用于传输光的波导件制造技术

一种光学装置包括堆叠，该堆叠包括与第二弯曲光学元件堆叠的第一弯曲光学元件。第二弯曲光学元件通过全内反射传播光。堆叠亦包括将光输入耦合到第二光学元件中的输入耦合衍射光栅及穿过第二弯曲光学元件光学地耦合到输入耦合衍射光栅的输出耦合衍射光栅。输出耦合衍射光栅导引光。第一弯曲光学元件具有第一折射率，第二弯曲光学元件具有第二折射率，并且第一折射率与第二折射率相差约0.15至1.2。第一折射率与第二折射率相差约0.15至1.2。第一折射率与第二折射率相差约0.15至1.2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于传输光的波导件
[0001]本申请要求于2019年2月13日提交的美国临时申请序列号第62/804,967号的优先权权益，该申请的内容依赖于此并且其全部内容以引用方式并入本文中。


[0002]本公开关于用于导向光的波导件，例如，将光导引至头戴式显示器的波导件。

技术介绍

[0003]归因于光投影技术的近期进展，头戴式显示器的可用性和普及已增长。头戴式显示器现能够将数字、虚拟图像呈现给用户。可表示物体或其他信息的虚拟图像似乎在用户的周围环境存储器在。这通常通过将光从光学元件(例如，透镜)的各个位置直接投射到用户的眼睛来实现。头戴式显示器也被称为接近眼睛或近眼(near
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eye)装置。这些术语参考图像形成的光学计算，该计算与传统电子显示器(例如，监控器屏幕)不同。针对头戴式显示器的用户，若用户与周围环境隔离，同时被呈现虚拟图像，则视觉体验经常称为“虚拟现实”。术语“增强现实”经常描述视觉体验，其中将虚拟图像作为对真实世界环境的覆盖而呈现给用户，从而增强由用户接收的视觉信息。并且，当视觉体验允许用户与似乎整合到用户的真实世界环境中的虚拟对象交互时，体验经常称为“混合现实”。
[0004]“非沉浸式”头戴式显示器使用光导引组件来将数字信息投射到用户的眼睛。光导引组件使大部分的用户视场缺乏数字信息
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非沉浸式视觉体验。手机虚拟现实头戴式设备是“沉浸式”头戴式显示器的示例。用户将他们的移动电话安装到头戴式设备上。随后将头戴式设备安装到用户身上，因此移动电话的屏幕覆盖大部分的用户视场
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沉浸式视觉体验。在这些类型的头戴式显示器中，额外光学元件(例如，眼镜镜片)是可选的且并非需要。在另一示例中，沉浸式头戴式显示器可以将光导向穿过一或多层透明材料，当堆叠时，该透明材料类似跨越用户的大部分视场的眼镜镜片。此类型的头戴式显示器能够通过将光投射到用户的眼睛中来产生混合现实体验。这似乎来自用户的视场的各个点(例如，来自透镜的后表面上的不同点)。其仍同时允许现实环境完全可见。但这些类型的头戴式显示器是大型的，并且在公共场所中不适于使用，这是由于它们可吸引来自旁观者和路人的不想要的注意。
[0005]目前，广泛适用头戴式显示器的阻碍是成本、大小、电子挑战、光学挑战、社交接受度挑战等等。例如，与其他社交上更加可接受的眼镜(例如，验光眼镜、太阳镜)相比，已知头戴式显示器大得多且明显。减小向用户眼睛提供光传输的光学元件的大小成为挑战。

