CN117441123A - 具有用于波导显示的多路入耦合的近眼显示系统 - Google Patents

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CN117441123A CN202280040009.8A CN202280040009A CN117441123A CN 117441123 A CN117441123 A CN 117441123A CN 202280040009 A CN202280040009 A CN 202280040009A CN 117441123 A CN117441123 A CN 117441123A
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Abstract

一种用于近眼显示系统的波导显示器，包括具有至少一个波导衬底的波导堆叠，将光耦合到所述波导衬底中的输入耦合器，以及包括双折射反射型偏振器、反射镜和偏振态转换元件的光学布置，所述偏振态转换元件被配置为：将线偏振态的光转换为圆偏振态，以及将圆偏振态的光转换为线偏振态。所述反射镜被布置为：接收来自所述偏振态转换元件的光，并将所述光反射回所述偏振态转换元件。所述光学布置使第一次穿过所述波导堆叠的光的透射路径折叠返回通过所述波导堆叠，从而未耦合到所述波导衬底中的光的至少一部分被使得穿过所述波导堆叠额外多次。

Description

具有用于波导显示的多路入耦合的近眼显示系统
背景技术
混合现实计算设备，例如可穿戴头戴式显示器(HMD)系统和移动设备(例如，智能手机、平板电脑等)，可以被配置为向用户显示关于用户的视野和/或设备的相机的视野中的虚拟和/或真实对象的信息。例如，HMD设备可以被配置为使用透视显示系统来显示混合有现实世界对象的虚拟环境，或者混合有虚拟对象的现实世界环境。
发明内容
在实施例中，近眼显示系统包括向观看者的眼睛呈现混合现实或虚拟现实图像的波导显示器。波导显示器包括两个或更多个彼此堆叠的波导板，波导板之间具有气隙。在某些实施例中，堆叠中的每个波导板用于将不同波长或颜色的光传递至观看者。每个波导板包括透明衬底以及输入耦合器和输出耦合器，例如用于将光分别耦合入波导衬底中和从波导衬底耦合出的衍射光学元件(DOE)。通常，图像仅通过波导堆叠的输入耦合器一次，从而限制了入耦合的效率。有时，在输入耦合器后面提供反射镜以增加耦合到波导板中的光量。在一些说明性实施例中，通过折叠光透过波导堆叠的透射路径来增加光入耦合到波导板的效率，使得主光束中的一些光能够穿过波导堆叠多达四次。
在某些实施例中，使用光的偏振来折叠透射路径。例如，如果图像光处于第一线偏振态，则使用双折射反射型偏振器将图像光引导至波导堆叠。双折射反射型偏振器透射第一线偏振态的光，并反射与第一线偏振态正交的第二线偏振态的光。在穿过波导堆叠之后，任何未入耦合到波导板的光离开波导堆叠，并被偏振态转换元件(例如45°取向的消色差广角四分之一波片)转换为圆偏振光。然后，圆偏振光被反射镜反射回四分之一波片，其相位被反向。四分之一波片将光转换为第二线偏振态，并将其引导回波导堆叠。以这种方式，透射路径可以通过波导堆叠折叠回来，使得尚未入耦合到波导板的光的至少一部分穿过波导堆叠额外两次或更多次。
提供本发明内容以便以简化的形式对下面在具体实施方式中进一步描述的一组构思进行介绍。本发明内容并不旨在标识要求保护的发明主题的关键特征或重要特征，也不旨在用于协助限定要求保护的发明主题的范围。另外，要求保护的发明主题不局限于解决本公开内容的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现。通过阅读下文的具体实施方式以及浏览相关联的附图，这些以及各种其他特征将是显而易见的。
附图说明
图1示出了说明性近眼光学显示系统的框图。
图2示出了说明性出射光瞳扩展器的视图。
图3示出了说明性出射光瞳扩展器(EPE)的视图，其中出射光瞳沿两个方向扩展。
图4示出了出射光瞳扩展器的说明性输入，其中FOV通过水平、垂直或对角取向的角度描述。
图5示出了可以用作头戴式显示(HMD)设备的组件的密封护目镜的前视图。
图6示出了密封护目镜的部分分解视图。
图7示出了EPE的替代示例，其中采用两个或更多个波导板的堆叠。
图8示出了图7所示EPE的操作。
图9示出了EPE的一个示例，其中波导显示器包括如上所述的两个或更多个波导板的堆叠，其中来自显示引擎的主光束中的一些光能够穿过波导堆叠多达四次。
图10示出了EPE的另一示例，其中波导显示器包括如上所述的两个或更多个波导板的堆叠，其中来自显示引擎的主光束中的一些光能够穿过波导堆叠多达四次。
图11示出了混合现实或虚拟现实HMD设备的说明性示例。
图12示出了图11所示的混合现实或虚拟现实HMD设备的功能框图。
附图中相似的附图标记表示相似的元件。除非另有说明，否则元件并非按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了说明性近眼光学显示系统100的框图，该系统可以并入光学耦合器的组合，例如衍射光学元件(DOE)，其提供入射光进入波导板的入耦合、在两个方向上的出射光瞳扩展以及将光从波导板出耦合。近眼光学显示系统通常用于例如工业、商业和消费应用中的头戴式显示(HMD)设备。其他设备和系统也可以使用近眼显示系统，如下所述。近眼光学显示系统100是用于提供上下文并说明具有MEMS扫描仪的本紧凑显示引擎的各种特征和方面的示例。
系统100可以包括一个或多个成像器(由附图标记105代表性地指示)，其与光学系统110一起工作以将图像作为虚拟显示传递到用户的眼睛115。成像器105可以包括例如RGB(红、绿、蓝)发光二极管(LED)、LCOS(硅上液晶)设备、OLED(有机发光二极管)阵列、激光器、激光二极管或以透射、反射或发射方式操作的任何其他合适的显示器或微型显示器。光学系统110通常可以包括显示引擎120、光瞳形成光学器件125和一个或多个波导板130。在一些实施方式中，成像器105可以包括或并入照明单元和/或光引擎(未示出)，其可以被配置为提供一定范围的波长和强度的照明。
