专利概述

本发明公开了一种光波导显示器的实施例，所述光波导显示器被配置为与近眼显示器（NED）装置一起使用。在一个实施例中，波导显示器包括一个透光基板和一个光学耦合元件，该光学耦合元件被配置成向基板输入光线或从基板输出光线，所述光耦合元件被配置成使入射光线的多个波长偏转，以便通过全内反射（TIR）在光透射基板内传播。所述光学耦合元件可以包括在所述衬底上共同形成亚表面的纳米结构的图案。

专利亮点

1. 波导显示部件可以具有单输入端口和单输出端口，可以具有多输入端口或多输出端口。其中耦入区可采用表面衍射光栅、体积衍射光栅和/或可切换布拉格光栅（SBG）。

2. 不采用表面浮雕光栅的衍射效应耦入光，采用单片波导内部反射共线传播设计，耦入元件可采用亚波长结构的超材料，如纳米柱、纳米线和纳米天线等，利用其数量、尺寸、形状、排列、方向等施加限制，且可存在多层亚表面。

3. 波导可以存在RGB的单板设计、BG-RG或BG-R的两板设计，进一步的可将超材料光学元件引入相位进行“颜色校正”的优点与SRGs、SBGs、FIGs的偏转特性结合，来减少色散效应。

可应用场景

1. 多输入或多输出端口可通过时分复用，投影图像的不同视场然后在波导管内重新整合并作为单个集成图像投影到用户眼睛中，来提供更大的整体视场。

2. 采用超表面引入相差，与衍射光栅相结合可消色差，减轻图像平移（例如，缺乏焦点、彩虹效应、窄视野（FOV）等），实现多波长偏转。

3. 有利于实现轻量、小尺寸和简单性的可用性标准。

待解决的问题

1. 制造过程中定位、校准的精度要求较高

专利概述

一种照明装置，包括光源和反射器，反射器具有一对垂直相对的对称反射面和一对水平相对的对称反射面。垂直和水平相对的对称反射面中的每一个根据局部表面坡度和重定向关系形成，以便具有凹的第一区域和凸的第二区域。对于每个垂直和水平相对的对称反射面，第一区域形成在靠近光源的安装位置处，被定位为反射从光源发射的高角度光。第二区域形成在第一区域相对于光源的安装位置的远侧，被定位为反射从光源发射的中等角度的光。

专利亮点

1. 反射器重新分配光源发射的光，使得照明装置输出具有基本上均匀的光照度的照明场。

2. 反射器的边缘形状将安装在反射器内的光源发射的光框成基本矩形的立体角锥体。

3. 从照明装置输出的照明场在距离照明装置0.3m-5m之间具有基本均匀的光强度。

可应用场景

1. 摄像系统

2. 机器视觉任务（如人脸检测与识别）

对该场景的益处

1. 照明装置被布置成发射基本均匀的照明场，照明场在形状上与照相机装置的视野基本相似。因此，可以最小化相机设备的视野之外的过度照明，从而为相机系统提供减少能耗和减少热量产生的潜在益处。

2. 反射器被成形为有效地将从光源发射的光重新分布到与照相机的视野密切匹配的FOI中，在所需工作范围内实现基本均匀的光的面部检测和识别。

专利概述

一种显示系统，包括具有第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的波导。波导管被配置成接收具有瞳孔高度和瞳孔宽度的显示光，并将显示光发射到具有瞳孔高度和瞳孔宽度的瞳孔盒。第一衍射光学元件被配置成将显示光耦合到波导中，第一衍射光学元件具有至少为瞳孔高度的第一衍射光学元件高度和至少为眼盒宽度的第一衍射光学元件宽度。

专利概述

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。

专利概述

一种用于将与输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置，其包括光波导，光波导包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器。输入耦合器将与图像相对应的光耦合到光波导中，并且在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光，使得与图像相对应的光朝向一个或多个中间组件中的每个中间组件被衍射。中间组件被配置为单独地或共同地对通过TIR从输入耦合器向一个或多个中间组件行进的与图像相对应的光执行奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展两者，并且朝向输出耦合器衍射与图像相对应的光。输出耦合器被配置为将与图像相对应的光耦合出光波导，使得与图像相对应的光从输出光瞳可看到。

专利亮点

1. 采用双面衍射光栅的耦入波导，在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光，使其在至少一个的中间组件中进行TIR传播，分别以奇数阶光瞳扩展和偶数阶光瞳扩展，可以引入多个不相关的光束以减少干涉，提供波前相位和/或极性差异。

2. 波导厚度大于光的相干长度可以减小相干性，其中波导厚度至少为波长的10倍，一般为25um-1000um范围。

3. 相较于奇数阶光瞳扩展，偶数阶光瞳扩展的中间组件具有光栅周期容差显著更大（约1000倍），更适用于总体尺寸有限的特定布局。

可应用场景

1. 用于将输入光瞳相关联的图像复制到输出光瞳的装置，一般为光波导，光波导包括输入耦合器、一个或多个中间组件和输出耦合器。

2. 中间组件存在类似于Mach-Zehnder干涉类型的多环干涉。物理结构对偏振态的影响也会改变光波的衍射角度。光瞳交叠均匀化也影响耦出光波的均匀性。因此适用于由多环干涉、非最佳偏振和不均匀光瞳分布引起的局部或全局强度不均匀性。

对该场景的益处

1. 本实施例通过耦入波导在至少两个不同方向上衍射与图像相对应的光，可补偿多环干涉，提供更优化的偏振和/或更均匀的光瞳分布，实现更均匀的强度分布。

专利概述

在包括具有多个衍射光学元件(DOE)的波导的一种光学显示系统中，一个或多个DOE中的光栅可具有其中光栅可以倾斜或闪耀的非对称轮廓。DOE中的非对称光栅可通过减小在显示器中表现为暗条纹的光学干涉所导致的“ 条纹化”而在光学显示系统中提供增加的显示均匀度。条纹化在聚合物材料被用于DOE的批量生产以最小化系统重量，但其与其他材料(诸如玻璃)相比具有欠佳的光学属性时可能更加显著。非对称光栅可进一步使得光学系统能够对诸如厚度、表面粗糙度和光栅几何结构方面的变化之类的在制造期间可能不容易被控制的变化(尤其是因为这些变化处于亚微米范围内)更加耐受。