TW202307491A - 具有增進容量的光波導管配置 - Google Patents

Abstract

根據本發明的示例態樣，此處提供了一種光波導管配置，其包括入耦合結構和光波導管，該入耦合結構被配置為將具有可見光譜中的光譜特性的入射光信號繞射成具有第一偏振的該光信號的第一變體和具有第二偏振的該光信號的第二變體，其中，與該第二偏振相比，該第一偏振至少部分地正交，以及該入耦合結構進一步被配置為將該光信號的該第一和該第二變體繞射地耦合到光波導管中，以及該光波導管被配置為向眼睛傳遞具有該第一偏振的該光信號的該第一變體和具有該第二偏振的該光信號的該第二變體，以產生基於波導管的顯示。

Description

具有增進容量的光波導管配置

本發明的實施方式係有關一種光波導管配置。

光波導管能夠傳遞光頻光(optical frequency light)。光學或可見頻率是指波長在大約400到700奈米之間的光。光波導管已用於顯示器，其中來自光場的光可以使用一個或多個波導管被傳遞到合適的位置以釋放給使用者的眼睛或多個眼睛。

頭戴式顯示器(HMD)和抬頭顯示器(HUD)可以使用光波導管技術來施行，例如，用於擴增實境或虛擬實境類型的應用。在擴增實境中，使用者看到現實世界的視野並在其上疊加補充指示。在虛擬實境中，使用者被剝奪了對現實世界的視野，而是提供了對軟體定義場景的視野。

通常，需要提供與光波導管技術相關的增進。更具體地說，提高光波導管配置的容量將是有用的。

根據一些態樣，提供了獨立項的標的。在附屬項中定義了一些實施方式。

根據本發明的第一態樣，此處提供了一種光波導管配置，其包括入耦合結構和光波導管，該入耦合結構被配置為將具有可見光譜中的光譜特性的入射光信號繞射成具有第一偏振的該光信號的第一變體(version)和具有第二偏振的該光信號的第二變體，其中，與該第二偏振相比，該第一偏振至少部分地正交，以及該入耦合結構進一步被配置為將該光信號的該第一和該第二變體繞射地耦合到光波導管中，以及該光波導管被配置為向眼睛傳遞具有該第一偏振的該光信號的該第一變體和具有該第二偏振的該光信號的該第二變體，以產生基於波導管的顯示。

第一態樣的示例實施方式可以包括來自以下項目符號列表的至少一個特徵或以下特徵的任意組合： ● 當該光信號的該第一和該第二變體從該入耦合區傳播到出耦合區時，該光信號的該第一變體的強度的該相對變化與該光信號的該第二變體的強度的該相對變化相同或基本上相同； ● 該光波導管配置進一步包括出耦合結構，其被配置為補償該光信號的該第一變體和該第二變體的偏振狀態的旋轉，該旋轉發生在當在該光波導管中傳遞該光信號的該第一變體和該第二變體時； ● 該光譜特性為在可見光譜中如特定波長的清晰光譜峰； ● 該光信號的該第一和該第二變體具有該可見光譜中的光譜特性； ● 該光信號的該第一變體和該第二變體在該光波導管中傳遞時至少部分地都在空間上以及在他們的波向量和波長方面重疊； ● 該入耦合結構被配置為將該光信號的該第一變體引導到波向量環中的第一位置以及將該光信號的該第二變體引導到該波向量環中的第二位置； ● 該波導管由玻璃、塑膠或具有至少1.4、如至少1.7、較佳地至少2.0的折射率的任何其他合適的波導管材料所製成； ● 當在該光波導管中傳遞該光信號的該第一變體和該第二變體時，該光信號的該第一變體的強度的該相對變化與該光信號的該第二變體的強度的該相對變化相同； ● 該光波導管配置包括出耦合結構被配置為從該光信號的該第一和該第二變體針對觀察者生產組合圖像； ● 該第一和該第二偏振為部分地相互正交，較佳地完全正交； ● 該光波導管配置進一步包括至少一個處理器，其被組態為生產具有已知偏振分布的光信號，該已知偏振分布橫跨該光信號所代表的圖像。

