公开了一种光学反射设备，该设备包括波导和安装到该波导的表面的纵向光均化结构。该光均化结构可接收输入光，并通过沿波导的纵向维度均化输入光来产生纵向均化光。该波导中的交叉耦合器可从光均化结构接收纵向均化光，并且可通过沿波导的横向维度重新引导纵向均化光来产生二维均化光。该光均化结构可包括部分反射层、具有折射率失配的堆叠基板层，和/或部分反射层和完全反射层的组合。交叉耦合器和/或部分反射层可使用全息图组形成。棱镜或倾斜的基板表面可将输入光耦合到基板中。
Two dimensional homogenization
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二维光均化本专利申请要求于2017年10月16日提交的美国临时专利申请62/572,779的优先权，该美国临时专利申请据此以引用的方式全文并入本文。
技术介绍
本专利技术整体涉及光学反射设备，包括光学反射设备中的光均化。光波导具有引导光谱(例如，光)中的电磁波的物理结构。在一些情况下，光波导可以是光纤或平面波导结构。光波导可使用全内反射(TIR)将光引导至输出端。根据光相对于TIR表面的表面法线的入射角，光的强度或功率分布可变化。因此，由于光的入射角，光波导的区域可从被引导的光接收更多或更少的能量。在一些情况下，这种空间上不均匀的功率分布与光波导的操作无关。然而，在其他情况下，穿过波导进行传播的光的不均匀性可导致某些TIR设备应用的性能欠缺。因此，针对光波导或TIR设备的特定区域来均化光的功率分布可能是有益的。TIR成像设备可能由于穿过波导进行传播的光的模式不均匀性而导致性能欠缺。例如，光可进入波导，穿过波导进行传播，并朝向出射光瞳反射或衍射以形成投影图像。波导可包括光耦合器件(例如，输入耦合器、交叉耦合器和/或输出耦合器)。然而，穿过波导进行传播的光可在耦合模式内表现出空间上不均匀的功率分布。这种空间上不均匀的功率分布还可在光耦合器件处导致不均匀的强度分布。因此，这种不均匀的强度分布可扩大与朝向出射光瞳反射的输出光束相关联的点扩散函数，从而减小投影图像的分辨率并导致投影图像的不均匀亮度。
技术实现思路
所述特征总体涉及用于在一个或多个维度中均化光的一种或多种改进方法、系统或设备。该方法、系统或设备可采用一种或多种光均化器或均化技术来改变波导或TIR设备中的光的功率分布。在一些示例中，光学设备可包括具有波导表面的波导。该波导表面可具有纵向维度和垂直横向维度。光均化结构可在波导上形成。光均化结构可接收输入光，并通过沿纵向维度均化输入光来产生纵向均化光。光学设备可包括交叉耦合器，该交叉耦合器从光均化结构接收纵向均化光，并且通过沿横向维度重新引导纵向均化光来产生二维均化光。该交叉耦合器可以包括在向上通路和向下通路两者上衍射光的全息图。在一些示例中，光均化结构可包括基板和位于基板上或基板中的部分反射器。该部分反射器可包括电介质涂层、金属涂层、聚合物膜、一组全息图或其他结构。在一些示例中，光均化结构可包括具有相对的第一表面和第二表面的基板，位于第一表面上的第一全反射层，位于第二表面上的第二全反射层，以及位于基板上的部分反射层和插置在第一全反射层和第二全反射层之间的部分反射层。在一些示例中，光均化结构可包括：位于波导表面上并具有第一折射率的第一基板，位于第一基板上并具有不同于第一折射率的第二折射率的第二基板，以及位于第一基板上并具有不同于第二折射率的第三折射率的第三基板。在一些示例中，光均化结构可包括安装到与波导表面相对的基板表面上的棱镜。该棱镜可以将输入光引导至基板中并朝向部分反射器。在一些示例中，光均化结构包括具有倾斜侧表面的基板，该倾斜侧表面将输入光耦合到基板中。该部分反射器可具有空间上变化的反射率，并且可在与棱镜相反的波导处的和该波导的大约一个光瞳周期内产生经均化光。附图说明通过参考以下附图，可实现对本公开的具体实施的实质和优点的进一步理解。在附图中，类似的部件或特征部可具有相同的参考标签。此外，可通过跟随连接号和区分类似部件的第二标签的参考标签来区分相同类型的各种部件。如果在说明书中仅使用第一参考标签，则该描述适用于具有与第二参考标签无关的相同第一参考标签的任何一个类似部件。图1是根据一些实施方案的例示性头戴式显示器(HMD)的图示，其中可实现本文所包括的原理。图2A是示出根据一些实施方案的真实空间中的例示性斜交镜的反射属性的图示。图2B示出了根据一些实施方案的k空间中的例示性斜交镜。图3A是示出根据一些实施方案的真实空间中的例示性斜交镜的反射属性的图示。图3B示出了根据一些实施方案的k空间中的例示性斜交镜。图4A-图4B示出了根据一些实施方案的支持光均化的例示性光学系统的示例。图5A-图5E示出了根据一些实施方案的支持光均化的例示性光学系统的示例。图6A示出了根据一些实施方案的支持光均化的例示性系统的示例。图6B示出了根据一些实施方案的支持光均化的例示性曲线图的示例。图7A-图7C示出了根据一些实施方案的支持光均化的例示性光学透镜的示例。图8示出了根据一些实施方案的用于光均化的例示性方法。图9是根据一些实施方案的例示性光学系统的侧视图，该例示性光学系统包括在波导上方形成的纵向光均化结构。图10A和图10B是根据一些实施方案的例示性光学系统的俯视图，该例示性光学系统包括在波导上方形成的纵向光均化结构，以在整个波导上执行二维光均化。