[发明专利]用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导

说明书

本发明涉及用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导。在一方面，一种光学装置包括多个波导，所述多个波导形成于彼此之上并且其上形成有相应衍射光栅，其中相应衍射光栅被配置为将入射到其上的可见光衍射到相应波导中，使得衍射到相应波导中的可见光在其内部传播。相应衍射光栅被配置为将相对于相应波导的层法线方向的相应视场FOV内的可见光衍射到相应波导中。相应FOV使得多个波导被配置为衍射组合的FOV内的可见光，该组合的FOV是连续的并且大于相应FOV中的每一者。

本申请是申请日为2018年3月20日、PCT国际申请号为 PCT/US2018/023425、中国国家阶段申请号为201880020303.6、发明名称 为“用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请主张2017年3月21日提交的名称为“STACKED WAVEGUIDES HAVINGDIFFERENT DIFFRACTION GRATINGS FOR COMBINED FIELD OF VIEW(用于组合视场的具有不同衍射光栅 的堆叠波导)”的美国临时专利申请No.62/474,529的优先权益，该申请 的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及显示系统，更具体地涉及包括基于胆甾型液晶的衍射装置 的增强现实显示系统。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实” 体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其部分以它们看起来是真实 的或感觉为真实的方式被呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数 字或虚拟图像信息的呈现而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强 现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实 际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是AR类型的场景，并 且通常涉及被整合到自然世界中且响应于自然世界的虚拟对象。例如，MR 场景可以包括看起来被真实世界中的对象阻挡或者被感知为与真实世界中 的对象交互的AR图像内容。

参考图1，描绘了增强现实场景1。AR技术的用户看到以人、树木、 背景中的建筑物和混凝土平台30为特征的真实世界的公园状设置20。用 户还感知他“看到”站在真实世界平台1120上的机器人雕像40，以及看 起来是大黄蜂的化身的正在飞行的卡通式的化身角色50。这些元素50、40 是“虚拟的”，因为它们在真实世界中不存在。因为人类的视觉感知系统 是复杂的，所以产生促进除其他虚拟或真实世界图像元素之外的虚拟图像 元素的舒适的、感觉自然的、丰富的呈现的AR技术是具有挑战性的。

本文公开的系统和方法解决了关于AR和VR技术的各种挑战。

发明内容

在第一方面，一种光学装置包括：多个波导，其形成于彼此之上并且 其上形成有相应衍射光栅，其中所述相应衍射光栅被配置为将入射到其上 的可见光衍射到相应波导中，使得衍射到所述相应波导中的可见光在其内 部传播。所述相应衍射光栅被配置为相对于所述相应波导的层法线方向将 相应视场(FOV)内入射到所述相应波导上的可见光衍射到所述相应波导 中。所述相应FOV使得所述多个波导被配置为衍射组合的FOV内的可见光，所述组合的FOV是连续的并且大于所述相应FOV中的每一者。

在第二方面，一种光学系统包括：第一波导，其上形成有第一衍射光 栅。所述第一衍射光栅具有第一周期并且被配置为衍射第一FOV内具有 第一颜色且入射到所述第一波导上的光。所述光学系统另外包括：第二波 导，其上形成有第二衍射光栅。所述第二衍射光栅具有第二周期并且被配 置为衍射第二FOV内具有所述第一颜色且入射到所述第二波导上的光， 所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅被配置为相对于所述相应波导的层 法线方向将相应视场(FOV)内具有所述第一颜色的光衍射到所述相应波 导中。所述相应FOV使得所述第一波导和所述第二波导被配置为衍射组 合的FOV内具有所述第一颜色的可见光，所述组合的FOV是连续的并且 大于所述第一FOV和所述第二FOV中的每一者。