[發明專利]擴大出瞳區域的器件以及包括其的顯示器

在審

• 申請號: 202011268619.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112817148A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: A.N.普蒂林;A.V.莫羅佐夫;V.V.德魯辛;S.E.杜比寧;K.I.洛瓦;P.I.馬利尼納;S.S.科彭金;Y.P.博羅丁;A.S.佩雷沃茲尼科瓦;申俸受;金善一
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/01
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 屈玉華

提供一種配置為擴大視覺光學裝置的出瞳區域的器件以及包括其的顯示器，該器件包括：衍射光柵，配置為通過使入射光束衍射而輸出多個衍射級的多個衍射光束；以及波導，提供在衍射光柵上并配置為基于所述多個衍射光束當中的從所述衍射光柵輸出的第一衍射光束形成出瞳，并基于所述多個衍射光束當中的從衍射光柵輸出的第二衍射光束形成出瞳級。

技術領域

本公開的示例實施方式涉及一種用于擴大視覺光學裝置的眼動范圍(eye box)的光學器件以及包括該光學器件的顯示器。

背景技術

視覺光學裝置諸如增強現實(AR)設備、目鏡、以及光學器件(顯微鏡、望遠鏡、瞄準器等)的透鏡已經被顯著改善。這樣的視覺光學裝置的最重要的特征參數是視場(FoV)的大小和眼動范圍的大小。根據現有技術的分析，很難在保證所要求的圖像品質或分辨率(例如，等于約1弧分的分辨率，不大于眼睛的角度分辨率極限)的同時向視覺光學裝置賦予寬的視場(例如約60°或更大)和大的眼動范圍(例如約3mm或更大)。由于在其中使用復雜的元件，所以用于擴大眼動范圍的公知器件并不是普遍的。但是，需要為每個視覺光學裝置單獨地設計眼動范圍擴大器件。

在現有技術中，出瞳擴展器可以包括波導，光(輻射)可以通過衍射元件入射在波導上并可以在波導中傳播的同時通過衍射元件從波導輸出。上述出瞳擴展器可以在不使用具有高折射率的材料的情況下擴大視場。然而，由出瞳擴展器擴大的視場具有相對小的寬度(視場的水平尺寸受到限制)，并且出瞳擴展器具有復雜的結構，具有大的整體尺寸。此外，由于光在這樣的出瞳擴展器的波導中傳播大的距離，所以發生顯著的能量損失。此外，由于在這樣的出瞳擴展器中使用各種衍射元件以接收和輸出光，所以所得的圖像的衍射效率、均勻性和亮度可能受到限制。

現有技術的基板引導的光束擴展器可以是配置為通過使用半透明反射鏡來提供視場內的光的波導器件。出瞳的尺寸與擴展器的幾何參數有關，具體地，與波導的厚度和反射鏡元件的數量有關。這樣的擴展器的缺點是波導具有顯著的厚度，因此擴展器具有明顯增大的尺寸和復雜的設計。此外，即使在使用這樣的擴展器時，也不能獲得足夠的視場。

發明內容

一個或更多個示例實施方式提供能夠擴大眼動范圍以提供寬的出瞳區域、同時保持視覺光學裝置的寬視場、高衍射效率以及圖像均勻性和亮度的器件。

一個或更多個示例實施方式還提供用于擴大出瞳區域并具有入射光的減少的能量損失的小且通用的器件。

一個或更多個示例實施方式還提供可應用于各種視覺光學裝置的用于擴大出瞳區域的器件。

另外的方面將在下面的描述中被部分地闡述，并且部分地將從該描述變得明顯，或者可以通過示例實施方式的實踐而獲知。

根據一示例實施方式的一方面，提供一種配置為擴大視覺光學裝置的出瞳區域的器件，該器件包括：衍射光柵，配置為通過使入射光束衍射而輸出多個衍射級的多個衍射光束；和提供在衍射光柵上的波導，該波導配置為基于所述多個衍射光束當中的從衍射光柵輸出的第一衍射光束形成出瞳并基于所述多個衍射光束當中的從衍射光柵輸出的第二衍射光束形成出瞳級(exit pupil order)。

波導還可以配置為基于在沒有全內反射的情況下輸出從衍射光柵輸出的第一衍射光束來形成出瞳。

波導還可以配置為基于從衍射光柵輸出的第二衍射光束形成至少一個出瞳級，該第二衍射光束被全內反射至少一次并從波導輸出。

波導還可以配置為通過全內反射第二衍射光束而使第二衍射光束返回到衍射光柵，衍射光柵還可以配置為將返回的第二衍射光束衍射成多個衍射光束，波導還可以配置為基于輸出通過衍射返回的第二衍射光束而獲得的所述多個衍射光束中的一些衍射光束并反射所述多個衍射光束中的沒有被輸出的其余衍射光束返回到衍射光柵來形成出瞳級。

波導可以包括在其上提供衍射光柵的第一表面以及與第一表面相對并配置為將第一衍射光束輸出到波導的外部的第二表面。