[發明專利]用于增強現實系統的基于波導的光學系統和方法

有效

• 申請號: 201880066623.5
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN111226157B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: J·T·基奇;M·F·克羅爾
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳潔;何焜

1.一種用于在操作波長處在增強現實系統中使用的增強現實光學系統，包括：

具有在所述操作波長處的折射率n_S、頂表面和底表面的基板；

輸入光柵和輸出光柵，各自形成在所述基板的所述頂表面中或所述頂表面上，并且彼此橫向間隔開；

波導層，具有主體、頂表面、底表面以及厚度1μm≤THG≤100μm，其中所述波導層的所述底表面被支持在所述基板的所述頂表面上，使得所述輸入光柵和所述輸出光柵延伸到所述波導層中，并且其中所述波導層在所述操作波長處具有折射率n_G≥n_S并且支持多個導模；并且

其中所述輸入光柵和所述輸出光柵提供相位匹配，使得入射到所述輸入光柵上的輸入光耦合到所述波導層中并且以所述導模行進到所述輸出光柵，并且由所述輸出光柵耦合出所述波導層作為輸出光。

2.根據權利要求1所述的增強現實系統，其特征在于，在所述操作波長處，所述基板折射率n_S≤1.5并且所述波導層折射率n_G≥2，并且其中所述多個導模的數量在500和1000之間。

3.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，所述基板包括玻璃材料，其中所述輸入光柵和所述輸出光柵包括聚合物，并且其中所述波導層包括氧化物材料、或氧化物材料和氟化物材料的組合。

4.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，所述基板包括聚合物材料，并且所述波導層包括氧化物材料、或氧化物材料和氟化物材料的組合。

5.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，(1)所述波導層和所述基板各自是平面的，或者(2)所述波導層和所述基板中的至少一個具有彎曲表面。

6.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，進一步包括設置在所述波導層的所述頂表面上的蓋層，其中所述蓋層具有折射率n_Cn_G。

7.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，所述輸入光柵包括二維輸入光柵元件，并且其中所述輸出光柵包括二維輸出光柵元件。

8.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，所述輸出光具有在50°≤FOV≤70°范圍內的視場(FOV)。

9.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，所述輸入光是多色的或單色的中的一種。

10.根據權利要求1-2中任一項所述的增強現實光學系統，其特征在于，所述基板包括低折射率層，所述低折射率層限定所述基板的頂表面，其中所述低折射率層具有折射率n_Ln_S。

11.一種用于觀看對象或場景的增強現實系統，包括：

根據前述權利要求中任一項所述的并且具有前區域和后區域的增強現實光學系統；

顯示裝置，設置在所述后區域中并生成所述輸入光；以及

耦合光學系統，相對于所述顯示裝置可操作地布置，并且被配置為在輸入視場上將所述輸入光引導到所述增強現實光學系統的所述輸入光柵。

12.根據權利要求11所述的增強現實系統，進一步包括成像光學系統，可操作地布置在所述后區域中以在輸出視場上從所述輸出光柵接收所述輸出光。

13.根據權利要求11或12所述的增強現實系統，其特征在于，來自所述對象或所述場景的光通過所述輸出光柵從所述前區域向所述后區域并向所述成像光學系統傳輸，并且其中所述成像光學系統將所述輸出光和來自所述對象或所述場景的所述光進行組合以形成增強圖像。