在近眼光学显示系统中，成像器105实际上并不将图像照射到诸如玻璃透镜之类的表面上来为用户创建视觉显示。这是不可行的，因为人眼无法聚焦在那么近的物体上。近眼光学显示系统100不是在表面上创建可见图像，而是使用光瞳形成光学器件125来形成光瞳，并且眼睛115充当光学链中的最后一个元件，并将来自光瞳的光转换为作为虚拟显示的眼睛视网膜上的图像。
波导板130有利于成像器和眼睛之间的光透射。近眼光学显示系统中可以使用一个或多个波导板，因为它们是透明的，并且因为通常体积小且重量轻(这在诸如HMD设备之类的应用中是理想的，在这些应用中，因为出于性能和用户舒适度的原因，通常寻求使尺寸和重量最小化)。例如，波导板130可以使得成像器105能够位于不碍事的位置，例如位于用户头部的侧面或前额附近，仅在眼睛前面留下相对小、轻且透明的波导光学元件。波导板130使用全内反射(TIR)原理来进行操作。图2示出了可以在图1所示的光瞳形成光学器件125中使用的说明性出射光瞳扩展器(EPE)305的视图。EPE 305从成像器105和显示引擎120接收输入光束作为入射光瞳，以产生一个或多个输出光束，其具有相对于输入的一个或两个方向上扩展的出射光瞳(通常，输入可以包括多于一个光束，这些光束可以由单独的源产生)。显示引擎取代了传统显示系统中通常使用的放大和/或准直光学器件。扩展的出射光瞳通常促使虚拟显示的尺寸足够大，以满足给定光学系统的各种设计要求，例如图像分辨率、视场等，同时使得成像器和相关组件相对轻和紧凑。
在该说明性示例中，EPE 305被配置为：为左眼和右眼二者提供可以支持立体观看的双眼操作。为了清楚展示起见，图3中未示出可以用于立体操作的组件，例如扫描镜、透镜、滤波器、分束器、MEMS设备等。EPE 305利用具有波导板130的波导显示器，波导板130包括透明衬底126、支撑在衬底126上或衬底126中的两个出耦合光栅310L和310R以及中央入耦合光栅340。衬底126可以由例如玻璃或塑料制成。可以使用多个DOE来配置入耦合光栅和出耦合光栅。每个DOE是包括周期性结构的光学元件，其可以以周期性图案来调制光的各种属性，例如光轴方向、光路长度等。该结构可以在一维上是周期性的，例如一维(1D)光栅，和/或在二维上是周期性的，例如二维(2D)光栅。虽然波导板130被描绘为具有平面配置，但是也可以利用其他形状，包括例如弯曲的或部分球形的形状，在这种情况下，设置在其上的光栅是非共面的。
虽然图3所示的说明性EPE 305采用单个波导板用于双眼操作，但在其他示例中，针对每只眼睛可以使用单独的波导板。在这种情况下，每个波导板可以具有其自己的耦合光栅、成像器和显示引擎。
如图3所示，EPE 305可以被配置为在两个方向(即，沿第一坐标轴和第二坐标轴中的每一者)提供扩展的出射光瞳。如图所示，出射光瞳在垂直和水平方向上都被扩展。可以理解，词语“左”、“右”、“上”、“下”、“方向”、“水平”和“垂直”主要用于建立本文所示和描述的说明性示例中的相对定向以便于描述。这些词语对于近眼光学显示设备的用户直立且面向前方的使用场景来说可能是直观的，但对于其他使用场景来说可能不太直观。所列出的词语不应被解释为限制本布置中使用的近眼光学显示特征的配置(以及其中的使用场景)的范围。入耦合光栅340处的EPE 305的入射光瞳通常根据视场(FOV)来描述，例如使用水平FOV、垂直FOV或对角FOV，如图4所示。
图5示出了合并有内部近眼光学显示系统的护目镜600的说明性示例，该内部近眼光学显示系统用在用户615佩戴的头戴式显示(HMD)设备605应用中。在该示例中，护目镜600被密封以保护内部近眼光学显示系统。护目镜600通常与HMD设备605的其他组件(例如头部安装/保持系统和包括传感器、电源管理、控制器等的其他子系统)对接，如结合图14和图15说明性地描述的。包括卡扣、凸台、螺钉和其他紧固件等的合适的接口元件(未示出)也可以并入护目镜600中。
护目镜600包括分别为604和606的透视前护罩和后护罩，其可以使用透明材料模制以促进光学显示器和周围真实世界环境的无障碍视野。可以对前护罩和后护罩进行处理，例如着色、镜面、抗反射、防雾和其他涂层，并且还可以使用各种颜色和饰面。前护罩和后护罩被固定至图6的分解图中示出的底盘705。
当HMD设备在操作中以及在用于清洁等的正常处理期间使用时，密封护目镜600可以物理地保护敏感的内部组件，包括近眼光学显示系统702(图6所示)。近眼光学显示系统702包括左波导显示器710和右波导显示器715，其分别向用户的左眼和右眼提供虚拟世界图像以用于混合现实和/或虚拟现实应用。护目镜600还可以保护近眼光学显示系统702免受环境因素以及HMD设备跌落或碰撞、冲击等情况下的损坏。
如图6所示，后护罩606被配置为符合人体工程学的合适形式以与用户的鼻子接合，并且鼻托和/或其他舒适特征可以被包括(例如，模制和/或作为分立组件添加)。在一些情况下，密封护目镜600还可以在模制护罩内结合一定水平的光学屈光度曲率(即，眼睛处方)。
图7示出了EPE 307的替代示例，其中采用包括两个或更多个波导板的堆叠的波导显示器来代替图3的EPE 305中示出的单个波导板。在该示例中，每个波导板(每个波导板可以是上文结合图3描述的类型)可以用于传递图像的不同光学波长或颜色。例如，在图7的特定示例中，波导板230可以用于透射与图像的红色部分相对应的波长，并且波导板330可以用于透射与图像的蓝色部分和绿色部分相对应的波长。使用波导堆叠代替单个波导板解决了可能出现的问题，这是因为波导板内的光路长度对于不同波长的光是不同的，这可能对光的均匀分布产生不利影响。根据实施例，红色波长范围是从600nm到650nm，绿色波长范围是从500nm到550nm，并且蓝色波长范围是从430nm到480nm。其他波长范围也是可能的。
