用于增强现实显示的光波导管制造技术

本文公开了一种用于增强现实显示设备的光波导管的解决方案。根据一个方面，光波导管包括：基板，其布置成经由多个反射将基板内的光学图像从光波导管的入口引导到出口；表面浮雕光栅，其在光波导管的入口或出口处，表面浮雕光栅经由衍射在光波导管中引导图像并且包括多个凹槽；涂层，其设置在表面浮雕光栅上并且至少部分地填充设置在表面浮雕光栅的边缘处的至少一个凹槽，其中图像在基板内的第一次反射之后与至少一个凹槽重合，涂层具有与基板的光学特性收敛的光学特性。的光学特性收敛的光学特性。的光学特性收敛的光学特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强现实显示的光波导管


[0001]本专利技术的实施方式涉及在增强现实(AR)设备中使用的显示设备领域。具体地，实施方式涉及改进此类设备中的图像质量。

技术介绍

[0002]在增强现实显示器(例如，眼镜或头戴式显示器)中，图像经由光波导管从投影仪递送到用户的一个眼睛(或两个眼睛)。光波导管可以包括在光波导管的入口和出口处的表面浮雕光栅。入口处的表面浮雕光栅通过衍射从投影仪朝向出口引导入射光(或图像)。类似地，出口处的表面浮雕光栅将来自光波导管的光朝向眼睛引导。由于尺寸的原因，衍射光的一些分量可以在经由入口处的表面浮雕光栅进入光波导管之后入射到表面浮雕光栅上。这样的入射可能导致入射光的分散并降低图像的锐度。

