串列耦入光学元件制造技术

一种显示系统包括具有多个波导的波导组件，每个波导与被配置为将光耦入到相关联的波导中的耦入光学元件相关联。投影仪从一个或多个空间分离光瞳输出光，并且所述光瞳中的至少一个输出具有两个不同波长范围的光。用于两个或两个以上波导的耦入光学元件彼此串列，例如，垂直对准，以使得所述耦入光学元件在所述两个不同波长范围的光路中。第一波导的耦入光学元件选择性地将具有一个波长范围的光耦入到所述波导中，而第二波导的耦入光学元件选择性地耦入具有另一波长范围的光。吸收性滤色器被提供在耦入光学元件的前面以限制不期望波长的光到该耦入光学元件的传播。长的光到该耦入光学元件的传播。长的光到该耦入光学元件的传播。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】串列耦入光学元件
[0001]优先权主张
[0002]本申请要求来自于2019年2月1日提交并且题为“INLINE IN
‑
COUPLING OPTICAL ELEMENTS(串列耦入光学元件)”的美国临时申请号62/800,316的优先权，其整体通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及光学系统，包括增强现实成像和可视化系统。

技术介绍

[0004]现代计算和显示技术已经利于用于所谓的“虚拟现实”或者“增强现实”体验的系统的发展，其中，数字再现图像或其部分以其看起来真实或者可以被感知为真实的方式被呈现给用户。虚拟现实或者“VR”场景典型地涉及数字或者虚拟图像信息的呈现，而对于其他实际现实世界视觉输入不透明；增强现实或者“AR”场景典型地涉及将数字或者虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或者“MR”场景是一种类型的AR场景并且典型地涉及被集成到自然界中并且响应于自然界的虚拟对象。例如，MR场景可以包括看起来由现实世界中的对象阻挡或另外被感知为与现实世界中的对象相互作用的AR图像内容。
[0005]参考图1，描绘了增强现实场景1。AR技术的用户看到以背景中的人、树、建筑为特征的现实世界公园般的设置20，以及混凝土平台30。用户还感知到他/她“看到”“虚拟内容”，诸如站在现实世界平台30上的机器人雕像40，以及飞行的卡通式的化身人物50，其似乎是大黄蜂的拟人化。这些元素50、40是“虚拟的”，因为其不存在于现实世界中。由于人类视觉感知系统是复杂的，因而产生利于其他虚拟或现实世界影像元素中间的虚拟图像元素的舒适的、自然感觉的、丰富呈现的AR技术是具挑战性的。
[0006]本文所公开的系统和方法解决与AR和VR技术有关的各种挑战。

