用于衍射光学元件的折射涂层制造技术

被配置为与近眼显示(NED)设备使用的波导可以包括透光基底和在基底的表面上的衍射光学元件(DOE)，透光基底被配置为通过全内反射传播光线，DOE被配置为向基底和/或从基底输入和/或输出光线。根据一些实施例，DOE可以包括衍射光栅和在衍射光栅上的第二材料涂层，衍射光栅是由具有第一折射率的第一材料制成的，第二材料具有第二折射率，第二折射率不等于第一折射率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于衍射光学元件的折射涂层
技术介绍
显示技术在增强现实(AR)和虚拟现实(VR)领域中正在取得进展，以便向用户提供更加沉浸式的视觉体验。例如，在一些AR应用中，生成的图像经由透明显示器显示给用户，透明显示器还允许用户察看周围的物理环境。生成的图像加强或增强用户对周围物理环境的体验或了解。在一些实现中，光波导可以用于将生成的图像在空间上从光学系统的一个位置转换到另一位置。例如，在近眼显示(NED)设备中，光波导可以空间上转换表示由微显示器生成的图像的传播光线，并将传播光线传递到用户的眼睛。这种技术可以以眼镜、护目镜、头盔、面罩或其它类型的眼镜的形式被合并到NED设备中。
技术实现思路
这里介绍的技术包括光波导以及制造这种光波导和光波导显示器的方法。在各种实施例中，光波导可以包括被配置为用于近眼显示(NED)设备的透光基底。基底包括多个内反射表面，其中基底是由具有第一折射率的第一材料制成的。光波导可以进一步包括衍射光学元件(DOE)，DOE是在基底的多个表面中的第一表面上形成的，其中DOE可以被配置为向基底输入光线或者从基底输出光线。在各种实施例中，DOE可以包括衍射光栅和在衍射光栅上的涂层，衍射光栅由具有第二折射率的第二材料制成，涂层由具有第三折射率的第三材料制成，其中第二折射率不等于第三折射率。根据附图和详细说明，本技术的其它方面将显而易见。提供本概要是为了以简化的形式描述选择的概念，在以下详细描述中对概念进行了进一步描述。本概要不旨在限定所要求保护的技术方案的关键特征或重要特征，也不旨在用于限制所要求保护的技术方案的范围。附图说明本公开的一个或多个实施例是借助于示例进行说明的，并且不限制于附图中，其中相同的附图标记指示相同的元件。图1示出了这里介绍的技术可以并入其中的近眼显示(NED)设备的一个示例。图2A示出了可以包含在图1的NED设备中的显示部件的右侧视图。图2B示出了可以包含在图1的NED设备中的显示部件的前视图。图3A示出了被配置为向图1的NED设备的用户的眼睛传递光的、具有单个输入和单个输出的示例波导。图3B示出了被配置为向图1的NED设备的用户的眼睛传递光的、具有多个输入和单个输出的示例波导。图3C示出了被配置为向图1的NED设备的用户的眼睛传递光的、具有单个输入和多个输出的示例波导。图4是示出可以包含在图1的NED设备中的示例显示模块的部件的示意图。图5是示出被配置为用于图4的显示模块的示例光引擎的部件的示意图。图6是包括在图1的NED设备的控制电路中的计算机系统的示例硬件部件的框图。图7A图示了根据第一实施例的包括DOE的波导光瞳中继器。图7B图示了根据第二实施例的包括DOE的波导光瞳中继器。图8A示出了根据第一实施例的包括不具有涂层的衍射光栅的示例DOE的截面图。图8B示出了根据第二实施例的包括不具有涂层的衍射光栅的示例DOE的截面图。图9示出了包括跨DOE的区域变化的衍射光栅的示例DOE的截面图。图10示出了光线经由不包括涂层的示例DOE到基底的入耦。图11是绘制了带有不具有涂层的衍射光栅的入耦器DOE在入射角度范围内对于各种光波长的一阶衍射效率的图表。图12A是绘制了对于在折射率为1.7的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.7的衍射光栅。图12B是绘制了对于在折射率为1.7的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.5的衍射光栅。图13A示出了根据第一实施例的包括具有涂层的衍射光栅的示例DOE的截面图。图13B示出了根据第二实施例的包括具有涂层的衍射光栅的示例DOE的截面图。图14示出了光线经由包括涂层的示例DOE到基底的入耦。图15是绘制了带有具有涂层的衍射光栅的入耦器DOE在入射角度范围内对于各种光波长的一阶衍射效率的图表。图16A是绘制了对于在折射率为1.7的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.7的衍射光栅和折射率为2.2的涂层。图16B是绘制了对于在折射率为1.5的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.7的衍射光栅和折射率为2.2的涂层。图17A是绘制了对于在折射率为1.7的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.7的衍射光栅和折射率为1.9的涂层。图17B是绘制了对于在折射率为1.7的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.5的衍射光栅和折射率为1.9的涂层。图18A是绘制了对于在折射率为1.9的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.5的衍射光栅和折射率为2.0的涂层。