根據本發明的第二態樣，提供一種光學產品，其包括該光波導管配置和適於將該光信號引導到該入耦合結構的光源。

根據本發明的第三態樣，提供了一種個人顯示裝置，例如頭戴式顯示器或抬頭顯示器，其包括光波導管配置及/或光學產品。

本發明的實施方式係有關一種光波導管配置。光波導管配置可以包括光波導管和用於將圖像耦合到光波導管中的入耦合(in-coupling)結構，例如被配置成繞射地入耦合光信號的入耦合光柵。入耦合結構還可以被配置為將與圖像相關的光信號分成第一光信號和第二光信號。第一和第二光信號可以分別具有第一偏振和第二偏振。使用不同的偏振，例如垂直和水平偏振或順時針和逆時針偏振，能夠區分第一和第二光信號，即使該光信號在可見光譜中會具有相同或大致相同的光譜特性，如波長，具有相同或大致相同的傳播角，並且在波導管出耦合(out-coupling)區中佔據相同或大致相同的空間位置。因此，波導管容量可以加倍，因為例如兩個紅光信號可以透過波導管內相同或幾乎相同的路徑傳遞，從而只要使用獨立偏振狀態來傳遞部分圖像，就可以傳遞具有波導管幾何形狀的圖像的兩個部分，而該波導管幾何形狀在傳統設計中僅具有該些部分中的一個的容量。

圖1繪示了根據本發明的至少一些實施方式的示例系統。該系統可以包括一組光源140。光源140可以包括例如雷射或發光二極體、LED、光源，其中雷射源具有比LED更嚴格單色的優點。光源140與其他光學組件(例如MEMS面鏡130)一起形成光學系統，該光學系統可以被組態為在角空間中產生光場。圖像在光場中被編碼。光場在圖1中被示意性地繪示為場100。在一些實施方式中，實體主顯示器可以顯示光場100的圖像，而在其他實施方式中，系統可以不包括實體主顯示器並且圖像僅被編碼在角空間中分布的光場中。來自光場100的光信號104可以直接或藉由使用包括例如面鏡及/或透鏡的光導管102來被傳遞到光波導管110，以產生基於波導管的顯示。光導管102在某種意義上是可選的，取決於特定實施方式的細節，它們可以不存在。換言之，光導管102並非存在於所有實施方式中。

來自光源140的光信號104可以被引導到入耦合結構103，例如部分反射面鏡、表面浮雕光柵或其他繞射結構。例如，入耦合結構103可以包括一個或多個入耦合光柵及/或棱鏡。入耦合結構103可以被配置成將光線104引導到光波導管110中。也就是說，入耦合結構103可以將圖像繞射耦合到光波導管110中。如圖1所示，在一些實施方式中，入耦合結構103例如可以在光波導管110的表面上或靠近該表面。然而，在一些實施方式中，光波導管110可以包括入耦合結構103。

在一些實施方式中，可以不存在入耦合元件，並且在這種情況下，例如，可以藉由直接照射光波導管110的側表面將光信號104引入光波導管110中。

在波導管110中，光信號104可以藉由在波導管內側反復反射而前進，與元件112a相互作用直到它與元件112相互作用，這導致它從波導管110偏轉到空氣中，朝向眼睛120作為生產圖像的光信號114。元件112a和112可以位於光波導管110中的任一側或兩側，其中光波導管110中的一側是指朝向眼睛120的一側或「外側世界」一側。例如，元件112和112a可以包括部分反射面鏡、表面浮雕光柵或其他繞射結構。例如，元件112a可以配置成在波導管110內傳播光場100，從而正確地產生波導管顯示器的圖像。來自光場100不同角度方面的光將與元件112相互作用，使得光信號114將在眼睛120的視網膜上生產光場100中所編碼的圖像。