技术实现思路

[0006]在本领域中需要能够实现用于虚拟、增强、及混合现实应用的光投影的低成本、分立的光学元件。
[0007]根据第一实施例，一种光学装置包含弯曲光学元件的堆叠。堆叠包含与第二弯曲光学元件堆叠的第一弯曲光学元件。第二弯曲光学元件经构造为通过全内反射传播光。堆叠进一步包含经构造为将光输入耦合到第二弯曲光学元件中的输入耦合衍射光栅及穿过
第二弯曲光学元件光学地耦合到输入耦合衍射光栅的输出耦合衍射光栅，输出耦合衍射光栅经构造为导引光。第一弯曲光学元件具有第一折射率，第二弯曲光学元件具有第二折射率，并且第一折射率与第二折射率相差约0.15至1.2。
[0008]第二实施例包括第一实施例的光学装置，其中堆叠进一步包含与第二弯曲光学元件堆叠的第三弯曲光学元件。第三弯曲光学元件经构造为保护第二弯曲光学元件并且具有与第二折射率相差约0.15至1.2的第三折射率。
[0009]第三实施例包括第一或第二实施例的光学装置，其中第一和/或第三折射率高于第二折射率。
[0010]第四实施例包括第一或第二实施例的光学装置，其中第一和/或第三折射率低于第二折射率。
[0011]第五实施例包括第一、第二、或第四实施例的光学装置，其中第一和/或第三折射率在大约1.4
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1.6之间并且第二折射率大于约1.7。
[0012]第六实施例包括先前实施例的任一者，其中输出耦合衍射光栅进一步构造为将光的至少一部分重新导引到第二弯曲光学元件中。
[0013]第七实施例包括先前实施例的任一者，其中输出耦合衍射光栅进一步构造为将光的至少一部分输出耦合到第一弯曲光学元件中。
[0014]第八实施例包括先前实施例的任一者，其中输出耦合衍射光栅沿着在第一与第二弯曲光学元件之间的界面定位、沿着在第二与第三弯曲光学元件之间的界面定位、或在第二弯曲光学元件内部定位。
[0015]第九实施例包括先前实施例的任一者，其中输入耦合衍射光栅沿着在第一与第二弯曲光学元件之间的界面定位、沿着在第二与第三弯曲光学元件之间的界面定位、或在第二弯曲光学元件内部定位。
[0016]第十实施例包括先前实施例的任一者，其中输出耦合衍射光栅包含反射光栅或折射光栅。
[0017]第十一实施例包括先前实施例的任一者，其中输入耦合衍射光栅包含反射光栅或折射光栅。
[0018]第十二实施例包括第十或第十一实施例的光学装置，其中输出耦合衍射光栅及输入耦合衍射光栅进一步构造为使用负一级传输、正一级传输、负一级反射、和/或一级反射导引光。
[0019]第十三实施例包括先前实施例的任一者，其中光在与输入耦合光栅相互作用之前穿过第一弯曲光学元件传输。
[0020]第十四实施例包括先前实施例的任一者，其中光在与输入耦合衍射光栅相互作用之前不穿过第一弯曲光学元件传输。
[0021]第十五实施例包括先前实施例的任一者，光学装置进一步包含在第一与第二弯曲光学元件之间定位的中间层、和/或在第二与第三弯曲光学元件之间定位的另一中间层。
[0022]第十六实施例包括第十五实施例的光学装置，其中中间层和/或另一中间层包含气隙或黏合材料。
[0023]第十七实施例包括先前实施例的任一者，其中光包含红色、绿色、和/或蓝色波长。
[0024]第十八实施例包括任何先前实施例，其中第一、第二、和/或第三弯曲光学元件包
含经构造为支撑光学装置并且防止光学装置弯曲的刚性主体。
[0025]第十九实施例包括先前实施例的任一者，其中光学装置进一步包含大于约基础2、基础4、基础6、基础8、或基础10的基础曲线。
[0026]第二十实施例包括先前实施例的任一者，其中第二弯曲光学元件的厚度不超过约1000微米、800微米、或600微米。
[0027]第二十一实施例包括先前实施例的任一者，其中光学装置的厚度不超过约15mm、12mm、11mm、或10mm。
[0028]第二十二实施例包括先前实施例的任一者，其中第二弯曲光学元件包含氮化硅、氮氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化钽、氮氧化钽、二氧化钛、或氧化锆、氧化钪、氧化铌、钛酸镧、氧化镧、二氧化铈、氧化镨、或氧化钇。
[0029]第二十三实施例包括先前实施例的任一者，其中第一和/或第三光学元件包含聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、苯乙烯丙烯酸酯、聚碳酸酯、CR
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39、聚苯乙烯、聚醚酰亚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学装置，包含：弯曲光学元件的堆叠，所述堆叠包含：与第二弯曲光学元件堆叠的第一弯曲光学元件，其中所述第二弯曲光学元件经构造为通过全内反射传播光；输入耦合衍射光栅，经构造为将所述光输入耦合到所述第二弯曲光学元件中；以及输出耦合衍射光栅，穿过所述第二弯曲光学元件光学地耦合到所述输入耦合衍射光栅，所述输出耦合衍射光栅经构造为导引所述光，其中所述第一弯曲光学元件具有第一折射率，其中所述第二弯曲光学元件具有第二折射率，并且其中所述第一折射率与所述第二折射率相差约0.15至1.2。2.如权利要求1所述的光学装置，其中：所述堆叠进一步包含与所述第二弯曲光学元件堆叠的第三弯曲光学元件；所述第三弯曲光学元件经构造为保护所述第二弯曲光学元件；并且所述第三弯曲光学元件具有与所述第二折射率相差约0.15至1.2的第三折射率。3.如权利要求1或2所述的光学装置，其中所述第一折射率和/或所述第三折射率高于所述第二折射率。4.如权利要求1或2所述的光学装置，其中所述第一折射率和/或所述第三折射率低于所述第二折射率。5.如权利要求1至4中任一项所述的光学装置，其中所述第一折射率和/或所述第三折射率在约1.4
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1.6之间，并且所述第二折射率大于约1.7。6.如权利要求1至5中任一项所述的光学装置，其中所述输出耦合衍射光栅进一步被构造为将所述光的至少一部分重新导引到所述第二弯曲光学元件中。7.如权利要求1至6中任一项所述的光学装置，其中所述输出耦合衍射光栅进一步构造为将所述光的至少一部分输出耦合到所述第一弯曲光学元件中。8.如权利要求1至7中任一项所述的光学装置，其中所述输出耦合衍射光栅沿着在所述第一弯曲光学元件与所述第二弯曲光学元件之间的界面定位、沿着在所述第二弯曲光学元件与所述第三弯曲光学元件之间的另一个界面定位、或在所述第二弯曲光学元件内部定位。9.如权利要求1至8中任一项所述的光学装置，其中所述输入耦合衍射光栅沿着在所述第一弯曲光学元件与所述第二弯曲光学元件之间的界面定位、沿着在所述第二弯曲光学元件与所述第三弯曲光学元件之间的另一个界面定位、或在所述第二弯曲光学元件内部定位。10.如权利要求1至9中任一项所述的光学装置，其中所述输出耦合衍射光栅包含反射光栅或折射光栅。11.如权利要求1至10中任一项所述的光学装置，其中所述输入耦合衍射光栅包含反射光栅或折射光栅。12.如权利要求10或11中任一项所述的光学装置，其中所述输出耦合衍射光栅和所述输入耦合衍射光栅进一步构造为使用负一级传输、正一级传输、负一级反射、和/或正一级反射导引光。
13.如权利要求1至12中任一项所述的光学装置，其中所述光在与所述输入耦合光栅相互作用之前穿过所述第一弯曲光学元件传输。14.如权利要求1至12中任一项所述的光学装置，其中所述光在与所述输入耦合光栅相互作用之前不穿过所述第一弯曲光学元件传输。15.如权利要求1至14中任一项所述的光学装置，进一步包含在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：