在一块板上支持红色、绿色和蓝色的大视场波导制造技术

本公开的实施例涉及在一块板上支持红色、绿色和蓝色的大视场波导。一种用于在单个波导中组合RGB光信号的光学设备。该设备包括多个DOE。第一DOE被配置为以输入传播角接收光信号并且基于光谱来衍射该光信号，使得一个光谱的光主要在第一方向和路径上被衍射并且第二光谱的光主要在不同的第二方向和路径上被衍射。第一DOE被配置为将光衍射到第二DOE中。第二DOE被配置为将光衍射到第三DOE中。第三DOE被配置为将光衍射到眼动范围中，该眼动范围保持输出传播角与输入传播角基本平行。针对每个路径的光栅矢量的总和基本等于零。径的光栅矢量的总和基本等于零。径的光栅矢量的总和基本等于零。

【技术实现步骤摘要】
在一块板上支持红色、绿色和蓝色的大视场波导
[0001]分案申请说明
[0002]本申请是申请日为2018年05月25日、申请号为201880043089.6、名称为“在一块板上支持红色、绿色和蓝色的大视场波导”的中国专利申请的分案申请。
[0003]背景和相关技术
[0004]最近，人们对虚拟现实(VR)和增强现实(AR)设备以及其他这样的近眼设备的兴趣已经重新兴起。这些设备通常包括某种类型的视频发射器(诸如光引擎)以及被耦合到视频发射器的光学器件，该视频发射器被配置为使用该设备将图像发射到用户的眼睛。具体地，用户将佩戴头戴式耳机或类似设备，该头戴式耳机或类似设备包括光学地耦合到一个或多个波导的视频发射器，其中波导被配置为将图像光学地耦合到用户。
[0005]这种设备的制造商需要解决的一个问题是与有限视场(FoV)有关的问题。在本文所示的上下文中，FoV是假定眼睛位置固定时的可视高角度的度数。在水平方向上，人的FoV约为135
°
。但是，通常虚拟现实和增强现实设备的可用FoV会低得多。从设备可用的FoV越低，设备的体验就越不现实。
[0006]已经实现了试图扩大FoV的技术。一种这样的技术是使用衍射光栅，这些衍射光栅按波长散布光以增加FoV。也就是说，衍射光栅是色散的，这表示它会产生衍射级数，以使得所有非零阶的颜色在不同方向上传播。尽管该行为例如在光谱应用中非常有益，但是在基于衍射波导的AR/VR设备中，这是不希望有的，因为在波导中承载和扩展图像内容需要三个(或在某些情况下为两个)单独的波导，除非FoV非常小。
[0007]具有多个波导使制造过程极大地复杂化。不仅必须制造几个波导，而且制造公差也变得更加严格。另外，必须将多个板(plate)精确地放置在光栅堆中，这带来了另外的制造步骤，这些步骤要求很高精度和增加的成本。
[0008]本文中所要求保护的主题不限于解决上述的任何缺点或仅在诸如上述环境中操作的实施例。而是，仅提供本背景以说明可以实践本文中描述的一些实施例的一个示例性


