自由形式偏振光导制造技术

一种光学设备包括将光从显示器引导到用户眼睛预期要被定位的区域的自由形式光导。该自由形式光导包括光导衬底，光导衬底具有在自由形式光导的第一端与第二端之间延伸的第一表面和相对的第二表面，其中，至少第二表面是自由形式表面并且被覆盖有部分反射镜层。所述第一表面被覆盖有至少四分之一波片层和偏振分束器层。该自由形式光导还包括靠近自由形式光导的第一端以从显示器接收光的传入耦合界面。面。面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自由形式偏振光导

技术介绍

[0001]提供增强现实(AR)体验的常规头戴式显示器通常采用光学器件系统，该光学器件系统允许用户通过光学器件系统查看周围环境以及将表示AR视觉内容的显示光透射到用户的一只或两只眼睛。这种光学器件系统通常采用光导(也通常称为“波导”)来传送来自显示器的显示光，同时也允许来自周围环境的光穿过用户的眼睛。常规的光导依赖于由显示器完全从输入到输出提供的光的全内反射(TIR)，其取决于光导内的光以临界角反射。为了实现具有宽视场(FOV)的TIR，这种光导必须由具有高折射率的材料组成。此外，具有较高折射率的光导材料往往比具有较低折射率的材料更重且更贵，并且因此，常规TIR基光导往往更贵且更重。
[0002]另外，常规光导需要嵌入或实现在光导本身内的至少一个提取组件，以使反射光传播到光导外，通常朝向用户的眼睛，而不是继续在光导内反射。这种提取组件包括例如凸起或凹陷的表面特征(诸如突起或凹痕)以及光导中的局部材料变化或者其他表面或体积扰动。这些扰动可能会导致提取效率的损失(例如反射光的亮度均匀性的损失)，并且导致用户或观察者可以看到的不连续表面。