技术实现思路

[0007]头戴式显示系统可以被配置为将光投射到用户的眼睛以将增强现实图像内容显示在用户的视场中。所述头戴式显示系统可以包括被配置为支撑在所述用户的头部上的框架。所述头戴式显示系统还可以包括设置在所述框架上的目镜。所述目镜的至少一部分可以是透明的并且当所述用户穿戴所述头戴式显示器时设置在所述用户的眼睛前面的位置处，使得所述透明部分将光从所述用户前面的环境透射到所述用户的眼睛以在所述用户前面提供该环境的视图。所述目镜可包括设置为将光引导到所述用户的眼睛中以形成增强现实图像内容的一个或多个波导。
[0008]所述头戴式显示系统的各种实施例包括具有输出具有多个波长范围(例如，两个或三个波长范围)的光(例如，图像光)的光瞳的投影仪。每个波长范围可包括一个或多个波长。在一些实施例中，所述头戴式显示系统包括波导组件，该波导组件包括多个波导，该多
个波导彼此堆叠并且被配置为接收从所述投影仪的光瞳输出的具有多个波长范围的光。所述多个波导中的每个波导可包括耦入光学元件，该耦入光学元件被配置为耦入具有来自从所述投影仪的光瞳输出的光的多个波长范围中的一个的光。所述头戴式显示系统的各种实施例可包括具有两个分离光瞳的投影仪，所述分离光瞳中的一个被配置为输出具有第一波长范围和与所述第一波长范围不同的第二波长范围的光；并且所述分离光瞳中的另一个被配置为输出具有与所述第一波长范围和所述第二波长范围不同的第三波长范围的光。在一些这样的实施例中，所述头戴式显示系统包括波导组件，该波导组件包括至少三个波导，该至少三个波导彼此堆叠并且被配置为接收从所述投影仪的两个分离光瞳输出的具有所述第一波长范围、所述第二波长范围、和所述第三波长范围的光。所述波导组件中的至少三个波导中的每一个包括：第一耦入光学元件，其被配置为耦入具有所述第一波长范围的光；第二耦入光学元件，其被配置为耦入具有所述第二波长范围的光；以及第三耦入光学元件，其被配置为耦入具有所述第三波长范围的光。所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件被配置为耦入具有从所述分离光瞳中的一个输出的第一和第二波长范围的光。所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件可以至少部分地空间重叠，而被配置为耦入具有所述第三波长的光的所述第三耦入光学元件可以与所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件空间分离。
[0009]在一些实施例中，提供了一种显示系统。所述显示系统包括用于输出用于形成全色图像的图像光的投射系统。所述显示系统还包括波导的堆叠。所述波导的堆叠包括具有第一耦入光学元件的第一波导，该第一耦入光学元件被配置为接收所述图像光和耦入具有第一分量颜色的图像光。所述波导的堆叠还包括在所述第一波导下层并且具有第二耦入光学元件的第二波导，该第二耦入光学元件被配置为接收所述图像光和耦入具有第二分量颜色的图像光。所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件相对于彼此横向移位所述第一和第二耦入光学元件的最短宽度的5
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50％，如在自上而下视图中可见。
[0010]在一些实施例中，所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件相对于彼此横向移位所述第一和第二耦入光学元件的最短宽度的10
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25％，如在自上而下视图中可见。在一些实施例中，所述投射系统具有用于输出所述图像光的单个出射光瞳。在一些实施例中，所述显示系统还包括所述图像光的光路中的滤色器，所述滤色器设置在所述第一耦入光学元件与第二耦入光学元件之间。所述滤色器可以相对于所述第一耦入光学元件横向移位与所述第二耦入光学元件相同的量。在一些实施例中，所述滤色器是吸收性滤色器。在一些实施例中，所述显示系统还可包括在所述第二波导下层并且具有第三耦入光学元件的第三波导，该第三耦入光学元件被配置为接收所述图像光和耦入具有第三分量颜色的图像光。在一些实施例中，所述第三耦入光学元件相对于所述第二耦入光学元件横向移位所述第二和第三耦入光学元件的最短宽度的5
‑
50％，如在自上而下视图中可见。在一些实施例中，所述第一、第二、和第三耦入光学元件构成用于在第一深度平面上形成图像的第一波导集，并且所述显示系统还包括用于在第二深度平面上形成图像的第二波导集，其中，所述第一和第二波导集输出具有彼此不同的波前发散量的光。在一些实施例中，所述第二波导集包括第四、第五、和第六波导，每个波导具有相应的第四、第五、和第六耦入光学元件。在一些实施例中，所述第四耦入光学元件和所述第五耦入光学元件相对于彼此横向移位所述第四和第五耦入光学元件的最短宽度的5
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50％，如在自上而下视图中可见。在一些实施例中，所述第
五耦入光学元件和所述第六耦入光学元件相对于彼此横向移位所述第五和第六耦入光学元件的最短宽度的5
