具有改进的强度分布的波导出射光瞳扩展器制造技术

一种用于将与输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置，其包括光波导，光波导包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器。输入耦合器将与图像相对应的光耦合到光波导中，并且在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光，使得与图像相对应的光朝向一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射。中间组件被配置为单独地或共同地对通过TIR从输入耦合器向一个或多个中间组件行进的与图像相对应的光执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，并且朝向输出耦合器衍射与图像相对应的光。输出耦合器被配置为将与图像相对应的光耦合出光波导，使得与图像相对应的光从输出光瞳可看到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的强度分布的波导出射光瞳扩展器
技术介绍
各种类型的计算、娱乐和/或移动设备可以利用透明或半透明显示器来实现，设备的用户可以通过显示器查看周围环境。可以被称为透视、混合现实显示设备系统或增强现实(AR)系统的这样的设备使得用户能够透过设备的透明或半透明显示器来查看周围环境，并且还看到虚拟对象(例如，文本、图形、视频等)的图像，这些虚拟对象被生成用于显示表现是周围环境的一部分和/或覆盖在周围环境上。可以被实现为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴显示设备但不限于此的这些设备通常利用光波导将例如由显示引擎产生的图像复制到设备的用户可以将图像认为是增强现实环境中的虚拟图像的位置。由于这仍然是一种新兴技术，因此存在与利用波导向用户显示虚拟对象的图像的某些挑战。
技术实现思路
本技术的某些实施例涉及一种用于将与输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置，其包括光波导，光波导包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器。输入耦合器将与图像相对应并且与输入光瞳相关联的光耦合到光波导中，并且在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光，使得与图像相对应的光朝向一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射。中间组件被配置为单独地或共同地对通过TIR从输入耦合器向一个或多个中间组件行进的与图像相对应的光执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，并且朝向输出耦合器衍射与图像相对应的光。输出耦合器被配置为将已经通过TIR从一个或多个中间组件向输出耦合器行进的与图像相对应的光耦合出光波导，使得与图像相对应的光从输出光瞳可看到。在某些实施例中，光波导仅包括一个中间组件。在其他实施例中，光波导包括至少两个中间组件。经历奇数阶光瞳扩展的光在在输出耦合器上入射之前改变传播方向奇数次。相比之下，经历偶数阶光瞳扩展的光在在输出耦合器上入射之前改变传播方向偶数次，并且因此，行进的路径长度与经历偶数阶光瞳扩展的光的行进路径长度不同。与输入耦合器在朝向执行奇数阶光瞳扩展或偶数阶光瞳扩展中的仅一个光瞳扩展的中间组件的仅一个方向上衍射与图像相对应的光的情况相比，通过输入耦合器在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光使得与图像相对应的光朝向一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射，并且通过一个或多个中间组件单独地或共同地执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，更均匀的强度分布被实现。本“
技术实现思路
”被提供是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“
技术实现思路