图18B是绘制了对于在折射率为1.9的基底上形成的入耦器DOE在入射角度范围内的一阶衍射效率的图表，DOE包括折射率为1.5的衍射光栅和折射率为2.2的涂层。图19是描述用于制造波导的示例过程的流程图，波导被配置为用于与上面的教导一致的NED设备。具体实施方式在该描述中，对“实施例”、“一个实施例”等的参考意味着这里介绍的技术的至少一个实施例中包括所描述的特定特征、功能、结构和特点。本说明书中这种短语的出现不一定都指代同一实施例。另一方面，所指代的实施例也不一定互相排斥。以下描述一般假定显示设备的“用户”是人。但是，应当注意，根据本文所公开的实施例的显示设备可以潜在地由非人的用户(诸如机器或动物)使用。因此，除非另有说明或者从上下文中显而易见，否则术语“用户”可以指代所有可能中的任何可能。此外，除非另有说明，否则术语“眼睛”在本文中用作通用术语，以指代显示设备的用户的任何类型的光学受体，并且因此可以指代人眼、动物眼睛或被设计为以类似人眼的方式检测图像的机器实现的光学传感器。一些NED设备包括光学系统，用于将光瞳在空间上从一个位置转换到另一位置，例如从微显示成像器到用户的眼睛。该光学系统有时被称作光瞳中继器系统。NED设备可以包括一个或多个透明波导，该一个或多个透明波导被布置为使得它们在用户佩戴NED设备时直接位于用户每只眼睛的前面，以将表示生成的图像的光投射到用户的眼睛。通过这种配置，由NED设备生成的图像可以覆盖在用户对周围物理环境的视图上。被配置为用于NED设备的波导包括反射表面，反射表面被配置为通过全内反射(TIR)来传播光线。经由波导将光瞳从一个位置转换到另一位置的一个方面涉及在第一位置将光线接收到波导中(“入耦”)以及在第二位置从波导输出光线(“出耦”)。光线可以经由DOE被入耦到波导或者从波导出耦，DOE用作光线的输入端口或输出端口。DOE可以包括衍射光栅结构，例如表面起伏衍射光栅(SRG)。然而，传统的基于光栅的DOE的衍射效率对衍射光线的波长和入射角度都高度灵敏。这导致波导显示器只能够有效地入耦和出耦生成的图像的窄视场(FOV)(例如，小于30度)。当考虑大FOV(例如，超过30度)时或者当光波长的范围相当宽(例如，全彩显示)时，对波长和入射角度的该高灵敏度限制了这种部件的使用。如果需要大FOV，那么在整个FOV内光栅的衍射效率应当足够高，以避免大大损害图像跨FOV的均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光波导，包括：透光基底，被配置为用于近眼显示(NED)设备，所述基底包括多个内反射表面，所述基底是由具有第一折射率的第一材料制成的；以及衍射光学元件(DOE)，被形成在所述基底的所述多个表面中的第一表面上，所述DOE被配置为向所述基底输入光线或者从所述基底输出光线，所述DOE包括：衍射光栅，由具有第二折射率的第二材料制成；以及在所述衍射光栅之上的涂层，由具有第三折射率的第三材料制成；其中所述第二折射率不等于所述第三折射率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.25 US 15/137,0671.一种光波导，包括：透光基底，被配置为用于近眼显示(NED)设备，所述基底包括多个内反射表面，所述基底是由具有第一折射率的第一材料制成的；以及衍射光学元件(DOE)，被形成在所述基底的所述多个表面中的第一表面上，所述DOE被配置为向所述基底输入光线或者从所述基底输出光线，所述DOE包括：衍射光栅，由具有第二折射率的第二材料制成；以及在所述衍射光栅之上的涂层，由具有第三折射率的第三材料制成；其中所述第二折射率不等于所述第三折射率。2.根据权利要求1所述的光波导，其中所述第三折射率大于所述第二折射率。3.根据权利要求1或权利要求2所述的光波导，其中所述涂层减小了所述DOE对衍射光线的波长和入射角度的灵敏度。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光波导，其中所述涂层增加了经由所述DOE跨特定视场(FOV)传播的图像中的均一性。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光波导，其中所述DOE在衍射光线的入射角度的30度范围内具有至少30％的衍射效率。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光波导，其中所述衍射光栅被优化为在衍射光线的入射角度的特定范围内最大化衍射效率。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光波导，其中所述DOE是入耦元件，所述入耦元件被配置为将从所述NED设备的图像生成器接收的光线输入到所述基底中。8.根据权利要求1至6中的任一项所述的光波导，其中所述DOE是出耦元件，所述出耦元件被配置为从所述基底输出光线并且将所述光线引导朝向所述NED设备的用户的眼睛。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光波导，其中所述第三折射率至少是1.9。10.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·A·斯腾伯格，J·K·T·特沃，
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