[发明专利]混合现实组合器

说明书

一种具有输出耦合器的光波导组合器，该输出耦合器包括嵌入式部分反射电介质镜阵列，该嵌入式部分反射电介质镜阵列将由激光显示引擎生成的虚拟(可选地，彩色)图像扩展并耦合到用户EMB中，其中，该电介质镜被构造成具有：针对激光显示引擎的每个激光发射带的波长带，该波长带包括激光发射带中的以及预期激光发射带发生漂移的波长范围中的光的波长；呈现第一反射率的反射率角度范围；呈现小于第一反射率的第二反射率的透射率角度范围；以及对于入射在小平面上的自然光具有高透射率的透视角度透射率范围。

相关申请

本申请依据35 U.S.C 119(e)要求2020年2月24日提交的美国临时申请62/980,469和2020年3月30日提交的美国临时申请63/001,567的权益。

技术领域

本公开内容的实施方式涉及光波导系统，该光波导系统被构造成以相对小的输入孔径从激光显示引擎接收图像，并且递送图像以在扩展输出耦合区域处离开波导，以填充放大的眼睛运动盒来供用户观看。

背景技术

用于向用户提供各种新风格的现实——增强现实(augmented reality，AR)、混合现实(mixed reality，MR)、并行现实(parallel reality)——中的任意者的激增的头戴式显示器(head mounted display，HMD)和智能眼镜将计算机生成的“虚拟图像”叠加在用户看到的用户视野(field of view，FOV)中的真实环境的“真实图像”上。虚拟图像可以例如向用户提供与真实图像、由用户执行的任务和/或明确的或隐含的用户请求相关的信息材料和/或娱乐。呈现给用户的包括真实图像和虚拟图像的图像可以被称为扩展现实(extended reality，XR)图像，并且被构造成向用户提供XR图像的各种硬件中的任何硬件可以被统称为XR显示器。

在XR显示器的光学系统中，计算机控制的显示引擎，例如硅上液晶(liquidcrystal on silicon，LCos)、有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)或激光束扫描(laser beam scanning，LBS)微显示器提供虚拟图像。被称为组合器的光学元件接收由显示引擎提供的虚拟图像并将其叠加在真实图像上以向用户提供XR图像，其中该组合器对环境光透光并且用户通过该组合器观看真实环境。

通常，由显示引擎提供的虚拟图像相对较小，具有小于或等于约5mm的特征尺寸。组合器以相对小的输入孔径接收小的虚拟图像，并且将图像传播到输出耦合器，该输出耦合器通过组合器的出口孔径输出虚拟图像并且输出到眼睛运动盒(eye motion box，EMB)中。当用户的眼睛位于EMB中时，虚拟图像穿过用户的孔径并到达用户的视网膜上，以作为用户通过组合器看到的实际图像的特征出现在XR图像中。为了填充EMB以使得用户可以舒适地看到虚拟图像而不会过度麻烦地将眼睛与组合器对准，组合器通常被构造为具有相对大的、扩展的孔径，组合器通过该孔径将虚拟图像的许多副本传输到EMB中。

实际XR显示器的光学系统通常需要满足人体工程学、技术和经济约束的复杂组合。该光学系统有利地被构造成具有舒适地大的EMB，有利地为小、轻且节能，并且提供清晰的虚拟图像，而不存在诸如图像重影的过度突出的伪影。

发明内容