”不旨在标识所要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题内容的范围。附图说明图1A、图1B和图1C分别是可以被用来将与输入光瞳相关联的图像复制到扩展的输出光瞳的示例性波导的前视图、俯视图和侧视图。图2是参考图1A、图1B和图1C介绍的示例性波导的侧视图，并且还示出了生成包括通过输入耦合器被耦合到波导中的角度内容的图像的显示引擎，并且还示出了在靠近输出耦合器的眼睛盒内观看图像的眼睛。图3(其类似于图1A，因为它提供波导的前视图)被用来解释通过输入耦合器被耦合到波导中的光如何通过全内反射(TIR)从输入耦合器向中间组件行进并且通过TIR从中间组件向输出耦合器行进，光在输出耦合器处离开波导。图4在概念上示出了在先前的图中介绍的示例性波导的中间组件可以如何引起多环干涉。图5A被用来在概念上示出光瞳如何在波导内被复制。图5B示出了沿着图5A所示的线B-B的示例性光瞳分布。图5C示出了备选的光瞳分布，其对应于在波导内复制的光瞳之间没有光瞳交叠的情况。图5D示出了基本上均匀的光瞳分布。图6被用来说明在使用光波导进行成像、并且更具体地说是光瞳复制时可能发生的局部和全局强度的不均匀性。图7示出了包括输入耦合器、中间组件和输出耦合器的光波导的示例性布局，其中中间组件执行奇数阶水平光瞳扩展。图8示出了包括输入耦合器、中间组件和输出耦合器的光波导的示例性布局，其中中间组件执行偶数阶水平光瞳扩展。图9示出了根据本技术的实施例的光波导，其中光波导包括输入耦合器、中间组件和输出耦合器，其中中间组件执行奇数阶光瞳扩展和耦数阶光瞳扩展两者。图10是根据本技术的特定实施例的图9的光波导的俯视图，其中输入耦合器被实现为双面光栅。图11示出了根据本技术的实施例的光波导，其中光波导包括输入耦合器、四个中间组件和输出耦合器，其中两个中间组件执行奇数阶光瞳扩展，并且其他两个中间组件执行偶数阶光瞳扩展。图12示出了根据本技术的实施例的光波导，其中光波导包括输入耦合器、三个中间组件和输出耦合器，其中两个中间组件执行奇数阶光瞳扩展，并且另一中间组件执行偶数阶光瞳扩展。图13是被用来概述根据本技术的某些实施例的方法的高级流程图。具体实施方式本技术的某些实施例涉及用于将与输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置。这样的装置可以包括光波导，该光波导包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器。输入耦合器将与图像相对应并且与输入光瞳相关联的光耦合到光波导中，并且在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光，使得与图像相对应的光朝向一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射。中间组件被配置为单独地或共同地对通过TIR从输入耦合器向一个或多个中间组件行进的与图像相对应的光执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，并且朝向输出耦合器衍射与图像相对应的光。输出耦合器被配置为将已经通过TIR从一个或多个中间组件向输出耦合器行进的与图像相对应的光耦合出光波导，使得与图像相对应的光从输出光瞳可看到。在下面的描述中，相同的数字或附图标记始终将被用来指代相同的部分或元件。另外，三位数附图标记的第一数字或四位数附图标记的前两个数字标识附图标记首次出现的图。图1A、图1B和图1C分别是可以被用来将与输入光瞳相关联的图像复制到扩展的输出光瞳的示例性光波导100的前视图、俯视图和侧视图。本文中所使用的术语“输入光瞳”是指与图像相对应的光通过其被覆盖在波导的输入耦合器上的孔径。本文中所使用的术语“输出光瞳”是指与图像相对应的光通过其离开波导的输出耦合器的孔径。输入光瞳有时也被称为入射光瞳，并且输出光瞳有时也被称为出射光瞳。光波导100在下文中通常将更简洁地被简称为波导100。如下面将参考图2进一步被详细讨论的，波导100正被用来复制并且可能还扩展的图像可以使用显示引擎来生成。参考图1A、图1B和图1C，光波导100包括具有输入耦合器112和输出耦合器116的块状基底106。输入耦合器112被配置为将与与输入光瞳相关联的图像相对应的光耦合到波导的块状基底106中。输出耦合器116被配置为将与与输入光瞳相关联的图像相对应的光耦合出波导100，使得光被输出并且从输出光瞳可看到，其中与与输入光瞳相关联的图像相对应的光在光波导100中从输入耦合器112向输出耦合器116行进。可以由玻璃或光学塑料制成但不限于此的块状基底106包括第一主平坦表面108和与第一主平坦表面108相对并且平行的第二主平坦表面110。第一主平坦表面108可以备选地被称为前侧主表面108(或更简单地被称为前侧表面108)，并且第二主平坦表面110可以备选地被称为后侧主表面110(或更简单地被称为后侧表面110)。