全息波导制造技术

一种波导，至少包括其间具有屏障层的第一光聚合物层和第二光聚合物层，以及分别覆盖第一和第二光聚合物层的第一透明层和第二透明层。波导还能够包括至少一个全息输入耦合器和至少一个全息输出耦合器，其各自被配置为响应于第一波段内的光而不响应于第一波段之外的光，并且还被配置为是透射式的或反射式的。并且还被配置为是透射式的或反射式的。并且还被配置为是透射式的或反射式的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全息波导

技术介绍

[0001]波导是通过全内反射(total internal reflection，TIR)引导光在波导的体积内行进的光学元件。即，波导内的以一定角度范围内的角度照射在波导的边界上的光将被反射回波导中，并因此停留在波导的体积内。波导通常包括输入耦合器，该输入耦合器接收来自光源的光，并将所接收的光以全内反射所需的角度范围内的角度重新引导到波导的体积中。
[0002]波导还能够包括输出耦合器，该输出耦合器接收来自波导内的光，并重新引导光从而以全内反射所需的角度范围之外的角度行进。因此，在波导内行进的照射到输出耦合器上的光能够被重新引导以离开波导的体积。
[0003]波导能够与透明载体材料组合或结合到透明载体材料中，以形成光学组合器，从而允许来自波导外部的环境的光行进穿过波导，并与波导内行进的光“组合”。一种可佩戴平视显示设备(wearable heads
‑
up display device，WHUD)，该可佩戴平视显示设备被配置为由用户佩戴使得光学组合器被定位在用户的眼睛的前方，允许由波导内的光表示的图像被投影到WHUD的用户作为覆盖由用户通过WHUD观看的环境的图像，得到的合成视图也被称为增强现实(augmented reality，AR)。
附图说明
[0004]通过参考附图，更好地理解本公开，并且其许多特征和优点对于本领域技术人员来说是明显的。在不同的附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项。
[0005]图1是具有容纳根据一些实施例的波导的光学组合器的可佩戴平视显示器的俯视剖面示意图。
[0006]图2是根据一些实施例的具有透射式全息输入耦合器和透射式全息输出耦合器的波导系统的正交截面图。
[0007]图3是根据一些实施例的具有反射式全息输入耦合器和反射式全息输出耦合器的图2的全息波导系统的正交截面图。
[0008]图4是根据一些实施例的在相同的光聚合物层中具有多个全息输入耦合器和全息输出耦合器的图2的全息波导系统的正交侧视图。
[0009]图5是根据一些实施例的具有全息输入耦合器和全息输出耦合器的另一全息波导系统的正交截面图。
[0010]图6是示出了根据一些实施例的实施包含多个输入耦合器和输出耦合器的扩展器区域的波导的正交正视图。
[0011]图7至图13是根据一些实施例的光学组合器的顶部剖视图，其中波导由透明载体承载。
具体实施方式
[0012]波导能够由结合在一起的光聚合物层形成，这些光聚合物层能够进一步接合到其
他材料层上，以便形成具有有助于光在波导内的传播的光学特性的层的堆叠。某些光聚合物能够被暴露于特定波长和光角度，从而使干涉图案形成在光聚合物中。这些干涉图案被称为“全息图”，并且能够被配置成在光聚合物层中形成波长敏感光栅。在波导中形成的全息图选择性地透射、反射或重新引导具有在光的窄波段内的波长的光。由于全息图能够将光引导到单个衍射级的效率并且因为类似于多透镜系统的全息图功能能够被实现在平面上，这种全息图被用作用于波导的输入耦合器或输出耦合器，因此减小了波导的主体。
[0013]图1至图13图示采用全息输入耦合器来选择性地将特定波段内的光引导到波导中并采用全息输出耦合器来将光引导出波导的波导的示例性实施方式。全息输入耦合器和输出耦合器能够被配置为反射式或透射式的，从而导致波导内的光在被引导出波导之前沿着波导内的不同光路被引导，典型地朝向用户的眼睛。为了将本文中描述的波导用作WHUD的一部分，波导被耦合到或集成到透明载体材料中以形成光学组合器，该光学组合器能够被实现为由用户的眼睛前方的框架保持的透镜型结构，以允许向用户显示图像，使得图像看起来覆盖用户通过光学组合器可见的环境。
