通过滤色的显示效率优化制造技术

揭示了用于使用波导来优化近眼显示器的技术。在如微显示器的图像生成单元的图像光中生成第一颜色的第一波段和在可视光谱中邻近所述第一颜色的第二颜色的第二波段，所述第一波段窄于所述第一颜色的完整光谱带宽。所述第一波段和第二波段被耦合入衍射波导的同一层中。该波导的同一层的输入光栅具有与一个波段大致匹配的光栅波长段，所述波段通过第一波段和第二波段延伸。在一些示例中，经转换的绿色发光二极管(LED)可被用于获得围绕515nm为中心的第一波段。可以使用滤波器，例如使用二向色镜面、量子点或其组合来获得更多波段之一。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
诸如基于波导的解决方案和投影解决方案的显示设备可以使用带宽选择光学元件来实现。近眼显示器(NED)设备(诸如头戴式显示器(HMD)设备)可由用户佩戴以得到诸如增强现实(AR)体验或虚拟现实(VR)体验之类的体验。NED设备包括用于生成图像的图像生成单元，通常被称为光引擎，它与可以使用波导技术实现的近眼显示器(NED)光学耦合，而近眼显示器将图像NED地导向用户的眼睛，从而用户看见了投影的图像。实际上，NED波导模块可以包括多个波导的堆叠，其中每个波导被分配一个波长范围或波长带(也被称为波段)。多个波导是有用的，因为在可视光谱中的色谱带宽可以相当宽。多个波导支持更多的色调，当被人类眼睛观看时创建更加现实的映像。然而，对于衍射波导来说，耦合波导内或波导外的光的衍射光栅不能很好适应宽的带宽。更多的波导层可以被加入到堆叠中以便每个波导层处理色彩带宽的不同部分，但是这也为NED增加了更多的成本、重量和大小，该设备是人们通常佩戴在他或她的头上的一种设备。
技术实现思路
本技术提供了用于优化包括一个或多个波段选择光学元件的显示系统的一个或多个实施例。例如，本技术提供了用于通过减少至少一种颜色的色彩带宽并将变窄的色彩带宽与可视光谱中邻近的颜色的带宽耦合到同一层衍射波导中来使用波导优化近眼显示器的一个或多个实施例。本技术提供了显示系统的一个或多个实施例。该显示系统的一个实施例包括显示器、光学耦合到所述显示器的一个或多个色彩波段选择光学元件，以及生成第一颜色的第一波段和第二颜色的第二波段的图像生成单元，所述第一波段窄于第一颜色的完整的光谱带宽。本技术还提供了近眼显示系统的一个实施例。近眼显示系统的一个实施例包括支持近眼显示器(NED)的近眼支撑结构，该近眼显示器包括具有多个层的波导。图像生成单元也由近眼支撑结构支持，并且包括用于发射光的一个或多个发光二极管(LED)。图像生成单元从由NED的一个或多个LED发射的光中生成至少三种颜色的图像光。图像光包括第一颜色的第一波段和在可视光谱中邻近所述第一颜色的第二颜色的第二波段，所述第一波段窄于所述第一颜色的完整光谱带宽。所述波导包括该波导的一个层的第一输入光栅。所述第一输入光栅被光学耦合以接收来自所述图像生成单元的图像光，并具有与一个波段大致匹配的光栅波长带，所述波段通过第一波段和第二波段延伸以将光耦合到所述一个层中。本技术提供了近眼显示系统的另一个实施例。近眼显示系统的一个实施例包括支持近眼显示器(NED)的近眼支撑结构，该近眼显示器包括具有多个层的波导以及用于所述多个层的每个层的输入光栅。至少一个所述层具有一个输入光栅，该输入光栅具有通过第一颜色的第一波段和第二颜色的第二波段延伸的波长带，其中第二颜色在可视光谱中邻近第一颜色。第一颜色的第一波段窄于第一颜色的完整的光谱带宽。波导光学耦合到由用于接收图像光的近眼支撑结构所支持的图像生成单元。该技术提供用于优化在近眼显示(NED)系统中的波导性能的方法的实施例。该方法的一种实施例包括由图像生成单元生成用于近眼显示器(NED)的波导的至少三种颜色的图像光。所述图像生成单元可以安装在近眼显示系统的近眼支撑结构上。图像光包括第一颜色的第一波段和在可视光谱中邻近所述第一颜色的三种颜色的第二颜色的第二波段，所述第一波段窄于所述第一颜色的完整光谱带宽。第一波段和第二波段被从图像生成单元光学耦合到波导的一个层的输入光栅中。输入光栅具有与一个波段大致匹配的光栅波长段，所述波段通过第一波段和第二波段延伸以将光耦合到所述一个层中。提供本概述以便以简化形式介绍将在以下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必要特征，也不旨在被用来帮助确定所要求保护的主题的范围。附图说明图1解说了用于标准绿色LED和经转换的绿色LED的颜色绿色的色彩带宽的示例。图2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3A是NED设备的控制电路系统内包括计算机系统在内的各示例硬件组件的框图。图3B是与图像生成单元耦合的近眼显示器的一实施例的俯视图。图4A、4B、4C和4D是按照在图像生成单元中的LED、滤波器和显示设备的光流径来解说不同的布置的一些实施例的框图，所述图像生成单元可被用于实现本技术。