用于波导显示器的彩虹减少制造技术

多层光栅是包括多个层的衍射光栅。所述多个层被布置成形成二维光栅，所述层至少包括第一图案化层和第二图案化层。第一图案化层包括以第一图案布置的多种不同材料，使得第一图案化层具有第一折射率分布。第二图案化层包括以第二图案布置的多种不同材料，使得第二图案化层具有相对于第一折射率分布反相的第二折射率分布。入射到第一图案化层和第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线，并且第一衍射光线和第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布而彼此相消干涉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于波导显示器的彩虹减少背景本公开总体上涉及近眼显示系统，更具体地说，涉及波导显示器中的彩虹减少(rainbowreduction)。近眼显示器将图像直接投射到用户的眼睛中。传统的近眼显示器，特别是那些使用衍射光学器件的近眼显示器的一个问题是杂散光(即，在用户视野之外的一部分环境光)耦入到用户的视野中。杂散光可能起源于用户的视野之外，然而，衍射光学器件可以用于将杂散光散射和/或衍射到用户的视野中。这可以向用户呈现为彩虹，被称为“彩虹效应”。彩虹效应可能对增强和/或混合现实体验有害。概述多层光栅是用于彩虹减少的衍射光栅。多层光栅包括布置形成二维光栅的多个层。多个层至少包括第一图案化层和第二图案化层。第一图案化层包括以第一图案布置的多种不同材料，使得第一图案化层具有第一折射率分布。第二图案化层包括以第二图案布置的多种不同材料，使得第二图案化层具有相对于第一折射率分布反相(inverted)的第二折射率分布。入射在第一图案化层和第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线(例如，一级光线(firstorderray))，并且第一衍射光线和第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布彼此相消干涉，从而减少彩虹效应。多层光栅可以耦合到波导。波导包括波导主体、输入光栅和多层光栅。当光在波导主体内传播时，波导主体在至少一个维度上扩展接收的图像光。输入光栅被配置成将图像光耦入到波导主体中。多层光栅被配置成将扩展后的图像光的第一部分输出到视窗(eyebox)，入射到第一图案化层和第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线。第一衍射光线和第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布彼此相消干涉。相消干涉起到减轻彩虹效应的作用。在一些实施例中，波导可以是近眼显示器(NED)的一部分。NED用于向用户呈现媒体。NED可以是人工现实系统的一部分。NED包括光源组件和波导。光源组件被配置成发射至少部分相干的图像光。附图简述图1示出了根据一个或更多个实施例的波导的横截面。图2示出了根据一个或更多个实施例的多层光栅的一部分的横截面。图3A示出了根据一个或更多个实施例的具有二维图案的多层光栅的一部分。图3B示出了根据一个或更多个实施例的多层光栅的一部分，该多层光栅在列配置中具有二维图案。图4示出了根据一个或更多个实施例的具有二维图案和非正交光栅矢量的多层光栅的一部分的俯视图。图5示出了根据一个或更多个实施例的具有二维图案和多个间隔层的多层光栅的一部分的侧视图。图6是根据一个或更多个实施例的用于制造多层光栅的制造系统的框图。图7是示出根据一个或更多个实施例的由图6的制造系统执行的制造多层光栅元件的过程的流程图。图8A示出了根据一个或更多个实施例的由图6的制造系统产生多层光栅元件的过程。图8B示出了根据一个或更多个实施例，通过图6的制造系统产生具有一个或更多个间隔层的多层光栅元件的过程。图9是根据一个或更多个实施例的具有多层光栅的近眼显示器(NED)的示意图。图10示出了根据实施例的波导显示器的等距视图(isometricview)。附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到本文示出的结构和方法的替代实施例可以被采用而不偏离本文所述的本公开的原理或所推崇的益处。具体实施方式本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixedreality，MR)、混杂现实(hybridreality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容组合的所生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观众产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式被使用(例如在人工现实中执行活动)。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观众提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。多层光栅是用于彩虹减少的衍射光栅。多层光栅包括多个图案化层，这些图案化层被布置成形成二维衍射光栅。每个图案化层与相邻图案化层平移地对称，并且具有在至少一维上从相邻图案化层偏移半个图案周期的图案。因此，每个图案化层具有与相邻图案化层的折射率分布相同但反相(inverted)的折射率分布。相邻折射率分布中的这种关系允许由不同图案化层产生的一个或更多个非零衍射级彼此相消干涉，从而减轻彩虹效应。此外，由于相邻折射率分布之间的关系可能出现在不止一个维度上，所以多层光栅能够在多个维度上减轻彩虹效应。在一些实施例中，多层光栅是波导的一部分。并且在一些实施例中，波导可以是近眼显示器(NED)的一部分。NED用于向用户呈现媒体。NED可以是人工现实系统的一部分。NED包括光源组件和波导。光源组件被配置成发射至少部分相干的图像光。图1示出了根据一个或更多个实施例的波导105的横截面100。在一些实施例中，波导105是近眼显示器的部件(例如，作为显示器的输出波导的一部分)，如下面参考图9和10所讨论的。在替代实施例中，波导105是某个其他NED或其他将显示图像光导向特定位置的系统的一部分。波导105包括耦入元件110、波导主体120和多层光栅130。耦入元件110将光140耦入到波导主体120中。耦入元件110可以是例如衍射光栅、全息光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱镜表面元件、全息反射器阵列、多层光栅(类似于多层光栅130)及它们的某种组合。例如，在耦入元件110是一种衍射光栅的实施例中，选择衍射光栅的间距，使得发生全内反射，并且图像光140在波导主体120内部传播。例如，衍射光栅的间距可以在300nm至600nm的范围内。波导主体120在至少一个维度上扩展内部反射光。例如，如图1所示，波导主体120可以在y和/或x维度上扩展光140。波导主体120可以由一种或更多种有助于光140的全内反射的材料组成。波导主体120可以由例如硅、塑料、玻璃或聚合物或它们的某种组合组成。在一些实施例中，波导主体120具有相对较小的形状因子。例如，波导主体120沿x方向约50mm宽，沿y方向约30mm长以及沿Z方向约0.5mm-1mm厚。多层光栅130将一些光140从波导主体120去耦。多层光栅130可以是一维光栅(例如，沿一维衍射光)或二维光栅(例如，沿二维衍射光)。多层光栅130包括多个层(未示出)。多个层包括多个图案化层，并且可以可选地包括一个或更多个间隔层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导，包括：/n波导主体，其被配置为当光在所述波导主体内传播时，在至少一个维度上扩展接收的图像光；/n输入光栅，其被配置为将图像光耦入到所述波导主体中；和/n多层光栅，其包括被布置成形成二维光栅的多个层，所述多个层包括至少第一图案化层和第二图案化层，所述第一图案化层包括以第一图案布置的多种不同材料，使得所述第一图案化层具有第一折射率分布，并且所述第二图案化层包括以第二图案布置的多种不同材料，使得所述第二图案化层具有相对于所述第一折射率分布反相的第二折射率分布，并且所述多层光栅被配置为将扩展后的图像光的第一部分输出到视窗，/n其中入射到所述第一图案化层和所述第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线，并且所述第一衍射光线和所述第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布彼此相消干涉。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180803 US 16/054,8671.一种波导，包括：
波导主体，其被配置为当光在所述波导主体内传播时，在至少一个维度上扩展接收的图像光；
输入光栅，其被配置为将图像光耦入到所述波导主体中；和
多层光栅，其包括被布置成形成二维光栅的多个层，所述多个层包括至少第一图案化层和第二图案化层，所述第一图案化层包括以第一图案布置的多种不同材料，使得所述第一图案化层具有第一折射率分布，并且所述第二图案化层包括以第二图案布置的多种不同材料，使得所述第二图案化层具有相对于所述第一折射率分布反相的第二折射率分布，并且所述多层光栅被配置为将扩展后的图像光的第一部分输出到视窗，
其中入射到所述第一图案化层和所述第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线，并且所述第一衍射光线和所述第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布彼此相消干涉。