图11是根据一些实施方案的例示性纵向光均化结构的侧视图，该结构包括安装到下层波导的基板的底表面上的部分反射层。图12是根据一些实施方案的例示性纵向光均化结构的顶部透视图，该结构包括安装到下层波导的基板上的垂直反射表面。图13A和图13B示出了根据一些实施方案的例示性光均化结构，该结构具有在波导内部形成的空间上变化的部分反射器。图14是根据一些实施方案的例示性光均化结构的侧视图，该结构具有在波导外部形成的空间上变化的部分反射器。图15是根据一些实施方案的空间上变化的例示性部分反射器的俯视图。具体实施方式光学头戴式显示器(HMD)是具有反射投影图像的能力并允许用户体验增强现实的可穿戴设备。头戴式显示器通常涉及近眼光学器件以产生“虚拟”图像。在过去，HMD已经解决了降低图像质量和增大重量及尺寸的各种技术限制。过去的具体实施包括用于反射、折射或衍射光的传统光学器件，然而，设计往往是笨重的。另外，传统反射镜和光栅结构具有固有的局限性。例如，传统反射镜可具有一定与表面法线重合的反射轴线。传统反射镜的反射轴线可导致反射镜的次优取向或性能。另外，传统的光栅结构可包括多个反射轴线，该多个反射轴线不接受与入射角和/或波长共变。因此，用于反射光的设备可包括以下特征：关于不受表面法线约束的反射轴线反射光，并且给定入射角的反射角在多个波长处是恒定的。对于给定波长的入射光，在一定入射角范围内，该设备的实施方案可具有基本恒定的反射轴线(即，具有反射轴线角度变化小于1.0度的反射轴线)，并且可使用各种波长的入射光来观察到这种现象。在一些示例中，波导可具有一个或多个光均化元件以最小化输出光束的点扩散函数并改善投影图像质量诸如分辨率和亮度。光均化元件可在与波导重叠(例如，在波导表面上)的基板中或在该基板上形成(例如，光均化元件可在波导外部)。例如，光均化元件可以是平行于波导表面定位的部分反射元件。在一些情况下，部分反射元件可被设置在波导的基板界面处或被设置为穿过安装到波导上的基板(例如，板或管道结构)。在一些示例中，部分反射元件可以是具有垂直于波导表面的反射轴线的光学元件(例如，斜交镜)。光均化元件可分裂传播光的能量。例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学设备，所述光学设备包括：/n波导，所述波导具有波导表面，其中所述波导表面具有纵向维度和垂直横向维度；以及/n光均化结构，所述光均化结构位于所述波导上，其中所述光均化结构被配置为接收输入光并通过沿所述纵向维度均化所述输入光来产生纵向均化光。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171016 US 62/572,7791.一种光学设备，所述光学设备包括：
波导，所述波导具有波导表面，其中所述波导表面具有纵向维度和垂直横向维度；以及
光均化结构，所述光均化结构位于所述波导上，其中所述光均化结构被配置为接收输入光并通过沿所述纵向维度均化所述输入光来产生纵向均化光。
2.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：
交叉耦合器，所述交叉耦合器被配置为从所述光均化结构接收所述纵向均化光并通过沿所述横向维度重新引导所述纵向均化光来产生二维均化光。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述交叉耦合器被配置为在通过向上穿过所述交叉耦合器的通路和向下穿过所述交叉耦合器的通路两者来衍射所述纵向均化光。
4.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光均化结构包括：
基板；以及
部分反射层，所述部分反射层位于所述基板上，其中所述部分反射层被配置为透射和反射所述输入光至少两次。
5.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述部分反射层具有空间上变化的反射率。
6.根据权利要求5所述的光学设备，其中所述基板安装到所述波导表面上。
7.根据权利要求6所述的光学设备，其中所述部分反射层插置在所述基板和所述波导表面之间。
8.根据权利要求6所述的光学设备，其中所述部分反射层嵌入在所述基板中。
9.根据权利要求5所述的光学设备，其中所述基板为波导基板并包括所述波导表面。
10.根据权利要求5所述的光学设备，其中所述部分反射层包括选自由以下各项构成的组的结构：电介质涂层、金属涂层、聚合物膜和一组全息图。
11.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光均化结构包括：
基板，所述基板具有相对的第一表面和第二表面；
第一反射层，所述第一反射层位于所述第一表面上；
第二反射层，所述第二反射层位于所述第二表面上；以及
部分反射层，所述部分反射层位于所述基板上并插置在所述第一反射层和所述第二反射层之间。
12.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·乌尔讷斯，M·R·艾尔斯，F·施洛托，K·E·安德森，
申请(专利权)人：阿科尼亚全息有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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