双面成像光导制造技术

一种成像光导具有用于将图像承载光束从图像源输送到眼睛盒的波导，在所述眼睛盒内能观看虚拟图像。第一和第二入耦合衍射光学件沿不同第一和第二路径将图像承载光束的第一和第二集合引导到波导中。沿相应路径部署的第一和第二转向衍射光学件在第一维中扩展第一和第二集合的图像承载光束，并且将第一和第二集合的扩展的图像承载光束引导到第一和第二出耦合衍射光学件。第一和第二出耦合衍射光学件进一步在第二维中扩展所述两个集合的图像承载光束，并将所述两个集合的进一步扩展的图像承载光束从波导朝向眼睛盒引导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双面成像光导
本专利技术一般涉及用于将图像承载光输送给观看者以便尤其供在视频眼穿戴设备、或者增强或虚拟现实近眼显示器中使用的光学光导。
技术介绍
正在开发包括采用类似于常规眼镜或太阳眼镜形式的近眼显示器的头戴式显示器（HMD），以用于包括军事、商业、工业、消防和娱乐应用的一定范围的各种各样用途。对于这些应用中的许多应用，形成可在视觉上叠加在位于HMD用户的视场中的真实世界图像上的虚拟图像是特别有价值的。结合各种类型的波导的光导将图像承载光中继给狭窄空间中的观看者，从而充当用于将虚拟图像重新引导到观看者的瞳孔并能够实现这种叠加功能的出射光瞳扩展器。在常规光导中，通过可形成在衬底的表面上或埋在衬底内的诸如入耦合（in-coupling）衍射光栅的输入光学耦合将来自图像源的准直角度相关光束耦合到一般称为波导的光导衬底中。可利用其它类型的衍射光学件（optics）作为输入耦合，包括由诸如全息聚合物分散液晶（HPDLC）或体积全息图的变量指数的交替材料形成的衍射结构。也可作为表面起伏衍射光栅形成衍射光学件。可通过类似的输出光学耦合从波导中引导出准直光束，该类似输出光学耦合也可采用衍射光学件的形式。从波导射出的准直角度相关束在离波导的良视距距离处重叠，从而形成出射光瞳，可在所述出射光瞳内观看由图像源生成的虚拟图像。通过其可在良视距距离处观看虚拟图像的出射光瞳的区域称为“眼睛盒（eyebox）”。输出耦合也可布置用于放大出射光瞳。例如，可通过沿输出耦合将准直束的部分反射部分在准直束传播的方向上偏移或通过将不同角度的准直束沿波导从不同位置射出以便在离波导的良视距距离处更有效地重叠准直束来在一个维度上放大准直束。可利用沿波导定位在输入耦合和输出耦合之间的所谓的“转向光学件”来在第二维度上扩展光瞳尺寸。可通过偏移准直束的反射部分以便放大束本身的第二维度或通过将准直束引导到输出耦合的不同区域以使得从不同位置射出不同角度的准直束从而在眼睛盒内更有效地重叠来实现扩展。转向光学件也可采用衍射光学件的形式，并且尤其在定位在输入耦合和输出耦合的衍射光栅之间时，转向光学件也可称为中间光栅。尽管常规光导机制在显示器光学件的体积、重量和总成本方面已经提供了显著降低，但是仍有问题要解决。需要将颜色通道进行合适的分隔以便防止串扰，其中颜色被处理并从错误颜色通道显示。串扰可导致颜色图像数据和显示的颜色之间的不一致，并且还可以是跨图像场可察觉的令人不快的颜色偏移的原因。校正这个问题的尝试已经包括堆叠方法，其中将多个波导与可选滤光器堆叠在一起以便防止将颜色引导到错误通道。但是，堆叠导致更厚的装置，增加重量，减少亮度，并且还没有提供高度满意的结果。因此，可明白，需要改进的设计，其仍然提供光学光导的光瞳扩展能力，但是允许这些装置更薄且更轻量，而不损害图像质量和颜色平衡。
技术实现思路