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50％，如在自上而下视图中可见。
[0011]本文所公开的系统、方法和设备各自具有多个创新方面，其中没有单独一个仅负责本文所公开的期望的属性。下文提供了各种示例系统和方法。
[0012]示例1：一种显示系统，包括：
[0013]波导的堆叠，其包括：
[0014]第一吸收性光学滤波器，其对于具有第一波长范围的光透射并且对于与所述第一波长范围不同的波长的光吸收；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种显示系统，包括：波导的堆叠，其包括：第一吸收性光学滤波器，其对于第一波长范围的光透射并且对于与所述第一波长范围不同的波长的光吸收；第一耦入光学元件，其被配置为接收通过所述第一吸收性光学滤波器透射的光；以及第一波导，其具有第一主表面和第二主表面，其中，所述第一耦入光学元件被配置为将所述第一波长范围的光耦入到所述第一波导中。2.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一耦入光学元件在所述第一波导的所述第一主表面或者所述第一波导的所述第二主表面上。3.根据任何权利要求1所述的显示系统，还包括：第二吸收性光学滤波器，其在所述第一波导的所述第一或第二主表面中的一者或两者上，其中，如在自上而下视图中可见，所述第一吸收性光学滤波器与所述第二吸收性光学滤波器横向移位。4.根据任何权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一吸收性光学滤波器包括染料。5.根据任何权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一耦入光学元件被配置为透射具有与所述第一波长范围不同的波长范围的光。6.根据任何权利要求1所述的显示系统，其中，所述波导的堆叠还包括：第二波导，其具有第一主表面和第二主表面；第二耦入光学元件，其被配置为将通过所述第一吸收性光学滤波器和所述第一耦入光学元件透射并且具有与所述第一波长范围不同的第二波长范围的光耦入到所述第二波导中。7.根据任何权利要求6所述的显示系统，其中，所述第一耦入光学元件的至少一部分和所述第二耦入光学元件的至少一部分彼此横向重叠，如在自上而下视图中可见。8.根据任何权利要求6所述的显示系统，还包括：第三波导，其在所述第一波导的后面，所述第三波导具有第一主表面和第二主表面；以及第三耦入光学元件，其被配置为将来自所述入射光束的具有第三波长范围的光耦入到所述第三波导中。9.根据权利要求8所述的显示系统，其中，所述第三耦入光学元件在所述第三波导的所述第一主表面或者所述第三波导的所述第二主表面中的一个上。10.根据任何权利要求8所述的显示系统，其中，所述第三耦入光学元件的至少一部分与所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件横向重叠。11.根据任何权利要求8所述的显示系统，还包括：第四吸收性光学滤波器，其在所述第三耦入光学元件的前面并且在所述第二波导与所述第三波导之间。12.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述第三光学滤波器包括染料。13.根据权利要求6所述的显示系统，其中，所述第二耦入光学元件在所述第二波导的所述第一主表面或者所述第二波导的所述第二主表面上。14.根据任何权利要求13所述的显示系统，其中，所述第二波导在所述第一波导的前
面，还包括：第三吸收性光学滤波器，其在所述第二波导的主表面上并且与所述第二耦入光学元件横向移位，所述第三吸收性光学滤波器被配置为吸收具有与所述第二波长范围不同的波长的耦入光。15.根据权利要求14所述的显示系统，其中，所述第三吸收性光学滤波器包括染料。16.一种显示系统，包括：波导组件的堆叠，其包括：第一波导组件，包括：第一波导，其具有第一主表面和第二主表面；以及第一耦入光学元件，其被配置为接收第一入射光束；其中，所述第一耦入光学元件被配置为将来自所述入射光束的具有第一波长范围的光耦入到所述第一波导中；以及第二波导组件，包括：第二波导，其具有第一主表面和第二主表面；以及第二耦入光学元件，其被配置为接收第二入射光束；其中，所述第二耦入光学元件被配置为将来自所述第二入射光束的具有第二波长范围的光耦入到所述第二波导中，其中，所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件彼此横向移位，如在面对所述第一和第二波导的主表面的自上而下视图中可见。17.根据权利要求16所述的显示系统，其中，所述波导的堆叠还包括：第三波导组件，包括：第三波导，其具有第一主表面和第二主表面；第三耦入光学元件，其被配置为接收所述第一入射光束，其中，所述第三耦入光学元件被配置为将来自所述入射光束的具有与所述第一波长范围和所述第二波长范围不同的第三波长范围的光耦入到所述第三波导中；以及光学滤波器，其在所述第一波导与所述第三波导之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：