用于衍射波导显示器的紧凑型投影光引擎制造技术

本技术提供了具有紧凑型投影光引擎和衍射波导的波导显示器。衍射波导包括具有滚动式k向量的输入衍射光栅。投影光引擎将准直光提供给外置于衍射波导的投射出射光瞳。投影光引擎组件可包括光(或照明)源、微显示器、柱镜屏、双合透镜、偏振分光镜(PBS)、净化偏光镜、折叠镜、弧形反射镜以及四分之一波片。制造衍射波导的方法包括提供具有滚动式k向量的输入光栅。光线由主全息图衍射并穿过主全息图以形成晒印基底的输入衍射光栅。第二晒印基底同样可以用不同的主全息图形成。可组装多个晒印基底以形成具有具备增加的衍射效率和角带宽的输入衍射光栅的多层衍射波导(或多个衍射波导)。

Compact projection light engine for diffractive waveguide displays

The present technique provides a waveguide display having a compact projection light engine and a diffraction waveguide. The diffraction waveguide includes an input diffraction grating with a rolling K vector. The projection light engine provides collimated light to a projecting exit pupil that is disposed outside the diffractive waveguide. A projection light engine assembly may include light (or illumination) sources, a micro display, a cylindrical mirror screen, a doublet lens, polarizing spectroscope (PBS), a purifying polarizer, a foldable mirror, an arc mirror, and a four wave plate. A method of manufacturing a diffraction waveguide includes providing an input grating having a rolling K vector. The input light from the master hologram diffraction grating diffraction and through the master hologram to form a printing substrate. Second printing base can also be formed with different holograms. Capable of assembling a plurality of printing substrate to form a multilayer diffractive waveguide with a diffraction grating with the diffraction efficiency and input angle increase the bandwidth (or multiple diffraction waveguide).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于衍射波导显示器的紧凑型投影光引擎背景波导显示器支持增强现实(AR)和虚拟现实(VR)体验。波导显示器可包括投影光引擎，该投影光引擎可在波导显示器中提供计算机生成的图像(CGI)或其它信息。在AR体验中，波导显示器可包括光学透视透镜以允许将CGI叠放在用户的现实世界视图上。波导显示器可被包括在头戴式显示器(HMD)或抬头显示器(HUD)中。波导显示器可通过头戴式显示器(HMD)的支承结构来放置。HMD可以在头盔、遮光罩、眼镜和护目镜中包括波导显示器或者包括由一个或多个带来系附的波导显示器。HMD可被至少用于航空、工程、科学、医疗、计算机游戏、视频、体育、训练、仿真和其它应用。HUD可被至少用于军事和商业航空、汽车、军事、陆运和海运、计算机游戏、和其它应用。概述本技术提供了具有紧凑型投影光引擎和具有输入和输出光学机构的衍射波导的波导显示器。衍射波导可利用具有具备滚动式k向量的输入衍射光栅的衍射元件。投影光引擎组件可包括但不限于光源或照明源(诸如LED或激光器)、图像源(微显示器)、柱镜屏(微透镜阵列)、双合透镜、偏振分光镜、另一双合透镜、折叠镜、弧形反射镜以及四分之一波片本技术促成省去PBS元件，这可减小投影光引擎的组件的体积、质量和数量。