包括光转向间隙的波导制造技术

该技术提供针对包括使光的方向转向的间隙的波导的实施例。位于波导(133)内的多个平面(202a、202b)中的每一者包括间隙群组(250)，使得这些带间隙的平面中的每一者将第一角度范围内的光部分地反射离开波导，并将在第二角度范围内接收到的光沿波导向下透射。在一些示例中，波导是通过将各光学透明部分接合来形成的，并且每一间隙群组被形成在每一光学透明部分的表面中，该表面当与毗邻部分的邻接全平表面绑定时变为接合表面。波导可在显示器中被使用，并且具体地在近眼显示器(NED)中被使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】包括光转向间隙的波导背景波导可以在各种尺寸的显示器中使用，例如从电视机到近眼显示器(NED)。近眼显示器的典型示例是头戴式显示器(HMD)。具体地，一种波导使用内反射镜来使在该波导中的多个位置处的一部分光转向。多层二向色反射镜已被使用。这些反射镜被调谐成部分反射器。然而，具有这样的二向色反射镜的波导是难以制造的，因为要使用多个精确的光涂层来创建该反射镜。二向色反射镜是脆弱的，在它们可以处理的角度范围方面是有限的，并且因机械强度而在较大尺寸的使用方面受限。为了消费者驱动的价格而制造的耐用品质的波导是期望的。概述该技术提供由光学透明材料制成的波导的各实施例，该波导在该材料中沿着该波导的长度上的各点处具有间隙，这些间隙使光的方向转向。例如，这些间隙充当反射器。波导在沿着波导的各位置处可包括多个平面。每一平面都包括诸间隙，这些间隙占据该平面的面积的一部分。每一带间隙的平面可同时是使得处于第一角度范围的光从波导射出的部分反射器，同时还是使处于第二角度范围的光沿波导向下的透射器。光处于第一角度范围。波导可用于显示器。显示器的一些示例是近眼显示器(NED)、预期用于远程呈现的大型显示器或者窗口或平视显示器。本技术提供了使用用于使光转向的间隙的波导的一个或多个实施例。使用用于使光转向的间隙的波导的一实施例包括延伸波导的长度的诸平面表面，包括顶部平面表面。多个带间隙的平面位于被诸平面表面包围的波导内，并且与顶部平面表面汇合的每一带间隙的表面以相同角度倾斜。每一带间隙的平面都包括一组间隙，这些间隙占据该平面的面积的一部分。带间隙的平面中的每一者使在第一角度范围内接收到的光部分地反射离开波导，并使在第二角度范围内接收到的光向下透射波导。本技术提供了一种用于制造使用用于使光转向的间隙的波导的方法的一个或多个实施例。用于制造使用用于使光转向的间隙的波导的方法的一实施例包括在数量为N个的光学透明平坦部分中的每一者的一个表面中形成诸凹坑的伪随机图案。该图案可看上去是随机的，但在实践中可能被仔细地计算以避免重复特征，这些重复特征会形成像波纹或光斑之类的具有改变亮度的可视伪像。该方法的此实施例还包括使N个带凹坑的光学透明平坦部分以相同的角度倾斜，其中该N个带凹坑的表面中的每一者以相同的方向朝向，并将此N个经倾斜的带凹坑的光学透明平坦部分堆叠成一堆叠，其中N个带凹坑的表面中的每一者均以相同的方向朝向，使得每一带凹坑的表面邻接相应的毗邻光学透明平坦部分的全平表面。该方法的此实施例还包括:通过将N个带凹坑的表面中的每一者的平坦而不带凹坑的部分绑定到相应的毗邻光学透明平坦部分的全平表面以在这些凹坑中的每一者中形成间隙来绑定有N个部分的堆叠；跨该堆叠进行切片以形成包括以相同角度倾斜的N个经绑定的部分的波导；以及磨光切片波导的各外部平面表面以满足全内反射(TIR)平滑标准。本技术提供光学透明波导的一个或多个实施例。光学透明波导的一实施例包括平面表面，这些平面表面包括顶部平面表面和底部平面表面以及接合表面。每一接合表面均具有平坦表面区域和多个间隙，并且每一接合表面从顶部平面表面延伸到底部平面表面，并且相对于顶部平面表面以相同的角度倾斜。每一接合表面的每一间隙使由该间隙在第一角度范围内接收到的光反射离开波导，并且每一接合表面的每一间隙使在第二角度范围内接收到的光向下通过波导，以实现全内反射。提供本概述以便以简化形式介绍将在以下的详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在被用来帮助确定所要求保护的主题的范围。附图简述图1是使用用于使光转向的间隙的波导的一实施例的框图。