技术实现思路

[0003]实施例涉及一种包括自由形式光导的装置，该自由形式光导包括：光导衬底，光导衬底包括在自由形式光导的第一端与第二端之间延伸的第一表面和相对的第二表面，其中，至少第二表面是自由形式表面；传入耦合界面，传入耦合界面至少部分地由光导衬底形成(并且因此靠近光导的第一端定位或部分地形成光导的第一端)；四分之一波片层，四分之一波片层覆盖光导衬底的第一表面；偏振分束器层，偏振分束器层覆盖四分之一波片层；以及部分反射镜层，部分反射镜层覆盖第二表面。
[0004]该装置可以包括显示器，该显示器被配置为朝向光导衬底的传入耦合界面发射显示光。该装置还可以包括四分之一波片，该四分之一波片被设置在显示器与传入耦合界面之间。进一步地，显示器可以以下述方式相对于传入耦合界面布置和/或传入耦合界面可以以下述方式相对于第一表面或第二表面定向：使得来自显示器的在传入耦合界面处进入光导的显示光被引导到第一表面或第二表面。
[0005]此外，显示器被配置为发射具有第一圆偏振态的显示光；和/或四分之一波片层被配置为将具有第一圆偏振态的入射光转换为具有第一线性偏振态的光，以将具有第一线性偏振态的入射光转换为具有第一圆偏振态的光，并且将具有第二圆偏振态的入射光转换为第二线性偏振态；和/或偏振分束器层被配置为反射具有第一线性偏振态的光并且透射具有第二线性偏振态的光。
[0006]该装置还可以包括眼镜框，该眼镜框包括眼镜镜片；并且其中，眼镜镜片实现自由形式光导和传出耦合区域，该传出耦合区域被设置在眼镜镜片的面向眼睛的表面处或邻近眼镜镜片的面向眼睛的表面设置。
[0007]自由形式光导进一步可以包括：线性偏振层，线性偏振层覆盖偏振分束器层；和/
或抗反射层，抗反射层覆盖线性偏振层。而且，该装置可以具有显示器四分之一波片，显示器四分之一波片被设置在显示器与传入耦合界面之间并且被配置为将从显示器发射的显示光从线性偏振态转换为圆偏振态。
[0008]部分反射镜层可以被配置为：将具有第一圆偏振态的反射入射光转换为具有第二圆偏振态的光；和/或将具有第二圆偏振态的反射入射光转换为具有第一圆偏振态的光。
[0009]该装置可以进一步包括被设置在光导的第二表面处的补偿光学器件。例如，补偿光学器件由透明材料组成，该透明材料具有允许光以最小衍射和/或反射透射通过补偿光学器件的特性。补偿光学器件的面向眼睛的表面可以具有与光导的面向世界的(第二)表面互补的自由形式曲率。补偿光学器件的轮廓宽度能够变化，使得补偿光学器件的面向世界的表面与光导的面向眼睛的(第一)表面平行或接近平行。此外，补偿光学器件的面向世界的表面能够是能够为用户合并世界侧光的规定光学校正的表面。
[0010]实施例还涉及一种用于在近眼显示系统中将显示光从显示器传送到用户眼睛的方法，该方法包括：提供自由形式光导，该自由形式光导包括：光导衬底，光导衬底包括第一表面和相对的第二表面以及传入耦合界面；四分之一波片层，四分之一波片层覆盖第一表面；偏振分束器层，偏振分束器层覆盖四分之一波片层；以及部分反射镜层，部分反射镜层覆盖第二表面，其中，至少第二表面包括自由形式表面；将由显示器发射的显示光引导到传入耦合界面；
[0011]通过光导将显示光的表示从传入耦合界面到传出耦合区域传送；以及在将显示光的表示入射到第二表面上之后从传出耦合区域面向眼睛透射显示光的表示。
[0012]上述装置的实施例也可以被用于以上方法的实施例中。例如，自由形式光导可以包括覆盖偏振分束器层的线性偏振层。
[0013]而且，通过光导将显示光的表示传送可以包括：引起对显示光的偏振态的第一变化，使得显示光由偏振分束器层反射；和/或引起对所反射的显示光的偏振态的第二变化，使得显示光穿过四分之一波片层、偏振分束器层和线性偏振层到达传出耦合区域。
[0014]进一步地，通过光导将显示光的表示传送可以包括以下动作中的至少一个：将具有第一圆偏振态的显示光从传入耦合界面传送到四分之一波片层；可选地在四分之一波片层处将显示光的表示转换为第一线性偏振态；可选地将具有第一线性偏振态的显示光的表示从自由形式光导的第一表面朝向四分之一波片层反射；以及可选地在四分之一波片层处将所反射的显示光的表示从第一线性偏振态转换为第一圆偏振态。
[0015]进一步地，通过光导将显示光的表示传送可以包括以下中的至少一项：将具有第一圆偏振态的显示光的表示从四分之一波片层传送到第二表面；可选地从在第二表面处的部分反射镜层反射显示光的表示，使得第一圆偏振态被转换为第二圆偏振态；可选地将具有第二圆偏振态的显示光的表示传送到四分之一波片；可选地在四分之一波片层处将具有第二圆偏振态的显示光的表示转换为第二线性偏振态；可选地将具有第二线性偏振态的显示光的表示传送到偏振分束器层；以及可选地从偏振分束器层反射具有第二线性偏振态的显示光的表示。
[0016]而且，通过光导将显示光的表示传送可以进一步包括：将具有第二线性偏振态的显示光的表示从偏振分束器层传送到四分之一波片层；可选地在四分之一波片层处将具有第二线性偏振态的显示光的表示转换为第二圆偏振态；可选地将具有第二圆偏振态的显示
