[发明专利]具有嵌入式二向色滤光器的双面成像光导

说明书

一种成像光导具有波导，所述波导作为具有第一和第二表面涂层的涂覆衬底形成。第一涂层上的第一入耦合衍射光学件将第一波长范围的衍射光沿第一方向引导到波导中。第二涂层上的第二入耦合衍射光学件将第二波长范围的衍射光沿第二不同方向引导到波导中。衬底的第一表面和第一表面涂层之间的第一二向色片用于：(a)透射第一波长范围，(b)通过有限范围的入射角度透射第二波长范围，以及(c)通过更高范围的入射角度反射第二波长范围。衬底的第二表面和第二表面涂层之间的第二二向色片用于透射第二波长范围并反射第一波长范围。

技术领域

本发明一般涉及用于在多个颜色通道中将图像承载光传达给观看者以便尤其在视频眼穿戴设备、或者增强或虚拟现实近眼显示器中使用的光学光导。

背景技术

正在开发包括采用类似于常规眼镜或太阳眼镜形式的近眼显示器的头戴式显示器（HMD），以用于包括军事、商业、工业、消防和娱乐应用的一定范围的各种各样用途。对于这些应用中的许多应用，形成可在视觉上叠加在位于HMD用户的视场中的真实世界图像上的虚拟图像特别有价值。并入各种类型的波导的光导将图像承载光中继给狭窄空间中的观看者，从而充当用于将虚拟图像重新引导到观看者的瞳孔并启用这种叠加功能的出射光瞳扩展器。

在常规光导中，通过可形成在衬底的表面上或埋在衬底内的诸如入耦合（in-coupling）衍射光栅的输入光学耦合将来自图像源的准直角度相关光束耦合到一般称为波导的光导衬底中。可利用其它类型的衍射光学件（optic）作为输入耦合，包括由诸如全息聚合物分散液晶（HPDLC）或体积全息图的变量指数的交替材料形成的衍射结构。也可作为表面起伏衍射光栅形成衍射光学件。可通过类似的输出光学耦合从波导中引导出准直光束，该类似输出光学耦合也可采用衍射光学件的形式。从波导射出的准直角度相关束在离波导的良视距距离处重叠，从而形成出射光瞳，可在所述出射光瞳内观看由图像源生成的虚拟图像。通过其可在良视距距离处观看虚拟图像的出射光瞳的区域称为“眼睛盒（eyebox）”。

输出耦合也可布置用于放大出射光瞳。例如，可通过沿输出耦合将准直束的部分反射部分在准直束传播的方向上偏移或通过将不同角度的准直束沿波导从不同位置射出以便在离波导的良视距距离处更有效地重叠准直束来在一个维度上放大准直束。

可利用沿波导定位在输入耦合和输出耦合之间的所谓的“转向光学件”来在第二维度上扩展光瞳尺寸。可通过偏移准直束的反射部分以便放大束本身的第二维度或通过将准直束引导到输出耦合的不同区域以使得从不同位置射出不同角度的准直束从而在眼睛盒内更有效地重叠来实现扩展。转向光学件也可采用衍射光学件的形式，并且尤其在定位在输入耦合和输出耦合的衍射光栅之间时，转向光学件也可称为中间光栅。

尽管常规光导机制在显示器光学件的体积、重量和总成本方面已经提供了显著降低，但是仍有问题要解决。需要将颜色通道进行合适的分隔以便防止串扰，其中颜色被处理并从错误颜色通道显示。串扰可导致颜色图像数据和显示的颜色之间的不一致，并且还可以是跨图像场可察觉的令人不快的颜色偏移的原因。校正这个问题的尝试已经包括堆叠方法，其中将多个波导与可选滤光器堆叠在一起以便防止将颜色引导到错误通道。但是，堆叠导致更厚的装置，增加重量，减少亮度，并且还没有提供高度满意的结果。

因此，可明白，需要改进的设计，其仍然提供光学光导的光瞳扩展能力，但是允许这些装置更薄且更轻量，而不损害图像质量和颜色平衡。

发明内容

本公开的目的是推进在使用紧凑头戴式装置和类似成像设备时的图像呈现的技术。有利地，本公开的实施例提供能够在单个衬底厚度内处置两个颜色通道的改进双面束扩展器。

通过参考附图并且从回顾以下对优选实施例和随附权利要求的详细描述，将更清楚地理解和明白本公开的这些和其它方面、目的、特性和优点。