元件112可以使光信號104在多個出口位置處離開波導管110。因此，使用者會在他的眼睛120前感知到在光場100中所編碼的圖像。由於波導管110可以至少部分是透明的，例如，在基於波導管的顯示器是頭戴式的情況下，使用者還可以有利地經由波導管110看到他的現實生活環境。由於元件112的作用，光從波導管110釋放，即，元件112可以被稱為出耦合元件或結構。

圖1所繪示的示例系統包括三個光源140，並且至少一個處理器150可以被組態為控制光源140。這是本揭露不限於此的示例，而是可以存在少於三個或多於三個的光源140。光源140可以被認為是單色的，因為它們可以生產具有單一峰波長的窄光譜帶，如在雷射中，或者它們的光譜帶可以更寬，如LED。具有更複雜光譜分布的光源也是可能的。

為了生產在角空間中的光場100中所編碼的彩色圖像，光源140可以例如由處理器150以程式化方式來被控制。在存在面鏡130的情況下，光源140和面鏡130可以彼此同步，使得來自光源140的光以受控方式照亮角空間100的特定角區域，從而在其中生產彩色圖像的表現，其再現了從外部源(例如虛擬實境或擴增實境電腦)所接收到的靜止或移動輸入圖像。例如，從外部源接收的靜止或移動圖像可以包括數位圖像或數位視訊饋送。因此，在光場100中所編碼的圖像可藉由提供適當選擇的輸入圖像來被組態。

為了在光場100的角空間中的給定方面生產特定顏色，例如，角空間中的這個給定方面可以被一組至少三個光源140所照亮。當來自光場100的角空間中的給定方面的光在波導管110中行進到元件112(可能透過元件112a)時，該特定顏色隨後由光信號114再現，其中該特定顏色以對應於角空間100中給定方面的角度存在。

本發明的實施方式旨在提高光波導管110的容量。這種增進的光波導管可以用於例如頭戴式顯示器(HMD)和抬頭顯示器(HUD)，其可以使用光波導管技術來施行，例如，用於擴增實境或虛擬實境類型的應用。人類眼睛的(視網膜)對偏振幾乎不敏感，即在正常觀察條件下通常無法辨別不同的偏振狀態(海丁格刷(Haidinger’s brush)表明人類在理想條件下可以微弱地檢測偏振狀態，但這種效果與顯示目的無關)。例如，這種不敏感性可以用在智慧手機顯示器中，當經由偏振器觀察時，其可能會顯示出「彩虹」效應。

根據本發明的實施方式，兩個光信號可以經由波導管彼此獨立地傳遞，只要它們在進入波導管110時對應於兩個正交偏振狀態或至少部分正交偏振狀態。引起不同偏振狀態的設備可以是或可以不是波導管的入耦合配置的一部分。在一些示例實施方式中，入耦合光柵103被設計成生產具有正交偏振或至少部分相互正交偏振的兩個光信號。在一些示例實施方式中，入射到入耦合光柵103中的光信號可能已經包括正交偏振的第一和第二信號。

例如，第一光信號可以使用順時針偏振並且第二光信號可以使用逆時針偏振，但是更複雜的配置也是可能的。波導管110可以被設計(優化)成其對光場強度(入耦合區和任何特定出耦合區之間的總光場強度的變化)的影響是(幾乎)偏振不敏感的。這可以藉由要求所有光場-波導管相互作用對偏振不敏感來確保，但更實際的是只要求整個端到端通道對偏振不敏感。實際上，這是典型要求的擴展，即所有感興趣波長的強度以相同的方式(顏色均勻性)映射到每個出耦合區/結構和每個感興趣的傳播角度，並且也包含橫跨偏振狀態的均勻性。

