[发明专利]用于提供单光栅层彩色全息波导显示器的方法和装置

说明书

一种波导显示器包括：支撑单个光栅层的波导；数据调制光源；第一输入耦合器，用于将来自源的第一光谱带的光引导到第一波导光瞳中；第二输入耦合器，用于将来自源的第二光谱带的光引导到第二波导光瞳中；输出耦合器，包括多路复用的第一光栅和第二光栅；至少一个折叠光栅，用于沿着从第一光瞳到输出耦合器的第一路径引导第一光谱带并提供第一光束扩展；至少一个折叠光栅，用于沿着从第二光瞳到输出耦合器的第二路径引导第二光谱带并提供第一光束扩展。第一多路复用光栅在光束扩展与第一光束扩展正交的第一方向上将第一光谱带引导出波导。第二多路复用光栅在光束扩展与第一光束扩展正交的第一方向上将第二光谱带引导出波导。

技术领域

本发明一般而言涉及波导设备，并且更具体而言，涉及彩色全息波导显示器。

背景技术

波导可以称为具有限制和引导波的能力的结构(即，限制波可以在其中传播的空间区域)。一类波导包括光波导，它是能够引导电磁波的结构，通常是那些在可见光谱中的电磁波。波导结构可以被设计成使用许多不同的机制来控制波的传播路径。例如，可以将平面波导设计成利用衍射光栅衍射入射光并将入射光耦合到波导结构中，使得入射耦合光可以经由全内反射(“TIR”)在平面结构内继续传播。

制造波导可以包括允许在波导内记录全息光学元件的材料系统的使用。一类这样的材料包括聚合物分散的液晶(“PDLC”)混合物，它是包含可光聚合单体和液晶的混合物。这样的混合物的另一个子类包括全息聚合物分散的液晶(“HPDLC”)混合物。可以将诸如体积相位光栅之类的全息光学元件，通过用两个相互相干的激光束照明材料记录在这种液体混合物中。在记录处理期间，单体聚合和混合物进行光聚合诱导的相分离，从而创建液晶微滴密集填充的区域，其间散布着透明聚合物区域。交替的富含液晶区域和缺乏液晶区域形成光栅的条纹平面。

可以考虑将诸如上述的波导光学器件用于一系列显示器和传感器应用。在许多应用中，包含一个或多个编码多种光学功能的光栅层的波导可以使用各种波导体系架构和材料系统来实现，从而在增强现实(“AR”)和虚拟现实(“VR”)的近眼显示器、用于航空和公路运输的紧凑型平视显示器(“HUD”)以及用于生物识别和激光雷达(“LIDAR”)应用的传感器领域实现新的创新。

发明内容

许多实施例涉及被配置为实现能够提供二维光束扩展和光提取的全色显示器的波导显示器。例如，许多实施例涉及具有各种组件的波导显示器，各种组件包括：支撑单个光栅层的波导；光耦合到所述波导的数据调制光源；第一输入耦合器，用于将来自所述源的第一光谱带的光引导到第一波导光瞳中；第二输入耦合器，用于将来自所述源的第二光谱带的光引导到第二波导光瞳中；以及输出耦合器，包括多路复用的第一和第二光栅。此外，许多实施例包括至少一个折叠光栅，用于沿着从第一光瞳到提供第一光束扩展的输出耦合器的第一路径引导第一光谱带。至少一个折叠光栅可以用于沿着从第二光瞳到输出耦合器的第二路径引导第二光谱带并提供第一光束扩展。第一多路复用光栅可以在光束扩展与第一光束扩展正交的第一方向上将第一光谱带引导出波导。第二多路复用光栅可以在光束扩展与第一光束扩展正交的第一方向上将第二光谱带引导出波导。

在其它实施例中，第一和第二输入耦合器各自包括棱镜和光栅中的至少一个。

在还有的其它实施例中，第一输入耦合器包括第一棱镜并且所述第二输入耦合器包括第二棱镜，其中所述第一和第二棱镜沿着所述波导的一般光传播方向设置。

在另外的其它实施例中，第一输入耦合器包括第一棱镜并且所述第二光输入耦合器包括第二棱镜，其中所述第一棱镜和第二棱镜沿着正交于所述波导的一般光传播方向的方向设置。

在还有的另外的其它实施例中，第一输入耦合器包括第一光栅并且所述第二输入耦合器包括第二光栅，其中所述第一和第二光栅沿着所述波导的一般光传播方向设置。

在其它实施例中，第一输入耦合器包括第一光栅并且所述第二输入耦合器包括第二光栅，其中所述第一和第二光栅沿着正交于所述波导的一般光传播方向的方向设置。