更具体地，波导230的输入耦合器212可以被配置为将红色波长范围内的光(对应于图像)耦合到波导230中，并且波导230的输出耦合器210和216可以被配置为将红色波长范围内的光(对应于图像)(其已经通过TIR从输入耦合器212行进到输出耦合器210和216)从波导230耦合出。类似地，波导330的输入耦合器312可以被配置为将蓝色和绿色波长范围内的光(对应于图像)耦合到波导330中，并且波导330的输出耦合器310和316可以被配置为将蓝色和绿色波长范围内的光(对应于图像)(其已经通过TIR从输入耦合器312行进到输出耦合器310和316)从波导330耦合出。
图7还示出了左眼115L和右眼115R。左眼115L正在观看靠近输出耦合器210和310的图像(作为虚拟图像)，而右眼155R正在观看靠近输出耦合器230和330的图像(作为虚拟图像)。以另一种方式解释，眼睛115L和115R从与波导230和330相关联的出射光瞳观看图像。
相邻波导230和330之间的距离可以例如在大约50微米和300微米之间，但不限于此。虽然未具体示出，但间隔件可以位于相邻波导之间以维持其间所需的间距。在EPE的其他示例中，波导板堆叠中的波导板的数量可以变化，每个波导板透射不同范围的波长或颜色。例如，如果采用三个波导板，一个波导板可以被配置为透射与红光相对应的波长，另一个可以被配置为透射与绿光相对应的波长，并且第三波导板可以被配置为透射与蓝光相对应的波长。当然，也可以采用波导板和光的波长或颜色的其他组合。另外，由每个波导板透射的波长范围可以是不同的并且与每个其他波导板不重叠(如上面提到的示例)，或者替代地，波导范围可以对于这些波导板中的两个或更多个波导板重叠。此外，波导板的堆叠顺序在不同的示例中可以不同。
如前所述，输入耦合器和输出耦合器均可以被实现为衍射光栅，或者更一般地，被实现为衍射光学元件(DOE)。衍射光栅是一种可以包含周期性结构的光学组件，该周期性结构由于被称为衍射的光学现象而导致入射光分裂和改变方向。分裂(称为光学阶数(optical order))和角度变化取决于衍射光栅的特性。当周期性结构位于光学组件的表面时，其被称为表面光栅。当周期性结构是由于表面本身的变化引起时，其被称为表面浮雕光栅(SRG)。例如，SRG可以包括在光学组件的表面中的由均匀的直凹槽间隔区域分开的均匀的直凹槽。凹槽间隔区域可以被称为“线”、“光栅线”或“填充区域”。具有均匀直凹槽的DOE是一维(ID)刻划光栅的示例。DOE不限于ID刻划光栅。DOE可以包括二维(2D)光栅。例如，DOE可以包括2D交叉光栅。交叉光栅也可以被称为双周期光栅。双周期DOE的示例包括但不限于2D孔阵列和2D柱阵列。双周期DOE的两个周期不必彼此垂直。SRG的衍射性质取决于入射到SRG上的光的波长、偏振和角度以及SRG的各种光学特性，例如折射率、线间距、凹槽深度、凹槽轮廓、凹槽填充率和凹槽倾斜角度。SRG可以通过合适的微加工工艺来制造，该工艺可以涉及在衬底上进行蚀刻和/或沉积以在衬底上制造期望的周期性微结构以形成光学组件，然后该光学组件可以用作生产母板，例如用于制造更多光学组件的模具或掩模。SRG是衍射光学元件(DOE)的一个示例。当DOE存在于表面上时(例如，当DOE是SRG时)，由该DOE跨越的表面部分可以被称为DOE区域。
衍射光栅可以替代地是体光栅，例如布拉格衍射光栅，而不是表面光栅。还可以将一个或多个耦合器制造为SRG，然后覆盖在另一种材料内，例如使用原子层沉积工艺或铝沉积工艺，从而基本上掩埋SRG，使得包括SRG的主平面波导表面基本上是平滑的。这种耦合器是表面衍射光栅和体衍射光栅的混合体的一个示例。输入耦合器和输出耦合器中的任一者可以是例如表面衍射光栅、或体衍射光栅、或表面和体衍射光栅的混合体。在一些实施例中，输入耦合器和输出耦合器中的任一者可以是偏振光栅。根据本文描述的一些实施例，每个衍射光栅可以具有由衍射光栅的光栅线的方向指定的优先线偏振取向，其中，具有优先线偏振取向的光的耦合效率将高于具有非优先线偏振取向的光的耦合效率。
图8示出了图7中所示的EPE 307的操作。为了说明清楚，仅示出了波导230和330的最右侧部分，其将光引导至右眼115R。EPE的最左边的部分以类似的方式操作。在图8中，实箭头线322代表由显示引擎120输出的图像的红光和绿光，并且虚箭头线325代表由光引擎120输出的图像的蓝光和绿光。
当被实现为输入衍射光栅时，输入耦合器212被设计为将输入角度范围(例如，相对于法线+/-15度)内的例如红光衍射到波导板230中，使得衍射入耦合的光的角度超过波导230的临界角，并且由此可以通过TIR从输入耦合器212行进到输出耦合器216。此外，输入耦合器212被设计为透射被衍射的波长范围之外的光，使得该波长范围之外的光将穿过波导板230。然而，注意，对于图8的波导堆叠中的波导板，波导之间可能存在一定量的交叉耦合。同样，输出耦合器216输出例如红光以供眼睛115R观看。
类似地，当被实现为输入衍射光栅时，输入耦合器312被设计为将输入角度范围(例如，相对于法线+/-15度)内的例如蓝光和绿光衍射到波导板330中，使得衍射入耦合的蓝光和绿光的角度超过波导板330的临界角，并且由此可以通过TIR从输入耦合器312行进到输出耦合器316。此外，输入耦合器312被设计为透射例如蓝色和绿色波长范围之外的光，使得蓝色和绿色波长范围之外的光将穿过波导板330。同样，输出耦合器316输出蓝光和绿光以供眼睛214观看。
