[发明专利]近眼显示设备和用于重定向光波的方法

说明书

公开了一种用于提供近眼显示设备中的输出波导的衍射光栅的附加的自由度的装置和方法。近眼显示设备包括用于基于来自光源的光来生成图像的成像器。设备还包括用于输入表示从成像器接收到的图像的光波并且用于朝向用户的光接受器输出表示图像的光波的波导。波导包括从波导的输入到波导的输出的共同光路中的多个衍射光学元件(DOE)。DOE包括多个周期性衍射图案。各个周期性衍射图案由衍射图案矢量来表示。周期性衍射图案被确定，使得衍射图案矢量的矢量和等于零。

背景技术

近眼显示器(NED)设备(诸如头戴式显示器(HMD)设备)最近已经被引入到消费者市场中以支持可视化技术，诸如增强现实(AR)和虚拟现实(VR)。近眼显示设备可以包括诸如一个或多个光源、微显示器模块、控制电子装置以及各种光学器件(诸如波导、透镜、分束器等)的部件。

波导可以用在近眼显示设备中来将表示人工生成的图像的光从设备的图像生成部件传达到用户的光接受器(例如，人眼)。这些波导中的一个或多个波导可以充当用户的设备的图像输出接口；这些波导可以被称为设备的“输出波导”。例如，利用近眼AR设备，用户可以看到从透明的输出波导投影的计算机生成的图像，而用户通过输出波导查看现实世界。以这种方式，计算机生成的图像似乎被叠加在用户的真实世界环境之上。

近眼显示设备中的一些波导可以包括在两个维度上扩展光波信号的不同的区域中的衍射光学元件。然而，衍射光学元件的定向和周期的选择被限制以便在期望的方向输出耦合扩展的光波信号。

发明内容

在此介绍了提供用于近眼显示设备中的输出波导的衍射光栅的附加的自由度的至少一种装置和至少一种方法(共同地并且单独地，“在此介绍的技术”)。输出波导扩展光波并且将光波引导到用户的光接受器。以下描述通常假定显示设备的“用户”是人以促进描述。然而，注意实现在此介绍的技术的显示设备可以潜在地由不是人类的用户(诸如机器或者动物)使用。因此，除了可以另外说明或者从上下文明显的，在此术语“用户”可以指代那些可能性中的任一个。类似地，如在此使用的术语“光接受器”可以指代人类或动物的眼睛或者机器的光学传感器。

在一些实施例中，近眼显示设备包括用于基于来自光源的光来生成图像的成像器。设备还包括用于输入表示从成像器接收到的图像的光波并且用于朝向用户的光接受器输出表示图像的光波的波导。波导包括从波导的输入到波导的输出的共同光路中的多个衍射光学元件(DOE)。DOE包括多个周期性衍射图案。各个周期性衍射图案由衍射图案矢量来表示。周期性衍射图案被确定，使得衍射图案矢量的矢量和等于零。

在一些实施例中，近眼显示设备包括用于基于来自光源的光来生成图像的成像器。这样的实施例中的设备还包括用于输入表示从成像器接收到的图像的光波并且用于朝向用户的光接受器输出表示图像的光波的波导。波导包括多个周期性衍射图案。各个周期性衍射图案由光栅矢量(还被称为衍射图案矢量)来表示。周期性衍射图案被确定，使得衍射图案矢量的加权矢量和等于零，其中加权矢量和的加数的权重是整数。

在一些实施例中，一种方法包括以下步骤：通过成像器基于来自光源的光来生成图像；接收表示在第一方向入射到波导的第一DOE上的图像的光波并且通过第一DOE的第一周期性衍射图案将光波重定向到波导的第二DOE；通过第二DOE的第二周期性衍射图案在第二方向扩展光波并且将光波重定向到波导的第三DOE；以及进一步通过第三DOE的第三周期性衍射图案在第三方向扩展光波并且在第一方向朝向用户的光接受器重定向光波。第一周期性衍射图案、第二周期性衍射图案和第三周期性衍射图案的衍射图案矢量的加权矢量和等于零。加权矢量和的加数的权重是整数。

技术的其他方面将从附图和具体实施方式是明显的。

提供本发明内容以引入以在具体实施方式中下面进一步描述的简化形式的概念的选择。本发明内容不旨在标识要求保护的主题的关键特征或基本特征，其也不旨在被用于要求保护的主题的范围。

附图说明