基于双折射聚合物的表面起伏光栅制造技术

一种波导显示器包括对于可见光或近红外光中的至少一个透明的基板；以及基板上的光栅。所述光栅包括使用双折射材料形成的脊，并且所述脊被配置为将处于第一偏振态的入射光选择性地耦合进或出所述基板。所述脊中的所述双折射材料的特征在于平行于包括所述光栅的光栅矢量的平面的光轴。光栅矢量的平面的光轴。光栅矢量的平面的光轴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于双折射聚合物的表面起伏光栅

技术介绍

[0001]诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统的人工现实系统通常包括近眼显示器(例如，形式为头戴耳机或眼镜)，该近眼显示器被配置为经由用户眼前例如约10
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20mm内的电子或光学显示器向用户呈现内容。近眼显示器可以现实虚拟对象或组合真实对象与虚拟对象的图像，就像在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)应用中那样。例如，在AR系统中，用户可以例如通过透明显示器眼镜或透镜(常常称为光学透视)进行观看，来查看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围的环境两者。
[0002]光学透视AR系统的一个示例可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以被耦合进波导(例如，透明基板)，在波导内传播，并在不同位置处被耦合出波导。在一些实施方式中，可以使用诸如表面起伏光栅或体布拉格光栅的衍射光学元件将投影图像的光耦合进或出波导。