可以證明，例如使用所謂的希伯特空間(Hilbert space)的偏振同一性，強度的偏振獨立映射足以保持從入耦合光柵到任何特定出耦合光柵的偏振狀態的正交性。然而，偏振狀態會隨著波導管內側的傳播而旋轉，這取決於波長、傳播角度和出耦合位置，並且這種旋轉必須藉由出耦合光柵來產生，以便正確地組合部分圖像。因此，必須對偏振狀態的旋轉進行建模，並將其納入波導管設計過程(優化)。

圖2繪示了根據本發明的至少一些實施方式的(k _x, k _y)平面中的第一示例性波向量圖。例如，第一示例性波向量圖可以展示圖1的光波導管110的波向量圖。圖2顯示出了當光場與波導管中的光柵相互作用時，表示圖像矩形200(我們注意到，儘管圖像形狀可以是任意的，但矩形用於說明目的，此外，對於觀察者而言為矩形的圖像實際上具有波向量圖中的枕形表現)的像素的歸一化波向量分量，即圖1的光信號104(由圖2中的黑點所標記)如何相對於它們在內圓內側的原始位置(輸入/輸出狀態)移動。光信號104可以具有可見光譜中的光譜特性，例如在特定波長處的清晰光譜峰。光信號104可以例如具有原色(primary colour)(藍色、綠色、紅色)的波長。

如圖2所示，對應於圖像框200(箭頭201表示像素的歸一化波向量的2D投影，為簡單起見，歸一化波向量僅繪製在矩形200內)中的像素和光信號104的歸一化波向量分量可以由入耦合光柵(例如圖1中波導管中的入耦合結構103，例如110)的光柵誘導向量205從波向量圖的內圓內(其表示入耦合到波導管以及從波導管出耦合的傳播角)被移位到圖的圓環中的第一位置210(其表示藉由全內反射在波導管內側傳播的波導管模式)。然後，像素的歸一化波向量分量可以由光波導管110的光柵誘導向量215移位到圖中的至少一個其他位置220。

在一些實施方式中，折射率可以是n ₁=1(波導管周圍的空氣)和n ₂=2(波導管材料)。圓環(在半徑n ₁和半徑n ₂的圓之間)可以稱為圖的外部或簡稱環，以及內圓周n ₁內的區域可以稱為圖的內圓。在圖的內圓中，光信號104可以在波導管外側(在空氣中)或在波導管內側傳播，而環僅對應於波導管內側的傳播。在一些實施方式中，波導管可以由玻璃、塑料或任何其他合適的波導管材料製成。在一些實施方式中，波導管材料的折射率可以是至少1.4、或至少1.7、或至少2.0。環狀區的面積與光波導管110傳輸單一波長和單一偏振狀態的光的能力有關。

最後，對應於圖像框200中的像素和光信號104的歸一化波向量分量可以由出耦合光柵或一般結構(例如圖1中的出耦合元件112)的光柵誘導向量225從圖中的位置220移位回到內圓(這使得光場能夠逸出波導管)。

本發明解決的挑戰是當圖像被帶到光波導管110時，圖像尺寸和分辨率受到波導管容量的限制(即，不可能任意增加圖像尺寸或分辨率)。分辨率受限於波導管內側可識別角度方向的數量，這與波導管厚度有關，但這裡我們對圖像尺寸(圖像的角度範圍)的限制感興趣，其與波導管和周圍材料的折射率之間的差異有關。

具體來說，波導管的容量就是圖中環狀區的面積，這個容量可以分為兩部分；空間範圍(在圖中)(對應於傳播方向(像素))及其分辨率(對應於可辨別像素的數量)。在這裡，我們將僅在提及前一個内容時使用該用語。由於環狀區內的位置也代表波導管內側的傳播方向，因此當圖像要從波導管的一部分(入耦合區)中繼到波導管的其他部分(出耦合區/結構)時，並非所有容量都可以(直接)被利用。也就是說，儘管回溯是一種選擇，但主傳播方向仍然必須是從入耦合區朝向出耦合區/結構。