如本文中所使用的术语“块状”，基底被认为是“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将与输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置，所述装置包括：光波导，包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器；所述输入耦合器被配置为将与和所述输入光瞳相关联的图像相对应的光耦合到所述光波导中，并且在至少两个不同方向上衍射与所述图像相对应的所述光，使得与所述图像相对应的光朝向所述一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射；所述一个或多个中间组件被配置为单独地或共同地对通过全内反射(TIR)从所述输入耦合器向所述一个或多个中间组件行进的与所述图像相对应的光执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，并且朝向所述输出耦合器衍射与所述图像相对应的所述光；以及所述输出耦合器被配置为将已经通过TIR从所述一个或多个中间组件向所述输出耦合器行进的与所述图像相对应的所述光耦合出所述光波导，使得与所述图像相对应的所述光从所述输出光瞳可看到。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.13 US 15/097,9291.一种用于将与输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置，所述装置包括：光波导，包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器；所述输入耦合器被配置为将与和所述输入光瞳相关联的图像相对应的光耦合到所述光波导中，并且在至少两个不同方向上衍射与所述图像相对应的所述光，使得与所述图像相对应的光朝向所述一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射；所述一个或多个中间组件被配置为单独地或共同地对通过全内反射(TIR)从所述输入耦合器向所述一个或多个中间组件行进的与所述图像相对应的光执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，并且朝向所述输出耦合器衍射与所述图像相对应的所述光；以及所述输出耦合器被配置为将已经通过TIR从所述一个或多个中间组件向所述输出耦合器行进的与所述图像相对应的所述光耦合出所述光波导，使得与所述图像相对应的所述光从所述输出光瞳可看到。2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述光波导的所述一个或多个中间组件包括一个中间组件；所述输入耦合器被配置为将与和所述输入光瞳相关联的所述图像相对应的光耦合到所述光波导中，并且在均朝向所述一个中间组件的第一方向和第二方向上衍射与所述图像相对应的所述光，其中所述第二方向与所述第一方向不同；所述一个中间组件被配置为对通过全内反射(TIR)在所述第一方向上从所述输入耦合器向所述一个中间组件行进的与所述图像相对应的所述光执行奇数阶光瞳扩展，对通过TIR在所述第二方向上从所述输入耦合器向所述一个中间组件行进的与所述图像相对应的所述光执行偶数阶光瞳扩展，以及朝向所述输出耦合器衍射与所述图像相对应的所述光；以及所述输出耦合器被配置为将已经通过TIR从所述一个中间组件向所述输出耦合器行进的与所述图像相对应的所述光耦合出所述光波导，使得与所述图像相对应的所述光从所述输出光瞳可看到。3.根据权利要求2所述的装置，其中：由所述输入耦合器在所述第一方向上被衍射的并且通过所述一个中间组件经历奇数阶光瞳扩展的所述光在入射在所述输出耦合器上之前改变传播方向奇数次；以及由所述输入耦合器在所述第二方向上被衍射的并且通过所述一个中间组件经历偶数阶光瞳扩展的所述光在入射在所述输出耦合器上之前改变传播方向偶数次。4.根据权利要求1所述的装置，其中：所述一个或多个中间组件包括在空间上彼此分开的至少两个中间组件；以及所述中间组件中的至少一个中间组件被配置为执行奇数阶光瞳扩展；以及所述中间组件中的至少另一中间组件被配置为执行偶数阶光瞳扩展。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中与所述输入耦合器在朝向执行奇数阶光瞳扩展或偶数阶光瞳扩展中的仅一个光瞳扩展的仅一个中间组件的仅一个方向上衍射与所述图像相对应的所述光的情况相比，通过所述输入耦合器在至少两个不同方向上衍射与所述图像相对应的所述光，使得与所述图像相对应的光朝向所述一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射，并且通过所述一个或多个中间组件单独地或共同地执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，更均匀的强度分布被实现。6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中由所述一个或多个中间组件执行的所述奇数阶光瞳扩展和所述偶数阶光瞳扩展两者实现了在相同方向上的光瞳扩展，并且其中所述输出耦合器被配置为在另一方向上执行光瞳扩展。7.根据权利要求1至4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·瓦留斯，J·特沃，P·派蒂拉，
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