图5A是作为投影光引擎的图像生成单元120的实施例的框图，所述投影光引擎生成用于有效地将两个颜色波段耦合到多层波导123的同一层中的图像光。图5B解说了可以被用于实现本技术的实施例中的一个或多个滤波器的色带滤波器的示例。图5C解说了可以被用于实现本技术的实施例中的一个或多个滤波器的使用量子点的色带滤波器的另一个示例。图5D解说了图像生成单元的另一个版本，在其中将白色LED用作照明源，其后跟随有一个或多个带滤波器。图6A、6B、6C和6D解说了滤色器LCoS显示元件(也称为面板)的示例，它包括有用于生成至少第一颜色的经减少的带宽的滤波器。图7A和7B是解说多层波导的实施例的框图，该多层波导具有所述层中的至少一个层，所述至少一个层具有输入光栅，所述输入光栅具有通过包括第一变窄颜色波段和第二颜色波段的波段延伸的波长段。图8A是用于在近眼显示(NED)系统中基于滤色来优化波导性能的方法的实施例的流程图。图8B是用于在近眼显示(NED)系统中基于滤色来优化波导性能的方法的另一实施例的流程图。图8C是用于在近眼显示(NED)系统中基于使用一个或多个量子点来将光转换到期望的波段的滤色来优化波导性能的方法的又一实施例的流程图。详细描述本技术的实施例可以被用于优化包括一个或多个色彩波段选择光学元件的显示系统。除了基于波导的显示器之外，用于使色彩波导变窄的技术还可用于诸如投影系统的显示器，所述投影系统使用带宽选择RGB反射面作为色彩波段选择光学元件。这样的显示器被用在大型3D显示系统中。本技术的实施例描述了对可视光有效耦合到多层波导中进行优化，同时通过将多种颜色组合到所述多层波导的多个层中的一个层中还减少了波导层的数目。可以使用的波导的一个示例是具有用于将光耦合到每个波导层中的一个或多个衍射光栅的衍射波导。衍射光栅的示例是表面起伏光栅。每个层具有匹配于波长的带(在此也被称为波段)的至少一个输入光栅。对于诸如衍射光栅的输入光栅来说，光进入波导层(以及在一些实施例中通过输出光栅到波导层之外)的耦合效率随着要耦合的波段减少而增加。另外，具有覆盖不同颜色的宽波导或大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近眼显示系统，包括：近眼支撑结构；由所述近眼支撑结构支持的近眼显示器(NED)，所述近眼显示器包括具有多个层的波导；具有用于多个层的每个层的输入光栅的波导，并且具有输入光栅的所述层中的至少一个层具有通过包括第一颜色的第一波段和在可见光谱中邻近所述第一颜色的第二颜色的第二波段的波段延伸的波长段，所述第一波段窄于所述第一颜色的完整光谱带宽；由所述近眼支撑结构支持的图像生成单元；以及所述波导被光学耦合到所述图像生成单元用于接收图像光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.28 US 13/931,2411.一种近眼显示系统，包括：
近眼支撑结构；
由所述近眼支撑结构支持的近眼显示器(NED)，所述近眼显示器包括具有多个
层的波导；
具有用于多个层的每个层的输入光栅的波导，并且具有输入光栅的所述层中的至少
一个层具有通过包括第一颜色的第一波段和在可见光谱中邻近所述第一颜色的第二颜色
的第二波段的波段延伸的波长段，所述第一波段窄于所述第一颜色的完整光谱带宽；
由所述近眼支撑结构支持的图像生成单元；以及
所述波导被光学耦合到所述图像生成单元用于接收图像光。
2.如权利要求1所述的近眼显示系统，其特征在于，所述图像生成单元包括
一个或多个发光二极管(LED)。
3.如权利要求2所述的近眼显示系统，其特征在于，所述图像生成单元的所述一
个或多个发光二极管(LED)包括用于发射以约515nm为中心的第一颜色的光的经转换绿色
LED，所述第一颜色的光用于由输入光栅光学耦合，所述输入光栅具有通过包括所述第一
波段和所述第二波段的所述波段延伸的所述波长段。
4.如权利要求1或3所述的近眼显示系统，其特征在于，还包括：
具有输入光栅的所述层的至少一个层将绿色作为第一颜色光学耦合并将蓝色作为
第二颜色，所述输入光栅具有通过包括所述第一颜色的第一波段和在可见光谱中邻近所述
第一颜色的所述第二颜色的第二波段的波段延伸的所述波长段，所述第一波段窄于所述第
一颜色的完整光谱带宽，其中所述第一波段包括绿色的光谱波段的较低部分，并且大致以
约515纳米(nm)为中心，并且具有约50nm的谱宽，并且所述第二波段大致以约450nm为中
心。
5.如权利要求4所述的近眼显示系统，其特征在于，还包括：
所述多个层的不同于所述至少一个层的第二层包括用于耦合大致以约617nm为中
心的红色图像光的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·D·博恩，N·内斯特洛维克，R·G·弗莱克，C·贝尔，
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