光的表示传送到第二表面；可选地从第二表面的部分反射镜层反射具有第二圆偏振态的显示光的表示，使得显示光被转换为第一圆偏振态；以及可选地将具有第一圆偏振态的显示光的表示通过四分之一波片层、偏振分束器层和线性偏振层传送到传出耦合区域。
[0017]当然，以上示例的关于将显示光的表示传送通过光导的仅单个动作可以被采用。而且，这些动作的任何组合可以被使用。
[0018]在另一方面中，本专利技术涉及一种近眼显示系统，包括：自由形式光导，该自由形式光导具有传入耦合界面并且具有面向穿戴者眼睛的预期位置的传出耦合区域，该自由形式光导被配置为通过使用设置在面向穿戴者眼睛的预期位置的第一主表面处的膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：自由形式光导，所述自由形式光导包括：光导衬底，所述光导衬底包括在所述自由形式光导的第一端与第二端之间延伸的第一表面和相对的第二表面，其中，至少所述第二表面是自由形式表面；传入耦合界面，所述传入耦合界面至少部分地由所述自由形式光导衬底形成；四分之一波片层，所述四分之一波片层覆盖所述光导衬底的所述第一表面；偏振分束器层，所述偏振分束器层覆盖所述四分之一波片层；以及部分反射镜层，所述部分反射镜层覆盖所述第二表面。2.根据权利要求1所述的装置，显示器被配置为朝向所述光导衬底的所述传入耦合界面发射显示光。3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括：四分之一波片，所述四分之一波片被设置在所述显示器与所述传入耦合界面之间。4.根据权利要求3所述的装置，其中：所述显示器被配置为发射具有第一圆偏振态的所述显示光；和/或所述四分之一波片层被配置为：将具有第一圆偏振态的入射光转换为具有第一线性偏振态的光，将具有所述第一线性偏振态的入射光转换为具有所述第一圆偏振态的光，以及将具有第二圆偏振态的入射光转换为第二线性偏振态；和/或所述偏振分束器层被配置为反射具有所述第一线性偏振态的光并且透射具有所述第二线性偏振态的光。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括：眼镜框，所述眼镜框包括眼镜镜片；并且其中，所述眼镜镜片实现所述自由形式光导和传出耦合区域，所述传出耦合区域被设置在所述眼镜镜片的面向眼睛的表面处或邻近所述眼镜镜片的面向眼睛的表面。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述自由形式光导进一步包括：线性偏振层，所述线性偏振层覆盖所述偏振分束器层；和/或抗反射层，所述抗反射层覆盖所述线性偏振层。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括：显示器四分之一波片，所述显示器四分之一波片被设置在所述显示器与传入耦合界面之间，并且被配置为将从所述显示器发射的所述显示光从线性偏振态转换为圆偏振态。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述部分反射镜层被配置为：将具有第一圆偏振态的反射入射光转换为具有第二圆偏振态的光；和/或将具有所述第二圆偏振态的反射入射光转换为具有所述第一圆偏振态的光。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括：补偿光学器件，所述补偿光学器件被设置在所述光导的所述第二表面处。10.一种用于特别是使用前述权利要求中的一项所述的装置在近眼显示系统中将显示光从显示器传送到用户眼睛的方法，所述方法包括：提供自由形式光导，所述自由形式光导包括：光导衬底，所述光导衬底包括第一表面和相对的第二表面以及传入耦合界面；四分之一波片层，所述四分之一波片层覆盖所述第一表面；偏振分束器层，所述偏振分束器层覆盖四分之一波片层；以及部分反射镜层，所述部
分反射镜层覆盖所述第二表面，其中，至少所述第二表面包括自由形式表面；将由显示器发射的显示光引导到所述传入耦合界面；将所述显示光的表示通过所述光导从所述传入耦合界面传送到传出耦合区域；以及在将所述显示光的所述表示入射到所述第二表面上之后，从所述传出耦合区域面向眼睛透射所述显示光的所述表示。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述自由形式光导进一步包括覆盖所述偏振分束器层的线性偏振层。12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过所述光导将所述显示光的所述表示传送包括：引起所述显示光的偏振态的第一变化，使得所述显示光由所述偏振...

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