[發明專利]自由形式偏振光導

在審

• 申請號: 202080101912.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN115698822A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 奧斯卡·阿爾貝托·馬丁內斯;秦怡
• 申請（專利權）人: 谷歌有限責任公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李佳;周亞榮

一種光學設備包括將光從顯示器引導到用戶眼睛預期要被定位的區域的自由形式光導。該自由形式光導包括光導襯底，光導襯底具有在自由形式光導的第一端與第二端之間延伸的第一表面和相對的第二表面，其中，至少第二表面是自由形式表面并且被覆蓋有部分反射鏡層。所述第一表面被覆蓋有至少四分之一波片層和偏振分束器層。該自由形式光導還包括靠近自由形式光導的第一端以從顯示器接收光的傳入耦合界面。

背景技術

提供增強現實(AR)體驗的常規頭戴式顯示器通常采用光學器件系統，該光學器件系統允許用戶通過光學器件系統查看周圍環境以及將表示AR視覺內容的顯示光透射到用戶的一只或兩只眼睛。這種光學器件系統通常采用光導(也通常稱為“波導”)來傳送來自顯示器的顯示光，同時也允許來自周圍環境的光穿過用戶的眼睛。常規的光導依賴于由顯示器完全從輸入到輸出提供的光的全內反射(TIR)，其取決于光導內的光以臨界角反射。為了實現具有寬視場(FOV)的TIR，這種光導必須由具有高折射率的材料組成。此外，具有較高折射率的光導材料往往比具有較低折射率的材料更重且更貴，并且因此，常規TIR基光導往往更貴且更重。

另外，常規光導需要嵌入或實現在光導本身內的至少一個提取組件，以使反射光傳播到光導外，通常朝向用戶的眼睛，而不是繼續在光導內反射。這種提取組件包括例如凸起或凹陷的表面特征(諸如突起或凹痕)以及光導中的局部材料變化或者其他表面或體積擾動。這些擾動可能會導致提取效率的損失(例如反射光的亮度均勻性的損失)，并且導致用戶或觀察者可以看到的不連續表面。

發明內容

實施例涉及一種包括自由形式光導的裝置，該自由形式光導包括：光導襯底，光導襯底包括在自由形式光導的第一端與第二端之間延伸的第一表面和相對的第二表面，其中，至少第二表面是自由形式表面；傳入耦合界面，傳入耦合界面至少部分地由光導襯底形成(并且因此靠近光導的第一端定位或部分地形成光導的第一端)；四分之一波片層，四分之一波片層覆蓋光導襯底的第一表面；偏振分束器層，偏振分束器層覆蓋四分之一波片層；以及部分反射鏡層，部分反射鏡層覆蓋第二表面。

該裝置可以包括顯示器，該顯示器被配置為朝向光導襯底的傳入耦合界面發射顯示光。該裝置還可以包括四分之一波片，該四分之一波片被設置在顯示器與傳入耦合界面之間。進一步地，顯示器可以以下述方式相對于傳入耦合界面布置和/或傳入耦合界面可以以下述方式相對于第一表面或第二表面定向：使得來自顯示器的在傳入耦合界面處進入光導的顯示光被引導到第一表面或第二表面。

此外，顯示器被配置為發射具有第一圓偏振態的顯示光；和/或四分之一波片層被配置為將具有第一圓偏振態的入射光轉換為具有第一線性偏振態的光，以將具有第一線性偏振態的入射光轉換為具有第一圓偏振態的光，并且將具有第二圓偏振態的入射光轉換為第二線性偏振態；和/或偏振分束器層被配置為反射具有第一線性偏振態的光并且透射具有第二線性偏振態的光。

該裝置還可以包括眼鏡框，該眼鏡框包括眼鏡鏡片；并且其中，眼鏡鏡片實現自由形式光導和傳出耦合區域，該傳出耦合區域被設置在眼鏡鏡片的面向眼睛的表面處或鄰近眼鏡鏡片的面向眼睛的表面設置。

自由形式光導進一步可以包括：線性偏振層，線性偏振層覆蓋偏振分束器層；和/或抗反射層，抗反射層覆蓋線性偏振層。而且，該裝置可以具有顯示器四分之一波片，顯示器四分之一波片被設置在顯示器與傳入耦合界面之間并且被配置為將從顯示器發射的顯示光從線性偏振態轉換為圓偏振態。

部分反射鏡層可以被配置為：將具有第一圓偏振態的反射入射光轉換為具有第二圓偏振態的光；和/或將具有第二圓偏振態的反射入射光轉換為具有第一圓偏振態的光。