[发明专利]自由形式偏振光导

说明书

一种光学设备包括将光从显示器引导到用户眼睛预期要被定位的区域的自由形式光导。该自由形式光导包括光导衬底，光导衬底具有在自由形式光导的第一端与第二端之间延伸的第一表面和相对的第二表面，其中，至少第二表面是自由形式表面并且被覆盖有部分反射镜层。所述第一表面被覆盖有至少四分之一波片层和偏振分束器层。该自由形式光导还包括靠近自由形式光导的第一端以从显示器接收光的传入耦合界面。

背景技术

提供增强现实(AR)体验的常规头戴式显示器通常采用光学器件系统，该光学器件系统允许用户通过光学器件系统查看周围环境以及将表示AR视觉内容的显示光透射到用户的一只或两只眼睛。这种光学器件系统通常采用光导(也通常称为“波导”)来传送来自显示器的显示光，同时也允许来自周围环境的光穿过用户的眼睛。常规的光导依赖于由显示器完全从输入到输出提供的光的全内反射(TIR)，其取决于光导内的光以临界角反射。为了实现具有宽视场(FOV)的TIR，这种光导必须由具有高折射率的材料组成。此外，具有较高折射率的光导材料往往比具有较低折射率的材料更重且更贵，并且因此，常规TIR基光导往往更贵且更重。

另外，常规光导需要嵌入或实现在光导本身内的至少一个提取组件，以使反射光传播到光导外，通常朝向用户的眼睛，而不是继续在光导内反射。这种提取组件包括例如凸起或凹陷的表面特征(诸如突起或凹痕)以及光导中的局部材料变化或者其他表面或体积扰动。这些扰动可能会导致提取效率的损失(例如反射光的亮度均匀性的损失)，并且导致用户或观察者可以看到的不连续表面。

发明内容

实施例涉及一种包括自由形式光导的装置，该自由形式光导包括：光导衬底，光导衬底包括在自由形式光导的第一端与第二端之间延伸的第一表面和相对的第二表面，其中，至少第二表面是自由形式表面；传入耦合界面，传入耦合界面至少部分地由光导衬底形成(并且因此靠近光导的第一端定位或部分地形成光导的第一端)；四分之一波片层，四分之一波片层覆盖光导衬底的第一表面；偏振分束器层，偏振分束器层覆盖四分之一波片层；以及部分反射镜层，部分反射镜层覆盖第二表面。

该装置可以包括显示器，该显示器被配置为朝向光导衬底的传入耦合界面发射显示光。该装置还可以包括四分之一波片，该四分之一波片被设置在显示器与传入耦合界面之间。进一步地，显示器可以以下述方式相对于传入耦合界面布置和/或传入耦合界面可以以下述方式相对于第一表面或第二表面定向：使得来自显示器的在传入耦合界面处进入光导的显示光被引导到第一表面或第二表面。

此外，显示器被配置为发射具有第一圆偏振态的显示光；和/或四分之一波片层被配置为将具有第一圆偏振态的入射光转换为具有第一线性偏振态的光，以将具有第一线性偏振态的入射光转换为具有第一圆偏振态的光，并且将具有第二圆偏振态的入射光转换为第二线性偏振态；和/或偏振分束器层被配置为反射具有第一线性偏振态的光并且透射具有第二线性偏振态的光。

该装置还可以包括眼镜框，该眼镜框包括眼镜镜片；并且其中，眼镜镜片实现自由形式光导和传出耦合区域，该传出耦合区域被设置在眼镜镜片的面向眼睛的表面处或邻近眼镜镜片的面向眼睛的表面设置。

自由形式光导进一步可以包括：线性偏振层，线性偏振层覆盖偏振分束器层；和/或抗反射层，抗反射层覆盖线性偏振层。而且，该装置可以具有显示器四分之一波片，显示器四分之一波片被设置在显示器与传入耦合界面之间并且被配置为将从显示器发射的显示光从线性偏振态转换为圆偏振态。

部分反射镜层可以被配置为：将具有第一圆偏振态的反射入射光转换为具有第二圆偏振态的光；和/或将具有第二圆偏振态的反射入射光转换为具有第一圆偏振态的光。