2.根据权利要求1所述的波导，其中：
所述第一图案化层由第一材料和第二材料在第一维度上的多个交替实例组成；和
所述第二图案化层由所述第一材料和所述第二材料在所述第一维度上的多个交替实例组成，并且所述第二图案化层中的第一材料的每个实例与所述第一图案化层中的第二材料的相应实例对准，并且所述第二图案化层中的第二材料的每个实例与所述第一图案化层中的第一材料的相应实例对准。


3.根据权利要求2所述的波导，其中所述多个层形成多个结构，并且所述多个结构中的每个结构与相邻结构至少分开阈值距离。


4.根据权利要求3所述的波导，其中所述多个结构中的每个结构具有从由以下项组成的组中选择的形状：具有圆形横截面的圆柱、具有圆形横截面的矩形柱、以及球形。


5.根据权利要求1所述的波导，其中：
所述第一图案化层由第一材料和第二材料在第一维度和与所述第一维度正交的第二维度上的多个交替实例组成；和
所述第二图案化层由所述第一材料和所述第二材料在所述第一维度和所述第二维度上的多个交替实例组成，并且所述第二图案化层中的第一材料的每个实例与所述第一图案化层中的第二材料的相应实例对准，并且所述第二图案化层中的第二材料的每个实例与所述第一图案化层中的第一材料的相应实例对准。


6.根据权利要求1所述的波导，其中所述多个层包括至少一个间隔层。


7.根据权利要求6所述的波导，其中所述间隔层是滤光器。


8.根据权利要求1所述的波导，其中所述多层光栅具有非正交光栅矢量。


9.根据权利要求1所述的波导，其中所述第一衍射光线和所述第二衍射光线对应于第一负衍射级。


10.根据权利要求1所述的波导，其中所述波导是近眼显示器的部件。


11.一种近眼显示器(NED)，包括：
光源组件，其被配置为发射至少部分相干的图像光；

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·施普顿，朱塞佩·卡拉菲奥雷，帕西·萨里科，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US