更一般地，每个波导板可以包括输入耦合器，该输入耦合器被配置为将输入角度范围(例如，相对于法线+/-15度)内和特定波长范围内的光耦合到波导板中，使得入耦合的光的角度超过波导板的临界角，并且由此可以通过TIR从波导的输入耦合器行进到输出耦合器，并且使得特定波长范围之外的光被透射并穿过波导板。
由于近眼显示系统通常设计得紧凑，具有小型、节能的成像器和显示引擎，因此确保耦合到波导板中的光被高效耦合通常很重要。为了实现这一点，反射器有时位于波导堆叠的输入耦合器后面，使得来自显示引擎的光两次穿过堆叠，由此增加耦合到波导板中的光量。
为了进一步增加耦合到波导板中的光量，可以提供一种光学布置，其在一个实施例中使来自显示引擎的主入射光束穿过波导堆叠多达四次，与仅使用位于波导堆叠的输入耦合器后面的反射镜的布置相比，光可以穿过波导堆叠的次数增加了一倍。
图9示出了EPE 407的一个示例，其中波导显示器包括如上所述的两个或更多个波导板的堆叠409，其中来自显示引擎403的主入射光束能够多次穿过波导堆叠(例如，在一些实施例中多达四次)。假设来自显示引擎403的光处于第一偏振态，为了说明的目的，在该示例中假设其为线偏振态(即，TE偏振态)。虽然在一些实施例中，来自显示引擎的光可以是非偏振的，但是这样的实施例将不是能量高效的，这是因为一部分光将被损失并且不会被耦合到波导板中，与让光穿过波导堆叠四次所获得的光损失相比，这可能会导致更多的光损失。
如图所示，来自显示引擎403的光被引导至双折射反射型偏振器405，该双折射反射型偏振器405透射TE偏振光(长虚线)并将正交偏振态(即，TM偏振光(短虚线))反射至波导堆叠409。因此，TE偏振光穿过双折射反射型偏振器405并且被引导至波导堆叠的输入耦合器。为了清楚起见，图9中未示出输入耦合器(以及输出耦合器)。TE偏振光穿过波导堆叠409并且图像第一次被耦合到波导中。在离开了波导堆叠409之后，光被位于波导堆叠409后面(即，在波导堆叠409的与显示引擎403相对的一侧上)的45°取向的消色差广角四分之一波片411(下文中被称为四分之一波片411)接收。如本领域普通技术人员将认识到的，四分之一波片411将线偏振光(在该特定情况下为TE偏振光)转换为左旋圆偏振光或右旋圆偏振光。圆偏振光(点划线)离开45°四分之一波片411并被引导至反射镜413，例如采用例如Al/Ag涂层的金属反射镜。
接下来，圆偏振光从反射镜413反射并且在此过程中反转其相位。以这种方式，反射镜改变了圆偏振光的旋向(即，从左旋圆偏振光变为右旋圆偏振光，或者反之亦然)。具有被反向旋向的光(虚线)然后第二次穿过四分之一波片411并被转换为TM偏振光。来自四分之一波片411的TM偏振光从背面方向耦合回到波导堆叠409中，并且图像第二次被耦合到波导中。剩余的TM偏振光第二次穿过波导堆叠409，被双折射反射型偏振器405反射并第三次穿过波导堆叠409。
在第三次穿过波导堆叠409之后，TM偏振光被四分之一波片411转换为圆偏振光，被反射镜413反射，这再次反转了圆偏振光的旋向，并被四分之一波片411转换为TE偏振光。来自四分之一波片411的TE偏振光从背面方向耦合回到波导堆叠409中并且第四次穿过波导堆叠409。未耦合到波导堆叠409的波导中的任何剩余TE偏振光穿过双折射反射型偏振器405，在双折射反射型偏振器405处它返回到显示引擎403。在一些情况下，可以提供滤波器、吸收器等来防止剩余的光到达显示引擎403或者从系统的其他组件散射。
虽然在图9所示的示例中，来自显示引擎403的光在TE偏振态下被线偏振，但在替代实施例中，光可以在TM偏振态下被线偏振。在这种情况下，偏振镜405被配置为透射TM偏振光并反射TE偏振光。同样地，在又一些实施例中，通过对双折射反射型偏振器405和四分之一波片411的配置进行适当调整，来自显示引擎的光可以处于圆偏振态，而不是处于线偏振态。在这种情况下，例如，将四分之一波片411定位在双折射反射型偏振器405之前以将光转换为线偏振可以是有利的。
在一些实施例中，可以采用多个输入耦合器，而不是针对每个波导板采用单个输入耦合器。在这种情况下，每个个体输入耦合器可以针对要通过与它们相关联的输入耦合器入耦合到波导板的特定波长进行优化。在这种情况下，与每个输入耦合器相关联的反射镜组和四分之一波片可以针对那些波长进行优化。也就是说，举例来说，经优化以入耦合红光的输入耦合器可以与经红色优化的四分之一波片和反射镜相关联，经优化以入耦合绿光的输入耦合器可以与经绿色优化的四分之一波片和反射镜相关联，等等。
在图9所示的示例中，四分之一波片411位于波导堆叠409的后端，使得其接收穿过波导堆叠之后的光。以这种方式，入耦合到波导板的光被线偏振。在图10中示出并如下所述的替代实施例中，四分之一波片可以位于光被波导堆叠409接收之前，使得入耦合到波导板的光被圆偏振。在又一实施例中，四分之一波片可以位于波导板之间。
在一个实施例中，波导板409后面的反射镜413可以被替换为一个或多个反射型介质滤波器或与一个或多个反射型介质滤波器组合。替代地或另外地，一个或多个反射型介质滤波器可以位于波导堆叠中的波导板之间的不同位置处。例如，可以在支持蓝色波长的波导板后面提供反射型介质滤波器，其反射蓝色波长但将绿色和红色波长透射至蓝色板后面的绿色和红色支持波导板。类似地，在另一实施例中，可以在分别支持蓝色和绿色波长的波导板后面提供反射型介质滤波器，其反射蓝色和绿色波长但将红色波长透射至绿色和蓝色支持波导板后面的红色支持波导板。在后一实施例中，红色反射型介质滤波器或宽带金属镜(例如，Ad/Ag镜)可以位于红色支持波导板后面。在这些情况下，将四分之一波片定位成使得其在光进入波导堆叠之前接收光可以是有利的。
在一些实施例中，可以使用法拉第旋转器代替四分之一波片来实现偏振转换。在这种情况下，光的线偏振角发生改变，而不转换为圆偏振。