此外，當使用光柵在波導管中引導光時，使用光柵時圖像區可以在圖中移位，但不能縮放或旋轉，並且移位的距離取決於難以控制的波長。因此，通常需要分割圖像區，例如當需要藉由波導管傳遞大視野圖像時。由於圖像的不同部分不能藉由環中的相同區傳輸，因為這會導致圖像中的串擾，因此讓不同的部分圖像從感興趣的入耦合區傳播到出耦合區是個挑戰，更不用說以導致均勻圖像強度的方式來這樣做。

本發明的實施方式試圖藉由使用正交或至少部分正交的偏振狀態將波導管的容量加倍來緩解這一挑戰。特別是，環中的每個位置以及傳播方向都可以含有圖像的兩個部分。例如，可以將圖像分成兩部分，從而使用第一偏振傳遞圖像的第一半部分(例如，左側像素)，使用第二偏振傳遞圖像的第二半部分(例如，右側像素)。也可以藉由其他方式將圖像劃分為第一偏振和第二偏振，例如，將奇數行(column)的像素選擇到圖像的第一半部分，將偶數行的像素選擇到第二半部分。

我們注意到，雖然部分圖像在波向量圖中可能在波導管的不同位置處重疊，但這裡的設計原則是，只要圖像的重疊部分具有正交偏振狀態，當入耦合且入耦合和出耦合之間的相對強度變化對於所有偏振狀態(任何兩個正交狀態)都是相同時就可以在出耦合處單獨恢復部分圖像。

具體而言，在波導管傳播期間，沒有必要明確要求重疊部分圖像具有正交偏振，即使它們佔據波向量圖中的重疊區也是如此。態可以例如在光源處或在耦合內(預入耦合、入耦合區或使用多個光柵)期間產生部分圖像的不同偏振狀態。

圖3繪示了根據本發明的至少一些實施方式的(k _x, k _y)平面中的第二示例性波向量圖。例如，第二示例性波向量圖可以展示圖1的光波導管110的波向量圖。與圖2類似，圖3顯示了與圖像框200的像素和圖像點的位置(即圖1的光信號104(由黑點標記))對應的歸一化波向量分量如何在光栅相互作用下相對於環移動。

更具體地，圖3展示了入耦合光栅(如圖1中的入耦合結構103)的光栅誘導向量205a和205b如何將圖像框200的像素的歸一化波向量分量從圖的內圓(在波導管110外側和內側傳播的場)分別移位(繞射)到環形區(波導管110中的波導管模式)內的第一位置210a和第二位置210b。入耦合光柵可以被配置成將入射光信號104繞射成具有第一偏振的光信號104的第一變體104a和具有第二偏振的光信號104的第二變體104b。

入耦合光柵可以進一步被配置為將光信號104的第一變體104a和第二變體104b繞射耦合到光波導管110中。光信號104的第一變體104a和第二變體104b在波向量圖中可以在彼此的頂部上，即光信號104的第一變體104a和第二變體104b的位置可以至少部分重疊。由於使用正交偏振狀態或至少部分正交偏振狀態，當從波導管出耦合信號時，光信號104的第一變體104a和第二變體104b可以分離。

第一偏振可以至少部分地與第二偏振正交，從而在光波導管110已經將具有第一偏振的光信號104的第一變體104a和將具有第二偏振的光信號104的第二變體104b傳遞到出耦合光柵之後能夠區分光線104a和104b，其可然後組合兩個部分圖像以生產朝向眼睛傳遞的圖像，以產生基於波導管的顯示。