图2A和2B是示出表面覆盖的图案和比例变化的凹坑或间隙图案的示例的框图。图3A是用于制造使用用于使光转向的间隙的波导的方法的一实施例的流程图。图3B是用于制造使用用于使光转向的间隙的波导的方法的更详细示例的流程图。图3C是示出用于制造使用用于使光转向的间隙的波导的方法的一实施例中的切片步骤的框图。图3D是从图3B的切片步骤得到的波导的侧视图的框图。图4A是包括使用间隙的波导的一实施例的近眼显示器(NED)的一实施例的俯视图，该波导与NED系统中的图像生成单元光学地耦合。图4B是在NED设备的控制电路系统内包括计算机系统的示例硬件组件的框图。详细描述如上所述，该技术提供由光学透明材料制成的波导的各实施例，该波导在该材料中沿着该波导的长度上的各点处具有间隙，这些间隙使光的方向转向。在一些示例中这些间隙可充满真空，在其他示例中可充满空气，并且在又一些示例中可充满气体。因此，间隙充当反射镜。一组间隙可被平面中的平坦材料包围，并且这些带间隙的平面沿着波导定位以用于提供在这些位置处离开波导的不同分级的光转向。间隙所占据的平面区域的比例确定反射离开的光的比例(fract1n)。光是在某位置处被带间隙的平面部分地反射离开波导还是被透射取决于光接近带间隙的平面的角度。带间隙的平面中的每一者同时使在第一角度范围内接收到的来自平面表面的光部分地反射离开波导，以及将在第二角度范围内接收到的来自平面表面的光向下透射过波导。如以下所讨论的，在一些实施例中，波导可由为光学透明材料的各部分(例如，光学平面)组成，光学透明材料为例如光学透明塑料或其他典型的波导材料。在被接合在一起之前，每一部分的一个平坦接合表面被挖坑，并且带凹坑的接合表面是每一部分的相同接合表面。对于每一光学部分而言，凹坑的图案以及接合表面上凹坑相对于平坦表面区域的比例可改变，以允许沿着得到的波导的不同分级的光转向。具有其带凹坑的接合表面的部分以某角度倾斜，该角度允许使由带凹坑的接合表面在第一角度范围中接收到的光全内反射，并使在另一角度范围中接收到的光以最小的损失通过。这些部分接着被堆叠并被绑定，使得一个部分的全平表面邻接带凹坑的接合表面。将带凹坑的接合表面的平坦表面区域与全平邻接表面绑定或融合。经绑定的邻接平坦表面和每一凹坑形成间隙。由在接合表面处绑定的各倾斜部分制成的波导是从该堆叠切片而成的，并被磨光。本技术允许不使用光学涂层、允许更简单的结构、对耐用材料的使用以及更大的角度范围。覆盖接合表面的一部分的各细间隙可充当全内反射(TIR)反射镜。与带涂层的二向色反射镜相比，TIR效果精确地覆盖更大的角度范围，本质上为几乎波导本身可使用的所有角度，而控制表面图案允许对透射和反射的相对比例的精细控制。使用间隙构成反射镜表面与消除表面不连续性或弱点的直接材料融合并不矛盾。图1是示出使用用于使光转向的间隙的波导123的一实施例的框图。示出了波导的代表性部分。如从平面表面210和212延伸的虚线所指示的，波导在两个方向中继续。代表性中心光线204所示的光(诸如来自显示系统的图像生成单元的图像光)例如通过输入窗口(未示出)耦合到波导123内。光充满波导，反弹离开离开底部和顶部侧面，使得存在许多光学路径，这些光学路径可被示出。任何给定光线都将向下倾斜地接近一些接合表面(如针对通过接合表面202a的光线所示的)，并向上穿过地接近一些接合表面(如针对通过接合表面202b的光线所示的)。在任何给定时间，每一接合表面都具有源自图像的光线，这些光线可以各种角度从波导的上表面或下表面到达。因此，每一接合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波导，包括：平面表面，所述平面表面包括顶部平面表面和底部平面表面；接合表面，每一接合表面具有平坦的表面区域和多个间隙，并从所述顶部平面表面延伸到所述底部平面表面；每一接合表面相对于所述顶部平面表面以相同的角度倾斜；每一接合表面中的每一间隙将由该间隙在第一角度范围内接收到的光发射离开所述波导；以及每一接合表面中的每一间隙将在第二角度范围内接收到的光向下通过所述波导，以实现全内反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·贝内特，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US