在另一实施例中，波导输入耦合器被配置为改变穿过波导堆叠的光的偏振态，并且四分之一波片可以被不提供精确的四分之一波相位差而是提供一些其他最佳相位差的波片组件所代替，从而使得在考虑波导的偏振效应的情况下，进入波导的光的整体入耦合最大化。
在又一个实施例中，波导堆叠可以被布置为代替四分之一波片的功能并且在重要波长处提供相同的所需四分之一波相移以反转来回穿过其的光的偏振。
在又一个实施例中，输入偏振态被选择为线偏振态，其相对于输入耦合器的光栅以优化角度取向，并且相应地选择反射型偏振器角度，使得所选择的偏振角度被完全透射，并且与该偏振角度成90度角的线偏振态被完全反射。在这种情况下，可以根据入耦合的光的偏振态来优化波片的角度。
图10示出了EPE 407的实施例，其中，四分之一波片可以位于光被波导堆叠接收之前，使得入耦合到波导板的光被圆偏振。与图9的实施例类似，假设来自显示引擎403的光处于第一偏振态，为了说明的目的，在该示例中假设其为线偏振态(即，TE偏振态)。如图所示，来自显示引擎403的光被引导至双折射反射型偏振器405，该双折射反射型偏振器405透射TE偏振光(长虚线)并将正交偏振态(即，TM偏振光(短虚线))反射至四分之一波片411。四分之一波片411将TE偏振光转换为左旋圆偏振光或右旋圆偏振光。光穿过波导堆叠409并且图像第一次被耦合进来。圆偏振光从波导堆叠409后面的反射镜413被反射并且其旋向被反转。然后，光从背面方向被耦合到波导堆叠409中，并第二次穿过波导堆叠409，其中一些光被入耦合到波导板。具有被反转旋向的圆偏振的任何剩余光穿过四分之一波片411，四分之一波片411将其转换为TM偏振光并将其引导至双折射反射型偏振器405。TM偏振光从双折射反射型偏振器405反射并再次穿过四分之一波片411，四分之一波片411将其转换为具有被反转旋向的圆偏振光并第三次将其引导至波导堆叠409中。第三次穿过波导堆叠409的任何光被反射镜413反射回到波导堆叠409中，其旋向被反转，使得光具有其原始旋向。然后，光第四次进入波导堆叠409，并且穿过波导堆叠409而没有被入耦合到波导板之一的任何光被四分之一波片411转换回TE偏振光。任何剩余的光穿过双折射反射型偏振器405并且被引导向显示引擎403。如结合图9的实施例所讨论的，可以提供滤波器、吸收器等来防止光到达显示引擎403或者从系统的其他组件散射。
应当注意，虽然图9和图10所示的实施例示出了具有两个或更多个波导板的波导堆叠，但是在一些替代实施例中可以仅采用单个波导板。
上述波导显示器的实施例可以用在混合现实或虚拟现实应用中。图11示出了混合现实或虚拟现实HMD设备3100的一个特定说明性示例，并且图12示出了设备3100的功能框图。HMD设备3100包括形成透视显示子系统3104的一部分的一个或多个波导显示器3102，使得图像可以被显示。HMD设备3100还包括被配置为获取用户正在观看的背景场景和/或物理环境的图像的一个或多个面向外部的图像传感器3106，并且可以包括被配置为检测声音(例如来自用户的语音命令)一个或多个麦克风3108。
面向外部的图像传感器3106可以包括一个或多个深度传感器和/或一个或多个二维图像传感器。在替代布置中，如上所述，混合现实或虚拟现实显示系统(而不是并入透视显示子系统)可以通过面向外部的图像传感器的取景器模式来显示混合现实或虚拟现实图像。
HMD设备3100还可以包括注视检测子系统3110，其被配置为检测用户的每只眼睛的注视的方向或者焦点的方向或位置，如上所述。注视检测子系统3110可以被配置为以任何合适的方式确定用户的每只眼睛的注视方向。例如，在所示的说明性示例中，注视检测子系统3110包括一个或多个闪烁源3112，例如红外光源，其被配置为使光的闪烁从用户的每只眼睛反射，以及一个或多个图像传感器3114，例如面向内部的传感器，其被配置为捕捉用户的每只眼球的图像。根据使用图像传感器3114收集的图像数据确定的来自用户的眼睛的闪烁和/或用户的瞳孔的位置的变化可以用于确定注视方向。
另外，从用户的眼睛投射的注视线与外部显示相交的位置可以用于确定用户正在注视的对象(例如，显示的虚拟对象和/或真实背景对象)。注视检测子系统3110可以具有任何合适数量和布置的光源和图像传感器。在一些实施方式中，注视检测子系统3110可以被省略。
HMD设备3100还可以包括附加传感器。例如，HMD设备3100可以包括全球定位系统(GPS)子系统3116以允许确定HMD设备3100的位置。这可能有助于识别现实世界的对象，例如可能位于用户邻接物理环境中的建筑物等。
HMD设备3100还可以包括一个或多个运动传感器3118(例如，惯性传感器、多轴陀螺仪传感器或加速度传感器)，其用于当用户佩戴作为混合现实或虚拟现实HMD设备的一部分的系统时，检测用户的头部的运动和位置/取向/姿态。运动数据可以潜在地与眼睛追踪闪烁数据和面向外部的图像数据一起用于注视检测，以及用于图像稳定以帮助校正来自面向外部的图像传感器3106的图像中的模糊。即使来自面向外部的图像传感器3106的图像数据无法被解析，运动数据的使用也可以允许追踪注视方向的变化。
另外，运动传感器3118以及麦克风3108和注视检测子系统3110也可以被采用作为用户输入设备，使得用户可以经由眼睛、颈部和/或头部的姿势以及在一些情况下经由口头命令与HMD设备3100交互。可以理解的是，图31和图32中示出的以及随附文字中描述的传感器是出于示例的目的而被包括的，并且不旨在以任何方式进行限制，这是因为可以利用任何其他合适的传感器和/或传感器的组合来满足特定实施方式的需要。例如，可以在一些实施方式中使用生物识别传感器(例如，用于检测心率和呼吸频率、血压、大脑活动、体温等)或环境传感器(例如，用于检测温度、湿度、海拔、UV(紫外线)光水平等)。
