环境隔离的波导显示器制造技术

提供一种波导显示器，其包括：输入图像生成器，其提供投影在视场范围内的图像光；波导，其具有第一和第二外表面；以及与波导光学耦合的至少一个光栅，其用于朝向显示器的观看者提取光。波导在外表面之间具有防止在波导内传播的任何光线与外表面中的至少一个光学相互作用的横向折射率变化。

Environmental isolating waveguide display

A waveguide display, which includes an input image generator, the image light projected on the field; waveguide having first and second outer surface; and at least one of the optical waveguide grating, used to display the viewer towards extracting light. The waveguides have a change in the transverse refractive index of at least one optical interaction in the outer surface of the external surface to prevent any light from propagating in the waveguide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】环境隔离的波导显示器优先权声明本申请要求于2015年1月12日提交的、题为“用于集成在窗口中的光学波导显示器”的序列号为62/125,066的美国临时申请的优先权，该临时申请通过引用以其整体在此并入。相关申请的交叉引用下述专利申请通过引用以其整体并入本文：题为“全息照明系统”的第6,115,152号美国专利；题为“用于提供透明显示器的方法和装置”的第US2006/043938号PCT申请；题为“对全息聚合物弥散液晶材料和装置的改进”的第PCT/GB2012/000680号PCT申请；题为“穿戴式数据显示器”的第GB2012/000677号PCT申请；题为“光学显示器”的第8,233,204号美国专利；题为“紧凑型边缘照明眼镜显示器”的第13/317,468号美国专利申请；题为“全息广角显示器”的第13/869,866号美国专利申请；题为“透明波导显示器”的第13/844,456号美国专利申请；题为“使用可切换的布拉格光栅的接触式图像传感器”的第PCT/GB2013/000005号PCT申请；题为“均匀照明用的波导”的第PCT/GB2013/000500号PCT申请；以及题为“激光照明装置”的第8,224,133号美国专利。
本专利技术涉及一种显示器件，更具体地涉及一种全息光波导显示器。
技术介绍
光波导器件正被开发用于各种显示应用，例如头戴式显示器(HMD)和平视显示器(HUD)。波导的另一个应用领域是在传感器中，例如：眼动追踪仪，例如Popovich等人的题为“全息波导眼动追踪仪”的第PCT/GB2014/000197号PCT申请中公开的眼动追踪仪；以及指纹传感器，例如Popovich等人的题为“使用可切换的布拉格光栅的接触式图像传感器”的PCT/GB2013/000005中公开的指纹传感器。然而，使用全内反射(TIR)传输图像信息的波导器件存在下述问题：光束传播可能会因外来物质对波导外表面的破坏或污染而受到干扰。对于波导显示器，要求将波导内传播的图像光与外部环境隔离。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供将波导内传播的图像光与外部环境隔离的波导显示器。在本专利技术的一个实施方式中实现了本专利技术的目的，在该实施方式中，提供了一种波导显示器，其包括：输入图像生成器，其提供投影在视场范围内的图像光；波导，其具有第一和第二外表面；以及与波导光学耦合的至少一个光栅，其用于从波导朝向显示器的观看者提取光。波导在外表面之间具有防止在波导内传播的光线与其中至少一个外表面在光学上相互作用的横向折射率变化。在一个实施方式中，波导包含GRIN介质，并且光栅靠近其中一个外表面设置。在一个实施方式中，波导包含GRIN介质，并且光栅设置在GRIN介质内。在一个实施方式中，波导包含GRIN介质，并且光栅是形成在其中一个外表面上的表面凹凸结构。在一个实施方式中，波导包括与第二波导部邻接的第一波导部，第一波导部含有GRIN介质，第二波导部以TIR工作并且含有用于从第二波导部朝向显示器的观看者提取光的至少一个光栅。在一个实施方式中，波导还包括输入光栅。在一个实施方式中，波导浸在空气中。在一些实施方式中，显示器提供HUD、HMD或光场显示器。在一些实施方式中，波导是弯曲的。在一些实施方式中，波导包括与至少一个TIR波导部光学耦合的至少一个GRIN波导部，每个波导部含有至少一个光栅。在一个实施方式中，波导包括与许多TIR波导光学耦合的许多GRIN波导，每个TIR波导含有至少一个光栅。在一个实施方式中，波导浸在低折射率外部介质中，并且包括夹在低折射率包覆层和至少一个光栅层之间的高折射率芯。TIR发生在芯层和光栅层的界面与光栅层和外部介质的界面之间。在一个实施方式中，芯和光栅层具有大致相同的平均折射率。在一个实施方式中，芯的折射率比光栅层的平均折射率大。在一个实施方式中，该装置还包括覆盖光栅层和低折射率包覆层中的至少一个的低折射率层。在一个实施方式中，光栅层包括夹在透明基板之间的光栅、光栅层和具有类似的折射率的基板。在一个实施方式中，光栅层包括输入光栅和提取光栅。在一个实施方式中，显示器还包括分光器层。在一些实施方式中，图像光被校准。在一些实施方式中，光栅是以HPDLC材料、均匀调制的HPDLC材料或反向模式的HPDLC材料记录的布拉格光栅、表面凹凸光栅或可切换的布拉格光栅。通过结合附图考虑下述具体描述，可以获得对本专利技术更完整的理解，在附图中类似的附图标记表示类似的部件。为了清楚起见，没有详细描述与本专利技术有关的
