所成的第一角度定向以在中间衍射光学结构内提供第一衍射和第二衍射，以向输出衍射光学结构耦合光。第一衍射以第二角度向衍射构件耦合来自输入衍射光学结构的光，使得在中间衍射光学结构中的多个间隔位置处提供第二衍射，从而提供光的一维扩展。第二衍射向输出衍射光学结构耦合光。

技术领域

本实用新型涉及用于增强现实或虚拟现实显示器例如头戴式耳机或平视显示器的设备。特别地，本实用新型涉及波导，在该波导中，中间衍射光学结构位于输入光栅与输出衍射光学结构之间。这可以改善来自输出衍射光学结构的光输出的空间均匀性，而不会对角视场产生负面影响。

背景技术

增强现实显示器允许用户看到他们的周围环境以及投影图像。在军事或运输应用中，投影图像可以交叠在用户感知的真实世界上。这些显示器的其他应用包括视频游戏和可穿戴设备，例如眼镜。相比之下，在虚拟现实显示器中，用户只能感知投影图像，并且来自他们真实世界环境的光被遮挡。

在普通的增强现实设置中，在用户面前提供透明显示屏，使得他们可以继续看到物理世界。显示屏通常是玻璃波导，并且投影仪被设置在一侧。来自投影仪的光通过衍射光栅(输入光栅)耦合到波导中。经投射的光在波导内全内反射。光然后通过另一衍射光栅(输出光栅)被耦合到波导以外，使得它可以被用户看到。投影仪可以提供增强用户对物理世界的观看的信息和/或图像。

WO 2016/020643中公开了一种用于在增强现实显示器中在两个维度上扩展输入光的光学设备。提供输入衍射光学元件，用于将来自投影仪的输入光耦合到波导中。该光学设备还包括输出元件，该输出元件具有在波导中彼此交叠的两个衍射光学元件，使得两个衍射光学元件中的每一个可以接收来自输入衍射光学元件的光并朝向该对中的另一衍射光学元件耦合该光，该另一衍射光学元件则可以用作将光朝向观看者耦合到波导以外的输出衍射光学元件。在一个实施方式中，彼此交叠的两个衍射光学元件被设置在光子晶体中。这是通过在波导的表面内或表面上布置柱阵列来实现的，该波导相对于周围的波导介质具有增加的折射率。WO 2016/020643中的柱被描述为当从观看者的角度在波导的平面中观看时具有圆形截面形状。已经发现这种布置在同时在两个维度上扩展光并将光耦合到波导以外方面非常有效。有利地，这可以改善波导上空间的使用，这可以降低制造成本。

在US 6,580,529中描述了另一光学设备。在该设备中，提供第一线性全息光学元件，用于将入射光耦合到衬底波导中。第二线性全息光学元件以与来自第一线性全息元件的光所成的一定角度被设置。第二线性全息光学元件朝向第三线性全息光学元件提供光的单衍射。以这种方式，第二线性全息光学元件可以在衬底波导内提供光的一维扩展。

实用新型内容

本实用新型的目的是在保持广角视场的情况下，改善来自增强现实显示器或虚拟现实显示器中的输出元件的空间均匀性。

根据本实用新型的方面，提供了一种用于增强现实或虚拟现实显示器的设备，包括：波导；输入衍射光学结构，其被配置成接收来自投影仪的光并将所接收的光耦合到波导中；输出衍射光学结构；以及中间衍射光学结构，其被配置成接收来自输入衍射光学结构的光，提供所接收的光的一维扩展并朝向输出衍射光学结构耦合经扩展的光，其中，输出衍射光学结构被配置成接收来自中间衍射光学结构的光并朝向观看者耦合该光；其中，中间衍射光学结构包括衍射构件，该衍射构件以与从输入衍射光学结构接收的光所成的第一角度定向，以在中间衍射光学结构内提供第一衍射和第二衍射，以便朝向输出衍射光学结构耦合光，其中，第一衍射以第二角度朝向衍射构件耦合来自输入衍射光学结构的光，使得在中间衍射光学结构中的多个间隔位置处提供第二衍射，从而提供光的一维扩展，其中，第二衍射朝向输出衍射光学结构耦合光。优选地，输入衍射光学结构是衍射光栅。