本公开的目的是推进在使用紧凑头戴式装置和类似成像设备时的图像呈现的技术。有利地，本公开的实施例提供能够在单个衬底厚度内处置两个颜色通道的改进双面束扩展器。通过参考附图并且从回顾以下对优选实施例和随附权利要求的详细描述，将更清楚地理解和明白本公开的这些和其它方面、目的、特性和优点。根据本公开的方面，提供了一种成像光导，其包括用于将图像承载光束从图像源输送到眼睛盒的波导，在所述眼睛盒内能观看虚拟图像。第一入耦合衍射光学件沿第一路径将所述图像承载光束的第一集合引导到所述波导中。沿所述第一路径部署的第一转向衍射光学件在第一维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并且将所述第一集合的所扩展的图像承载光束引导到第一出耦合衍射光学件。所述第一出耦合衍射光学件进一步在第二维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并将所述第一集合的所进一步扩展的图像承载光束从所述波导朝向所述眼睛盒引导。第二入耦合衍射光学件沿不同于所述第一路径的第二路径将所述图像承载光束的第二集合引导到所述波导中。沿所述第二路径部署的第二转向衍射光学件在第一维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并且将所述第二集合的所扩展的图像承载光束引导到第二出耦合衍射光学件。所述第二出耦合衍射光学件进一步在第二维度中扩展所述第二集合的所述图像承载光束，并将所述第二集合的所进一步扩展的图像承载光束从所述波导朝向所述眼睛盒引导。所述第一入耦合衍射光学件能具有用于沿所述第一路径将所述图像承载光束的所述第一集合引导到所述波导中的第一入耦合光栅向量，所述第二入耦合衍射光学件能具有用于沿所述第二路径将所述图像承载光束的所述第二集合引导到所述波导中的第二入耦合光栅向量，并且所述第一入耦合光栅向量能远离所述第二入耦合光栅向量来定向。类似地，所述第一出耦合衍射光学件能具有用于将所述图像承载光束的所述第一集合引导出所述波导的第一出耦合光栅向量，所述第二出耦合衍射光学件能具有用于将所述图像承载光束的所述第二集合引导出所述波导的第二出耦合光栅向量，并且所述第一出耦合光栅向量能远离所述第二出耦合光栅向量来定向。所述第一入耦合光栅向量和第二入耦合光栅向量或所述第一出耦合光栅向量和第二出耦合光栅向量中的一者或两者远离彼此25到40度来相对定向。图像承载束的所述第一集合能包括第一范围的波长，并且图像承载束的所述第二集合能包括不同于所述第一范围的波长的第二范围的波长。备选地，图像承载束的所述第一集合能包括第一范围的角度相关束，并且图像承载束的所述第二集合能包括不同于所述第一范围的角度相关束的第二范围的角度相关束。附图说明尽管本说明书以特别指出并明确要求本专利技术的主题的权利要求结束，但是相信，在结合附图时，从以下描述将更好地理解本专利技术。图1是示出作为结合单眼型衍射束扩展器的波导来布置的光导的一个可能配置的简化横截面视图的示意图。图2是示出作为结合包括转向光栅的衍射束扩展器的波导来布置的光导的透视图。图3A是示出作为结合双面衍射束扩展器的波导来布置的光导的透视图。图3B是示出在波导的正表面和背表面上分布用于两个不同颜色通道的组件的图3A实施例的分解图。图4A是示出具有用于双面衍射束扩展器的相对入耦合衍射光学件的光导的输入端的侧视图。以平面图示出相应光栅定向。图4B是示出用于两个不同颜色通道的入耦合衍射光学件以及它们的对应光栅向量的相对旋转定向的透视图。图5是示出根据一种用于通过在波导的相对面之间相对地旋转入耦合和出耦合衍射光学件两者来分隔颜色通道的方法的双面光导的组件的布局的俯视图。图6是示出根据另一种具有与波导的相对面关联的衍射光学件之中的不同角度关系以用于分隔颜色通道的方法的双面光导的组件的俯视图。图7是示出对于以斜角度移动经过波导的光的旋转角度与衍射效率的关系的曲线图。图8是示出具有用于双面衍射束扩展器的相对入耦合衍射光学件的光导的输入端的侧视图，其还示出在这点上的相对颜色通道对束的非计划中的衍射的影响。图9是示出用于利用本公开的成像光导观看的增强现实的显示系统的透视图。图10是示出其中相应颜色通道中的出耦合衍射光学件相对于彼此旋转30度的备选实施例的平面图。