技术实现思路

[0009]本文中示出的一个实施例包括一种用于在单个波导中组合RGB光信号的光学设备。该设备包括多个DOE。该设备包括第一DOE，该第一DOE被配置为：以输入传播角接收光信号，并且基于光谱来衍射该光信号，使得一个光谱的光主要在第一方向上被衍射并且第二光谱的光主要在不同的第二方向上被衍射，以使得光信号的不同部分采用包括至少两个不同路径的不同路径。该设备包括第二DOE。第一DOE被配置为将光衍射到第二DOE中。该设备包括第三DOE。第二DOE还被配置为将光衍射到第三DOE中。第二DOE和第三DOE被配置为引起基本非并行的扩展。第三DOE被配置为将光衍射到眼动范围(eye box)中，其将输出传播角保持在输入传播角的某个预定阈值内。多个DOE与光栅矢量相关联。针对至少两个不同路径中的每个路径的光栅矢量的总和基本等于零。
[0010]提供本“
技术实现思路
”以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体
实施方式”中进一步描述。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，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0011]其他特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分特征将从描述中变得很清楚，或者可以通过本文中的教导的实践而获知。本专利技术的特征和优点可以通过所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获取。根据以下描述和所附权利要求书，本专利技术的特征将变得更加完全清楚，或者可以通过下文中所述的本专利技术的实施而获知。
附图说明
[0012]为了描述可以获取上述和其他优点和特征的方式，将通过参考在附图中示出的特定实施例来对以上简要描述的主题进行更具体的描述。理解这些附图仅描绘了典型的实施例，因此不应当被视为对范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释实施例，在附图中：
[0013]图1示出了近眼显示设备的示例；
[0014]图2示出了各种显示元件；
[0015]图3示出了波导；
[0016]图4A示出了波矢量空间表示；
[0017]图4B示出了波矢量空间表示；
[0018]图4C示出了波矢量空间表示；
[0019]图5示出了输出波导；
[0020]图6A示出了具有奇数阶扩展的波导；
[0021]图6B示出了具有奇数阶扩展的波导；
[0022]图7示出了具有偶数阶扩展的波导；以及
[0023]图8示出了在单个波导中组合RGB光信号的方法。
具体实施方式
[0024]本文所示的一些实施例可以包括或者可以用于实现基于衍射波导的AR/VR设备，该设备：1)将虚拟内容从光引擎携带到用户眼睛前面，以及2)扩展瞳孔，从而扩大眼动范围。特别地，一些实施例可以在单个波导板中针对多种不同波长支持大的FoV(例如，45
×
30
°
)。例如，实施例可以被配置为在单个波导中支持具有大FoV的红色、绿色和蓝色(RGB)波长。因此，实施例可以通过单个波导携带大的FoV RGB内容。这可以在现在所描述的一些实施例中完成。
[0025]一些实施例在波导中包括各种衍射光学元件(DOE)以实现本文中描述的功能。在一个示例实施例中，入耦合光栅(在本文中称为DOE1)将光衍射到两个或更多个方向，使得一个光谱的波长(例如，红光)主要在与另一光谱的波长(例如，蓝光)不同的(多个)方向上被衍射。在所示示例中，绿光在这些方向之间分开。例如，这可以通过使用单面交叉光栅(双周期光栅)或通过在波导的两个表面上使用线性光栅来实现。尽管本文所示的示例将通过波导的两个(或更多个)路径称为红色路径和蓝色路径，但是应当理解，可以实现其他色谱路径。此外，应当理解，实际上，一部分红色光(或其他颜色)自然地穿过蓝色路径(或其他颜色)，反之亦然。
[0026]如下面将进一步详细说明的，对于蓝色路径和红色路径存在不同的扩展光栅(在本文中示出为DOE2)。两者都至少具有一个独特的DOE2翼(wing)，但是也可以具有更多个。对于这两个路径，DOE2的翼的数目也可以不相等。
[0027]对于红色和蓝色，出耦合(out
‑
coupling)光栅(本文中示出为DOE3)具有两个不同的周期和取向(如果分别处理多种颜色，则具有更多的周期和取向)。再次，这可以通过在光栅的一侧上的交叉光栅或在波导的不同表面中的每个表面上的“交叉”线性光栅来完成。
[0028]注意，在其中光通过多个可能路径到达DOE3的组件中，每个路径分别服从零求和规则，使得每个路径的矢量之和总计近似为零，如下面更详细地说明。
[0029]因此，通常，实施例可以将不同颜色的FoV分成两个(或更多个)路径，将部分FoV携带到DOE3，同时通过瞳孔复制来扩展瞳孔，并且在DOE3处重新组合每种颜色的不同贡献。
[0030]现在示出其他细节。
[0031]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学设备，包括：单个波导板，所述单个波导板包括：第一DOE，包括具有至少两个周期和取向的入耦合元件；第二DOE，光学耦合到所述第一DOE，所述第二DOE包括多个扩展光栅，其中至少一个扩展光栅包括多个不同的翼，使得所述第二DOE包括至少三个不同的扩展翼；和第三DOE，光学耦合到所述第二DOE，使得来自所述至少三个不同的扩展翼的输出被定向到所述第三DOE的单个翼中，所述第三DOE包括具有至少两个周期和取向的出耦合光栅。2.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第一DOE和所述第三DOE中的至少一者包括线性光栅，所述线性光栅与所述波导板的正面上的第一光栅矢量和所述波导板的背面上的第二光栅矢量相关联。3.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第二DOE包括线性光栅，所述线性光栅具有在所述波导板的正面上的第一翼和在所述波导板的背面上的第二翼，其中所述第一翼和所述第二翼交叠。4.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述多个翼中的至少一个翼包括线性光栅。5.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第二DOE的第一翼和第二翼包括在所述波导板的背面上的线性光栅。6.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第二DOE包括与两个相异光栅矢量相关联的交叉光栅。7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第三DOE包括与两个相异光栅矢量相关联的交叉光栅。8.一种显示近眼显示设备的大视场的方法，所述方法包括：将来自光引擎的光定向到单个波导板的第一DOE，所述第一DOE包括入耦合元件，所述入耦合元件具有引起光波长的至少两个不同光谱在不同方向上被衍射的的至少两个周期和的取向；将所述光从所述第一DOE定向到与所述第一DOE光学耦合的所述单个波导板的第二DOE，所述第二DOE包括多个扩展光栅，其中所述扩展光栅中的至少一个扩展光栅包括多个不同的翼，使得所述第二DOE包括至少三个不同的扩展翼，从而通过针对光波长的至少一个光谱的光瞳复制而引起出射光瞳的扩展；以及将所述光从所述第二DOE的所述至少三个不同的扩展翼定向到所述单个波导板的第三DOE的单个翼，所述第三DOE光学耦合到所述第二DOE，所述第三DOE包括出耦合光栅，所述出耦合光栅具有引起光波长的所述不同光谱重新组合的至少两个周期和取向。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一DOE包括线性光栅，所述线性光栅与所述波导板的正面上的第一光栅矢量和所述波导板的背面上的第二光栅矢量相关联，使得使用所述波导板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：