[发明专利]均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器

说明书

本申请涉及均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器。一种波导显示器包括多个衍射光学元件(DOE)，该多个DOE被配置为耦入图像光、提供在两个方向上扩展的出射光瞳、以及将图像光耦出至用户。耦入DOE被配置为将图像光的全视场(FOV)分为左部分和右部分。左FOV部分和右FOV部分在中间DOE中分别在左方向和右方向上侧向地传播，中间DOE包括上部部分和下部部分。中间DOE在水平方向上提供出射光瞳扩展，同时将光耦合到耦出DOE。耦出DOE在垂直方向上提供出射光瞳扩展，并且将用于全FOV的具有扩展出射光瞳的图像光耦出。中间DOE部分被配置为使图像光转向回到波导的中心，以避免耦出DOE的部分中的暗区或条纹。

相关申请引用

本申请是国际申请号为PCT/US2018/024699、国际申请日为2018年3月28日、进入中国国家阶段日期为2019年9月29日、中国国家申请号为201880022935.6、发明名称为“均匀性提高并且颜色之间的交叉耦合减少的波导显示器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请波导显示器领域。

背景技术

衍射光学元件(DOE)是具有周期性结构的光学元件，其通常用于范围从生物技术、材料处理、感测以及测试到技术光学和光学计量的应用。例如，通过将DOE并入在激光器或发射显示器的光场中，可以根据应用需求灵活控制和改变光的“形状”。

发明内容

一种波导显示器包括多个衍射光学元件(DOE)，该多个DOE被配置为在近眼光学显示系统中耦入来自成像器的入射图像光、提供在两个方向上扩展的出射光瞳、并且将图像光耦出至用户。耦入DOE被配置为将图像光的全视场(FOV)分为左部分和右部分。左FOV部分和右FOV部分在中间DOE中分别在左方向和右方向上侧向地传播，中间DOE包括上部部分和下部部分。中间DOE在第一(例如，水平)方向上提供出射光瞳扩展，同时将光耦合到耦出DOE。耦出DOE在第二(例如，垂直)方向上提供出射光瞳扩展，并且将用于全FOV的具有扩展出射光瞳的图像光从波导耦出。中间DOE部分被配置为使图像光转向回到波导的中心，以避免位于耦入DOE下方的耦出DOE的部分中的暗区或条纹。

波导显示器可以进一步被配置为在波导中将图像光选择性地向下耦合，而波导中的光分量之间没有交叉耦合，该波导包括多个波导板，以支持RGB(红色、绿色、蓝色)颜色模型。例如，耦入DOE被配置作为在每个表面上具有不同光栅矢量的两面光栅，以耦入入射图像光并且在波导中使第一衍射级的耦入图像光向下转向，而不会向下耦合在波导中渐逝的零级衍射光。由于光必须经过对于绿色波导板中的红光是渐逝的第一衍射级，所以红光不会向下耦合。这种选择性耦合减少了红色图像光在FOV的中心部分内交叉耦合到绿色波导板中。

在一个例示性实施例中，右上和左下中间DOE中的光栅矢量的方向相同或相似，以使得图像光能够朝向波导的中心散布，以减少暗区或条纹。在另一例示性实施例中，左和右中间DOE的下部部分可以组合成单面光栅或两面光栅。第一表面的光栅矢量的方向与顶部右中间DOE的光栅矢量的方向相同或相似，而相对的第二表面的光栅矢量的方向与顶部中间DOE的光栅矢量的方向相同或相似。备选地，组合光栅可以被配置作为单面或两面交叉(即，二维)光栅。

提供本发明内容以便以简化形式介绍一系列概念，这些概念下面在具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现方式。

附图说明

图1示出了例示性近眼显示系统的框图；

图2示出了光通过全内反射(TIR)在波导中的传播；

图3示出了例示性出射光瞳扩展器的视图；

图4示出了例示性出射光瞳扩展器的视图，其中出射光瞳沿着两个方向被扩展；