中已知的技术材料有关的细节。附图说明图1是图示GRIN器件中的折射率的空间变化的曲线图。图2是在一个实施方式中以无限共轭(infiniteconjugates)工作并提供中间焦平面的GRIN光导的示意性截面图。图3是在一个实施方式中以无限共轭工作并提供两个共轭中间焦平面的GRIN光导的示意性截面图。图4A是图示一部分平面波导中的光路的截面图。图4B是图示一部分弯曲波导中的光路的截面图。图5是在一个实施方式中包括邻接的GRIN元件的弯曲GRIN光导的示意性平面图。图6是在一个实施方式中包括弯曲GRIN光导和平面全息波导的近眼显示器的示意性平面图。图7是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图8是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图9是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图10是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图11是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图12是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图13是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图14A是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图14B是本专利技术的另一个实施方式的示意图。图15是本专利技术的实施方式中的GRIN波导的示意性侧视图。图16是本专利技术的实施方式中的GRIN波导的示意性侧视图。图17是本专利技术的实施方式中的GRIN波导的示意性侧视图。图18是本专利技术的实施方式中的GRIN波导的示意性侧视图。图19是本专利技术的实施方式中的GRIN波导的示意性侧视图。图20是本专利技术的实施方式中的GRIN波导的示意性侧视图。图21是本专利技术的实施方式中的偏差修正GRIN波导的示意性侧视图。图22是在一个实施方式中的用于将GRIN波导与图像提取光栅波导耦合的结构的简图。图23是在一个实施方式中的用于将GRIN波导与图像提取光栅波导耦合的结构的简图。图24是在一个实施方式中的包括夹在GRIN层之间的光栅层的波导。图25是在一个实施方式中的使用以HPDLC记录的GRIN的波导结构。图26是在一个实施方式中的包括同心环形GRIN层的GRIN器件。图27是在一个实施方式中的包括以HPDLC记录的同心环形GRIN层的GRIN器件。图28是在一个实施方式中的具有外部保护层的TIR波导器件的截面。图29是在一个实施方式中的具有外部保护层的TIR波导器件的截面。图30是在一个实施方式中的具有外部保护层的TIR波导器件的截面。图31是在一个实施方式中的具有外部保护层的TIR波导器件的截面。图32是在一个实施方式中根据本专利技术的原理使用外部保护层的波导显示器。具体实施方式现在将参照附图仅通过举例的方式进一步描述本专利技术。对于本领域技术人员显而易见的是，可以用下面描述中公开的本专利技术的一部分或全部来实施本专利技术。出于说明本专利技术的目的，为了不模糊本专利技术的基本原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波导显示器，其包括：输入图像生成器，其提供投影在视场范围内的图像光；波导，其具有第一和第二外表面；以及与所述波导光学耦合的至少一个光栅，其用于从所述波导朝向所述显示器的观看者提取光，其中，所述波导在外表面之间具有防止在所述波导内传播的光线与其中至少一个外表面在光学上相互作用的横向折射率变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.12 US 62/125,0661.一种波导显示器，其包括：输入图像生成器，其提供投影在视场范围内的图像光；波导，其具有第一和第二外表面；以及与所述波导光学耦合的至少一个光栅，其用于从所述波导朝向所述显示器的观看者提取光，其中，所述波导在外表面之间具有防止在所述波导内传播的光线与其中至少一个外表面在光学上相互作用的横向折射率变化。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导包含GRIN介质，其中所述光栅靠近其中一个外表面设置。3.根据权利要求所述的装置，其中，所述波导包含GRIN介质，其中所述光栅设置在所述GRIN介质内。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导包含GRIN介质，其中所述光栅是形成在其中一个外表面上的表面凹凸结构。5.根据权利要求1所述的装置，其中，波导包括与第二波导部邻接的第一波导部，第一波导部含有GRIN介质，第二波导部以TIR工作并且含有用于从所述第二波导部朝向所述显示器的观看者提取光的至少一个光栅。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导还包括输入光栅。7.根据权利要求1所述的装置，其浸在空气中。8.根据权利要求1所述的装置，其提供HUD、HMD或光场显示器中之一。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导是弯曲的。10.根据权利要求1所述的装置，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：米兰·莫姆奇洛·波波维奇，乔纳森·戴维·瓦尔德恩，阿拉斯泰尔·约翰·格兰特，
申请(专利权)人：迪吉伦斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US