在一实施例中，衍射波导至少执行投影光引擎中的另一PBS的功能。在一实施例中，衍射波导对来自投影光引擎的图像光进行分束和偏振，并向外置的投射出射光瞳输出图像光。当使用提供透射出射光瞳的投影光引擎时，相比于支持波导显示器的整个视野(FOV)的输入衍射光栅，输入衍射光栅必须支持的角带宽可以更小。在提供投射出射光瞳的投影光引擎中，波导显示器的FOV分布在该衍射波导的多个输入衍射光栅上，以使得每一输入衍射光栅支持波导显示器的FOV的一片段或一部分。本技术还提供了一种制造衍射波导的方法，该衍射波导具有具备不同的相关联的k向量(或者一实施例中的滚动式k向量)的输入衍射光栅。密相衍射光栅(诸如布拉格(Bragg)光栅)的k向量定义对于给定波长峰值衍射出现的角度。在制造期间，相干光线(诸如激光)由主全息图衍射(一级衍射模式)并且笔直穿过主全息图(零级衍射模式)以在晒印基底中形成驻波干涉图案。该干涉图案一旦被记录就将是具有滚动式k向量的输入衍射光栅。第二晒印基底同样可以用与具有一组不同的滚动式k向量但具有相同的光栅间距的光相关联的不同的主全息图来形成。可组装多个晒印基底以形成多层输入衍射光栅堆叠(或多个衍射波导)，该多层输入衍射光栅堆叠具有对于每一层是不同的滚动式k向量，但光栅周期或间距是相同的。该多层堆叠可支持比单个光栅能支持的角带宽宽得多的角带宽。本技术提供了波导显示器的一个或多个实施例。投影光引擎实施例包括一种装置，该装置包括用于提供图像光的微显示器以及用于接收图像光并将图像光输出至投射出射光瞳的准直透镜。PBS将图像光输出至微显示器，该微显示器将来自PBS的图像光反射到PBS，该PBS重定向该图像光作为重定向图像光。衍射波导包括用于从PBS接收重定向图像光的输入衍射光栅。来自PBS的重定向图像光不偏移地穿过输入衍射光栅。四分之一波片也从PBS接收重定向图像光并输出该重定向图像光。弧形反射镜从四分之一波片接收重定向图像光。弧形反射镜将重定向图像光反射并准直回到四分之一波片，四分之一波片将重定向图像光输出至输入衍射光栅。来自四分之一波片的重定向图像光由输入衍射光栅来衍射。在一个这样的实施例中，PBS将具有一个偏振状态的偏振光输出至微显示器，在该微显示器处该偏振光被反射回PBS。在微显示器的活动像素区域内的光的偏振状态旋转90度并且这一次该光由PBS反射。在一个实施例中，来自微显示器的偏振光落入射在衍射波导的输入衍射光栅上，并且不偏移地笔直穿过该输入衍射光栅(被允许在不衍射的情况下经过)。弧形反射镜接收图像光并且反射并准直该图像光。四分之一波片输出去往和来自弧形反射镜的图像光，并将偏振旋转90度并且将图像光输出至投射出射光瞳。来自微显示器的图像光第二次落入射在输入衍射光栅上并且然后被衍射到衍射波导中。在该实施例中，衍射输入光栅可以对一个状态中的偏振光相当敏感，而对以正交状态偏振的光相当不敏感。本技术提供了一种全息记录方法的一个或多个实施例，该方法包括沿着第一光路将第一光线定向至主全息图。主全息图将第一光线的50％衍射到经过全息记录介质(或晒印基底)的第二光路。沿着第三光路将第二光线定向至主全息图。第二光线50％不偏移地透射过(或被允许在不衍射的情况下穿过)主全息图。第二光线在全息记录介质中的第一点处与第一光线相交。该第一点处的第一光束与第二光束之间的所得干涉被记录在全息记录介质中以变成波导显示器的输入衍射光栅。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。附图简述图1是描绘近眼显示器(NED)设备系统的一实施例的各示例组件的框图。图2A是NED设备的控制电路系统实施例中的示例硬件组件的框图。图2B是与具有外置出射光瞳的投影光引擎耦合的近眼显示器实施例的俯视图。图3A是紧凑型投影光引擎实施例的框图。图3B是示出图3A中示出的波导实施例的各层的俯视图的框图。图3C是另一紧凑型光引擎实施例和波导的框图。图4A-B示出了另一紧凑型光引擎实施例。图5A-C示出了提供用于制造晒印基底的主全息图的实施例，该晒印基底具有具备滚动式k向量的输入衍射光栅。图6A-B示出了制造可以在具有具备滚动式k向量的输入衍射光栅的衍射波导中使用的晒印基底的方法实施例。图7示出了容纳具有外置的出射光瞳的投影光引擎以耦合在NED设备的近眼显示器中的实施例。图8是从软件角度来看的用于由NED设备显示图像数据的系统的框图实施例。图9A-B是用于制造具有具备滚动式k向量的输入衍射光栅的衍射波导的方法实施例的流程图。图10是可用于实现网络可访问计算系统、NED设备的伴随处理模块或控制电路系统的计算系统的框图实施例。详细描述本技术提供了具有紧凑型投影光引擎和衍射波导的波导显示器。衍射波导包括具有滚动式k向量的输入衍射光栅。