[发明专利]用于增强现实系统的耦出光栅

说明书

本发明涉及用于增强现实系统的耦出光栅。一种用于将图像投射到观看者眼睛的目镜，该目镜包括被配置为传播光的波导，以及光学耦合到波导的衍射光学元件。该衍射光学元件包括多个第一脊，该多个第一脊从波导的表面突出。多个第一脊中的每一者具有第一高度和第一宽度。该衍射光学元件进一步包括多个第二脊。多个第二脊中的每一者从相应的第一脊突出并且具有大于第一高度的第二高度和小于第一宽度的第二宽度。该衍射光学元件被配置为朝向眼睛衍射在波导中传播的光的第一部分，以及远离眼睛衍射在波导中传播的该光的第二部分。

本申请是申请日为2017年10月25日、PCT国际申请号为PCT/US2017/058351、中国国家阶段申请号为201780066366.0、发明名称为“用于增强现实系统的耦出光栅”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请主张2016年10月26日提交的序列号为62/413,288的美国临时专利申请的优先权益，该申请的全部公开内容通过引用并入。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，在这些系统中，数字再现的图像或其一部分以看起来真实或感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及以对其它实际的真实世界视觉输入不透明的方式呈现数字或虚拟图像信息；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息作为观看者周围实际世界的可视化增强。

尽管这些显示技术取得了一些进展，但是本领域仍需要与增强现实系统相关的改进的方法和系统。

发明内容

根据本发明的一些实施例，一种用于将图像投射到观看者眼睛的目镜可以包括：波导，具有表面并且被配置为在该波导中传播光；以及衍射光学元件，光学耦合到该波导。该衍射光学元件可以包括多个第一脊。多个第一脊从波导的表面突出，并且布置为具有周期的周期性阵列。多个第一脊中的每一者在与波导的表面垂直的方向中具有第一高度，在周期的方向中具有第一宽度。该衍射光学元件可以进一步包括多个第二脊。多个第二脊中的每一者从相应的第一脊突出，并且具有大于第一高度的第二高度和小于第一宽度的第二宽度。该衍射光学元件可以被配置为朝向眼睛衍射在波导中传播的光的第一部分作为一级(first order)反射，以及远离所述眼睛衍射在波导中传播的该光的第二部分作为一级透射。

根据本发明的一些其它实施例，一种用于将图像投射到观看者眼睛的目镜可以包括：波导，该波导具有表面，并且被配置为在该波导中传播光；以及衍射光学元件，光学耦合到该波导。该衍射光学元件可以包括多个第一脊。多个第一脊从波导的表面突出，并且布置为具有周期的周期性阵列。每个相应的第一脊在周期的方向中具有相应的第一宽度，该宽度根据相应的第一脊在周期的方向中的位置而改变。该衍射光学元件可以进一步包括多个第二脊。每个相应的第二脊从对应的第一脊突出，并且具有小于对应的第一脊的对应的第一宽度的相应的第二宽度。每个相应的第二宽度可以根据对应的第一脊在周期的方向中的位置而改变。该衍射光学元件可以被配置为朝向眼睛衍射在波导中传播的光的第一部分作为一级反射，以及远离眼睛衍射在波导中传播的该光的第二部分作为一级透射。

根据本发明的一些进一步的实施例，一种用于将图像投射到观看者眼睛的目镜可以包括：波导，具有表面，并且被配置为在该波导中传播光；以及衍射光学元件，光学耦合到该波导。该衍射光学元件可以包括多个第一脊。该多个第一脊从波导的表面突出，并且布置为具有周期的周期性阵列。每个相应的第一脊在周期的方向中具有相应的第一宽度。该衍射光学元件可以进一步包括多个第二脊。每个相应的第二脊从对应的第一脊突出，并且具有小于对应的第一脊的对应的第一宽度的相应的第二宽度。该相应的第二脊的相应的第二宽度与对应的第一脊的对应的第一宽度的比率可以根据对应的第一脊在周期的方向中的位置而改变。该衍射光学元件可以被配置为朝向眼睛衍射在波导中传播的光的第一部分作为一级反射，以及远离眼睛衍射在波导中传播的该光的第二部分作为一级透射。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明实施例的可用于向观看者呈现数字或虚拟图像的观察光学组件(VOA)中的光路。