在一個實施方式中，出耦合光柵或結構被配置為根據第一和第二變體的光信號在觀察者眼睛的視網膜(或任何其他相關記錄裝置)上生產組合圖像。因此，當圖3中的圖像框220a和220b被映射到波向量圖的內圓時，它們是分開的。第一變體104a的強度可以與內圓(在輸出處)內側的第二變體104b的強度相同或基本相同，只要確保它們的相對變化在足夠程度上相等即可。

通常，當光信號在波導管內側傳遞時，光信號會在波向量環(內圓和外圓之間)中跳躍，當它被出耦合時，它會映射到內圓內側。使用正交偏振或至少部分正交偏振，可以在出耦合處分離光信號104的第一變體104a和光信號104的第二變體104b，如果在從入耦合區到任何出耦合區的波導管傳播期間，光信號104的第一變體104a光信號104的第二變體104b的強度相等地(或近似相等地)改變。

在將入射光信號104繞射成具有第一偏振的光信號104的第一變體104a和具有第二偏振的光信號104的第二變體104b時，表示圖像200的像素的歸一化波向量分量可以是由圖3中的光柵誘導向量215的向量從第一位置210a移位到至少一個其他位置220a和從第二位置210b移位到至少一個其他位置220b。也就是說，光信號104的第一變體104a可以從第一位置210a移位到至少一個其他位置220a。光信號104的第二變體104b可以類似地從第二位置210b移位到至少一個其他位置220b。所述其他位置220a和220b可以在某個點重疊，即，光信號104的第一變體104a和第二變體104b可以至少部分地在相同位置處被傳遞。然而，由於使用不同的偏振，光信號104的第一變體104a和第二變體104b最終可以被區分。

光信號104可以具有可見光譜中的光譜特性，並且光信號104的第一變體104a和第二變體104b可以具有與光信號104相同的可見光譜光譜特性。然而，由於光信號的第一變體104a和光信號的第二變體104b具有不同的偏振，所以光信號104的第一變體104a和第二變體104b可以在出耦合光柵/結構處被區分。因此，如果當光信號104的第一變體104a和第二變體104b在光波導管110中被傳遞時發生的偏振狀態的旋轉可以在出耦合光柵中產生，則光波導管110的通道容量可以加倍。

在一些實施方式中，光信號104的第一變體104a和第二變體104b的偏振可以混合，但是如果光信號104的第一變體104a和第二變體104b的偏振狀態是正交的，則無論如何，光信號104的第一變體104a和第二變體104b可以在出耦合光柵/結構處被區分。

光信號104的第一變體104a和光信號104的第二變體104b可以在離開之前透過不同的路線行進，例如如果它們在從入耦合區到出耦合區的途中經過幾個光柵。然而，如果第一變體的光信號的強度的相對變化等於當它們在光波導管110中傳遞時第二變體的光信號的強度的相對變化，則第一和第二變體的光信號可以在出耦合處分離。

在一些實施方式中，光信號的第一和第二變體的偏振可以在光波導管110中傳遞的同時旋轉。在這種情況下，可以對這種旋轉進行建模，以便於設計出耦合光柵，這些光柵能夠在光信號的第一和第二變體之間分離，以便以正確的方式將它們組合起來以進行顯示。

例如，可以對入耦合區和某個出口位置之間的偏振旋轉進行建模，以查看第一和第二光信號的偏振在光波導管中傳遞時如何旋轉。在找出偏振旋轉了多少時，在保持它們的相互正交性或至少部分相互正交性的同時，可以選擇合適的出耦合光柵行為，其可以在第一和第二光信號之間分離。也就是說，可能需要對具有不同偏振狀態的兩個圖像如何從入耦合光柵傳播到出耦合光柵進行建模，以便能夠在部分圖像之間進行分離，以便將它們組合回一個圖像。因此在入耦合和出耦合區之間可能存在偏振映射，然後可以基於該映射選擇合適的出耦合光柵。