图11A是示出堆叠式成像光导组合件的分解侧视图。图11B是示出装配的堆叠式成像光导组合件的侧视图。具体实施方式本描述特别针对形成根据本专利技术的设备的一部分或与根据本专利技术的设备更直接协作的元件。将理解，没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像光导，包括：波导，用于将图像承载光束从图像源输送到眼睛盒，在所述眼睛盒中能够观看虚拟图像；第一入耦合衍射光学件，部署成沿第一路径将所述图像承载光束的第一集合引导到所述波导中；第一转向衍射光学件，沿所述第一路径部署并布置成在第一维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并且将所述第一集合的所扩展的图像承载光束引导到第一出耦合衍射光学件；所述第一出耦合衍射光学件，布置成进一步在第二维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并将所述第一集合的所进一步扩展的图像承载光束从所述波导朝向所述眼睛盒引导；第二入耦合衍射光学件，部署成沿不同于所述第一路径的第二路径将所述图像承载光束的第二集合引导到所述波导中；第二转向衍射光学件，沿所述第二路径部署并布置成在第一维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并且将所述第二集合的所扩展的图像承载光束引导到第二出耦合衍射光学件；以及所述第二出耦合衍射光学件，布置成进一步在第二维度中扩展所述第二集合的所述图像承载光束，并将所述第二集合的所进一步扩展的图像承载光束从所述波导朝向所述眼睛盒引导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 US 62/2755581.一种成像光导，包括：波导，用于将图像承载光束从图像源输送到眼睛盒，在所述眼睛盒中能够观看虚拟图像；第一入耦合衍射光学件，部署成沿第一路径将所述图像承载光束的第一集合引导到所述波导中；第一转向衍射光学件，沿所述第一路径部署并布置成在第一维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并且将所述第一集合的所扩展的图像承载光束引导到第一出耦合衍射光学件；所述第一出耦合衍射光学件，布置成进一步在第二维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并将所述第一集合的所进一步扩展的图像承载光束从所述波导朝向所述眼睛盒引导；第二入耦合衍射光学件，部署成沿不同于所述第一路径的第二路径将所述图像承载光束的第二集合引导到所述波导中；第二转向衍射光学件，沿所述第二路径部署并布置成在第一维度中扩展所述第一集合的所述图像承载光束，并且将所述第二集合的所扩展的图像承载光束引导到第二出耦合衍射光学件；以及所述第二出耦合衍射光学件，布置成进一步在第二维度中扩展所述第二集合的所述图像承载光束，并将所述第二集合的所进一步扩展的图像承载光束从所述波导朝向所述眼睛盒引导。2.如权利要求1所述的成像光导，其中所述第一入耦合衍射光学件具有用于沿所述第一路径将所述图像承载光束的所述第一集合引导到所述波导中的第一入耦合光栅向量，所述第二入耦合衍射光学件具有用于沿所述第二路径将所述图像承载光束的所述第二集合引导到所述波导中的第二入耦合光栅向量，并且所述第一入耦合光栅向量远离所述第二入耦合光栅向量来定向。3.如权利要求2所述的成像光导，其中所述第一入耦合光栅向量远离所述第二入耦合光栅向量25到40度来定向。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ舒尔茨，PJ特拉弗斯，
申请(专利权)人：伊奎蒂公司，
类型：发明
国别省市：美国,US