HMD设备3100还可以包括控制器3120，例如一个或多个处理器，其具有通过通信子系统3126与传感器、注视检测子系统3110、显示子系统3104和/或其他组件通信的逻辑子系统3122和数据存储子系统3124。通信子系统3126还可以促进显示系统与远程定位的资源(例如处理、存储、电力、数据和服务)结合操作。也就是说，在一些实施方式中，HMD设备可以作为系统的一部分来操作，该系统可以在不同的组件和子系统之间分配资源和能力。
存储子系统3124可以包括存储在其上的指令，这些指令可由逻辑子系统3122执行，例如用于接收和解释来自传感器的输入，识别用户的位置和移动，使用表面重建和其他技术来识别真实对象，以及基于与对象的距离使显示变暗/淡化以使对象能够被用户看到，等等。
HMD设备3100被配置有一个或多个音频换能器3128(例如，扬声器、耳机等)，使得音频可以被用作混合现实或虚拟现实体验的一部分。电源管理子系统3130可以包括一个或多个电池3132和/或保护电路模块(PCM)以及相关联的充电器接口3134和/或用于向HMD设备3100中的组件供电的远程电源接口。
可以领会，HMD设备3100是出于示例的目的而描述的，并且因此并不意味着限制。还可以理解的是，显示设备可以包括除所示的那些之外的附加的和/或替代的传感器、相机、麦克风、输入设备、输出设备等，而不脱离本布置的范围。另外，HMD设备及其各种传感器和子组件的物理配置可以采取各种不同的形式，而不脱离本布置的范围。
现在通过说明的方式，而不是作为所有实施例的详尽列表，呈现本显示系统的各种示例性实施例。一个示例包括一种波导显示器，包括：波导堆叠，其包括至少一个波导衬底；输入耦合器，其用于将光耦合到所述波导衬底中，所述输入耦合器被配置为将第一范围的波长入耦合到所述波导衬底中；以及光学布置，其包括双折射反射型偏振器、反射镜和偏振态转换元件，所述偏振态转换元件被配置为将线偏振态的光转换为圆偏振态，以及将圆偏振态的光转换为线偏振态，所述反射镜被布置为接收来自所述偏振态转换元件的光，并将所述光反射回所述偏振态转换元件，所述光学布置使第一次穿过所述波导堆叠的光的透射路径折叠返回通过所述波导堆叠，从而未耦合到所述至少一个波导衬底中的光的至少一部分被使得穿过所述波导堆叠额外多次。
在另一示例中，所述双折射反射型偏振器被定位成将所述光引导至所述波导堆叠中，使得第一次穿过所述波导堆叠的光是线偏振或圆偏振的。在另一示例中，所述偏振态转换元件是45°取向的消色差广角四分之一波片。在另一示例中，所述偏振态转换元件是法拉第旋转器，所述法拉第旋转器被定位成接收第一次穿过所述波导堆叠之后的光。在另一示例中，所述光学布置被配置为使得所述偏振态转换元件接收线偏振光，并且使线偏振光被入耦合到所述至少一个波导衬底。在另一示例中，所述偏振态转换元件被定位成在光第一次穿过所述波导堆叠之后接收所述光。在另一示例中，所述光学布置被配置为使得所述偏振态转换元件接收线偏振光，并且使圆偏振光被入耦合到所述至少一个波导衬底。在另一示例中，所述偏振态转换元件被定位成在所述光第一次穿过所述波导堆叠之前接收所述光。在另一示例中，所述至少一个波导衬底包括至少第一波导衬底和第二波导衬底，并且所述输入耦合器包括用于将光分别耦合到所述第一波导衬底和所述第二波导衬底中的第一输入耦合器和第二输入耦合器，所述第一输入耦合器被配置为：将第一范围的波长入耦合到所述第一波导衬底中并透射其他波长，并且所述第二输入耦合器被配置为：将第二范围的波长入耦合到所述第二波导衬底中并透射其他波长，并且还包括至少第一输出耦合器和第二输出耦合器，其用于将光分别从所述第一波导衬底和所述第二波导衬底耦合出，所述第一输出耦合器被配置为：将所述第一范围的波长从所述第一波导衬底出耦合，并且所述第二输出耦合器被配置为：将所述第二范围的波长从所述第二波导衬底出耦合。在另一示例中，所述第一输入耦合器还包括用于耦合所述第一波导衬底中的光的多个第一输入耦合器，并且所述第二输入耦合器还包括用于耦合所述第二波导衬底中的光的多个第二输入耦合器，并且其中，所述光学布置还包括多个光学布置，所述光学布置中的每一个光学布置与所述多个第一输入耦合器之一或所述多个第二输入耦合器之一相关联，并被定制用于在将由所述光学布置所相应关联的输入耦合器入耦合的波长处的操作。在另一示例中，所述光学布置包括沿所述光的所述透射路径设置的介质滤波器，其用于将所选择波长的光反射回所述至少第一波导板和第二波导板中的一者或多者，所述至少第一波导板和第二波导板中的所述一者或多者入耦合所述所选择波长的光并透射经由其的除所述所选择波长之外的波长。
进一步的示例包括一种透视近眼显示系统，包括：成像器，其用于提供输出图像；出射光瞳扩展器(EPE)；显示引擎，其用于将处于第一偏振态的所述输出图像从所述成像器耦合到所述EPE中，所述EPE包括：波导堆叠，其包括至少第一波导板和第二波导板，所述波导板中的每一者包括衬底，所述衬底具有用于将一波长范围的图像光入耦合到所述衬底并透射其他波长的图像光的输入耦合衍射光学元件(DOE)以及用于将所述波长范围的图像光从所述衬底出耦合的至少一个输出耦合DOE，针对所述波导板中的每一者的所述图像光的所述波长范围与其他波导板中的每一者至少部分不同；双折射反射型偏振器，其被配置为：反射与所述第一偏振态正交的第二偏振态的光，并经由其将所述第一偏振态的光透射至所述波导堆叠；偏振态转换元件，其被配置为：接收穿过所述波导堆叠之后的所述第一偏振态的光，并将所述第一偏振态的光转换为圆偏振光；以及反射器，其用于接收所述圆偏振光并将所述圆偏振光反射回所述偏振态转换元件，由此将所反射的圆偏振光转换为所述第二线偏振态的反射光，所述第二线偏振态的所述反射光从所述偏振态转换元件被引导回所述波导堆叠，使得穿过所述波导堆叠的所述第二线偏振态的所述反射光被所述双折射反射型偏振器反射回所述波导堆叠。
在另一示例中，所述偏振态转换元件是45°取向的四分之一波片。在另一示例中，所述第一线偏振态是TE或TM偏振态。在另一示例中，介质滤波器沿所述光所穿过的光学路径设置的，其用于将所选择波长的光反射回所述至少第一波导板和第二波导板中的一者或多者，所述至少第一波导板和第二波导板中的所述一者或多者入耦合所述所选择波长的光并透射经由其的除所述所选择波长之外的波长。