在一些實施方式中，光波導管配置可以包括至少一個處理器，例如圖1的處理器150。至少一個處理器可以被組態為生產光信號104的已知偏振分布。也就是說，由至少一個處理器所生產的偏振分布可以使得例如(一組)入耦合光柵可以將光信號104繞射成第一變體104a和第二變體104b，並且相互正交偏振狀態。

替代地或另外地，至少一個處理器可以被組態為直接為光信號的第一變體104a和第二變體104b產生給定的偏振狀態。由於偏振狀態是二維的，因此希望生產具有正交偏振狀態的部分圖像。選擇兩個圖像的偏振狀態，使得當圖像在波向量圖中的耦合後立即重疊時，它們具有正交或至少部分正交的偏振。這意味著每個圖像的偏振狀態可以被橫跨固定在整個圖像上，或者它可以具有任何分布，只要另一幅圖像在重疊區中具有正交偏振狀態即可。對於不同的波長，偏振狀態分布可以相同或不同。在某些情況下，正交性條件可能僅部分滿足，例如由於設計和製造限制，系統性能相應下降。作為示例，可以使用至少一個處理器直接或藉由為此目的啟用(預)耦合光柵的使用來為圖像的右側和左側選擇特定的正交偏振狀態。

應當理解，所揭露的本發明的實施方式不限於本文所揭露的特定結構、製程步驟或材料，而是擴展到相關領域的普通技術人員將認識到的其均等物。還應該理解，本文所用的用語僅用於描述特定實施方式的目的，而不是限制性的。

本說明書全文中提及「一實施方式」或「實施方式」意指所描述與實施方式有關之特定的特徵、結構、或特性，係包含在本發明的至少一個實施方式中。因此，本說明書全文各處所出現的「在一實施方式中」或「在實施方式中」等詞組，不必然意指相同的實施方式。在使用諸如大約或基本上之類的用語提及數值的情況下，還揭露了準確的數值。

如本文所用，複數個項目、結構元件、組成元件及/或材料可以為了方便而呈現在共同列表中。然而，這些列表應該被理解為列表中的每個成員都被單獨標識爲一個單獨的、唯一的成員。因此，此類列表中的任何單個成員均不應在沒有相反的指示下僅基於其在一個共同群體中的表現而被解釋為同一列表中的任何其他成員的事實上均等物。此外，本發明的各種實施方式和示例連同其各種組件的替代方案一起在本文中被提及。應當理解，這些實施方式、示例和替代方案不應被解釋為彼此事實上均等物，而是應被視為本發明的單獨和自主的表示。

此外，在一或多個實施方式中，可按任何適當的方式結合所描述的特徵、結構、或特性。在前面的描述中，提供了許多具體細節，例如長度、寬度、形狀等的示例，以提供對本發明實施方式的透徹理解。然而，相關領域的技術人員將認識到，本發明可以在沒有一個或多個具體細節的情況下實施，或使用其他方法、組件、材料等。在其他情況下，未詳細示出或描述眾所周知的結構、材料或操作以避免模糊本發明的方面。

儘管前述示例在一個或多個特定應用中說明了本發明的原理，但是對於本領域的普通技術人員來說顯而易見的是，可以在實施方案的形式、使用和細節上進行許多修改而無需行使進步性的能力，並且不背離本發明的原理和概念。因此，本發明不意在受到限制，除非由以下提出的權利要求書限定。

動詞「包括」和「包含」在本文檔中用作開放限制，既不排除也不要求存在未列舉的特徵。除非另有明確說明，附屬項中記載的特徵可以相互自由組合。此外，應當理解，在本文件中使用「一個(a)」或「一個(an)」，即單數形式，並不排除複數。 工業適用性