技术实现思路

[0003]本专利技术由独立权利要求的主题限定。
[0004]在从属权利要求中定义了实施方式。
[0005]在本说明书中描述的未落入独立权利要求的范围内的实施方式和特征(如果有的话)应被解释为对理解本专利技术的各种实施方式有用的示例。
附图说明
[0006]下面将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本专利技术，其中，
[0007]图1示出根据实施方式涂覆有表面浮雕光栅的光波导管；
[0008]图2示出根据实施方式的表面浮雕光栅的涂覆；
[0009]图3示出根据实施方式的表面浮雕光栅的凹槽中的不均匀涂层；
[0010]图4示出根据实施方式的表面浮雕光栅上的涂层的不均匀沉积；
[0011]图5示出根据另一实施方式涂覆有表面浮雕光栅的光波导管；
[0012]图6示出根据实施方式的用于制造光波导管的方法。
具体实施方式
[0013]以下实施方式是示例性的。尽管说明书可以在文本的若干位置中引用“一”、“一个”或“一些”实施方式，但这不必然意味着每个引用相同的实施方式，或者特定特征仅适用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征也可以组合以提供其他实施方式。
[0014]图1示出用于增强现实显示设备(诸如增强现实眼镜或头戴式显示器)的光波导管。例如，眼镜可以看起来像眼镜(glasses)、眼镜(spectacles)或护目镜(goggles)。例如，眼镜或头戴式显示器可以与头具(如帽子(cap)、帽子(hat)或头盔(helmet))连接。光学图像由投影仪110投射到光波导管的入口中。图像可以是静止图像或视频。图像经由从入口到出口的全反射在光波导管内传播，如图1中的虚线箭头所示。因此，光或图像的传播类似于
在光纤内传播的光。光波导管包括：基板100，其布置成经由多个(全)反射将基板内的光学图像从光波导管的入口引导到出口；表面浮雕光栅(SRG)102、104，其在光波导管的入口或出口处，表面浮雕光栅经由衍射在光波导管中引导图像并且包括多个凹槽；涂层106，其设置在表面浮雕光栅上并且至少部分地填充设置在表面浮雕光栅的边缘处的至少一个凹槽，其中图像在基板100内的第一次反射之后与至少一个凹槽重合，涂层106具有与基板100的光学特性收敛的光学特性。
[0015]如本领域已知的，表面浮雕光栅是具有交替的微观凹槽和脊的光栅，以形成将入射到光栅上的光分成多个衍射级的衍射光栅。
[0016]如
技术介绍
中所述，光波导管的尺寸可以使得光被约束为与SRG的边缘重合。通常，第一级衍射布置成行进通过光波导管。基板的厚度或宽度相对于SRG的宽度可以很薄，使得第一级光确实以足够高的角度衍射，以避免与SRG的边缘重合。这在图1中由向上行进并且与SRG 102的边缘处的凹槽重合的最左边的虚线箭头示出。类似地，另一反射分量在光波导管的出口处与SRG 104的边缘重合。对于光在光进入基板之后和/或从基板射出之前与凹槽重合的现象，可能存在其他原因。
[0017]涂层提供的技术效果是，可以减少在第一次反射后入射到凹槽上的光的散射。这跨越了涂层和基板的收敛光学特性。在基板内传播并且与凹槽重合的光也入射到涂层上，并且由于收敛光学性质(例如，折射率)，光可以基本上不散射地行进通过涂层。此外，由于在一些实施方式中涂层有效地使凹槽变窄或甚至填充凹槽，所以光不与光学屏障重合且不分散，或至少分散减少。
[0018]在一个实施方式中，本文所述的光波导管包括在增强现实眼镜中。除了根据本文描述的任何实施方式的光波导管之外，眼镜还可以包括配置成输出光学图像的投影仪110和配置成在光波导管的入口处将光学图像中继到SRG的透镜(未示出)。例如，透镜可以是投影仪的一部分。
[0019]应当理解，图1中示出的光波导管是简化图示，并且波导管的某些特征已被放大以示出所描述的实施方式的技术效果。例如，基板的厚度可以基本上小于所示的厚度。还应当理解，SRG的尺寸和设计可以不同于所示出的尺寸和设计。例如，一些SRG具有倾斜凹槽，并且实施方式也直接适用于这种。
[0020]收敛光学特性可以理解为入射到凹槽的光和其中的涂层在光学上与基板相似，从基板发出的光与涂层重合。由于光没有看到或几乎看不到光学边界，因此可以减少散射。因此，可以从这个角度设计涂层材料。这与可能用于覆盖光波导管的其他涂层不同，例如，在与基板的光收敛方面具有变化的、不受控制的特性的防眩光涂层。
[0021]在一个实施方式中，诸如涂层的折射率的光学特性与基板的光学特性是一致的。
[0022]在一个实施方式中，涂层具有至少一个层，所述至少一个层的折射率基本上等于基板的折射率。折射率基本上等于基板的折射率的至少一个层可以与基板直接接触。涂层可以包括具有另一折射率的另一层(在所述至少一个层的顶部上)。
[0023]在又一个实施方式中，至少一个层可以包括多个层，其中任何一层都不具有等于基板的折射率的折射率，但是多个层的组合折射率可以等于基板的折射率。例如，直接设置在基板顶部的第一层可以是折射率为2.4的二氧化锡TiO2。设置在第一层上的第二层可以是折射率为1.7的氧化铝AlO2，并且因此第一层和第二层的组合折射率可以在2.4和1.7之
间，并且可以根据所需的光学特性来定制。这种多层涂层不限于所描述的材料或层，而是可以自由地由两种或更多种材料定制。材料和相应层的性质可以设计成使得光学特性与基板的收敛得以实现，例如使得涂层的(组合的)折射率基本上等于基板的折射率，例如2.0。
[0024]在一个实施方式中，涂层包括具有第一折射率的第一涂层材料和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二涂层材料。
[0025]如图1所示，涂覆有涂层的至少一个凹槽可以设置在表面浮雕光栅的边缘处，其中图像的第一级衍射与至少一个凹槽重合。图像可以至少与朝向出口(当图像在入口处入射到SRG时)或朝向入口(当图像在出口处入射到SRG时)的SRG的最边缘凹槽一致。取决于实施方案，图像可与SRG的边缘处的多个凹槽重合，并且因此，多个凹槽可涂覆有涂层。在一个实施方式中，整个SRG被涂覆有涂层。图2示出这样的实施方式，其中SRG102、104涂覆有部分地填充凹槽的涂层。因此，涂层在光学上使凹槽变窄，从而导致上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增强现实显示设备的光波导管，包括：基板(100)，其布置成经由多个反射将所述基板内的光学图像从所述光波导管的入口引导到出口；表面浮雕光栅(102、104)，其在所述光波导管的所述入口或所述出口处，所述表面浮雕光栅经由衍射在所述光波导管中引导所述图像并且包括多个凹槽；涂层(106)，其直接设置在所述表面浮雕光栅上并且至少部分地填充所述表面浮雕光栅的至少最边缘凹槽，其中所述图像的第一级衍射与所述至少最边缘凹槽重合，所述涂层具有与所述基板的折射率收敛的折射率。2.根据权利要求1所述的光波导管，其中，所述涂层具有至少一个层，所述至少一个层的折射率基本上等于所述基板的折射率。3.根据权利要求2所述的光波导管，其中，所述涂层包括具有第一折射率的第一涂层材料和具有不同于所述第一折射率的第二折射率的第二涂层材料，其中所述第一折射率和所述第二折射率均不基本上等于所述基板的折射率，但所述第一涂层材料与所述第二涂层材料一起提供基本上等于所述基板的折射率的折射率。4.根据权利要求1或2所述的光波导管，其中，所述涂层完全填充所述至少最边缘凹槽。5.根据前述权利要求中任一项所述的光波导管，其中，所述涂层不均匀地填充所述表面浮雕光栅的多个凹槽。6.权利要求5所述的光波导管，其中，所述涂层完全填充所述表面浮雕光栅的至少第一凹槽(400)并且部分填充所述表面浮雕光栅的至少第二凹槽(402、404)，其中所述第一凹槽比所述第二凹槽更靠近所述表面浮雕光栅的边缘，并且其中所述第二凹槽比所述第一凹槽宽。7.根据权利要求5或6所述的光波导管，其中，所述涂层与所述表面浮雕光栅的凹槽宽度一起使得所述表面浮雕光栅的凹槽提供朝向所述表面浮雕光栅的边缘逐渐变窄的光学凹槽宽度。8.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导管，其中，所述至少最边缘凹槽的底部的涂层比壁上的涂层厚。9.根据前述权利要求中任一项所述的光波导管，包括位于所述光波导管的所述入口和所述出口处的表面浮雕光栅(502、504)，两个表面浮雕光栅经由衍射在所述光波导管中引导所述图像并且包括多个凹槽，其中所述涂层设置在所述两个表面浮雕光栅的至少最边缘凹槽上并且至少部分地填充所述表面浮雕光栅的所述最边缘凹槽，其中所述图像的所述第一级衍射与所述最边缘凹槽重...

【专利技术属性】
技术研发人员：佩特里，
申请(专利权)人：迪斯帕列斯有限公司，
类型：发明
国别省市：