进一步的示例包括头戴式显示器，包括：用于佩戴在用户的头部上的头戴式保持系统；固定至所述头戴式保持系统的护目镜组件，所述护目镜组件包括：底盘；固定到所述底盘的近眼光学显示系统，其包括波导显示器，所述波导显示器包括：波导堆叠，其包括至少一个波导衬底；输入耦合器，其用于将光耦合到所述波导衬底中，所述输入耦合器被配置为将第一范围的波长入耦合到所述波导衬底中；以及光学布置，其包括双折射反射型偏振器、反射镜和偏振态转换元件，所述偏振态转换元件被配置为将线偏振态的光转换为圆偏振态，以及将圆偏振态的光转换为线偏振态，所述反射镜被布置为接收来自所述偏振态转换元件的光，并将所述光反射回所述偏振态转换元件，所述光学布置使第一次穿过所述波导堆叠的光的透射路径折叠返回通过所述波导堆叠，从而未耦合到所述至少一个波导衬底中的光的至少一部分被使得穿过所述波导堆叠额外多次。
在另一示例中，所述双折射反射型偏振器被定位成将所述光引导至所述波导堆叠中，使得第一次穿过所述波导堆叠的光是线偏振或圆偏振的。在另一示例中，所述偏振态转换元件是45°取向的消色差广角四分之一波片。在另一示例中，所述偏振态转换元件是法拉第旋转器，所述法拉第旋转器被定位成接收第一次穿过所述波导堆叠之后的光。在另一示例中，所述光学布置被配置为使得所述偏振态转换元件接收线偏振光，并且使线偏振光被入耦合到所述至少一个波导衬底。在另一示例中，所述输入耦合器被配置为改变被入耦合的光的偏振态，所述偏振态转换元件是被配置为提供对到所述波导板中的光的入耦合进行增强的相位差的波片。在另一示例中，所述波导堆叠被配置为用作所述光学布置中的所述偏振态转换元件。在另一示例中，由所述波导显示器接收的光的入射偏振态是线偏振态，其相对于所述输入耦合器的光栅角度以选定的角度取向，以对到所述波导板中的光的入耦合进行增强。
虽然以特定于结构特征和/或方法动作的语言对发明主题进行了描述，但应当理解的是，所附权利要求书中定义的发明主题并不一定受限于上述具体特征或动作。确切地说，上述具体特征和动作是作为实现权利要求书的示例形式而公开的。

Claims (15)

1.一种波导显示器，包括：
波导堆叠，其包括至少一个波导衬底；
输入耦合器，其用于将光耦合到所述波导衬底中，所述输入耦合器被配置为将第一范围的波长入耦合到所述波导衬底中；以及
光学布置，其包括双折射反射型偏振器、反射镜和偏振态转换元件，所述偏振态转换元件被配置为将线偏振态的光转换为圆偏振态，以及将圆偏振态的光转换为线偏振态，所述反射镜被布置为接收来自所述偏振态转换元件的光，并将所述光反射回所述偏振态转换元件，所述光学布置使第一次穿过所述波导堆叠的光的透射路径折叠返回通过所述波导堆叠，从而未耦合到所述至少一个波导衬底中的光的至少一部分被使得穿过所述波导堆叠额外多次。
2.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述双折射反射型偏振器被定位成将所述光引导至所述波导堆叠中，使得第一次穿过所述波导堆叠的光是线偏振或圆偏振的。
3.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述偏振态转换元件是45°取向的消色差广角四分之一波片。
4.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述偏振态转换元件是法拉第旋转器，所述法拉第旋转器被定位成接收第一次穿过所述波导堆叠之后的光。
5.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述光学布置被配置为使得所述偏振态转换元件接收线偏振光，并且使线偏振光被入耦合到所述至少一个波导衬底。
6.根据权利要求5所述的波导显示器，其中，所述偏振态转换元件被定位成在光第一次穿过所述波导堆叠之后接收所述光。
7.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述光学布置被配置为使得所述偏振态转换元件接收线偏振光，并且使圆偏振光被入耦合到所述至少一个波导衬底。
8.根据权利要求7所述的波导显示器，其中，所述偏振态转换元件被定位成在所述光第一次穿过所述波导堆叠之前接收所述光。
9.根据权利要求1所述的波导显示器，其中，所述至少一个波导衬底包括至少第一波导衬底和第二波导衬底，并且所述输入耦合器包括用于将光分别耦合到所述第一波导衬底和所述第二波导衬底中的第一输入耦合器和第二输入耦合器，所述第一输入耦合器被配置为：将第一范围的波长入耦合到所述第一波导衬底中并透射其他波长，并且所述第二输入耦合器被配置为：将第二范围的波长入耦合到所述第二波导衬底中并透射其他波长，并且还包括至少第一输出耦合器和第二输出耦合器，其用于将光分别从所述第一波导衬底和所述第二波导衬底耦合出，所述第一输出耦合器被配置为：将所述第一范围的波长从所述第一波导衬底出耦合，并且所述第二输出耦合器被配置为：将所述第二范围的波长从所述第二波导衬底出耦合。
10.根据权利要求9所述的波导显示器，其中，所述第一输入耦合器还包括用于耦合所述第一波导衬底中的光的多个第一输入耦合器，并且所述第二输入耦合器还包括用于耦合所述第二波导衬底中的光的多个第二输入耦合器，并且其中，所述光学布置还包括多个光学布置，所述光学布置中的每一个光学布置与所述多个第一输入耦合器之一或所述多个第二输入耦合器之一相关联，并被定制用于在将由所述光学布置所相应关联的输入耦合器入耦合的波长处的操作。
11.根据权利要求9所述的波导显示器，其中，所述光学布置包括沿所述光的所述透射路径设置的介质滤波器，其用于将所选择波长的光反射回所述至少第一波导板和第二波导板中的一者或多者，所述至少第一波导板和第二波导板中的所述一者或多者入耦合所述所选择波长的光并透射经由其的除所述所选择波长之外的波长。