技术实现思路

[0003]本公开总体上涉及表面起伏光栅。更具体而言，本文所公开的是表面起伏光栅，该表面起伏光栅是偏振敏感的，并且能够优先衍射特定偏振态的入射光。在一个示例中，一种表面起伏光栅可以包括由双折射材料制成的脊，其中表面起伏光栅中双折射材料的光轴可以平行于包括表面起伏光栅的光栅矢量的平面。该表面起伏光栅可以包括外涂层，该外涂层的特征在于与双折射材料的多个折射率中的一折射率大致匹配的折射率。本文描述的各种专利技术实施例包括装置、系统和方法等。
[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种波导显示器，该波导显示器可以包括对于可见光或近红外光中的至少一个透明的基板；以及基板上的光栅；其中该光栅可以包括使用双折射材料形成的脊，并且该脊可以被配置为将处于第一偏振态的入射光选择性地耦合进或出该基板；脊中的双折射材料的特征在于平行于包括光栅的光栅矢量的平面的光轴。在一些实施例中，该平面可以包括光栅的光栅矢量和脊的横向延伸方向。该光栅可以包括透射式光栅或反射式光栅，并且可以包括一维光栅或二维光栅。
[0005]在一些实施例中，双折射材料的特征可以在于大于0.05，诸如大于0.1的双折射率。该双折射材料可以包括双折射聚合物、双折射陶瓷、配向型(aligned)液晶聚合物或配向型单晶有机物分子中的至少一种。例如，该双折射材料可以包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯。在一些实施例中，该双折射材料可以包括单轴双折射材料或双轴双折射材料。在一些实施例中，脊中的双折射材料的特征可以在于平行于包括光栅的光栅矢量的平面的较高折射率轴。
[0006]在一些实施例中，波导显示器还包括外涂层，该外涂层的特征在于与双折射材料的较低折射率匹配的折射率。在一些实施例中，光栅可以被配置为以第一角度将处于第一偏振态的入射光选择性地耦合进基板，使得耦合进基板的入射光通过全内反射在基板内传播。在一些实施例中，波导显示器可以包括第二光栅，该第二光栅被配置为将处于第一偏振态并且在基板内传播的入射光选择性地耦合出基板。在一些实施例中，波导显示器还可以
包括被配置为生成处于第一偏振态的入射光的光源或偏振器。
[0007]在一些实施例中，波导显示器可以包括偏振选择性反射层，该偏振选择性反射层在基板上并且被配置为反射处于与第一偏振态不同的第二偏振态的光，其中偏振选择性反射层和光栅可以在基板的相对侧上。在一些实施例中，波导显示器可以包括第二光栅，该第二光栅在基板上并且被配置为反射式衍射处于第二偏振态的光，其中第二光栅和光栅可以在基板的相对侧上。
[0008]根据本专利技术的第二方面，提供了一种表面起伏光栅，该表面欺负光栅包括：基板；以及使用双折射材料形成的多个脊，其中多个脊中的双折射材料的特征在于平行于包括该表面起伏光栅的光栅矢量的平面的光轴，使得该表面起伏光栅可以将处于第一偏振态的入射光选择性地耦合进或出基板。在一些实施例中，基板可以包括反射表面。在一些实施例中，多个脊可以包括三维微结构的二维阵列。在一些实施例中，多个脊的特征可以在于大于所述表面起伏光栅中的入射光的波长的间距。在一些实施例中，三维微结构的二维阵列可以包括圆柱形柱、立方体柱、腔或棱锥中的至少一种。
[0009]在一些实施例中，双折射材料可以包括单轴双折射材料或双轴双折射材料，该单轴双折射材料或双轴双折射材料可以包括双折射聚合物、双折射陶瓷、配向型液晶聚合物、或配向型有机分子中的至少一种并且其特征可以在于大于0.1的双折射率。在一些实施例中，双折射材料可以包括单轴双折射材料，并且光轴可以平行于处于第一偏振态的入射光的偏振方向。在一些实施例中，表面起伏光栅可以包括在多个脊上的外涂层，其中外涂层的特征可以在于与双折射材料的折射率(例如，较低折射率或较高折射率)匹配的折射率。
[0010]本
技术实现思路
既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或全部附图以及每条权利要求来理解本主题。在下文中，在以下说明书、权利要求和附图中，将更详细地描述前述内容连同其他特征和示例。
附图说明
[0011]下文参考以下附图来详细描述例示性实施例。
[0012]图1是根据特定实施例的包括近眼显示器系统的人工现实系统环境的示例的简化框图。
[0013]图2是用于实施本文所公开的一些示例的头戴式显示器(HDM)装置形式的近眼显示器系统的示例的透视图。
[0014]图3是用于实施本文所公开的一些示例的眼镜形式的近眼显示器系统的示例的透视图。
[0015]图4示出了根据特定实施例的包括用于出瞳扩展的波导显示器的光学透视增强现实系统的示例。
[0016]图5A示出了根据特定实施例的包括波导显示器的近眼显示器装置的示例。图5B示出了根据特定实施例的包括波导显示器的近眼显示器装置的示例。
[0017]图6A示出了反射式体布拉格光栅(VBG)的示例的频谱带宽和透射式表面起伏光栅(SRG)的示例的频谱带宽。图6B示出了反射式VBG的示例的角带宽和透射式SRG的示例的角带宽。
[0018]图7A
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图7D示出了根据特定实施例的具有不同截面的一维表面起伏光栅的示例。
[0019]图8A
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图8D示出了根据特定实施例的2维衍射光栅的示例。
[0020]图9A示出了单轴双折射材料的指示量(indicatrix)的示例。图9B示出了双轴双折射材料的指示量的示例。
[0021]图10A示出了根据特定实施例的包括具有第一光轴方向的单轴双折射材料的光栅的示例对p偏振波的衍射。图10B示出了根据特定实施例的包括具有第一光轴方向的单轴双折射材料的光栅的示例对s偏振波的衍射。图10C示出了根据特定实施例的包括具有第二光轴方向的单轴聚合物的光栅的示例对s偏振波的衍射。图10D示出了根据特定实施例的包括具有第二光轴方向的单轴聚合物的光栅的示例对p偏振波的衍射。
[0022]图11A示出了根据特定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种波导显示器，包括：基板，所述基板对于可见光或近红外光中的至少一个透明；以及所述基板上的光栅，其中：所述光栅包括脊，所述脊使用双折射材料形成，并且所述脊被配置为将处于第一偏振态的入射光选择性地耦合进或出所述基板；并且所述脊中的所述双折射材料的特征在于平行于包括所述光栅的光栅矢量的平面的光轴。2.根据权利要求1所述的波导显示器，其中所述双折射材料的特征在于大于0.05的双折射率；优选地，其中所述双折射材料的特征在于大于0.1的所述双折射率。3.根据权利要求1或2所述的波导显示器，其中所述双折射材料包括双折射聚合物、双折射陶瓷、配向型液晶聚合物或配向型单晶有机物分子中的至少一种；优选地，其中所述双折射材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯。4.根据任一前述权利要求所述的波导显示器，其中所述双折射材料包括单轴双折射材料或双轴双折射材料；优选地，其中所述平面包括所述光栅的所述光栅矢量和所述脊的横向延伸方向。5.根据任一前述权利要求所述的波导显示器，还包括外涂层，所述外涂层的特征在于与所述双折射材料的较低折射率匹配的折射率；优选地，其中所述光栅包括透射式光栅或反射式光栅。6.根据任一前述权利要求所述的波导显示器，其中所述光栅被配置为以第一角度将处于所述第一偏振态的所述入射光选择性地耦合进所述基板，使得耦合进所述基板的所述入射光通过全内反射在所述基板内传播；优选地，其中所述波导显示器还包括第二光栅，所述第二光栅被配置为将处于所述第一偏振态并且在所述基板内传播的所述入射光选择性地耦合出所述基板。7.根据任一前述权利要求所述的波导显示器，还包括光源或偏振器，所述光源或偏振器被配置为生成处于所述第一偏振态的所述入射光；优选地，其中所述脊中的所述双折射材料的特征在于平行于包括所述光栅的所述光栅矢量的所述平面的较高折射率轴。8.根据任一前述权利要求所述的波导显示器，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：