[0014]图1图示采用波导116、118的WHUD 100的俯视剖面示意图。WHUD 100包括要被定位在用户的头部的第一侧上的第一臂102、要被定位在用户的头部第二侧上的第二臂104以及要被定位在用户的头部的前侧(即，用户眼睛前方)的前框架106。前框架106例如通过铰链被耦合到第一臂102和第二臂104中的每一个。图1中表示的框架106能够被配置成具有类似于眼镜的形状，使得波导被支撑在所示的框架106的部分下面。在WHUD 100中，波导116和118中的每一个能够由透明光学载体承载，以便形成光学组合器或“透镜”。这种透镜能够是平面的或弯曲的。光学组合器还能够被配置为向用户提供处方光校正(即，向穿过其中的光施加光焦度)或非处方光校正(即，不向穿过其中的光施加光焦度)。
[0015]第一臂102包括第一光引擎108，并且第二臂104包括第二光引擎110。第一和第二光引擎108、110能够分别被容纳在第一和第二臂102、104内或耦合到第一和第二臂102、104。前框架106被配置成支撑第一波导116和第二波导118。第一和第二波导116、118能够被容纳在前框架106内或耦合到前框架106。
[0016]第一光引擎108被配置成输出代表要由用户观看的显示内容(例如，图像或视频内容)的第一显示光122。第一显示光122被第一波导116重新引导朝向用户的第一眼睛120，使得用户能够看到显示内容。在WHUD 100的情况下，第一波导116包括波导组合器，该波导组合器包括输入耦合器130和输出耦合器132。来自第一光引擎108的第一显示光122照射在输入耦合器130上，并被重新引导到第一波导116中，其中第一显示光122通过TIR被导引通过波导。随后，波导116中的第一显示光122照射到输出耦合器132上，该输出耦合器将第一显示光122重新引导出波导116并朝向用户的第一眼睛120。
[0017]类似地，第二波导118包括输入耦合器134和输出耦合器136。来自第二光引擎110的第二显示光124照射在输入耦合器134上，并被重新引导到第二波导118中，其中第二显示光124通过全内反射被导引通过波导118。随后，第二波导118中的第二显示光124照射到输出耦合器136上，该输出耦合器将第二显示光124重新引导出波导118并朝向用户的第二眼睛126。
[0018]进一步，如图1所图示的WHUD 100是双目显示器，其中提供向第一眼睛120呈现第一显示光122的第一光引擎108和第一波导116，并且提供向第二眼睛126呈现第二显示光
124的第二光引擎110和第二波导118。然而，单目显示器能够通过消除第一光引擎108和第一波导116、或者第二光引擎110和第二波导118中的任一组来实现。
[0019]图2图示全息波导系统200的正交截面，该全息波导系统包括波导202内的透射式全息输入耦合器204、206和透射式全息输出耦合器208、230。在本文中描述的全息波导的上下文中，“输入耦合器”指的是接收输入光并重新引导输入光以满足波导的全内反射条件的元件。即，输入光被输入耦合器重新引导在对于其光将被波导的边界反射而不是穿过边界的一定角度范围内。在本文中描述的全息波导的上下文中，“输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种波导，包括：第一光聚合物层；第二光聚合物层；第一屏障层，所述第一屏障层设置在所述第一光聚合物层和所述第二光聚合物层之间；第一透明层；以及第二透明层，其中所述第一光聚合物层、所述第一屏障层和所述第二光聚合物层设置在所述第一透明层和所述第二透明层之间。2.