投影光引擎可包括但不限于图像源(诸如微显示器)、照明源(诸如LED或激光)、双合透镜、偏振分光镜(PBS)、弧形反射镜和四分之一波片。这些光学元件中的至少某一些可以是共平面的，并且被置于单个印刷电路板上。投影光引擎可具有未被沉浸在高折射率玻璃中的组件并且省略附加PBS元件，这可减小投影光引擎的组件的体积、质量和数量。波导显示器可通过头戴式显示器(HMD)的支承结构来放置。在一实施例中，衍射波导至少执行投影光引擎中的另一PBS的功能。在一实施例中，衍射波导对来自投影光引擎的图像光进行分束和偏振，并向外置的投射出射光瞳输出图像光。本技术还提供了一种制造具有滚动式k向量输入衍射光栅的衍射波导的方法。光线由主全息图衍射并穿过主全息图以在全息记录介质(或晒印基底)内形成干涉条纹图案，其中正干涉的平面的角度沿该介质变化。条纹被记录在该介质中并形成布拉格光栅，其中每一输入衍射光栅的k向量沿该介质变化。k向量变化的行为被描述为滚动式k向量。第二晒印基底同样可以用与具有一组不同的波长的光相关联的不同的主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：用于输出图像光的偏振分光镜；微显示器，所述微显示器将来自所述偏振分光镜的图像光反射回到所述偏振分光镜，所述偏振分光镜重定向所述图像光作为重定向图像光；衍射波导，所述衍射波导具有用于从所述偏振分光镜接收所述重定向图像光的输入衍射光栅，来自所述偏振分光镜的所述重定向图像光不偏移地穿过所述输入衍射光栅；四分之一波片，所述四分之一波片从所述偏振分光镜接收所述重定向图像光并输出所述重定向图像光；以及用于从所述四分之一波片接收所述重定向图像光的弧形反射镜，所述弧形反射镜将所述重定向图像光反射并准直回到所述四分之一波片，所述四分之一波片将所述重定向图像光输出至所述输入衍射光栅，来自所述四分之一波片的所述重定向图像光由所述输入衍射光栅衍射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.16 US 14/487,4041.一种装置，包括：用于输出图像光的偏振分光镜；微显示器，所述微显示器将来自所述偏振分光镜的图像光反射回到所述偏振分光镜，所述偏振分光镜重定向所述图像光作为重定向图像光；衍射波导，所述衍射波导具有用于从所述偏振分光镜接收所述重定向图像光的输入衍射光栅，来自所述偏振分光镜的所述重定向图像光不偏移地穿过所述输入衍射光栅；四分之一波片，所述四分之一波片从所述偏振分光镜接收所述重定向图像光并输出所述重定向图像光；以及用于从所述四分之一波片接收所述重定向图像光的弧形反射镜，所述弧形反射镜将所述重定向图像光反射并准直回到所述四分之一波片，所述四分之一波片将所述重定向图像光输出至所述输入衍射光栅，来自所述四分之一波片的所述重定向图像光由所述输入衍射光栅衍射。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衍射波导被包括在提供视野的显示器中，其中所述衍射波导包括提供所述视野的一部分的输入衍射光栅以及提供所述视野的第二部分的另一输入衍射光栅。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衍射波导执行另一偏振分光镜的至少一个功能。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：净化偏光镜，所述净化偏光镜从所述偏振分光镜接收所述重定向图像光并输出所述重定向图像光；以及双合透镜，所述双合透镜从所述净化偏光镜接收所述重定向图像光并将所述重定向图像光输出至所述衍射波导。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振分光镜、微显示器、弧形反射镜和四分之一波片中的至少一部分是共平面的。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括印刷电路板，其中所述偏振分光镜、微显示器、弧形反射镜和四分之一波片被置于所述印刷电路板上。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衍射波导包括多层，其中所述四分之一波片输出所述重定向图像光通过所述衍射波导至投射出射光瞳。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述多层中的第一层包括具有第一k向量的输入衍射光栅，且所述多层中的第二层包括具有第二k向量的另一输入衍射光栅，所述第一k向...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·罗宾斯，I·恩古延，
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