本發明的至少一些實施方式在HMD和HUD中找到了工業應用。 縮寫詞列表 HMD：頭戴式顯示器 HUD：抬頭顯示器 LED：發光二極體

100:光場 102:光導管 103:入耦合結構 104:光信號 104a:第一變體 104b:第二變體 110:波導管 112:元件 112a:元件 114:光信號 120:眼睛 130:面鏡 140:光源 150:處理器 200:圖像框 201:像素的歸一化波向量的2D投影 205:光柵誘導向量 205a:光栅誘導向量 205b:光栅誘導向量 210:第一位置 210a:第一位置 210b:第二位置 215:光栅誘導向量 220:圖像框 220a:圖像框 220b:圖像框 225:光栅誘導向量 n1:折射率 n2:折射率

[圖1]繪示了根據本發明的至少一些實施方式的示例系統；

[圖2]繪示了根據本發明的至少一些實施方式的(k _x, k _y)平面中的第一示例性波向量圖；

[圖3]繪示了根據本發明的至少一些實施方式的(k _x, k _y)平面中的第二示例性波向量圖。

104:光信號

104a:第一變體

104b:第二變體

110:波導管

200:圖像框

201:像素的歸一化波向量的2D投影

205a:光栅誘導向量

205b:光栅誘導向量

210a:第一位置

210b:第二位置

215:光柵誘導向量

220a:圖像框

220b:圖像框

225:光栅誘導向量

n1:折射率

n2:折射率

Claims (14)

1. 一種光波導管配置，包括： -    入耦合結構，其被配置為將具有可見光譜中的光譜特性的入射光信號繞射成具有第一偏振的該光信號的第一變體和具有第二偏振的該光信號的第二變體，其中，與該第二偏振相比，該第一偏振至少部分地正交，以及該入耦合結構進一步被配置為將該光信號的該第一和該第二變體繞射地耦合到光波導管中；以及 -     該光波導管，其被配置為向眼睛傳遞具有該第一偏振的該光信號的該第一變體和具有該第二偏振的該光信號的該第二變體，以產生基於波導管的顯示。
2. 如請求項1之光波導管配置，其中，當該光信號的該第一和該第二變體從該入耦合結構傳播到出耦合結構時，該光信號的該第一變體的強度的相對變化與該光信號的該第二變體的強度的相對變化相同或基本上相同。
3. 如請求項1或2之光波導管配置，進一步包括出耦合結構，其被配置為補償該光信號的該第一變體和該第二變體的偏振狀態的旋轉，該旋轉發生在當在該光波導管中傳遞該光信號的該第一變體和該第二變體時。
4. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該光譜特性為在可見光譜中如特定波長的清晰光譜峰。
5. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該光信號的該第一和該第二變體具有該可見光譜中的光譜特性。
6. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該光信號的該第一變體和該第二變體在該光波導管中傳遞時至少部分地都在空間上以及在他們的波向量和波長方面重疊。
7. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該入耦合結構被配置為將該光信號的該第一變體引導到波向量環中的第一位置以及將該光信號的該第二變體引導到該波向量環中的第二位置。
8. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該波導管由玻璃、塑膠或具有至少1.4、如至少1.7、較佳地至少2.0的折射率的任何其他合適的波導管材料所製成。
9. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，當在該光波導管中傳遞該光信號的該第一變體和該第二變體時，該光信號的該第一變體的強度的相對變化與該光信號的該第二變體的強度的相對變化相同。
10. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該光波導管配置包括出耦合結構被配置為從該光信號的該第一和該第二變體針對觀察者生產組合圖像。
11. 如請求項1或2之光波導管配置，其中，該第一和該第二偏振為部分地相互正交，較佳地完全正交。
12. 如請求項1或2之光波導管配置，進一步包括至少一個處理器，其被組態為生產具有已知偏振分布的光信號，該已知偏振分布橫跨該光信號所代表的圖像。
13. 一種光學產品，包括如前述請求項中任一項之光波導管配置和適於將該光信號引導到該入耦合結構的光源。
14. 一種個人顯示裝置，諸如頭戴式顯示器或抬頭顯示器，包括如請求項1至12中任一項之該光波導管配置及/或如請求項13之光學產品。

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