根据权利要求1所述的波导，其中：所述第一光聚合物层具有记录在其中的第一全息输入耦合器和第一全息输出耦合器，所述第一全息输入耦合器和所述第一全息输出耦合器响应于具有在第一波段中的波长的光，并且不响应于具有在第一波段之外的波长的光；以及所述第二光聚合物层具有记录在其中的第二全息输入耦合器和第二全息输出耦合器，所述第二全息输入耦合器和所述第二全息输出耦合器响应于具有在第二波段内的波长的光，并且不响应于具有在第二波段之外的波长的光，所述第二波段不同于所述第一波段。3.根据权利要求2所述的波导，其中：所述第一全息输入耦合器被定位和定向成重新引导具有在第一波段内的波长的第一光，以在所述波导的体积内朝向所述第一全息输出耦合器进行全内反射；所述第一全息输出耦合器被定位和定向成接收来自所述第一全息输入耦合器的所述第一光，并且重新引导所述第一光以离开所述波导的体积；所述第二全息输入耦合器被定位和定向成重新引导具有在第二波段内的波长的第二光，以在所述波导的体积内朝向所述第二全息输出耦合器进行全内反射；以及所述第二全息输出耦合器被定位和定向成接收来自所述第二全息输入耦合器的所述第二光，并且重新引导所述第二光以离开所述波导的体积。4.根据权利要求3所述的波导，其中：所述第一光聚合物层具有记录在其中的第三全息输入耦合器和第三全息输出耦合器，所述第三全息输入耦合器和所述第三全息输出耦合器响应于具有在第三波段内的波长的光，并且不响应于具有在所述第三波段之外的波长的光，所述第三波段不同于所述第一波段和所述第二波段；所述第三全息输入耦合器被定位和定向成重新引导具有在所述第三波段内的波长的第三光，以在所述波导的体积内朝向所述第三全息输出耦合器进行全内反射；以及所述第三全息输出耦合器被定位和定向成接收来自所述第三全息输入耦合器的所述第三光，并且重新引导所述第三光以离开所述波导的体积。5.根据权利要求4所述的波导，其中，所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段不重叠。6.根据权利要求4所述的波导，其中：所述第一光聚合物层和所述第二光聚合物层彼此平行；所述第一全息输入耦合器、所述第二全息输入耦合器和所述第三全息输入耦合器沿着与所述第一光聚合物层和所述第二光聚合物层正交的第一轴线彼此对齐；以及
所述第一全息输出耦合器、所述第二全息输出耦合器和所述第三全息输出耦合器沿着与所述第一光聚合物层和所述第二聚合物层正交的第二轴线彼此对齐。7.根据前述权利要求中的任一项所述的波导，其中，所述第一光聚合物层、所述第二光聚合物层、所述第一屏障层、所述第一透明层和所述第二透明层中的每一个具有相同的折射率，并且在所述波导的体积内全内反射的光从所述第一透明层的最外表面和所述第二透明层的最外表面反射离开。8.根据前述权利要求中的任一项所述的波导，还包括：第三光聚合物层；以及第二屏障层，所述第二屏障层设置在所述第二光聚合物层和所述第三光聚合物层之间，其中，所述第二屏障层和所述第三光聚合物层设置在所述第一透明层和所述第二透明层之间。9.根据权利要求8所述的波导，其中：所述第一光聚合物层具有记录在其中的第一全息输入耦合器和第一全息输出耦合器，所述第一全息输入耦合器和所述第一全息输出耦合器响应于具有在第一波段中的波长的光，并且不响应于具有在第一波段之外的波长的光；所述第二光聚合物层具有记录在其中的第二全息输入耦合器和第二全息输出耦合器，所述第二全息输入耦合器和所述第二全息输出耦合器响应于具有在第二波段内的波长的光，并且不响应于具有在第二波段之外的波长的光，所述第二波段不同于所述第一波段；以及所述第三光聚合物层具有记录在其中的第三全息输入耦合器和第三全息输出耦合器，所述第三全息输入耦合器和所述第三全息输出耦合器响应于具有在第三波段内的波长的光，并且不响应于具有在所述第三波段之外的波长的光，所述第三波段不同于所述第一波段和所述第二波段。10.根据权利要求9所述的波导，其中：所述第一全息输入耦合器被定位和定向成重新引导具有在第一波段内的波长的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰克，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：