12.一种透视近眼显示系统，包括：
成像器，其用于提供输出图像；
出射光瞳扩展器(EPE)；
显示引擎，其用于将处于第一偏振态的所述输出图像从所述成像器耦合到所述EPE中，所述EPE包括：
波导堆叠，其包括至少第一波导板和第二波导板，所述波导板中的每一者包括衬底，所述衬底具有用于将一波长范围的图像光入耦合到所述衬底并透射其他波长的图像光的输入耦合衍射光学元件(DOE)以及用于将所述波长范围的图像光从所述衬底出耦合的至少一个输出耦合DOE，针对所述波导板中的每一者的所述图像光的所述波长范围与其他波导板中的每一者至少部分不同；
双折射反射型偏振器，其被配置为：反射与所述第一偏振态正交的第二偏振态的光，并经由其将所述第一偏振态的光透射至所述波导堆叠；
偏振态转换元件，其被配置为：接收穿过所述波导堆叠之后的所述第一偏振态的光，并将所述第一偏振态的光转换为圆偏振光；以及
反射器，其用于接收所述圆偏振光并将所述圆偏振光反射回所述偏振态转换元件，由此将所反射的圆偏振光转换为所述第二线偏振态的反射光，所述第二线偏振态的所述反射光从所述偏振态转换元件被引导回所述波导堆叠，使得穿过所述波导堆叠的所述第二线偏振态的所述反射光被所述双折射反射型偏振器反射回所述波导堆叠。
13.根据权利要求12所述的透视近眼显示系统，其中，所述偏振态转换元件是45°取向的消色差广角四分之一波片。
14.根据权利要求12所述的透视近眼显示系统，其中，所述第一线偏振态是TE或TM偏振态。
15.根据权利要求12所述的透视近眼显示系统，还包括沿所述光所穿过的光学路径设置的介质滤波器，其用于将所选择波长的光反射回所述至少第一波导板和第二波导板中的一者或多者，所述至少第一波导板和第二波导板中的所述一者或多者入耦合所述所选择波长的光并透射经由其的除所述所选择波长之外的波长。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068768A (zh) * 2022-03-15 2023-05-05 嘉兴驭光光电科技有限公司 衍射光波导以及具有其的显示设备

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60106742T2 (de) 2000-02-25 2005-03-10 Trumpf Photonics, Inc. Hochleistungs-superleuchtdiode mit einem gekrümmten mehrfachdurchgangs-wellenleiter
JP2002296554A (ja) 2001-03-30 2002-10-09 Minebea Co Ltd ファラデー回転子
FI115169B (fi) 2003-05-13 2005-03-15 Nokia Corp Menetelmä ja optinen järjestelmä valon kytkemiseksi aaltojohteeseen
US20050180674A1 (en) 2004-02-12 2005-08-18 Panorama Flat Ltd. Faraday structured waveguide display
US20120200499A1 (en) 2010-02-28 2012-08-09 Osterhout Group, Inc. Ar glasses with event, sensor, and user action based control of applications resident on external devices with feedback
US10408613B2 (en) 2013-07-12 2019-09-10 Magic Leap, Inc. Method and system for rendering virtual content
US9535253B2 (en) 2015-02-09 2017-01-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Display system
US9766464B2 (en) 2015-12-17 2017-09-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Reducing ghost images
WO2018234609A1 (en) 2017-06-19 2018-12-27 Nokia Technologies Oy OPTICAL ARRANGEMENT
US10338400B2 (en) * 2017-07-03 2019-07-02 Holovisions LLC Augmented reality eyewear with VAPE or wear technology
US10175489B1 (en) 2017-07-05 2019-01-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Compact optical system with MEMS scanners for image generation and object tracking
US20200371354A1 (en) * 2019-05-20 2020-11-26 Facebook Technologies, Llc Compact spatial light modulator projection system

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