[發(fā)明專利]用于使波長(zhǎng)通過的NED偏振系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310757247.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN103760680B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I·A·恩古耶;T·萊沃拉;D·D·伯恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 微軟技術(shù)許可有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G02B27/28
• 分類號(hào): G02B27/28
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 羅婷婷

背景技術(shù)

透視近眼顯示(NED)單元可用于將虛擬圖像與物理環(huán)境中的現(xiàn)實(shí)物體混合起來顯示。這種NED單元包括用于生成圖像的光引擎，以及部分透射、部分反射的光學(xué)元件。為了允許來自外部世界的光到達(dá)觀察者的眼睛，該光學(xué)元件是透射的，并且為了允許來自光引擎的光到達(dá)觀察者的眼睛，該光學(xué)元件還是部分反射的。該光學(xué)元件可以在平面波導(dǎo)內(nèi)包括衍射光學(xué)元件(DOE)或全息圖，以使來自微顯示器的圖像衍射到用戶的眼睛衍射。

實(shí)際上，NED單元可包括多個(gè)波導(dǎo)的堆疊，每個(gè)波導(dǎo)被分配一個(gè)波長(zhǎng)分量。具體來說，通過控制波導(dǎo)內(nèi)的DOE的各方面，該波導(dǎo)可以被匹配或者優(yōu)化，以便以最高的效率與特定波長(zhǎng)分量耦合。針對(duì)可見光譜的不同色彩來優(yōu)化不同的DOE，以允許NED單元提供全色彩體驗(yàn)。

在多個(gè)波導(dǎo)的堆疊中，與堆疊中的遠(yuǎn)端波導(dǎo)(即距光引擎最遠(yuǎn)的那些波導(dǎo))匹配的波長(zhǎng)分量通過該堆疊中的較鄰近波導(dǎo)。通常針對(duì)遠(yuǎn)端波導(dǎo)的波長(zhǎng)分量耦合在較鄰近的波導(dǎo)中，而不是直接通過較鄰近的波導(dǎo)。這導(dǎo)致亮度損失，導(dǎo)致從NED單元到達(dá)觀察者的各色彩不均勻，以及所再現(xiàn)的虛擬圖像的質(zhì)量的降級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施例涉及一種用于在不同的波長(zhǎng)帶穿過NED單元中的各波導(dǎo)時(shí)選擇性地改變這些不同波長(zhǎng)帶的偏振態(tài)的系統(tǒng)和方法。各波導(dǎo)之上或之內(nèi)的DOE是對(duì)偏振敏感的。通過將波長(zhǎng)帶的偏振改變?yōu)椴▽?dǎo)上的DOE對(duì)其較不敏感的狀態(tài)，該波長(zhǎng)帶可以最大程度或者完全通過該DOE而沒有衰減。控制波長(zhǎng)帶的偏振使其處于使得光在進(jìn)入波導(dǎo)之前通過DOE耦合在其所預(yù)期的波導(dǎo)中的狀態(tài)。

在一個(gè)示例中，本發(fā)明的技術(shù)涉及一種用于呈現(xiàn)圖像的方法，該方法包括：(a)將來自光源的光投影到光學(xué)元件中，所述的光至少包括第一波長(zhǎng)帶和第二 波長(zhǎng)帶，并且該光學(xué)元件至少包括第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)，第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)各自具有至少一個(gè)光柵；(b)控制入射到第一波導(dǎo)上的第一波長(zhǎng)帶的偏振，使其與入射到第一波導(dǎo)上的除第一波長(zhǎng)帶以外的其他波長(zhǎng)帶的偏振不同，從而使第一波長(zhǎng)帶與除第一波長(zhǎng)帶之外的其他波長(zhǎng)帶相比，可以以更大程度耦合在第一波導(dǎo)中；以及(c)控制入射到第二波導(dǎo)上的第二波長(zhǎng)帶的偏振，使其與入射到第二波導(dǎo)上的除第二波長(zhǎng)帶以外的其他波長(zhǎng)帶的偏振不同，從而使第二波長(zhǎng)帶與除第二波長(zhǎng)帶以外的其他波長(zhǎng)帶相比，可以以更大程度的耦合在第二波導(dǎo)中。

在另一個(gè)示例中，本發(fā)明的技術(shù)涉及一種用于呈現(xiàn)圖像的方法，該方法包括：(a)將來自光源的光投影到光學(xué)元件中，所述光包括2到n個(gè)波長(zhǎng)帶，且該光學(xué)元件包括2到m個(gè)波導(dǎo)，第i個(gè)波長(zhǎng)帶與第j個(gè)波導(dǎo)匹配，其中i＝1到n，j＝1到m；和(b)使2到n個(gè)波長(zhǎng)帶中的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)帶通過多個(gè)偏振態(tài)生成器，每個(gè)偏振態(tài)生成器與2到m個(gè)波導(dǎo)中的一個(gè)波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)，所述多個(gè)偏振態(tài)生成器控制通過其中的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)帶的偏振，以促進(jìn)將第i個(gè)波長(zhǎng)帶耦合在第j個(gè)波導(dǎo)中，同時(shí)防止將剩余的波長(zhǎng)帶耦合成通過第j個(gè)波導(dǎo)的狀態(tài)。

在另一個(gè)示例中，本發(fā)明的技術(shù)涉及一種用于將來自光源的光傳輸?shù)窖劭?eye box)的光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括：第一波導(dǎo)，該第一波導(dǎo)至少包括第一光柵，該第一光柵用于接收來自光源的光，并使所述光的第一部分耦合在第一波導(dǎo)中；第二波導(dǎo)，該第二波導(dǎo)至少包括第二光柵，該第二光柵用于接收來自光源的光，并使所述光的第二部分耦合在第二波導(dǎo)中；處于光源與第一波導(dǎo)之間的第一偏振態(tài)生成器，該第一偏振態(tài)生成器修改要耦合在第一波導(dǎo)中的光的第一部分的偏振；以及處于第一衍射光柵與第二衍射光柵之間的第二偏振態(tài)生成器，該第二偏振態(tài)生成器修改要耦合在第二波導(dǎo)中的光的第二部分的偏振。

提供該發(fā)明內(nèi)容以便通過簡(jiǎn)化的形式來介紹將在下面的具體實(shí)施例方式中進(jìn)一步描述的概念。該發(fā)明內(nèi)容不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。

附圖說明

圖1說明用于向一個(gè)或多個(gè)用戶呈現(xiàn)虛擬環(huán)境的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示例組件。

圖2為頭戴式NED單元的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。

圖3為頭戴式NED單元的一個(gè)實(shí)施例的一部分的側(cè)視圖。

圖4為NED單元中的光學(xué)元件的邊視圖，該光學(xué)元件包括具有衍射光柵的波導(dǎo)。

圖5為表面凹凸(surface relief)的衍射光柵的結(jié)構(gòu)的局部放大視圖。

圖6為包括具有多個(gè)波導(dǎo)的光學(xué)元件的頭戴式NED單元的一個(gè)實(shí)施例的一部分的側(cè)視圖。

圖7示出了入射到衍射光柵上的光的入射平面。