[发明专利]集成光束转向系统在审
申请号: | 202310220211.5 | 申请日: | 2019-03-27 |
公开(公告)号: | CN116107094A | 公开(公告)日: | 2023-05-12 |
发明(设计)人: | J·O·米勒;臧凯;W·O·戴维斯;M·埃夫泰卡尔 | 申请(专利权)人: | 微软技术许可有限责任公司 |
主分类号: | G02B27/01 | 分类号: | G02B27/01;G02F1/21;G02B6/122;G02B6/26 |
代理公司: | 北京市金杜律师事务所 11256 | 代理人: | 李辉 |
地址: | 美国华*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 集成 光束 转向 系统 | ||
本公开的实施例涉及集成光束转向系统。集成光束转向系统分三个阶段进行配置,以为图像光提供光束转向,该图像光是从成像器(例如,激光、发光二极管、或其他光源)到显示系统中的下游元件(诸如混合现实计算设备中的出射光瞳扩展器(EPE))的图像光。第一阶段包括光学开关的多级级联阵列,这些光学开关可配置为跨显示系统的二维(2D)视场(FOV)的第一维度地空间地路由图像光。第二波导阶段将图像光沿着预先形成的波导传送到第三阶段中的准直器,该准直器被配置为沿着FOV的第一维度(例如,水平)准直图像光。波导和准直阶段可以使用轻质光子晶体纳米结构来实现。
本申请是国际申请日为2019年3月27日、于2020年10月10日进入中国国家阶段、国家申请号为201980025167.4、名称为“集成光束转向系统”的中国发明专利申请的分案申请。
背景技术
诸如可佩戴的头戴式显示(HMD)系统和移动设备(例如,智能手机、平板计算机等)的混合现实计算设备可以被配置为向用户显示关于虚拟对象和/或真实对象的信息,虚拟对象和/或真实对象是用户的视场中和/或设备的相机的视场中的虚拟对象和/或真实对象。例如,HMD设备可以被配置为使用透视显示系统来显示混合有真实世界对象的虚拟环境或混合有虚拟对象的真实世界环境。同样,移动设备可以使用相机取景器窗口显示这种信息。
发明内容
一种集成光束转向系统分三个阶段(stage)进行配置,以为图像光提供光束转向,该图像光是从成像器(例如,激光、发光二极管、或其他光源)到显示系统中的下游元件(诸如混合现实计算设备中的出射光瞳扩展器(EPE))的图像光。第一阶段包括光学开关的多级级联阵列,这些光学开关可配置为跨显示系统的二维(2D)视场(FOV)的第一维度地空间地路由图像光。第二波导阶段将图像光沿着预先形成的波导传送到第三阶段中的准直器,该准直器被配置为沿着FOV的第一维度(例如,水平)准直图像光。波导和准直阶段可以使用轻质光子晶体纳米结构来实现。
在各种说明性实施例中,阵列中的每个光学开关被配置为使用位于一对3dB光学耦合器之间的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪,以形成具有两个输入和两个输出的2×2开关。来自被施加到马赫-曾德尔干涉仪的臂上的外部源的电压诱致在臂中传播的光的相位改变,以便来自一个输入的光可以以任何比例被分配成两个输出。对于呈二叉树布置的N个光学开关的级联阵列,响应于合适的控制信号,来自成像器的输入光束可以被路由到2N个输出端口中的任一输出端口。阵列中的光学开关也可以用作可变光学衰减器,以提供附加动态范围并且控制从光束转向系统输出照射幅度。
对于第二阶段中的波导结构,与光子晶体纳米结构中的元件(例如,晶格中布置的圆柱形杆(rod))相关联的、包括直径和节距(pitch)的参数被选择,以产生光子带隙效应。在纳米结构中操纵元件的布局(例如,通过移除晶格中的杆的行),以在带隙内创建传播带,从而为预先确定的波长范围内的图像光提供预先形成的波导。
预先形成的波导沿着弯曲损耗和串扰低的曲线路径传播光。曲线路径使得波导输出能够沿着曲线配置,以使显示系统的下游部件中的入耦合光的FOV最大。与光学开关阵列接口的波导结构的光子晶体纳米结构中的元件可以配置具有各种锥形几何布局,以提供阻抗匹配以使阶段之间的耦合损耗最小。
第三阶段中的准直器包括光子晶体纳米结构内的以晶格配置的元件,该元件变化的直径,以模拟具有梯度折射率的伦伯(Luneburg)透镜的特性。从波导输出的图像光直接耦合在沿着准直器的周边的多个点处,并且映射到平面波。准直器可以具有半圆形形状,以容纳曲线波导并且相对于位于波导处的入耦合衍射元件呈现凹形表面。准直器可以进一步与圆柱形透镜一起操作,该圆柱形透镜被配置为提供针对FOV的第二维度(例如,垂直)的光学准直。
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